钻孔灌注桩论文.改.pdf

1、前1、前 言言在建筑物修筑过程中，当地基浅层土质不良，采用浅基 础无法满足建筑物对地基强度、变形和稳定性等方面的要 求时，往往需要采用深基础桩基础是一种应用较为广泛 的深基础类型桩基础的分类方法很多，按照成桩方法分 类主要有以下两种基本类型：预制桩和灌注桩由于灌注 桩相比预制桩有下列优点： 1.1、施工过程基本无噪音，无振动，无浓烟排放，对 环境的影响小； 1.2、可根据土层分布变化桩长，并且可选择适当的桩 型提高受力性能； 1.3、施工过程中桩身不需搬运吊装，不必承受打击，因 此可采用较低的配筋率；并且可根据建筑物的重要性和荷 载条件选择沿深度变截面配筋 因此，在工程中较多选用灌注桩灌注桩根据成孔方式 又可分为钻孔灌注桩和人工挖孔灌注桩两类其中人工挖 孔灌注桩以工期短、机具简单、成孔质量好及适用范围广 等特点而具有极强的生命力和良好的发展前景2人工挖孔灌注桩概况2人工挖孔灌注桩概况2.1发展历程2.1发展历程人工挖孔灌注桩是指在桩位采用人工挖掘的方法成孔， 然后安放钢筋笼、灌注混凝土而成的基桩 人工挖掘成孔技术源自古代人类的掘井技术1893年美 国首先在芝加哥、底特律等大城市使用这项新技术。

由于 当时这些大城市土地紧张，导致建筑物的层数不断增加以 缓解这种压力各种高强轻质新材料的出现、大型起吊设1备的开发为高层建筑的设计和施工创造了条件但是，这 同时也提高了对基础强度和稳定性的要求这些大城市地 表以下存在着埋深较大的软土或中等强度的粘土层，若基 础选用当时通行的摩擦桩，必然会产生不可允许的沉降 于是设计人员不得不考虑把桩设置在更深的持力层上，并 且为满足承载力要求还必须将桩身截面设计的很大由此 而导致当时的打桩设备不足以提供足够的力，把桩打至设 计的深度人工挖孔灌注桩的引入则解决了这一难题人 工挖孔灌注桩也由此被称为“芝加哥式挖孔桩”由于其 施工机具简单，适用范围广等优点，人工挖孔灌注桩作为 一种深基础形式很快的应用于世界各地 人工挖孔灌注桩的出现不仅解决了当时工程中出现的问 题，关键是其改变了传统的施工方法，将广泛应用于上部 结构施工的现浇工艺引入对基础的施工中与此前广泛应 用的木桩、钢桩以及钢筋混凝土预制桩等打入桩相比，先 成孔，再浇筑混凝土的施工工艺的确是一种突破随后在2 0世纪40年代出现的钻孔灌注桩也是在此基础之上发展起来 的 我国是在上个世纪60年代初开始在工程中引入人工挖孔 灌注桩。

最初，这项新工艺应用于沿海地区，70年代中期 以后又陆续在我国北京、广州等大城市应用于高层和重型 建筑物的基础随后，人工挖孔灌注桩便在我国得到了迅 猛的发展数年间便普及了全国的二十几个大、中城市， 广泛应用于包括软土、黄土、膨胀土等特殊土在内的各类 地基据估计，近年来我国应用人工挖孔灌桩的数量堪称 世界之最2.22.2 技术特点技术特点自人工挖孔灌注桩问世至今经过了一个多世纪，随着人2们对人工挖孔灌注桩承载机理的研究，这一桩型也得到了 进一步的发展在各类建筑物的基础中人工挖孔灌注桩越 来越受到重视，这主要是由于它较之其他的桩型有其自身 的特点： （1）人工挖孔灌注桩属于非挤土桩，施工基本无噪音 ，无地面隆起或侧移，无浓烟排放，对周围环境影响小， 对附近的建筑物、路面或地下设施等危害小，操作简单； （2）人工挖孔灌注桩的单桩承载力高，视地质条件、 桩身尺寸和混凝土强度等级不同，一般可达数千kN甚至数 万kN因此，在工程中常设计成一柱一桩的基础形式； （3）人工挖孔灌注桩由于其桩身刚度大，除能承受较 大的竖向荷载外，还能承受一定的横向荷载，增强建筑物 的抗震力，并能有效地充当坡地的抗滑桩、堤岸支护桩以 及地铁或建筑物基坑开挖的支护桩，还可以在基坑开挖后 继续作为地下室的承重墙等永久性结构使用； （4）人工挖孔灌注桩施工设备比较简单、轻便，施工 速度快。

