桩的分类

桩的分类工程技术的不断发展，新型钢桩和钢筋混凝土桩在工程建设中用途越来越广泛。而不同的桩型特点亦有不同。按受力情况分类：摩擦桩——荷载绝大部分由桩周土的摩擦力承担，而桩端阻力可以忽略不计的桩基桩端承摩擦桩——荷载主要由桩身摩擦力承担的桩端承桩——荷载绝大部分由桩尖支承力来承担，而桩侧阻力可以忽略不计的摩擦端承桩——荷载主要由桩端阻力承担的桩按施工方法分类：机械成孔桩灌注桩人工挖孔桩沉管灌注桩钢筋混凝土桩基桩预制桩预应力混凝土桩钢桩水泥土搅拌桩搅拌桩其他化学材料搅拌桩按桩的外型尺寸分类长桩基桩短桩中长桩变截面桩按沉桩方法预制桩可分为打入桩、压入桩、振动沉入桩、旋入桩等。预制桩按材料可分为普通钢筋混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩。按桩截面形状又可分为实心桩和空心桩，圆形桩和方形桩、异形桩等。接桩的方法有钢板角钢焊接，法兰盘加螺栓联结，硫磺胶泥锚固以及机械联结（如插入楔块、销钉联结）等。混凝土灌注桩按施工方法可分为振动沉管灌注桩、弗朗克桩、钢套管旋入冲抓成孔灌注桩、泥浆护壁成孔灌注桩、预压孔打入灌注桩、预压孔打入混凝土桩以及钻扩孔混凝土灌注桩等。弗朗克桩在欧洲流行甚广，我国也有用此法施工的工程。这种方法适用于松散砂、砾及超固结粘土，桩身直径30～60cm，桩长10～24m，管心锤重25～50kN，落距3～5m，单桩容许承载力可达1500kN。旋转钢管下沉成孔的灌注桩，在钢管底部装有经过淬火的钢齿，可沉入至页岩或砂岩层，直径可达1.5米。钢管用法兰盘联接,预压孔打入混凝土桩是介于打入桩和灌注桩之间的一种桩型。其施工步骤是先将钢制的传力杆打入土中0.5～1.0m,然后拔出钢传力杆,往孔中灌注混凝土或砂浆,再将一根预制的钢筋混凝土桩置于孔中,打到预定深度,这种桩的承载力高于普通桩。钻孔扩底灌注桩，国内外都已广泛地应用，用于住宅及高层建筑。由机械成孔，直径一般为0.6～2.5m，可一直钻到坚硬密实土层或基岩，但在有砂或粉砂的地下水位以下钻孔时，需要套管，有时将套管留在土中，或用膨润土泥浆护壁。为增加桩端承载力，常在超固结粘土中设置扩大头，扩大头直径约为桩身直径的2～3倍。对于打入桩，在砂土地基上打桩，将桩周边砂挤密，挤密区内砂土的内摩擦角增大。对于中密或密实的砂，在打桩时会引起地表隆起。对于较松散的砂，打桩初期地表要下沉，每侧下沉扩展的范围距离相当于桩长。在粘性土中打桩也会引起桩周土的重塑，抗剪强度会有临时的降低，降低值可达到20%～50%。打桩后，抗剪强度会逐渐提高，有时甚至会超过原来的强度。打入桩使土内摩擦角相应增大，可通过标准贯入试验确定桩侧摩阻力。在粘土中打桩也会引起地表面隆起，总隆起量大约相当于群桩总体积的一半。在深基坑内，打桩会引起坑底隆起。因周围侧向位移受到限制，基坑的隆起量就比较大。为减少隆起量，应在开挖前打桩（但需送桩，会降低打桩效率）。浅埋的筏板基础和不同桩长的摩擦桩，都可用于软粘土层。补偿筏基由于施工时挖除土方量与上部结构重量相同，因而土中应力影响范围较小，基础沉降甚小。而长摩擦群桩由于有可能影响范围较大，引起地基的沉降变形量也大，这种情况下桩基础并不一定比浅筏基础方案好。因此应进行方案比较。在粘土中的摩擦群桩中，桩间距一般不少于3D。当桩群的破坏方式从块体破坏转为桩破坏时，其桩间距应大于最佳桩距。改变桩距尺寸，必然要影响承台尺寸。