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高层桩基施工第一节桩基础的分类与选择一、桩基础的概念桩基础是常用的一种基础形式，是深基础的一种。
当天然地基上的浅基础沉降量过大或地基稳定性不能满足建筑物的要求时，常采用这种基础。
采用钢筋混凝土、钢管、H型钢等材料作为受力的支撑杆件打入土中，称为单桩。
许多单桩打入地基中，并达到需要的设计深度，称为群桩；在群桩顶部用钢筋混凝土联成整体，称为承台。
由基桩和连接于桩顶的承台共同组成，作为上部结构的桩基础，如图2-1所示。
采用一根桩（通常为大直径桩）以承受和传递上部结构（通常为柱）荷载的独立基础称为单桩基础；由两根以上基桩组成的桩基础称为群桩基础。
桩基础的作用是将上部结构的荷载通过较弱地层或水传递到深部较坚硬的、压缩性小的土层或岩层上。
桩基础具有承载力高、沉降量小、沉降速率低且均匀的特点，其能承受竖向荷载、水平荷载、土拔力及由机器产生的振动和动力作用等。
图2-1 桩基础示意二、桩基础的分类桩基础随着桩的材料、构造形式和施工技术的发展而名目繁多，可按多种方法分类，如图2-2所示。
图2-2 桩基础的分类（1）端承型桩。
端承型桩在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载全部或主要由桩端阻力承担，其又可分为端承桩[图2-3（a）]和摩擦端承桩。
端承桩在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载绝大部分由桩端阻力承担，桩侧摩阻力可忽略不计。
摩擦端承桩在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩端阻力和桩侧摩阻力共同承担，但桩端阻力分担荷载较多。
（2）摩擦型桩。
摩擦型桩又可分为摩擦桩和端承摩擦桩。
摩擦桩在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩侧摩阻力承担，桩端阻力小到可忽略不计[图2-3（b）]。
端承摩擦桩在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩侧摩阻力和桩端阻力共同承担，但桩侧摩阻力分担荷载较多。
端承摩擦桩在工程应用中所占比例较大。
图2-3 桩基础（a）端承桩；（b）摩擦桩1—桩；2—承台；3—上部结构；4—软土层；5—持力层（3）预制桩。
预制桩是指在工厂或工地预先将桩制作成型，然后运送到桩位，利用锤击、振动或静压等方法将其压入土中至设计标高的桩。
第02章高层建筑桩基施工课件第二章高层建筑桩基施工课程预览：1、预制桩施工2、混凝土灌注桩施工高层建筑荷载大，占地面积小。
软土地基中主要采用桩基础、箱基础或桩基础加箱形基础。
如天津、上海、宁波、福州、广州、深圳等沿海软土基地地区被广泛使用。
过去以预制桩为主，除钢筋混凝土方桩外，还采用预应力混凝土桩、钢管桩等，有的预应力钢筋混凝土桩，长度达70余米。
上海88层金茂大厦用的钢管桩为声φ14×12，桩长65m，送桩18m；近年来，钻孔灌注桩得到了很大的发展，包括冲孔、钻孔和挖孔，大直径钻孔灌注桩越来越受到重视，发展迅速；此外，还开发了一些新的成桩工艺，如钻孔和灌浆成桩法。
同时，在防止沉桩对周围环境的影响和灌注桩质量检测方面取得了很大进展。
本章着重介绍预制桩施工中打桩公害的预防及大直径钻孔灌注桩施工等。
2.1预制桩施工一、钢筋混凝土预制桩施工(一)工程地质勘察工程地质勘察是桩基设计施工的重要依据。
内容应包括以下几个方面：（1）勘探点平面布置；（2）工程地质柱状图和剖面图；(3)土的物理力学指标和建议的单桩承载力；（4）静力触探试验或标准贯入试验；（5）地下水条件。