通常只用镐、锹、人力卷扬机和铁桶（或条筐） ，必要时采用风镐和通风机同时可以分组作业，多孔同 时进行，提高施工速度； （5）人工挖孔灌注桩质量易保证采用人工挖孔可直 接检查孔底岩层的岩性及风化程度，保证桩端设置在良好 的持力层上人工清底可保证桩底与持力层接触紧密，不 存在沉渣现象； （6）人工挖孔灌注桩不需要搬运吊装，不必承受打击 ，因而可采用较低的配筋率，并可根据建筑物的重要性和 荷载条件仅在桩身上段配筋或沿深度作变截面配筋； （7）人工挖孔灌注桩通常桩间间距较大，群桩效应小 ，设计中无需为此而进行繁琐的计算桩的沉降及其对邻 近桩和周围地面的影响的计算也比常规中等直径桩更为简3便； （8）人工挖孔灌注桩采取扩底的型式，能更好地发挥 桩端持力层的作用，这是其它桩型所不可比的并且缩短 了桩长，减少了工程量，降低了施工难度在桩端扩大的 基础上，工程人员进而沿桩身在合适的土层上扩大桩的直 径，形成各种异形桩，更好地发挥土层的承载力2.32.3 适用范围适用范围人工挖孔灌注桩的上述特点，使其在国内外的工程中得 到广泛的应用尤其是在我国，由于劳动力充足，价格低 廉，使单桩成孔造价大大低于钻孔桩或其它类型桩。

另外 ，可以多孔同时施工，加快了进度，缩短了工期人工挖 孔灌注桩适用范围较广，可广泛应用于以下工况： （1）桥梁、高层建筑、大型设备等的基础，在无地下 水或地下水量不多的地层； （2）地表以下有较厚的软弱土层，如杂填土、素填土 、淤泥质土等； （3）拟建工程场地有人防工事，可将人工挖孔灌注桩 穿过人防工事达到其下的硬土层； （4）工程场地地表以下有埋深较厚的湿陷性黄土，膨 胀土，而其下有较硬的持力层； （5）工程场地具有适于作人工挖孔灌注桩持力层的土层，如：岩石类，砾石类，密实砂类，sE值大于10MPa的粘性土等； （6）场地狭小的市区，不宜开进大型机器设备，宜选 用人工挖孔灌注桩它具有土方量小、投资少、施工快、 对周围环境影响小的优点； （7）新近建筑物邻近有老建筑物时，采用人工挖孔灌4注桩可避免不利影响，方便施工2.42.4 发展方向发展方向随着时代的进步，科学的发展，建筑物的上部结构形式 越来越多，由此也引发了基础工程的不断更新人工挖孔 灌注桩目前的发展趋势大概有这么两个方向：1、桩型的变 化由以前的直壁桩、扩底桩发展为沿桩身布设多个坎（ 肋），或是桩径设计成沿深度呈阶梯形变化的桩，充分发 挥地层中工程性质良好土层的承载力；2、浇筑过程中新工 艺的引入。

打破先前浇筑实心混凝土桩的传统，采用空心 桩，减少了桩的自重和废弃土方量，节省了工程量，降低 了造价另外，引入欧洲国家使用的桩底灌浆施工工艺， 通过对桩底灌浆，有效地增加了桩端土的刚度，减少的桩 端土层的压缩量 建筑规模的不断增大，引起了桩径的增大直径为2～3 米的人工挖孔灌注桩已司空见惯，个别的达到并超过了5米 为了减少桩身自重，节省工程量，降低造价，但同时又 满足承载力的要求，人工挖孔扩底灌注桩作为一种新的桩 型引入基础工程人工挖孔扩底灌注桩能较好的发挥持力 层的作用，减少桩长，提高单桩承载力近年来的工程实 例已证明当桩长较大，场地可能因大量堆载或地下水下降 而发生沉降，或因地震液化等原因致使桩侧摩阻力降低、 丧失甚至会产生负摩阻力时，扩大桩底部直径仍然是发挥 桩端持力层的作用、提高单桩承载力的有效措施随着人 们对扩底作用认识的深化和施工机具的改进，扩底的形式 也有了新的发展扩底的形式主要有锅底形扩底和平面形 扩底两种我国近年推荐采用前者扩底端的尺寸选取上变化很大一般桩端直径与桩身直径比dD不超过3.0；锅底5矢高bh取(0.1～0.15)D；扩底侧面的斜率应根据实际成孔及支护条件确定， cha一般取1/3～1/2，砂土取为1/3，粉土、粘性土取为1/2，见图如下。

