桩基础设计浅谈

摘 要：确定是否应采用桩基和合理选择桩型是设计的前提和工程质量优劣的关键。采用桩基时，还应根据工程地质条件、建（构）筑物特点、周围环境及施工工艺水平等因素，选用技术先进、经济合理、安全适用的桩型。本文阐述了桩基础的分类、各种桩型的适用条件、桩基承载力计算注意事项等，供设计人员参考借鉴。

关键词：桩基设计；桩基分类；桩型选择；桩基承载力计算

Abstract: To determine whether should use pile foundation and rational selection of pile type is the premise of the design and the key of the engineering quality. When using pile foundation ,We should use the advanced, reasonable, and safety pile type combining the engineering geological conditions, the buildings’ characteristics, the surrounding environment, the construction technology level and other factors. This article introduces the classifications of pile foundation, the applicable conditions of various pile types and the bearing capacity calculation of pile foundation, etc.

Keywords: pile foundation design; pile foundation classification; pile type selection; pile foundation bearing capacity calculation

中图分类号：TU2 文献标识码：A文章编号：

0 引言

桩基础作为深基础的一种，一般用于软地基、地表土质松软承载力达不到要求或要求较高的建筑。桩基可以将上部结构较大的荷载通过桩穿过软弱土层传递到较深的坚硬土层上，以解决浅基础承载力不足、变形较大等地基问题。当地基上部为坚实土层，其下为软弱土层时，就不宜采用桩基础。桩基础不仅能有效地利用作用于桩尖的地层阻力和桩周土层的摩阻力来支承竖向荷载和上拔力，还能依靠桩侧土层的侧向阻力支承水平荷载。确定是否应采用桩基和合理选择桩型是设计的前提和工程质量优劣的关键。采用桩基时，还应根据工程地质条件、建（构）筑物特点、周围环境及施工工艺水平等因素，选用技术先进、经济合理、安全适用的桩型。本文阐述了桩基础的分类、各种桩型的适用条件、桩基承载力计算注意事项等，供设计人员参考借鉴。

1 桩基础的分类

1.1 按承载性状分类

按承载性状的不同，可分为摩擦桩和端承桩。在极限承载力状态下，摩擦桩的桩顶荷载主要由桩侧阻力承受，端承桩的桩顶荷载主要由桩端阻力承受。

1.2 按桩身材料分类

按桩身材料的不同，可分为钢筋混凝土桩、钢桩等。钢筋混凝土桩可以预制也可以现浇。钢桩有钢管桩和工字形钢桩。

1.3 按成桩方法分类

按成桩方法的不同，可分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩。非挤土桩包括泥浆护壁法、干作业法；部分挤土桩是先钻孔、后打入；挤土桩包括挤土灌注桩（沉管灌注桩）和挤土预制桩（打入或静压）。

1.4 按制作工艺分类

按制作工艺的不同，可分为预制桩和灌注桩。预制桩常用的为普通钢筋混凝土方桩和预应力钢筋混凝土管桩；灌注桩一般为普通钢筋混凝土实心桩、圆形截面。

预制桩也称为打入桩，是在工厂或施工现场预制，采用锤击法、静压法等方法使桩沉入地下。

灌注桩也称为现浇桩，是直接在设计桩位的地基上成孔，在孔内放置钢筋笼，再在孔内灌注混凝土而成桩。按成桩工艺不同，灌注桩可分为机械成孔灌注桩和人工挖孔灌注桩，机械成孔灌注桩包括泥浆护壁钻（冲）孔灌注桩、沉管灌注桩、钻孔压浆桩。

2 各种桩型的适用条件

采用桩基时，应根据工程地质条件、建（构）筑物特点、周围环境及施工工艺水平等因素，选用技术先进、经济合理、安全适用的桩型。

2.1 预制桩的适用条件

预制桩（包括普通钢筋混凝土方桩和预应力钢筋混凝土管桩）适用于持力层层面起伏不大的强风化层、风化残积土层、砂层及碎石土层，且桩身穿过的土层主要为高、中压缩性黏性土；不适用于穿越层中存在孤石等障碍物的石灰岩地区、从软塑层突变到特别坚硬层的岩层地区。

预制桩属于挤土桩和部分挤土桩；锤击法成桩时有噪音、对周围建（构）筑物有影响，目前在城镇地区限制使用；近年来发展起来的大吨位静压力沉桩，是一种无振动、无噪音、效率高的成桩工艺，目前被普遍推广采用。

2.2 泥浆护壁钻（冲）孔灌注桩的适用条件

泥浆护壁钻孔灌注桩是湿作业成孔灌注桩的一种，适用于地下水位以下的粘性土、粉土、砂土、填土、碎（砾)石土及风化岩层；以及地质情况复杂，夹层多、风化不均、软硬变化较大的岩层；如持力层为硬质岩层或地层中夹有大块石等，则需采用冲孔灌注桩。冲孔灌注桩除适应上述钻孔灌注桩的地质情况外，还能穿透旧基础、大孤石等障碍物，但在岩溶发育地区应慎重使用。钻（冲）孔时需泥浆护壁，对施工现场受限制或对环境保护有特殊要求的，不宜采用。

泥浆护壁钻（冲）孔灌注桩属于非挤土桩，施工中无噪音、振动小，对周围建（构）筑物无影响，可采用的成桩机械种类很多，在工程中应用较广。

2.3 沉管灌注桩的适用条件

沉管灌注桩适用于粘性土、粉土、淤泥质土、砂土及填土；不适用于厚度较大、灵敏度较高的淤泥和流塑状态的粘性土等软弱土层，当遇到土层有较大孤石时，该工艺无法实施，应改用其它工艺。

