岩土师专业知识辅导---桩基础

在较长⼀段时间内，上海地区的桩基础，以钢筋混凝⼟预制桩占主导地位。预制桩成本较低，质量控制较为可靠，施⼯周期较短，在各种不同的桩型中占有很⼤优势，⾄80～90年代，仍是⼴泛应⽤的桩型。由于⾼层建筑、⼤型⼚房、⾼炉、⼤桥等的建造，对桩基的承载能⼒和地基的变形提出了更⾼要求，于是很多⼯程引进了钢管桩，预应⼒混凝⼟桩也普遍使⽤。市区密集建筑群中打桩产⽣的⼀系列问题，⼜使钻孔灌注桩得到重视。1985年，三航局预制⼚从⽇本引进了⾼强度预应⼒混凝⼟管桩（PHC桩）⽣产流⽔线以后，第20冶⾦⼯业公司预制⼚⼜⾃⾏设计了同类型的⽣产流⽔线，这种桩能部分取代钢管桩，已在上海⼤剧院等⼯程中得到应⽤，并供应⾹港、澳门地区。在桩基持⼒层选择⽅⾯，80年代以前，由于锤击能量的限制，⼤多以暗绿⾊粘性⼟层作为理想的桩基持⼒层。80年代后，柴油打桩锤的⼴泛使⽤，给桩基持⼒层的选择，提供了更⼤的余地，以⑦号粉砂⼟、⑨号砂性⼟作为桩基持⼒层的⼯程已有不少。⼀、钢筋混凝⼟预制桩

从50年代开始到1977年以前，钢筋混凝⼟预制桩是桩基的⼀种主要形式。50～60年代，除上海重型机器⼚的万吨⽔压机和铸钢车间曾⽤过43⽶的长桩外，桩长多数在24～26⽶之间，以暗绿⾊粘性⼟作为持⼒层，设计单桩承载⼒为600～800千⽜（60～80吨）。70年代后期开始，上海各类⾼层建筑不断兴建，预制桩也有了很⼤发展。l980年起，钢筋混凝⼟长桩长达45⽶，开始⽤于上海宾馆，后在电信⼤楼、华亭宾馆⼯程相继采⽤，利⽤⑦号粉⼟或粉砂作为桩基持⼒层，提⾼单桩承载⼒，减少建筑物沉降，取得显著的社会经济效益，使上海桩基础发展到⼀个新的⽔平。在暗绿⾊粘性⼟层或第⼀砂层缺失或很薄，或下卧层较软弱的区域，建造30层以上的⾼层建筑，为控制沉降量，也有采⽤更长桩的，如华东⼯业院设计的虹桥宾馆和陆家宅沪办⼤楼（联合⼤厦），桩长均达60⽶。90年代以来，超过100⽶的超⾼层的勘探，深度都要达到第⑨层粉细砂（上海的第2砂层）以内⼀定深度，是研究第2砂层作为桩基持⼒层可能性的依据。　

上海地区采⽤的预制⽅桩，截⾯边长为20～50厘⽶，也有少数采⽤边长60厘⽶的，长度为5～60⽶，在⼯⼚或施⼯现场预制，运输、堆放均较⽅便，由于桩⾝质量容易得到保证，承载⼒较⾼，耐久性较好，现有的沉桩机械型号齐全，施⼯便利，⼯期短，费⽤较其他桩型便宜，尤其是多年实践积累了较为成熟的经验，到1995年，预制桩仍在上海地区得到⼴泛使⽤。预制桩的制作技术，多年来有很⼤改进，初期⽊材和劳动⼒消耗多，1956年，⾸先在江南造船⼚1号万吨级船台⼯程中，改⽤重叠法密肋形浇筑，压缩了制桩场地，节约了⽊模、⼈⼯，提⾼了制桩速度，这项制桩技术，以后在全国推⼴，成效显著。 预制桩可以分节制造，分节施⼯，接桩原来采⽤钢桩帽电焊办法。1972年，经有关设计、施⼯单位合作研制，采⽤硫磺胶泥锚接法获得成功。经多年⼯程实践，该项⼯艺在严格保证操作质量前提下，能够安全地承受锤击施⼯应⼒，从1975年开始，⽤于多节预制桩⼯程，⽐焊接费⽤可节约70%左右。80年代后期起，由于对桩基承载⼒的要求有所提⾼，加之硫磺胶泥的质量控制等因素，这种接头已很少采⽤。　

