桩基形式、特点及成本控制步骤

引  言

桩基是每个项目都会遇到的工程内容，到底选什么类型的桩，桩基参数如何选择，这些不仅关乎建筑物的安全稳定，而且桩基的选择也直接影响成本发生高低，恰恰桩基的造价在建造成本中又占据很大比重，因此通过科学方式进行的桩基选型对于项目而言是一项非常重要的工作

本文就从设计维度来剖析一下如何科学的进行桩基比选，在保证安全的前提下达到降本增效的目的

桩基础的分类方式有很多，常见的分类方式有按承载性状分类、按施工方法分类及按成桩方法分类，我们来分别看一下

1. 按承载性状分类

按承载性状桩基础可以分为摩擦型桩、端承摩擦桩、端承型桩和摩擦端承桩

摩擦桩：承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载完全由桩侧阻力承受，桩端阻力可忽略不计

端承摩擦桩：承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受

端承桩：承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载完全由桩端阻力承受，桩侧阻力可忽略不计

摩擦端承桩：承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受

2. 按施工方法分类

按施工方法分类主要分为预制桩和灌注桩

2.1 预制桩

2.1.1 混凝土管桩（PHC桩PC桩） 

混凝土管桩外径在300-1200mm，桩身承载力      1271~12434KN ；桩身混凝土强度高，强度等级C80 、C60；

桩身承载力高，对地质条件适应性较强，有较强的穿透能力。施工机械化程度高，检测方便，施工周期短。可适用于人工填土、软土、粘性土、粉土、粉砂、细砂、中砂为覆盖层的区域，持力层通常为粗砂、砾砂、圆砾、风化岩等；施工方法有锤击法、静压法、高频振动法、中掘法

2.1.2 耐腐蚀高性能混凝土管桩（KFPHC桩） 

外径500-1200mm，钢筋混凝土保护层厚度＞40mm；其性能有抗硫酸盐、抗氯离子、抗冻、抗渗等，对地质条件适应性较强，有较强的穿透能力；

单价对比相同桩径高压混凝土管桩高8~15元/米

2.1.3 预应力混凝土空心方桩(PHS桩PS桩） 

外径300*300-700*700,桩身混凝土强度C80 、C60；强度高、承载力大；抗弯、抗裂性能好 ；对地质条件适应性较强，有较强的穿透能力；施工机械化程度高，检测方便，施工周期短；适用抗震烈度≤7度的一般工业与民用建筑低承台桩基础适用于软土区域的建筑工程；宜采用静压法施工，减少锤击造成的桩身拉应力；

但相较于普通预应力管桩价格较贵，较预制管桩对比，性价比较低

2.1.4 预应力混凝土实心方桩（YFZ桩JYFZ桩）

外径300*300-600*600，桩身混凝土强度等级C60；竖向抗压、抗拉承载力比空心方桩提高30%~40% ，水平承载力较空心方桩提高20%~30%，适用于以软土区域、对桩基有防腐要求的区域，施工方法为锤击法、静压法

单价对比相同桩径混凝土空心方桩高30元/米

2.2 灌注桩

2.2.1 人工挖孔灌注桩   

人工挖孔桩的特点是单桩承载力高，桩身质量、持力层及入岩深度明确可控，但桩成孔工艺存在劳动强度较大，施工速度较慢，安全性较差；适用于无地下水或地下水较小的粘土、粉质粘土、含少量砂、砂卵石、砾石的粘土采用；对有流沙，地下水位较高，含水量高的淤泥、淤泥质土层不宜使用

施工工艺过程为：定桩位?分段挖土(每段1m)?分段浇筑护壁(绑扎钢筋、支模、浇筑混凝土，养护、拆模板)?重复分段挖土、构筑护壁至设计深度?孔底扩大头?吊放钢筋笼?浇筑混凝土成桩

