第二章基础工程本章概要1．钢筋混凝土预制桩的沉桩设备；2．打桩的顺序、打桩的工艺及打桩的注意事项；3．钢筋混凝土钻孔灌注桩的钻孔
设备；4.泥浆护壁的机理、泥浆的作用以及泥浆的循环；5．钢筋混凝土沉管灌注桩的沉管方式；6.沉管灌注桩的单打、复打和
反插工艺及其有效性的比较。桩基础是一种被广泛应用于高层建筑物和重要构筑物工程中的基础形式。桩基础的作用是将上部结构较大
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和变形较大的地基问题。如图2.1所示。桩基础的分类、特点
及适用范围工程中的桩基础，往往由数根桩组成，桩顶设置承台，把各桩连成整体，并将上部结构的荷载均匀传递给桩。桩基础的分类、特点及适
用范围如表2.1所示。2.1钢筋混凝土预制桩施工预制桩的质量易保证（主要是保证桩的预制质量），但为了抗击运输和起吊的荷载
，还需要另外的配筋，因此较灌注桩要耗钢材，另外由于不可避免地要截桩和接桩，预制桩的造价较灌注桩要高一些，同时预制桩的运输较麻烦。
2.2.1、钢筋混凝土预制桩的制作、运输和堆放（一）桩的制作钢筋混凝土实心桩桩身长度：限于桩架高度，现场预制桩的柱长一般在2
5－30m;限于运输条件，工厂预制桩的桩长一般不超过12m（依据桩架）。较长的桩在施工现场预制。所用混凝土强度等级不宜低于C30
。主筋连接宜采用对焊；主筋接头配置在同一截面内的数量，当采用闪光对焊和电弧焊时，不超过50％钢筋混凝土实心桩由桩尖、桩身
和桩头组成，如图2.2所示。同一根钢筋两个接头的间距应大于30倍钢筋直径，并不小于500mm桩的制作预制桩
叠浇预制时，桩与桩之间要做隔离层（可涂皂角、废机油或黏土石灰膏），以保证起吊时不互相黏结。叠浇层数，一般不超过四层，上层桩必须在
下层桩的混凝土达到设计强度等级的30%以后，方可进行浇筑（图2.3）。桩的起吊、运输和堆放钢筋混凝土预制桩应在混凝土达到设计
强度的70％方可起吊；达到设计强度的100%才能运输和打桩。桩在起吊和搬运时，吊点应符合设计规定。吊点位置的选择随桩长而异，并应
符合起吊弯矩最小的原则桩在施工现场的堆放，场地必须平整、坚实。堆放时应设垫木，垫木的位置与吊点位置相同，各层垫木应上、下对齐，
堆放层数不宜超过4层。2.2.2锤击沉桩的施工（一）打桩机械打桩机主要包括：桩架、桩锤和动力装置三个部分1．桩锤的
选择桩锤应根据地质条件、桩的类型、桩的长度、桩身结构强度、桩群密集程度以及施工条件等因素来确定，其中尤以地质条件影响最大
。桩锤的主要类型有落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油锤、液压锤。当桩锤重大于桩重的的1.5～2倍时，沉桩效果较好。（1
）落锤落锤（图2.5)一般由生铁铸成，利用卷扬机提升，以脱钩装置或松开卷扬机刹车使其坠落到桩头上，逐渐将桩打入土中。落锤
重量为0.5－2t(5－20kN），锤落距可随意调节，构造简单，使用方便，故障少；但打桩速度较慢，效率低，易损坏桩头。因此在预制桩
沉桩施工中很少使用落锤。（2）蒸汽锤①单动汽锤。单动汽锤（图2.6)的冲击部分为汽缸，活塞是固定于桩顶上的。其工作过
程和原理是：将锤固定于桩顶上，用软管连接锅炉阀门，引蒸汽入汽缸活塞上部空间，因蒸汽压力推动而升起汽缸，当升到顶端位置时，停止供汽并
排出蒸汽，汽锤则借自重下落到桩顶上击桩。如此反复循环进行，逐渐把桩打入土中。汽缸只在上升时耗用动力，下落完全靠自重。②双动汽锤。
双动汽锤（图2.7）的冲击部分为活塞，动力是蒸汽。汽缸是固定在桩顶上不动的，而汽锤在汽缸内由蒸汽推动而上下运动。其工作过程和原理是
：先将桩锤固定在桩顶上，然后将蒸汽由汽锤的汽缸调节阀引入活塞下部，由蒸汽的推动而升起活塞，当升到最上部时，调节阀在压差的作用下自动