沉管灌注桩分为锤击沉管灌注桩和振动沉管灌注桩两种，利用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将带有钢筋混凝土的桩尖(或钢板靴)或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中，造成桩孔，然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，便形成所需要的灌注桩。与一般钻孔灌注桩比，沉管灌注桩避免了一般钻孔灌注桩桩尖浮土造成的桩身下沉、持力不足的问题，同时也有效改善了桩身表面浮浆现象。但是施工质量不易控制，拔管过快容易造成桩身缩颈，而且由于是挤土桩，先期浇注好的桩易受到挤土效应而产生倾斜断裂甚至错位。由于施工过程中，锤击会产生较大噪音，振动会影响周围建筑物，故不太适合在市区运用。

2.4 钻孔压浆桩的适用条件

钻孔压浆桩适用于一般地质条件，尤其适用于地下水位以下的粘性土、粉土、砂土、流砂、淤泥、砾石、卵石、碎石土等易塌孔的地质条件及风化岩层。

钻孔压浆桩具有独特的成桩工艺和较好的结构性能，发展很快，已在新建、改建和加固工程中广泛应用，并表现出显著的经济效益和社会效益。成桩流程大致为：用长螺旋钻机钻孔至设计标高或规定的土层，提出钻杆，向孔内投放钢筋笼，然后投入粗粒料，最后多次重复进行高压注浆，直至孔口冒浆，成桩结束。这种特殊的成桩方法，施工速度快、单桩承载力比其它灌注桩高、单位承载力造价低。目前，这种桩的常用直径为400～600mm，桩长一般不大于25m.

2.5 人工挖孔灌注桩的适用条件

人工挖孔灌注桩是干作业成孔灌注桩的一种，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、填土、中等密实以上的砂土、风化岩层，持力层以上无流动性淤泥土质；不适用于地下水位较高，特别是有承压水的砂土层、滞水层、厚度较大的高压缩性淤泥层和流塑淤泥质土层，成孔过程中可能出现流砂、涌水、涌泥的地层不宜采用。

人工挖孔灌注桩施工时必须制定可靠的技术措施和安全措施。人工挖孔成桩效率低，且存在发生人身安全的隐患等原因，目前已较少采用，有的地区已禁用或限制使用。

2.6 钢桩的适用条件

钢桩的持力层应为较硬的土层或风化岩层。当场地的硬持力层较深，只能采用超长摩擦桩时，或采用混凝土预制桩或灌注桩又因施工工艺难以保证质量，或为了赶工期，此时可考虑采用钢桩。钢桩（包括钢管桩和工字形钢桩）钢桩承载力大、施工方便，但造价较高，一般用于重点工程。

3 桩基承载力计算注意事项

3.1 嵌岩桩中侧阻力的作用

对于桩底支承或嵌入在岩层上的嵌岩桩，设计中往往只考虑端阻力而不重视或忽略侧阻力在承载力中的比重，有时也是不恰当的。因为即使岩石变形极小，桩身也有压缩变形，从而引起桩周摩阻力的发挥，而且软质岩还会有一定的压缩量。此时侧阻力强度可能不大，但总的侧阻力值却不容忽视，特别是长径比较大的桩。当长径比较大时，桩的竖向承载力中侧阻力将大于端阻力，即使是嵌岩桩，侧阻力作用也是不能忽略的，否则会使桩的承载力偏低，从而导致浪费和设计不合理。因此嵌岩桩不一定是端承桩，当其长径比较大时，其荷载传递特点仍属摩擦桩。

3.2 侧阻力的取值

侧阻力的取值与成桩工艺密切相关。预制桩在打入成桩过程中，桩的承载力即可预测，不需细究其总承载力中侧阻力和端阻力的比重。灌注桩则不同，泥浆护壁钻（冲）孔灌注桩、沉管灌注桩、钻孔压浆桩的侧阻力强度是不同的，如设计时应选择能充分利用侧阻力的桩型并慎重确定侧阻力强度值。

3.3 关于负摩阻力及其产生条件

作用于桩侧的摩擦力方向取决于桩和其周围地基土侧相对位移情况：当桩的沉降大于地基土的沉降时，地基土对桩侧表面会产生向上作用的摩擦阻力，这个力对桩起支承作用，称为正摩阻力，即我们常说的桩侧摩阻力；反之，当地基土的沉降大于桩的沉降时，地基土对桩侧表面就会产生向下作用的摩擦阻力，这个力称为负摩阻力。在大多数情况下，桩受到的是正摩阻力作用，只有在桩周地面造成较大沉降的情况下，桩才会受到负摩阻力作用。

规范规定，“在软土和软弱地基土层较厚、持力层较好的地基中，桩基计算应考虑路基填土荷载或地下水位下降等因素所引起的负摩阻力的影响”。

3.4 关于桩的承载力

桩的承载力主要取决于两个因素：一是桩身强度，二是地基对桩的支承能力。从理论上，桩的荷载机理是清楚的，但相应的数学问题是复杂的，既有土壤参数的不确定性，也有复杂的桩土系统的弹塑性问题。因此，不能简单地将桩的承载力视为侧阻力与端阻力的算术叠加。工程实践中，桩的承载力经过试桩确定是合理的，对于规模较大的重点工程，通过试桩确定单桩承载力，既可以确保设计的合理性和工程的安全性、也可以避免设计上过于保守带来的不必要浪费。

4 结语

采用桩基时，应根据工程地质条件、建（构）筑物特点、周围环境及施工工艺水平等因素，选用技术先进、经济合理、安全适用的桩型。桩基承载力计算时，应考虑多种可能因素对桩基承载力的影响，要正确分析和判断，确保设计的合理和工程的安全。

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第一作者简介：陈海涛（1983―），男，助理工程师，天津市天友建筑设计股份有限公司，主要从事工业与民用建筑结构设计工作。