灌注桩(Cast-in-situ Piles)及管桩基础概述

1 引言

按照目前使用教材的分类, 灌注桩可以分为钻孔灌注桩, 挖孔灌注桩和沉管灌注桩. 大多数的灌注桩是直的(Striaght bored piles), 这意味着桩的截面随着深度不变化. 但有时直桩的桩身也可以按一定间隔扩大, 做成类似糖葫芦状, 这种桩型称为under-reamed pile, 圆锥状的(Tapered)桩预制的可能更多一些, 我没有做过这种桩型; 扩大基础(Enlarged Base)的桩, 我自己的经验: 最大扩充直径作过2.2m, 遇到坚硬的地层扭矩不够, 致使有时扩不到设计尺寸. 此外, 如果钻孔深度比较深, 清孔也是个问题, 不容易清干净. 三种桩型如下图所示. 

灌注桩的岩土工程设计过程将在以后详细讨论. 下图所示的是<CFEM--加拿大基础工程>手册建议的岩土设计方法.

 

2 钻孔灌注桩

钻孔灌注桩(Drilled Shaft)系指用钻(冲)孔机具在土中钻进，边破碎土体边出土渣而成孔，然后在孔内放入钢筋骨架，灌注混凝土而形成的桩。为了顺利成孔、成桩，需采用包括制备有一定要求的泥浆护壁、提高孔内泥浆水位、灌注水下混凝土等相应的施工工艺和方法。钻孔灌注桩的特点是施工设备简单、操作方便，适应于各种砂性土、黏性土，也适应于碎、卵石类土层和岩层。但对淤泥及可能发生流沙或承压水的地基，施工较困难，施工前应做试桩以取得经验。我国已施工的钻孔灌注桩的最大入土深度已达百余米。

3 挖孔灌注桩

依靠人工(用部分机械配合)在地基中挖出桩孔，然后与钻孔桩一样灌注混凝土而成的桩称为挖孔灌注桩。它的特点是不受设备限制，施工简单；桩径较大，一般大于1.4m。适应于无水或渗水量小的地层；对可能发生流沙或含较厚的软黏土层地基施工较困难(需要加强孔壁支撑)；在地形狭窄、山坡陡峻处可以代替钻孔桩或较深的刚性扩大基础。因能直接检验孔壁和孔底土质，所以能保证桩的质量。还可采用开挖办法扩大桩底以增大桩底的支承力。

4 沉管灌注桩

沉管灌注桩(Mandrel-driven thin shells filled with concrete) 系指采用锤击或振动的方法把带有钢筋混凝土桩尖或带有活瓣式桩尖（沉桩时桩尖闭合，拔管时活瓣张开）的钢套管沉入土层中成孔，然后在套管内放置钢筋笼，并边灌混凝土边拔套管而形成的灌注桩，也可将钢套管打入土中挤土成孔后向套管中灌注混凝土并拔出套管成桩。沉管灌注桩的特点:  (1) 适用于粘性土、砂性土、砂土地基; (2) 可以避免钻孔灌注桩施工中可能产生的流砂、坍孔 的危害和由泥浆护壁所带来的排渣等弊病; (3) 桩的直径较小, 在软粘土中易出现混凝土桩缩颈现象.

5 灌注桩的特点

(1) 施工过程无大的噪声和振动(沉管灌注桩除外)。

(2) 可根据土层分布情况任意变化桩长；根据同一建筑物的荷载分布与土层情况可采用不同桩径；对于承受侧向荷载的桩，可设计成有利于提高横向承载力的异形桩，还可设计成变截面桩，即在受弯矩较大的上部采用较大的断面。

(3) 可穿过各种软、硬夹层，将桩端置于坚实土层和嵌入基岩，还可扩大桩底以充分发挥桩身强度和持力层的承载力。

(4) 桩身钢筋可根据荷载与性质及荷载沿深度的传递特征，以及土层的变化配置。无需象预制桩那样配置起吊、运输、打击应力筋。其配筋率远低于预制桩，造价约为预制桩的40～70%。

在很多情况下, 灌注桩需要在钻孔的时候把套管放入孔内, 灌注完之后再把套管拔出, 如下图所示. 

6 管柱基础

将预制(Precast)的大直径(直径1~5m左右)钢筋混凝土或预应力(Prestressed)钢筋混凝土或钢管柱(实质上是一种巨型的管桩，每节长度根据施工条件决定，一般采用4m、8m或10m，接头用法兰盘和螺栓联接)，用大型的振动沉桩锤沿导向结构将其振动下沉到基岩(一般以高压射水和吸泥机配合帮助下沉)，然后在管柱内钻岩成孔，下放钢筋笼骨架，灌注混凝土，将管柱与岩盘牢固连接。管柱基础的特点：(1) 没有水下作业、不受季节限制; (2) 施工动力要求较高; (3) 在一般公路桥梁中很少采用. 管柱基础类似于以前讨论过的沉井基础.

Chapter 5: 沉井基础(Caisson Foundation)---思考题 (1)

Chapter 5: 沉井基础(Caisson Foundation)---类型划分 (2)

沉井基础(Caisson Foundation)---形状和尺寸(Shape and Size) (3)

沉井基础---设计载荷(Design Loads)和地基允许承载力(ABP) (4)

沉井基础---侧摩阻力(Skin Friction)计算 (5)

7 钻埋空心桩 

钻埋空心桩是一种全新的基桩工艺，将预制桩壳预拼连接后，吊放沉入已成的桩孔内，然后进行桩侧填石压浆和桩底填石压浆而形成的预应力钢筋混凝土空心桩叫钻埋空心桩。它适用于大跨径桥梁大直径桩基础，通常与空心墩相配合，形成无承台大直径空心桩墩。

  

关键词Top 10: 桩基础

桩基础的基本构造和适用条件(Pile Foundation)

桩基础的分类(Classification of Piles)

<基础工程>课程简要回顾(Foundation Engineering)

基础工程---第四章: 桩基础的设计计算(1)

沉井基础(Caisson Foundation)---思考题 (1)

沉桩(Driven Piles)简介

沉井基础(Caisson Foundation)---类型划分 (2)

沉井基础---侧摩阻力(Skin Friction)计算 (5)

基础工程---第四章: 单桩轴向承载力容许值(2)

基础工程---第一章: 导论 (1)