(二)桩的制作、运输和堆放钢筋混凝土预制桩制作的施工组织设计应包括以下内容：(1)工程概况、地点，制桩数量、规格及混凝土强度等级，绘制标有施工现场及附近道路、建筑物、水源、电源等的总平面图；（2）施工现场道路、水、电、场地平整的具体要求和实施方法；（3）造桩场地平整、加固及浇筑造桩底板混凝土的措施；(4)制桩现场平面布置图。
制桩场地位置及尺寸；钢筋骨架制作场地及尺寸；模板制作及堆放场地；混凝土搅拌系统位置及尺寸；制桩作业流水；水平运输工具及路线；现场道路与排水设施；（5）桩模板结构图，包括脱模剂和隔离剂的涂装要求；（6）桩钢筋骨架的配料细节和绑扎成型要求；（7）混凝土配合比、坍落度、浇筑、夯实和养护要求；（8）材料、设备和劳动力计划；(9)生产进度计划及保证质量与安全的技术措施。
第二章高层建筑桩基施工课程预习：1、预制桩施工2、混凝土灌注桩施工高层建筑荷载大，占地面积小，在软土地基地区施工，大多采用桩基、箱基，或者桩基加箱基。
如我国天津、上海、宁波、福州、广州、深圳等沿海一带软土地基地区广泛采用。
过去以预制桩为主，除钢筋混凝土方桩外，还采用预应力混凝土桩、钢管桩等，有的预应力钢筋混凝土桩，长度达70余米。
上海88层金茂大厦用的钢管桩为声Φ14×12，桩长65m，送桩18m；近年来，灌注桩得到很大发展，有冲孔、钻孔、挖孔等，且大直径钻孔灌注桩愈来愈受到重视，发展较快；此外，还发展了一些新的成桩工艺，如钻孔压浆成桩法等。
同时，在预防沉桩对周围环境的影响及灌注桩的质量检验等方面都有长足的进步。
本章着重介绍预制桩施工中打桩公害的预防及大直径钻孔灌注桩施工等。
2.1 预制桩施工一、钢筋混凝土预制桩施工(一)工程地质勘察工程地质勘察是桩基础设计与施工的重要依据，内容应包括下列几方面：(1)勘探点的平面布置图；(2)工程地质柱状图和剖面图；(3)土的物理力学指标和建议的单桩承载力；(4)静力触探或标准贯人试验；(5)地下水情况。
(二)桩的制作、运输和堆放钢筋混凝土预制桩制作的施工组织设计宜包括下述内容：(1)工程概况、地点，制桩数量、规格及混凝土强度等级，绘制标有施工现场及附近道路、建筑物、水源、电源等的总平面图；(2)施工现场对道路、水、电通和场地平的具体要求和实施办法；(3)制桩场地平整加固及浇筑制桩地坪混凝土的措施；(4)制桩现场平面布置图。
制桩场地位置及尺寸；钢筋骨架制作场地及尺寸；模板制作及堆放场地；混凝土搅拌系统位置及尺寸；制桩作业流水；水平运输工具及路线；现场道路与排水设施；(5)制桩模板结构图，包括脱模剂、隔离剂的涂刷要求；(6)桩身钢筋骨架的配料大样及绑扎成型要求；(7)混凝土配合比、坍落度及浇筑、捣实、养护要求；(8)材料、设备及劳动力计划；(9)生产进度计划及保证质量与安全的技术措施。
高层建筑的桩基，通常是密集形的群桩，在桩架进场前，必须对整个作业区进行场地平整．以保证桩架作业时正直。
同时还应考虑施工场地的地基承载力是否满足桩机作业时的要求，如日制履带式打桩机要求地基承载力0.12～0.13MPa，沪产步履式打桩机要求地基承载力为0.08MPa。
若不足，则须在表层铺以碎石，并予以整平，以提高地基表面承载力，严防沉桩作业时桩机产生不均匀沉降，有时还须挖排水沟，以排除地面水。
钢筋混凝土预制桩的钢筋骨架，宜用点焊，亦可绑扎。
骨架的主筋宜用对焊，亦可用搭接焊，但主筋的接头位置应当错开。
桩尖多用钢板制作，在制备钢筋骨架时就把钢板的桩尖焊好。
钢筋骨架的允许偏差应符合规范的规定。
主筋的保护层厚度要均匀，主筋位置要准确，否则如主筋保护层过厚，桩在承受锤击时，钢筋骨架会形成偏心受力，有可能使桩身混凝土开裂，甚至把桩打断。
主筋的顶部要求整齐，如主筋参差不齐，个别的到顶主筋在承受锤击时会先受到锤的集中应力，可能由于没有桩顶保护层的缓冲作用而将桩打断。