在打桩设备⽅⾯，新中国建⽴前，桩基施⼯设备⼗分落后，全市仅有2台重7吨的蒸汽锤，⼤部分是蒸汽或电动落锤，甚⾄还有⽤原始的⽯硪或铸铁落锤，采⽤⼈⼯提升脱钩打桩。1958年起，桩基任务增加，于是加⼯制造了⼀批蒸汽打桩机械，锤重为10吨。在1977年以前，基本上都是靠蒸汽锤打桩。1978年宝钢⼯程开⼯后，引进了3～7.2吨的柴油锤和履带式桩机。以后发展到引进⽇本的8吨锤和联邦德国可调节冲击能量的D60、D62等更为先进的柴油锤。上海⼯程机械⼚在引进德国技术的基础上，已能⽣产D型系列的柴油锤。80年代开始，蒸汽锤已被淘汰，柴油锤普遍使⽤。进⼊90年代，上海第三航务⼯程局⼜引进了英国的⾼能量液压锤（ZHA-30型），已在⾦茂⼤厦⼯程中应⽤。

在港区改造中，1965年率先采⽤压桩施⼯，设备能⼒为150吨和80吨两种，到90年代，已经发展到300吨到500吨。1972年开始，将压桩使⽤于桩长约20⽶的许多⼯业和民⽤建筑⼯程，1986年上海勘察院在⾦⼭⽔泥⼚施⼯的71⽶长静压桩达到1000～1200吨。近年来500吨的压桩机可以压⼊桩长达38⽶，进⼊⑦号粉性⼟，应⽤在上海龙华鑫隆花园2幢24层的住宅楼。压桩施⼯具有⽆噪⾳、⽆振动、对周围环境影响较⼩等优点，但受到设备能⼒的限制，存在不能穿透较厚的砂⼟或粉⼟层的局限性。⼆、钻孔灌注桩

60年代初，上海已采⽤钻孔灌注桩，建造了⼀些市区、近郊的桥梁，当时采⽤⼈⼯推磨并出⼟的⼤锅锥，逐步由泥浆护壁发展到清⽔护壁（利⽤孔内粘⼟⾃然造浆），以保持孔内⽔位，防⽌潜蚀和塌孔。1965年，上钢三⼚3号转炉改建⼯程曾做过钻孔灌注桩试验，但与预制打⼊桩对⽐，因承载⼒偏低⽽放弃使⽤。

1975年开始建造的公交公司电车修配⼚，⼜⼀次进⾏了钻孔灌注桩的试验，采⽤潜⽔电钻成孔，桩的设计直径为600毫⽶，⼊⼟深度25.8⽶，试桩极限承载⼒980～1078千⽜，此值明显偏低，原因是没有做好清孔措施，桩底淤⼟沉积达0.8～1.0⽶。1981年，⾊织四⼚综合楼改造，考虑打桩对邻近建筑物的危害，决定选⽤钻孔灌注桩⽅案，2根试桩（直径800毫⽶，深32

⽶）承载⼒为1960～2136千⽜，极限侧摩阻⼒和端承⼒与电车修配⼚试桩结果相似。1983年，上海基础公司从联邦德国引进⼀台NVC120/2型成桩机，可施⼯900毫⽶的贝诺托（Benoto）桩，以后在上海雁荡公寓、混凝⼟⼆分⼚及中⼭北路⽴交桥作过9根试验桩，静载试验做得⽐较完整的有6根。以后基础公司采取了向桩底周围压浆等措施，取得较好效果，但因成孔机械需要进⼝，成孔后尚需采取附加措施，降低了贝诺托桩的使⽤价值。

1983年，上海市机械化施⼯公司与中船勘察院联合进⾏凹凸形钻孔灌注桩的研究试验，获得了成功。这种桩的施⼯⼯艺特点，为孔壁呈明显的凹凸形，采⽤⼆次清孔措施，减少了孔底沉淤，在浇捣⽔下混凝⼟时，⽤⾸罐混凝⼟量集中在⼤漏⽃中，以冲击清除部分孔底残余沉淤等多项措施，使桩的垂直极限承载⼒得到提⾼。