改变位置，蒸汽即改变方向而进入活塞上部，下部气体则同时排出；如此反复循环进行而逐渐把桩打入土中。（3）柴油锤
柴油锤是以柴油为燃料，利用柴油点燃爆炸时膨胀产生的压力，将锤抬起，然后自由落下冲击桩顶，同时汽缸中空气压缩，温度骤增，喷嘴喷油，
柴油在汽缸内自行燃烧爆发，使汽缸上抛，落下时又击桩进入下一循环，如此反复循环进行，把桩打入土中。柴油锤具有打桩工
效高、构造简单、移动灵活、使用方便，不需沉重的辅助设备，也不需从外部供给能源等优点。但存在施工噪音大、油滴飞散、排出的废气污染环境
等缺点。柴油锤不适用于在过硬或过软的土层中打桩。因为土很松软时，对于桩的下沉没有多大阻力，以致气缸向上抛起的距离很小，当
汽缸再次降落时，不能保证燃料室中的气体压缩到发火的程度，柴油锤停止工作。根据冲击部分的不同，柴油锤可分为导杆式、活塞式和管式三大
类。导杆式柴油锤的冲击部分是沿导杆上下运动的汽缸，筒式柴油锤的冲击部分则是往复运动的活塞。（4）液压锤液压锤利用液压
能将锤体提升到一定高度，它是由液压推动密闭在锤壳体内的芯锤活塞柱，依靠锤体自重或者自重加液压能下降进行锤击，令其往返实现夯击作用，
将桩沉入土中；因此从打桩原理上液压锤可分为单作用式和双作用式。单作用式即自由下落式，打击能量较小，结构较简单；双作用式液压锤，冲击
体下降速度高，打击力大，结构紧凑，但其液压油路比单作用液压锤要复杂些。液压锤是一种新型低噪音、无污染（有利于环境保护）、
打击能量大、能耗省、操作方便的打桩锤。在软土地区打桩很容易，还可用于水下打桩。但液压锤要配备较大功率的液压动力源，动力源以较长的高
压软管与桩锤连接，构造相对复杂，造价较高。桩架桩架的作用：支持桩身和桩锤，将桩吊到打桩位置，并在打入过程中引导桩的方向
，保证桩锤沿着所要求的方向冲击。桩架的选择：选择桩架时，应考虑桩锤的类型、桩的长度和施工条件等因素。桩架的高度
=桩长＋桩锤高度＋滑轮组高＋起锤移位高度＋安全工作间隙（2）滚筒式桩架滚筒式桩架的行走靠两根钢滚筒在垫木上滚动，
优点是结构比较简单，制作容易，但在平面转弯、调头方面不够灵活，操作人员较多。如图2.10所示。（3）多功能桩架多
功能桩架的机动性和适应性很大，在水平方向可做360°旋转，导架可以伸缩和前后倾斜，底座下装有铁轮，底盘在轨道上行走，故又称为轨道式
桩架。如图2.11所示。(4）履带式桩架履带式桩架如图2.12所示，其类型及特点如表2.2所示。3．动力装置的选
择动力装置的选择应根据桩锤的类型来确定。（二）沉桩前的准备工作1．清除地上、地下障碍物，对场地进行平整并做好排水工作。
2．放出桩的基准线并定出桩位，在不受打桩影响的适当位置设置水准点，3．接通现场的水、电管线，准备好施工机具；做好对桩的质量检验
。4．进行打桩试验，以便检验设备和工艺是否符合要求。5.确定打桩顺序打桩顺序打桩时，由于桩对土体的挤密
作用，先打入的桩被后打入的桩水平挤推而造成偏移和变位或被垂直挤拔造成浮桩；而后打入的桩难以达到设计标高或入土深度，造成土体隆起和挤
压。所以，群桩施工时，为了保证质量和进度，防止周围建筑物的破坏，打桩前根据桩的密集程度、桩的规格、长短以及桩架移动是否方便等因素来
选择正确的打桩顺序。为减少挤土影响，确定沉桩顺序的原则如下：①逐排打、逐排改变方向（图2．13(a)）；②间隔
打；③从中间向四周沉桩，由中及外（扩散打法）（图2.13(b))；④从靠近现有建筑物最近的桩位开始沉设，由近及远，即先打离建筑物
较近的桩，后打离建筑物较远的桩；⑤当桩较多时，可分段从中间向外沉桩（图2.13(c））；⑥按照桩的规格由深及浅、由大及小、由长