此外，还要保证桩顶部钢筋网片位置的准确性，以保证桩顶混凝土有良好的抗冲击性能。
钢筋混凝土预制桩的制作，有并列法、间隔法、重叠法等。
粗骨料应采用5～40mm的碎石，不得以细颗粒骨料代替，以保证充分发挥粗骨料的骨架作用，增加混凝土的抗拉强度。
浇筑钢筋混凝土桩时，宜由桩顶向桩尖连续进行浇筑，不得中断，以保证桩身混凝土的均匀性和密实性。
制桩时，应按规定要求做好记录，供验收时查用。
预制桩的允许偏差应符合规范的规定。
预制桩应在混凝土达到100％的设计强度后方准进行起吊和搬运，如提前起吊，必须要经过验算。
由于钢筋混凝土预制桩的抗弯能力低，起吊所引起的应力，往往是控制纵向钢筋的因素。
钢筋混凝土预制桩多在打桩现场预制，可用轻轨平板车进行运输。
运输长桩时，可在桩下设活动支座。
堆放桩的场地必须平整坚实，垫木间距根据吊点来确定，垫木应在同一垂直线上。
不同规格的桩，应分别堆放。
(三)桩的打设1．打桩机械打桩的机械设备包括桩架、桩锤及动力装置。
(1)桩架桩架的作用是固定桩的位置，在打入过程中引导桩的方向，承载桩锤并保证桩锤沿着所要求的方向冲击桩。
桩架的高度，应为桩长、桩垂高度、桩帽厚度、滑轮组高度的总和，再加1～2m的余量用作吊桩锤之用。
若用落锤，尚应包括落距的高度。
常用的桩架有万能打桩架、柴油锤打桩架和起重机式打桩架。
、柴油锤打桩架，由底座、导杆、斜撑、吊桩索、吊锤索等组成。
我国目前应用较多的从日本引进的三点支撑桅杆式柴油桩架即属于此类，它打桩效率高，移动方便。
起重机式打桩架，即把导杆悬挂在起重机臂杆上面构成。
桩架的选择，主要根据桩锤种类、桩长、施工条件等而定。
(2)桩锤。
桩锤有落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油锤、振动锤和液压锤六种。
目前应用最多的是柴油锤。
柴油锤(图5-1)分导杆式、活塞式和管式三类。
它的冲击部分是上下运动的汽缸或活塞。
锤重0.22～15t，每分钟锤击次数为40～70次，每击能量为2500～395000J。
柴油锤的工作原理是当冲击部分落下压缩气缸里的空气时，柴油以雾状射入汽缸，由于冲击作用点燃柴油，引起爆炸，给在锤打击下已向下移动的桩以附加的冲力，同时推动冲击部分向上运动。
柴油锤本身附有机架，不需附属的动力设备。
国外常用的柴油锤多为英国BSP国际基础有限公司、日本石川岛播磨和三菱、德国的德尔马和戴玛克、美国的林克贝尔提和科林-MKT、荷兰的赫拉等制造商制造的柴油锤。
我国上海等地亦生产。
液压锤是在城市环境保护日益提高的情况下研制出的新型低噪音、无油烟、能耗省的打桩锤。
它是由液压推动密闭在锤壳体内的芯锤活塞柱，令其往返实现夯击作用，将桩沉入土中。
日本制造的液压锤，芯锤重量约2～l0t，锤击能量12~60．8kN·m，锤击次数为2．5～28次／min。
可用于沉设钢筋混凝土桩和钢管桩。
我国已研制成功液压锤，将用于打桩工程。
桩锤的选择，主要取决于土质、桩类型、桩的长度和重量、布桩密度和施工条件等。
1) 按桩锤冲击能选择E≥25 P2) 按桩重量复核K= （M+C）/E3)按经验选择桩锤采用锤击沉桩时，为防止桩受冲击时产生过大的应力，导致桩顶破碎，应本着重锤低击的原则选锤。
通常可按表5-2选用锤重。
但需要说明的是柴油锤在工作时，很难控制做到重锤低击。
4)按锤击应力选择当桩锤锤击桩时，在桩内产生锤击应力，于桩头或桩端处最大。
如该锤击应力超过一定数值，则桩易击坏，所以在选择桩锤时宜按下述控制值进行选择：锤击应力应小于钢管桩材料抗压屈服强度的80％；锤击应力应小于钢筋混凝土预制桩抗压强度的70％；锤击应力应小于预应力钢筋混凝土桩抗压强度的75%。
关于锤击应力可按下述公式计算：如上所述，锤击应力有一定限制，过大桩易打坏，但过小，将桩打至设计标高则锤击数过多，桩亦可能出现疲劳破坏。
