桩型、成桩工艺及桩基形式选择与布置

所选择的桩基形式是否合理，将直接影响建筑物的安全、功能及工程造价，而桩的合理布置对发挥桩的承载力，减少建筑物的沉降，特别是不均匀沉降是至关重要的。

（一）桩型及成桩工艺选择时应考虑的主要因素

1.持力层与桩型

凡是性能良好的具有足够厚度的硬塑黏性土、中密以上的砂土、砂卵石层及基岩，只要其承载力及稳定性满足要求，都可作为理想的持力层。

当持力层埋深较浅时，可选择桩长较短的端承桩以及扩底桩；在施工能力可达到的深度范围内存在较坚硬的持力层时，对大荷载高层建筑物，可选择单桩承载力足够大的桩型，如大直径桩或嵌岩桩；当持力层埋深很大甚至近百米时，只能考虑采用摩擦型桩，但应选择合适的长径比。

2.探明土层中异常情况

如土层中有古墓、土洞，基岩中有溶洞或破碎带，当不了解情况而采用预制桩则可能出现掉桩，当采用泥浆护壁钻孔桩则可能出现泥浆大量漏失引起塌孔、跑钻事故。

当土层中有大体积块石、旧基础时，在桩位不能变更的情况下只能采用钻（配特制钻头）、冲击甚至爆破的办法成孔。

探明并避开地下涵管及其他管线位置，为避免地下设施受损，尽量不采用挤土桩。

3.土层是否具有可液化、沉陷的性质

在抗震设防区存在饱水粉细砂、粉土及含砂粒量较大的砂砾层时，受地震荷载后地基土会液化，软土层则会出现沉陷（甚至对桩基产生负摩阻力），使桩基承载力大减甚至丧失。

因此在选择桩型及成桩工艺时，应使桩穿过可液化土层或软土层，使桩端进入稳定土层一定深度。为了消除地基液化和沉陷对桩基的影响，《建筑抗震设计规范》要求：桩端伸入液化深度以下稳定土层中的长度（不包括桩尖部分），应按计算确定，且对碎石土，砾、粗、中砂，坚硬黏性土和密实粉土尚不应小于0.5m，对其他非岩石土尚不应小于1.5m。

4.采用挤土桩时应充分考虑成桩过程中产生的挤土效应

因施工能力的限制，挤土桩难以穿过厚度较大的硬塑土层、中密以上的粉细砂或砂砾石层，而往往以它们作为桩基持力层，所以挤土桩的单桩承载力不可能很大。当持力层以上为必须穿过的饱和黏性土层，打桩所产生的挤土效应必然给工程带来负面影响，如采用沉管灌注桩可能出现断桩、缩颈等质量事故；采用预制桩和钢桩，可能导致已施工的相邻桩体上浮、位移，使桩的沉降增大，承载力降低。

当距离相邻建筑物、道路、地下管线及设施较近时，一定要设法避免给相邻建（构）筑物及设施造成损害。例如：因未设防而施打预制桩使邻近建筑物受损，造成赔偿费用超过桩基工程造价的事例；因施工打入桩而挤断煤气管道引起爆炸；因打桩产生的挤土、振动引起土体产生超孔隙水压力致使坝体、斜坡失稳的情况都曾发生过。

5.在地下水位高的砂土、软土层中不宜采用人工挖孔桩

在低水位非饱和土中施工人工挖孔桩，能直观检查桩孔所穿过土层的性状，且能彻底清孔，施工质量稳定。但在高水位条件下进行人工挖孔，需要边抽水边挖孔，可能使桩侧细粒土随地下水抽排而大量流失，引起地面下沉，甚至导致护壁垮塌造成人身事故；也会使相邻刚灌注的桩孔中水泥颗粒被带走造成混凝土离析；在流塑淤泥层中强制性挖孔，会引起大量淤泥侧向流动引起土体滑移，造成桩体被推歪、推断。因此，对这些可能产生的潜在隐患必须有足够的认识。

6.使工程造价合理

选择桩型时，不能仅考虑单桩的成本，原材料、人工、设备、能源消耗及施工对环境的维护费用等都应综合考虑，折算成综合造价，并与其他方案的综合指标进行对比后选其优，才能使工程造价更合理。