及短。打桩工艺及打桩注意事项1.打桩有重锤低击和轻锤高击两种方式。重锤低击与轻锤高击如图2.14所示。2.由于预制桩不能设
计成不相同的长度，桩顶高出地面或低于地面是不可避免的，沉桩时有“顶打”和“退打”之分，如表2.4所示。3．打桩时如发现
锤的回弹较大且经常发生，则表示桩锤太轻，锤的冲击动能不能使桩下沉，此时应更换重的桩锤。4.打桩过程中，如桩锤突然有较大的
回弹，则表示桩尖可能遇到阻碍。此时须减小锤的落距，使桩缓慢下沉，待穿过阻碍层后，再加大落距并正常施打。如降低落距后，仍存在这种回弹
现象，应停止锤击，分析原因后再行处理。5．打桩过程中，如桩的下沉突然增大，则表示可能遇到软土层、洞穴或桩尖、桩身已遭受破
坏等。此时也应停止锤击，分析原因后再行处理。6．桩顶打至桩架导杆底端以下或打入土中，均需送桩。送桩时，桩身与送桩的纵轴线
应在同一垂直轴线上。当然应尽量避免使用送桩，因送桩与预制桩的截面有差异时，会使预制桩受到较大的冲击力。此外，还会导致预制桩入土时发
生倾斜。接桩一般混凝土预制桩接头不宜超过2个，预应力管桩接头不宜超过4个，应避免在桩尖接近硬持力层或桩尖处于硬持力层中
时接桩。接桩方法有：焊接法、法兰连接及浆锚法。前两者适用于各类土层，后者适用于软土层。1．焊接法如图2.15所示为焊
接法接桩节点构造。2．浆锚法浆锚法接桩为采用硫磺胶泥或环氧树脂作为胶结剂的接桩工艺，其特点是接桩速度快。
打桩质量要求与验收打桩质量评定包括两个方面：一是能否满足设计规定的贯入度和标高的要求；二是桩打入后的偏差是否
在施工规范允许的范围内，桩顶或桩身有无破损现象。贯入度或标高必须符合设计要求，沉桩的质量控制见表2.5。打桩中常见
问题的分析和处理1．桩顶、桩身被打坏这种现象一般是桩顶四周和四角被打坏，或者顶面被打碎。有时甚至将桩头钢筋网部
分的混凝土全部打碎，几层钢筋网都露在外面，有的是桩身混凝土崩裂脱落，甚至桩身折断。发生这些问题的原因及处理方法如下：（l）桩顶
的配筋应作特别处理，即柱箍加密。（2）混凝土保护层太厚，或主筋放得不正，引起保护层过厚，直接受冲击的是素混凝土，因此容易剥落。
必须注意避免。（3）顶面与桩的轴线不垂直，则桩处于偏心受冲击状态，局部应力增大，极易损坏。有时由于桩帽比桩大，套上的桩帽偏向桩
的一边，或者桩帽本身不平，也会使桩受偏心冲击；有的桩是在施打时发生倾斜。（4）由于下沉速度慢而施打时间长、锤击次数多或冲击能量
过大称为过打。打桩时应该尽量避免过打。2．打歪桩顶不平、桩身混凝土凸肚、桩尖偏心、接桩不正或土中有障碍物，都容易使桩打
歪；另一方面，桩被打歪往往与操作有直接关系，例如桩初入土时，桩身就有歪斜，但未纠正即予施打，就很容易把桩打歪。防止把桩打歪，除了仔
细检查打桩机导架的垂直度，桩顶是否平正，还可采取以下措施：（1）开始时，桩锤用小落距将桩徐徐击入土中，并随时检查桩的垂直
度，待柱入土一段长度并稳住后，再按正常落距将桩连续击入土中；（2）由于地下障碍物使桩打歪，应设法排除或经研究移位后再打
。若发现桩已打斜，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。若拔桩有困难，应在原桩附近再补打一
桩。3．打不下在市区打桩，如初入土1－2m就打不下去，贯入度突然变小，桩锤严重回弹，则可能遇上旧的灰土或
孤石等障碍物，必要时应彻底清除或钻透后再打，或者将桩拔出，填砂并适当移位后再打。如桩已打入土中很深，突然打不下去，这可能有以下几种
情况：（1）桩顶或桩身已打坏，锤的冲击能不能有效地传给桩，使之继续沉入土中。（2）土层中央有较厚的砂层或其
他硬土层，或者遇上钢渣、孤石等障碍物，在这种情况下，如盲目施打，会造成桩顶破碎、桩身折断。（3）打桩过程中，因特殊原因