dDahdhc人工挖孔扩底灌注桩构造人工挖孔支盘灌注桩从仿生学原理出发，把自然界树木 生长的规律应用到工程上来，是一种新的发明这种桩使 用特制的设备在支盘周围可形成坚硬的土体，既有较大的 承压能力，又有较大的抗拔能力，由于桩体周围有支和盘 的存在，可增加桩的稳定性人工挖孔支盘灌注桩克服了 传统桩型承载力低、抗拔能力小、稳定性差的缺点，可以 认为是夯扩桩和大直径桩(墩)的改进挤扩支盘灌注桩技 术是利用专利设备—— 支盘挤扩机在常规施作的桩孔内的适宜土层，进行加压挤 扩，形成“盘”或“支”再按常规工艺灌注混凝土，形成 挤扩支盘灌注桩挤扩支盘灌注桩的机理是:桩身的“盘” 或“支”支承于较硬土层上，充分利用桩身周围和桩端的 较好土层，变侧阻力为支承力这样大大提高了桩的轴向 承载力、抗拔力，并减小了桩的沉降变形63.13.1 课题的提出课题的提出时至今日人工挖孔灌注桩已发展了100余年，此间人类 从未停止过对其工作机理的研究新桩型、新工艺的不断 涌现使得工程人员必须更新自己的知识，对人工挖孔灌注 桩的受力机理和变形特性进行不断的探讨和研究特别是 从上个世纪70年代以来，随着我国国民经济的高速增长， 基础设施的建设得到了大力发展。

许多大、中城市兴建起 大批的高层建筑和大跨度柱网框架结构及大型设备基础等 建筑物尤其是近年来公路事业的发展，大跨径桥梁的数 量急剧增加，桩基础的作用越来越重要在已建和在建的 诸多工程中，工程人员发现了存在于建筑物基础方面的大 量问题这些存在于设计、施工和检测中的诸多问题影响 了基础工程的发展，同时也给研究人员提出了大量新的研 究课题首先是对人工挖孔灌注桩受力机理和变形特性的研究 尽管人工挖孔灌注桩已使用100余年，工程人员和研究人员 一直在不停的探索，但是至今没有对其受力机理和变形特 性给出令人满意的解释；承载力与变形也没有建立合理的 取值方法；对于桩土体系的荷载传递机理，桩端阻力、桩 侧摩阻力在受力过程中发挥的性状也没有统一的认识；在 承载力的判别标准方面也是如此目前主要存在的两种承 载力判别标准：强度控制和变形控制极限荷载法就是一 种强度控制方法，对于小直径桩尤其是摩擦桩，Q- S曲线上拐点较明显，易于确定极限荷载；但对于人工挖孔 扩底灌注桩，承载力以端承力为主，Q- S曲线呈缓变型，没有明显的突变点，桩顶沉降相当大时还 达不到破坏，这时就需要引入变形控制的方法，用桩顶绝对沉降S或是相对沉降DS来控制承载力。

在利用公式计算人7工挖孔灌注桩承载力时，是否需要计及桩侧摩阻力的影响 也是有争议的问题，各地工程人员对此也是各执一词，众 说纷纭以上各种问题导致在确定承载力时出现分歧例 如：对于设在同一土层几何尺寸相同的人工挖孔灌注桩的 承载力按各种规范建议的公式计算承载力可能相差一倍甚 至更多；对于同一基桩的静载荷试验结果，以不同的极限 承载力判别标准也可能出现较大的差别其次，单桩轴向允许承载力的确定在工程设计中也是一 个值得研究的课题单桩轴向允许承载力是指单桩在轴向 荷载的作用下，地基土和桩本身的强度和稳定性均能得到 保证，变形也在允许范围以内所能承受的最大荷载，它是 以单桩轴向极限荷载承载力（极限桩侧摩阻力和极限桩端 阻力之和）考虑必要的安全度后得到的单桩轴向允许承 载力的确定方法很多，例如：1、静载试验法；2、经验公 式法；3、静力触探法；4、动测试桩法；5、静力分析法等 在这些方法中，以静载试验法最为直观可靠，但是其试 验工作量大，操作繁琐，造价较高设计中较为常用的是 经验公式法，主要由于其简单易行，也有大量经验可供参 考我国现行的各设计规范都规定了以经验公式计算单桩 轴向允许承载力的方法规范根据全国各地大量的单桩静 载试验资料，经过理论分析和统计整理，给出了不同类型 的桩按土的类别、密实度、埋置深度等条件下有关桩侧摩 阻力及桩端阻力的经验系数、数据及相应公式。

例如：现 行的《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024- 85）给出了下面两个公式用于人工挖孔灌注桩轴向允许承 载力得计算：（1）摩擦桩型人工挖孔灌注桩的轴向允许承载力 RPAUlP218（。