随着市区建设和改造的步伐加快，在建筑物密集地区打桩施⼯对周围环境的影响和危害⽇益严重，钻孔灌注桩则⽆挤⼟、⽆振动、⽆噪声，成为取代打⼊桩的重要桩型，应⽤⽇益⼴泛。90年代以来，房屋建筑的钻孔灌注桩直径从600毫⽶、800毫⽶扩⼤为1000毫⽶、1200毫⽶甚⾄更⼤。桥梁地基早在70年代就采⽤1～1.5⽶⼤直径钻孔灌注桩，如松浦⼤桥引桥，桩的直径为1.5⽶，长度50⽶达到上海的第2砂层（⑨号⼟）。1988年，中国建筑西南勘察院承担了上海恒丰⼤楼的钻孔灌注桩施⼯任务，该⼤楼为2幢毗邻的33层蝶形公寓，钻孔灌注桩桩径850毫⽶、桩长75⽶，为当时上海市内桩⾝最长的钻孔灌注桩⼯程。90年代初，海仑宾馆、新世界商场、京城⼤厦等⼯程，钻孔灌注桩均达地⾯下73⽶，海仑宾馆建成后，沉降量不超过5厘⽶。三、钢管桩和H型钢桩　

钢管桩具有强度⾼、挤⼟量⼩、裁接⽅便，贯⼊性能好等优点，缺点是价格较贵，消耗⼤量钢材。因此，只能在软⼟分布深度⼤的重⼤⼯程项⽬中应⽤。

70年代中期，钢管桩开始在⽯化总⼚码头使⽤。70年代末，宝钢开始建设，外径609.6毫⽶的钢管桩被⼤量使⽤，宝钢⼀、⼆期⼯程共约打⼊6万余根，30余万⽶，计39万吨各种规格的钢管桩。通过宝钢⼯程的⼤量使⽤，钢管桩的优越性得到了肯定。以后，上海的宝钢电⼚、⽯洞⼝电⼚、华能上海⽯洞⼝第⼆电⼚、外⾼桥电⼚等⼤型电⼚，南浦⼤桥、杨浦⼤桥和徐浦⼤桥，以及许多⾼层建筑都采⽤了钢管桩，88层的⾦茂⼤厦采⽤直径912毫⽶的钢管桩，打⼊深度达83⽶，可称“上海之最”。 上海从事岩⼟⼯程的⼯程技术⼈员，在钢管桩的应⽤⽅⾯做出了许多贡献，宝钢设计院和宝钢顾问委员会的专家，曾对钢管桩做过⼴泛的研究、试验和理论分析，对于钢管桩的承载能⼒、⼟芯闭塞效应、负摩阻⼒和桩顶位移等⽅⾯，结合上海的地质条件，提出了切合实际的设计⽅法。华东电⼒院为在⼤型电⼚中应⽤钢管桩，曾做过⼤量的试验研究和分析，特别是在北仑港电⼚做过2根直径609.6毫⽶×11毫⽶、长45⽶的闭⼝钢管桩的堆载负摩擦试验，采⽤瑞⼠⽣产滑动测微计测量桩⾝应变，获得了桩⾝负摩擦⼒的实测数据，为堆煤场地基处理节约了⼤量⼯程费⽤。1989年，在外⾼桥电⼚进⾏了规模很⼤的试桩，桩⾝上贴了电阻应变⽚，区分桩侧摩阻和桩端阻⼒，在此基础上确定了桩基持⼒层位置和单桩承载⼒，修正了可⾏性研究时确定的桩基设计参数，仅桩基⼀项，节约8000万元。

H型钢桩在国外应⽤甚⼴，与钢管桩相⽐，沉桩阻⼒⼩，挤⼟量也⼩，穿透能⼒强，由于⼀次轧制成型，成本较低，运输、储存均较⽅便，缺点是相同材料⽤量下断⾯尺⼨较⼩，侧壁摩阻⼒较钢管桩为⼩，桩⼊⼟较深时沉桩易发⽣屈折。

80年代，上海引进了卢森堡的H型钢，曾由上海基础公司特种基础研究所和上海勘察院合作，在虹桥开发区的莲花⼤厦做过试桩。1988年，⼜由三航局科研所在太阳⼴场两幢30层⼤厦中进⾏了试验，成功地作为⼤厦桩基础使⽤。