（二）桩基形式的选择

1.按上部结构荷载大致确定桩型及桩径

首先，可根据上部结构类型及荷载要求确定大致的桩型。例如：对不超过10层的建筑物，可选φ500～800的灌注桩或边长为400mm的预制桩；层数为10～20层时，可选φ800～1000的灌注桩或边长为400～500mm的预制桩；超过20层时，可选φ1000～1200的灌注桩（包括钻、冲、挖孔桩）或直径大于500mm的预应力管桩。

2.按桩型大致确定桩基础形式

承台下桩的不同形式排列可组成不同的桩基础，如由单桩或多桩承担独立柱的荷载形成桩柱基础（承台似独立基础），由单排桩或双排桩承担柱列或墙的荷载形成桩梁基础（承台似条形基础），由满堂布桩承担筏形大板上的荷载形成桩筏基础。

当有条件施工成大直径端承型桩时，采用单桩支承的桩柱基础和单排桩支承的桩梁基础最为经济合理；当端承型桩的直径和承载力受到限制时则可考虑多桩支承的桩柱基础或桩梁基础。在深厚软土地区只能采用各种摩擦型桩；当建筑物体形规则、层数不很多（如10～15层）时，也可考虑选用多桩桩柱基础和桩梁基础，但需注意避免柱基的桩数太多而使承台平面尺寸过大，而桩梁基础中的桩距不应过大以免承台梁跨度过大；对软土地区层数更多的高层建筑，则应考虑桩筏基础或桩箱基础。

3.所选桩型及桩基础形式应与结构类型相适应

对一般建筑物，常采用桩柱及桩梁基础；对高层的框架结构，因其整体刚度较差，若桩基支承条件不很好时，则采用桩筏或桩箱基础，可使基础结构得以加强；当上部为剪力墙或筒体结构时，因其刚度极大，对基础结构的刚度要求可相对降低，如在软弱地基上采用桩筏基础也是可行的。

建筑物的功能及使用要求往往限制了桩基形式的可选性而不得不采用某一形式。例如，地下停车场就要求有宽敞的地下空间，与之相适应的承台即筏形承台，所以此时只好采用桩筏基础。

对于砌体和剪力墙结构，宜根据墙下荷载的分布采用可满足墙下单排或双排布桩的桩型。应注意在饱和黏性土中采用挤土沉管灌注桩，应局限于多层住宅单排桩条形基础。

对于框架结构，特别是对于跨度较大的框架结构，宜采用柱下单桩或柱下承台多桩方案，可采用挤扩、夯扩桩或后注浆桩。(www.xing528.com)

对于框架-核心筒、框架-剪力墙结构高层建筑桩基，应按荷载分布考虑相互影响，将桩相对集中布置于核心筒、剪力墙及柱下。选择基桩尺寸和承载力可调性较大的桩型和工艺，采用适当增加桩长或后注浆等措施。使核心筒外围桩基刚度相对弱化，并宜按复合桩基设计。

对于主裙楼连体建筑，当高层主体建筑采用桩基时，应考虑采用沉降小的桩型，如大直径嵌岩桩，裙楼的地基或桩基刚度宜相对弱化，可采用疏桩或短桩等其他承载力较小的桩型并合理布桩，使高低层之间的沉降差维持在很小范围内，甚至可不设沉降缝。

（三）桩的布置

1.桩数的确定

当基桩或复合基桩承载力特征值R及上部结构对各承台的荷载确定后，可按以下方法初步估算各承台的桩数：

当承台处于轴心受压作用下时：

当承台处于偏心受压作用下时：

式中：Fk——荷载效应标准组合下，作用于承台底面的竖向力（kN）；

Gk——承台及其上土自重标准值（kN），对稳定的地下水位以下部分应扣除水的浮力；

R——基桩或复合基桩竖向承载力特征值（kN）；

μ——系数，取1.1～1.4；

n——预估桩数。

按以上方式计算n值时，也可取房屋一个开间作为计算单元，此时可由一个计算单元的荷载值估算出该单元的桩数。

2.桩的中心距

桩的布置原则主要考虑桩的中心距、桩的合理排列及桩进入持力层的深度等因素。若布桩不合理，施工挤土桩时则可能产生土的松弛效应，在饱和土层中还会产生挤土效应，设计时还需考虑群桩效应对基桩承载力的不利影响，所以，布桩时应按土的类别、成桩工艺及桩排列情况确定出最小中心距。一般情况下，穿越饱和软土的挤土桩，要求桩中心距较大，部分挤土或穿越非饱和土的挤土桩中心距较小，而非挤土桩的中心距可更小，对于大面积的桩群，特别是挤土桩，桩的最小中心距也宜适当加大。对排数为1～2排、桩数少于9根的摩擦型桩基，或者当施工中采取减小挤土效应的可靠措施时，桩的最小中心距可根据当地经验适当减小。布桩时桩的最小中心距应满足表4-30的规定。