2.2.2 旋挖成孔灌注桩   

成孔速度快、质量高。泥沙经过沉淀和除砂可以多次反复适用，有效降低排污费用。用于粘性土、粉土、砂土、填土、非密实的碎石类土、强风化岩等地质

施工工艺过程为：定桩位?埋设护筒?钻孔、清孔、检孔?安放钢筋笼?导管安装?搭设平台、安装漏斗?检查沉渣厚度?浇筑混凝土成桩

3. 按成桩方法分类

按成桩方法分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩 

1. 桩基设计等级划分

桩基设计等级划分直接关系到桩基选型，等级划分归纳为下表

2. 桩基选型影响因素

在桩基选型时需要考虑的影响因素有很多，包括：

结构类型：结构自身要求如荷载形式和量级

地质条件：土层条件、地下水、腐蚀性等

场地环境：振动、噪音，泥水排泄等问题

施工条件：施工材料供应、施工技术力量

经济分析：通过经济分析选择合适的桩型和施工方法

3. 桩基础的设计步骤

桩基设计选型可以使用以下通用步骤

step1：桩型选择

根据地勘报告、场地条件等综合选择桩型

step2：确定桩长

确定力的承载方式，并结合桩端受力与桩身受力的合理分配及入岩深度

step3：确定规格

根据施工经验及单桩承载力试算选配合理桩径

step4：确定单桩竖向承载力特征值R

单桩竖向承载力特征值一般为单桩竖向极限承载力一半

step5：确定桩数及桩的平面图

桩总数≥（上部荷载设计值+承台及其上覆土自重）/单桩竖向承载力特征值R

4. 桩基检测方法的选择和检测数量

桩基的设计成本优化是桩基选型中的重点工作，我们通过一个实际案例来进行分析

1. 项目概况      

2. 地勘报告                       

对地勘报告进行分析可知                      

3. 初步选取桩型  

通过上述地勘报告可以看出，地质变化较大。根据勘查报告建议：

① 根据拟建物荷载、地层地质情况并结合地区施工经验，可供考虑的桩基方案为钻（冲）孔灌注桩和混凝土预制桩。

② 建议以6层强风化片麻状花岗岩为桩端持力层。

③ 根据建筑类型确定基础形式为丙级基础 ，无须做试桩 ， 周边暂无在建项目， 无法做对标参考。

说明：

1.C-1#酒吧、C-2#健康管理中心：基础持力层位于1层素填土上且2-1层细砂和3-1层中砂轻微液化，建议采用桩基础方案。

2.A-1#客房、A-2#客房：基础持力层位于需回填部分，18#、19#和20#区域3层淤泥质粉质黏土埋深较深，建议采用桩基方案；其他区域建议除1层素填土，以级配砂石换填至设计标高，采用独立基础方案。

4. 经济性对比分析  

4.1 初步比选 

针对初步设计建议中的两种桩型，进行了方案经营性比对分析

根据对比分析得出以下结论：

① 根据建筑结构总荷载及建筑类型分析判断，500预制管桩承载力过高，会造成桩基承载力浪费

② 500灌注桩单桩承载力较低，需设计较多桩数，承台尺寸加大，会造成排桩困难、施工难度增加，后期桩基检测费用也相应会增加。

③ 最终选取400预制管桩和600灌注桩两个方案做经济测算比选 

④ 原地貌与设计室内标高基本吻合，不会发生送桩情况

由于C-1#酒吧建筑规模只有641平米，层数两层。建筑结构荷载较小，所以两个方案的桩基排布基本均为单桩承台，桩根数相同；承台厚度及配筋相同，因桩径不同承台大小存在差异。

桩基到达第六层强风化岩时单桩竖向承载力400预制管桩＞600灌注桩，要求灌注桩入岩深度需比预制管桩大才能满足单桩承载力要求。

4.2 承载力利用率分析

为了进一步进行比选，又对两种桩型进行了承载力利用率分析，桩基总承载力利用率=建筑物结构总荷载/桩基总承载力

根据单桩承载力及试算确定桩数及桩基总承载力利用率测算：

预制管桩桩基总承载力利用率91%；灌注桩总承载利用率86%

4.3 造价对比分析

5. 比选结论

经过两种方案的单桩承载力特征值取值分析，采用预制管桩方案的桩基总承载力利用率较高

经过对灌注桩和预制管桩两种方案的成本测算分析，采用管桩方案成本优势明显，比灌注桩节省约11万，单方节省184元/㎡。

预制桩的稳定性高于灌注桩，施工机械化程度高，检测方便，施工周期短。

综合以上因素，最终本项目基础类型选用预应力混凝土管桩（PHC 400 AB 95）

影响桩基成本的技术因素有地基承载力及压缩性、持力层的深度、单桩允许承载力、上部结构荷载的大小、各类桩型的市场价格、桩基设计过程中人为因素、承台的尺寸和构造、施工场地条件、工期、施工便利性等等。

桩基选型过程中需严控试桩；

做好方案比选，结合地勘报告及试桩情况优化桩基方案（例如对标周边项目地勘报告中相同土质的桩侧阻力和端阻力大小，地勘报告数值是否比较保守，因为单桩承载力特征值对桩长、桩截面积和桩数起着关键作用），追求成本适配性；

建立基础数据库，根据历史信息建立城市桩系数等数据库，当基础数据对比异常时及时纠偏；

必要时对地库范围重新详勘确保桩基方案最优；优化施工顺序，缩短桩。