加大桩距可减少桩数，但承台尺寸却要增加，这也会影响整个桩基础的工程造价。在群桩施工中，易造成桩偏离中心线，还需注意到打桩时土体之间相挤压造成隆起及断桩等问题。如果桩尖持力层岩层的层理面倾斜得很陡，并有张开的横向节理时，端承桩承载力的取值应慎重对待。桩基承载力包括单桩承载力和群桩承载力，单桩承载力又根据承受荷载状态的不同，分为竖向受压桩、抗拔桩、以及承受水平方向力的桩。位于粘性土地基中的摩擦群桩还应考虑群桩效应问题。总之，根据不同建筑荷载要求及场地条件，可使用不同桩型，一些新桩型的发展，又有力地推动了上部结构的发展，为建筑结构的设计提供了许多可选择的方案桩的分类桩可按荷载机理、材料、形状、直径(或断面)、长度、使用性能及桩端支承情况等多种范畴进行分类，本节主要涉及以下3种分类方法。1按材料分类桩按材料可分为木桩、钢筋混凝土桩、钢桩及组合材料桩等。其中，钢筋混凝土桩又可分为普通钢筋混凝土桩(简称RC桩，混凝土强度等级为C15～C40)；预应力钢筋混凝土桩(简称PC桩，混凝土强度等级为C40～C80)和预应力高强度混凝土桩(简称PHC桩，混凝土强度等级不低于C80)。钢桩又可分为钢管桩、钢板桩和H型钢桩。组合材料桩中有钢管外壳加混凝土内壁的合成桩等。2按形状分类桩按形状可分为圆形桩(实心圆断面桩、空心圆断面桩和管桩)、角形桩(三角形桩、四角形桩、六角形桩、八角形桩、外方内圆空心桩及外方内异形空心桩等)、异形桩(十字形桩、X形桩、楔形桩、扩底桩、桩身扩大桩、树根形桩、梯形桩、锥形桩、T形桩及波纹形锥形桩等)、螺旋桩、带扩大头的钢筋混凝土预制桩、多节桩、多分支承力盘桩、DX桩、凹凸形灌注桩等。1.1.3按施工方法分桩按施工方法可分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩3大类型。再细分，桩的施工方法超过300种。施工方法的变化、完善、更新可以说是日新月异。桩的部分施工类型如图1所示。以埋入式桩为例，图中仅列出3大类，实际上细分可有60种以上类型；泥浆护壁法钻孔扩底灌注桩的成孔方法亦有40种以上。图1桩的施工类型在面向21世纪之际，桩基础施工技术发展中至少有以下一些动向值得人们关注：1桩的尺寸向长、大方向发展基于高层、超高层建筑物承载的需要，桩径越来越大，桩长越来越长。欧美及日本的钢管桩长度已达100m以上，桩径超过2500mm；上海金茂大厦钢管桩桩端进入地面下80m的砂层，桩径为914.4mm；温州地区静压式钢筋混凝土预制桩长度已达70m以上，桩断面达600mm×600mm；郑州某工程反循环钻成孔灌注桩直径为1000～1100mm，桩长77.6m；南京长江二桥主塔墩基础反循环钻成孔灌注桩直径为3000mm，深度150m;厦门某工程人工挖孔桩长度为73m，桩径1.8m。2桩的尺寸向短、小方向发展基于老城区改造、老基础托换加固、建筑物纠偏加固、增层以及补桩等需要，小桩及锚杆静压桩技术日趋成熟。小桩(又称为微形桩或IM桩)实质上是小直径压力注浆桩，桩径为70～250mm，桩长为8～20m。锚杆静压桩的断面为200mm×200～300mm×300mm；桩段长度取决于施工净空高度和机具情况，为1.0～3.0m，桩入土深度3～30m。3向攻克桩成孔难点方向发展以日本为例，成立由64家基础公司组成的岩层削孔技术协会，研究开发出20余种大直径岩层削孔工法，其中长螺旋钻进成孔法3种、回转钻进成孔法5种、冲击钻进成孔法7种以及全套管回转掘削法9种。