布桩时还应注意以下几点：①排列基桩时宜使桩群承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合，并使基桩受水平力和力矩较大方向有较大抗弯截面模量；②对于桩箱基础、剪力墙结构桩筏（含平板式和梁板式承台）基础，宜将桩布置于墙下；③对于框架-核心筒结构桩筏基础应按荷载分布考虑相互影响，将桩相对集中布置于核心筒和柱下；外围框架柱宜采用复合桩基，有合适桩端持力层时桩长宜减小。

表4-30　基桩的最小中心距

注：①d-圆桩设计直径或方桩边长，D-扩大端设计直径；
② 当纵横向桩距不相等时，其最小中心距应满足“其他情况”一栏的规定；
③ 当为端承型桩时，非挤土灌注桩的“其他情况”一栏可减小至2.5d。

3.桩的平面布置

根据桩基础的形式及荷载要求，桩的平面布置可采用矩形网格状、梅花形（三角形）网格状等多种形式，按荷载要求还可采用不等距的排列方式，如图4-35所示。为了使桩基础中各桩受力较均匀，应使桩群承载力合力点与永久荷载合力作用点重合；当上部荷载有几种组合方式时，因承台底面会出现不同的荷载合力作用点，此时应将群桩承载力合力点安排在荷载合力作用点的变化范围内，并尽量靠近最不利的荷载合力作用点位置；当承台底面的水平力及弯矩较大时，则应使桩基础受水平力及力矩较大方向有较大的截面模量。如：柱下独立基础和整片式桩基，可采用外密内疏的布桩方式；对横墙下的桩基，可布置“探头”桩，随横墙下承台梁一同挑出，如图4-36所示；对于桩箱基础，宜将桩布置于墙下；对于带梁（胁）桩筏基础，宜将桩布置于梁（胁）下；对于大直径桩，宜采用一柱一桩。

根据预估桩数，即可按承台构造要求及桩的间距要求初步确定出承台底面尺寸。需注意，对同一结构单元宜避免采用不同类型的桩，否则，对保证承载力可靠度不利。

4.桩端进入持力层的深度

图4-35　桩的平面布置示例

（a）柱下桩基，等桩距排列；（b）墙下桩基，等桩距排列；（c）柱下桩基，按不等距布置

确定桩端进入持力层的深度时，既要考虑在各类持力层中的成桩可行性，又需尽量提高桩端的阻力。当持力层厚度不太大且持力层下为软弱下卧层时，则桩端不应进入持力层太深，否则会使端阻力降低。当持力层较坚硬且厚度较大时，若施工条件许可，则应将桩端进入持力层的深度尽可能地达到该土层桩端阻力的临界深度。据研究分析，桩端阻力随桩端进入持力层深度的增加而增大，但存在一界限深度值，当桩端进入持力层的深度超过该界限深度后，端阻力不再显著增加或不再增加，该界限深度即为桩端阻力的临界深度。对于粉土及黏性土，临界深度为（2～6）d，且随土的孔隙比及液性指数的减小而增大；对砂土及碎石类土，其临界深度为（3～10）d，且随土的密度的提高而增大。

可见，在硬持力层较厚且施工条件许可时，桩端全断面进入持力层的深度达到桩端阻力的临界深度，对充分发挥端阻力是有利的。若受施工条件、成桩工艺可行性或其他原因的限制，桩端进入持力层的深度难以达到临界深度时，也应使进入持力层的最小深度得以保证：桩端全断面进入持力层的深度，在黏性土及粉土中不宜小于2d，在砂土中不宜小于1.5d，在碎石类土中不宜小于1d。当持力层下存在软弱下卧层时，桩端以下硬持力层厚度不宜小于3d。

对于嵌岩桩，嵌岩深度应综合荷载、上覆土层、基岩、桩径、桩长诸因素确定；对于嵌入倾斜的完整和较完整岩的全断面深度不宜小于0.4d且不小于0.5m，倾斜度大于30%的中风化岩，宜根据倾斜度及岩石完整性适当加大嵌岩深度；对于嵌入平整、完整的坚硬岩和较硬岩的深度不宜小于0.2d且不应小于0.2m。

图4-36　横墙下的“探头”桩布置方式