因此，最优的锤击应力尚待进一步研究。
此外，有关规范还推荐了各种规格的桩适宜采用的桩锤。
桩锤的优化选择，要综合考虑多种因素。
在城市中心施工还需考虑打桩引起的噪音，多数国家允许的噪音为70dB～90dB，如超过上述噪音限制，则需采取技术措施以减小或消除噪音。
2．打桩施工(1)准备工作。
打桩前应平整场地，清除旧基础和树根．拆迁埋于地下的管线，处理架空的高压线路，进行地质情况和设计意图交底等。
打桩前应在打桩地区附近设置水准点，以便进行水准测量，控制桩顶的水平标高。
还应准备好垫木、桩帽和送桩设备，以备打桩使用。
打桩前还应确定桩位和确定打桩顺序。
确定桩位即将桩轴线和每个桩的准确位置根据设计图纸测设到地面上。
桩轴线的位置偏差不得超过20mm，单排桩的轴线偏差不得超过10mm。
确定桩位可用小木桩或撒白灰点，如为避免因打桩挤动土层而使桩位移动，亦可用龙门板拉线定位，这样定位比较准确。
正确确定打桩顺序和流水方向，在打桩施工中是十分重要的。
因为在打桩过程中，尤其在桩距较小的情况下，地表土和深层土都会因打桩挤土而产生移位，正确确定打桩顺序可以减少土移位。
在一般情况下，打桩顺序有逐排打设、自边沿向中央打设、自中央向边沿打设和分段打设四种(图5—2)。
在粘土类土层中，如果逐排打设，则土体向一个方向挤压，使地基土挤压的程度不均，这样就可能使桩的打入深度逐渐减少，也会使建筑物产生不均匀下沉。
如果自边沿向中央打设，则中间部分的土层挤压紧密，使桩不易打入，而且在打设中间部分的桩时，已打的外围各桩可能因受挤而升起。
一般说来，打桩顺序以自中央向边沿打和分段打设为好。
但是，如果桩距大于四倍桩直径时，则挤土的影响减小。
对大的桩群一般分区用多台桩机同时打设，在确定打桩顾耳可还需考虑周围的情况，以防带来不利影响，尤其是附近存在深基坑工程施工和浇筑混凝土结构时，都要防止由于打桩振动和挤土带来的有害影响，这种事故已时有发生。
至于打桩振动对周围建筑物的危害，国内外都进行过研究。
一般认为当建筑物的自振频率在5Hz以下时，振动速度在10mm／s以上才可能对建筑物引起轻微的局部破坏。
(2)打桩1)吊桩。
打桩机就位后，先将桩锤吊起固定在桩架上，以便进行吊桩。
吊桩即利用桩架上的卷扬机将桩吊成垂直状态送人导杆内。
桩的垂直偏差不得超过1％。
桩就位后，在桩顶上放上弹性垫层(草纸、废麻袋等)，放下桩帽套入桩顶，再在桩帽上放好垫木，降下桩锤压住桩帽。
在锤重压力下，桩会沉入土中一定深度，待下沉停止，再进行检查，务必使桩锤、桩帽和桩身的中心线在同一轴线上，使桩锤底面、桩帽上、下面和桩顶都保持水平。
检查合格后，即可开始打桩。
2)打桩。
开始打桩时，桩锤落距宜低．一般为0.5～0.8m，使桩能正常沉入土中。
待桩入土一定深度，桩尖不易产生偏移时，可适当增加落距，将落距逐渐提高到规定数值。
一般说来，重锤低击可取得良好的效果。
打桩入土的速度应均匀，锤击间歇的时间不要过长。
在打桩过程中应经常检查打桩架的垂直度，如偏差超过1％，则需及时纠正，以免把桩打斜。
打桩时应观察桩锤的回弹情况，如回弹较大，则说明桩锤太轻，不能使桩下沉，应及时予以更换。
应随时注意贯入度的变化情况，当贯人度骤减，桩锤有较大回弹时，表明桩尖遇到障碍，此时应将锤击的落距减小，加快锤击。
如上述现象仍然存在，应停止锤击，研究遇阻的原因并进行处理。
打桩过程中，如突然出现桩锤回弹，贯入度突增，锤击时桩弯曲、倾斜、颠动、桩顶破坏加剧等，则表明桩身可能已经破坏。
送桩时，桩与送桩设备的纵轴线应在同一直线上。
在送桩深度较大时，这点尤为重要。
如桩已打斜，应将桩拔出，探明原因，排除障碍，用砂石填孔后重新插入施打。
如拔桩有困难，应会同设计单位研究处理，或在原桩位附近补打一桩。
至于停打标准，规范规定摩擦桩以标高为主，以贯入度作为参考；端承桩以贯入度为主，以标高作为参考。