国内也有不少单位成功地研究开发出岩层钻进成孔法及大三石层(大卵砾石层、大抛石层和大孤石层)钻进成孔法。4向低公害工法桩方向发展筒式柴油锤冲击式钢筋混凝土预制桩虽然具有桩身质量较可靠、施工速度快及承载力高等优点，但由于其施工时噪声高、振动大和油污飞溅(三者统称为一次公害)等缺点，在城区的住宅群及公共建筑群等施工中受到很大限制，为此静压式钢筋混凝土预制桩施工技术在国内得到业主的青睐，国外已显现出用液压打桩锤取代筒式柴油锤的趋势。泥浆护壁法钻、冲孔灌注桩在地下水位高的软土地区虽然被较广泛地采用，但由于泥浆的使用使施工现场不文明，泥浆排除(称为二次公害)的困难，成为施工者头痛之事。因此钻斗钻成孔灌注桩，因其干取土作业加之所使用的稳定液由专用的仓罐贮存，现场较为文明，在日本建筑业界此类桩型已成为泥浆护壁灌注桩的主力桩型，国内此类桩型的采用亦日趋增多。贝诺特灌注桩由于环保效果好(噪声低、振动小、无泥浆污染与排放)、施工现场文明，在海内外广泛采用，我国香港地区此类桩型的市场份额约占45%，昆明、温州及北京地区10余个工程已成功地采用此类桩型。5向扩孔桩方向发展北京地区普通直径钻孔扩底灌注桩(桩身直径0.3～0.4m、扩底直径0.8～1.2m)的静载试验结果表明，与相同桩身直径的直孔桩相比，前者的极限荷载为后者的1.7～7.0倍，前者的单位桩体积的极限荷载为后者的1.4～3.0倍。大直径钻(挖)孔扩底桩具有承载力高、成孔后出土量少、承台面积小等显著优点，在国内外得到广泛应用。我国的钻孔扩底桩种类有20种以上，日本的大直径钻扩桩工法近30种。扩孔的成型工艺除钻扩外，还有爆扩、夯扩、振扩、锤扩、压扩、冲扩、注扩、挤扩和挖扩等种类。6向异型桩方向发展为了提高单桩承载力(桩侧摩阻力和桩端阻力)国内外大量发展异型桩。广义地说，异型桩包括横向截面异化桩和纵向截面异化桩。挤扩多分支承力盘桩是由桩身、分支、分承力盘和桩根等部分组成的纵横断面均异化的异型桩，其单位桩体积的极限荷载为相应的直孔桩的2倍以上。7向埋入式桩方向发展钢筋混凝土预制桩和钢桩的设桩工艺有打入式、压入式(静压式)和埋入式3种。前面提到筒式柴油锤冲击式(打入式)施工中存在一次公害。打入式和压入式设桩工艺在施工中产生挤土效应，使地基土隆起和水平挤动，不同程度地对邻近建筑物和地下管线产生不良影响。为了消除一次公害和挤土效应，日本在近20多年来开发出埋入式桩工法，共有60余种。所谓埋入式桩工法是将预制桩沉入到钻成的孔中后，采取某些手段增强桩承载力的工法的总称。北京地区采用的植桩法，即先用长螺旋钻成孔，穿过硬夹层或可液化层，然后将预制桩放入孔内，最后锤击沉桩使桩端进入设计要求的持力层。8向组合式工艺桩方向发展由于承载力的要求、环境保护的要求及工程地质与水文地质条件的限制等，采用单一工艺的桩型往往满足不了工程要求，实践中经常出现组合式工艺桩。例如，钻孔扩底灌注桩有成直孔和扩孔两个工艺；桩端压力注浆桩有成孔成桩与成桩后向桩端地层注浆两个工艺；预钻孔打入式预制桩有钻孔、注浆、插桩及轻打(或压入)等工艺。9向高强度桩方向发展随着对打入式预制桩的要求越来越高，诸如高承载力、穿透硬夹层、承受较高的打击应力及快速交货等要求，RC桩便满足不了上述要求，故PC桩和PHC桩使用越来越多。10向多种桩身材料方向发展以灌注桩为例，桩身材料种类亦出现多样化趋势，如普通混凝土、超流态混凝土、无砂混凝土及微膨胀混凝土等。打入式桩亦有组合材料桩，如钢管外壳加混凝土内壁的合成桩。