，不得已而中断，桩停歇一段时间以后，再予施打，往往不能顺利地将桩打入土中。原因主要是土的弹性变形（有利于沉桩），使得桩身周围的土重
新挤向桩身，使土与桩牢固结合，钢筋混凝土桩变成了直径较大的土桩而承受荷裁，因而难以继续将桩打入土中。所以打桩应连续施打。4.一桩
打下、邻桩上升这种现象多在软土中发生，即桩贯入土中时，由于桩身周围的土体受到急剧的挤压和扰动，被挤压和扰动的土，
靠近地面的部分，将在地表面隆起和水平移动，推移已打好的桩。当出现这样的现象时，可采取预钻孔打桩法，预钻孔打桩亦称
“植入桩”，它是先在地面桩位处钻孔，然后在孔中插入预制桩（将土的挤压力降低），用打桩机将桩打到设计标高。为了兼顾单桩的承载力，不致
使桩的承载力受到明显影响，钻孔深度一般不宜超过桩长的一半。2.2.3振动沉桩振动沉桩是利用固定在桩顶部的振动器所产
生的激振力，通过桩身使土颗粒受迫振动，使其改变排列组织，产生收缩和位移，这样桩表面与土层间的摩擦力就减小，桩在自重和振动力共同作
用下沉入土中。振动锤机构示意图如图2.17所示振动沉桩工艺振动沉桩时，振动箱安装在桩头，用夹桩器将桩与振动箱
固定，并应保证振动箱与桩身在同一垂直线上。振动箱内装有两组偏心块，在电动机带动下，偏心块反向同步旋转产生离心力，离心力的水平分力大
小相等，方向相反，相互抵消；而垂直分力大小相等，方向相同，相互叠加，使振动箱产生垂直方向的振动，使桩与土层摩擦力减小，桩逐渐沉入土
中。近年来，国外很多振动锤为了对激振器的频率进行无级调速，以适应现场施工的需要常采用液压马达驱动，液压马达有外形
尺寸小、重量轻、启动力矩大等特点。近年来，可调偏心力矩的振动锤也有了新的发展，振动锤在启动或停振时，由于通过桩架的其他部件的共振区
，会产生很大的振幅，对安全和机器寿命都很不利；可调偏心力矩的振动锤在启动或停振时，可将偏心力矩调到很小，减少振动，从而较好地解决了
这个问题。2.2.4静力压桩静力压桩是在软弱土层中，利用静压力（压桩机自重及配重）将预制桩逐节压入土中的一种沉
桩法。这种方法节约钢筋和混凝土，降低工程造价，采用的混凝土强度等级可降低1－2级，配筋比锤击法可节省钢筋40%左右，而月．施工时无
噪音、无振动、无污染，对周围环境的干扰小，适用于软土地区、城市中心或建筑物密集处，以及学校、医院、政府机关等的桩基础工程。静力压
桩机静力压桩机按照动力驱动原理分机械压桩机和液压压桩机两种。静力压桩工艺静力压桩由于受设备行程的
限制，在一般情况下桩是分段预制、分段压入、逐段接长，因此压桩施工工艺程序为：测量定位－压桩机就位－吊桩、插桩－桩身对中调制－静压沉
桩－接桩－再静压沉桩－送桩－终止压桩－切割桩头。地下连续墙施工地下连续墙可作为防渗墙、挡土墙、地下结构的边墙和建筑物的基础。
一、地下连续墙的施工工艺1.筑导墙导墙的作用是挖槽导向、防止槽段上口塌方、存蓄泥浆和作为测量的基准。深度一般1～2m，顶面高出施工地面，防止地面水流入槽段。2.挖槽目前我国常用的挖槽设备为导杆抓斗（图2-24）和多头钻成槽机（图2-25）。3．清槽清槽的方法有沉淀法和置换法两种。4．钢筋笼吊放钢筋笼的起吊应用横吊梁或吊架。吊点布置和起吊方式要防止起吊时引起钢筋笼变形。5.接头施工地下连续墙混凝土浇筑时，连接两相邻单元槽段之间地下连续墙的施工接头，最常用是接头管方式。二、逆作法施工（1）步履式桩架步履式桩架是在轨道式桩架的基础上发展起来的。步履式桩架在平台以上的机构，其布置构造与轨道式桩架相同。它们的主要区别在于行走机构。如图2.9所示，步履是一条很短的可移动的轨道，桩架在步履轨道上行走，轨道离地后又可向前向后推移，这样循环工作，就可实现桩架的移动。 |
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