[科普中国]-打桩

基本概念

将木桩或石桩等砸进地里，为了使建筑物基础坚固。用专用机具将各种材料的桩打入、压入、振入或旋入地基土中的施工方法。常用的有锤击法、振动法、射水法和压桩法等。1876年《打桩汽机》：“地面土质松湿之处，欲起建房屋或工程之事，以打桩为极要之工。”

原理因为地面建筑物如果要建在地面上，地面要承受很大的压力，就必须保证地面有足够的抵抗压力的强度，这个往往很难做到，所以就必须对承受建筑物的地面进行加固或者改善地面的承受方式，所以就想到在地基上打桩，让建筑物的大部分重量通过桩传到地面以下很深的位置，因为这个位置的地基比地面承受能力大得多。

关于桩要打多深，这要看地底下的地层分布情况（专业上叫地质结构层），如果能足够承受建筑物的压力，桩打到此了，如果不能，还得继续加深。

桩基础分类按承台位置的高低分①高承台桩基础——承台底面高于地面，它的受力和变形不同于低承台桩基础。一般应用在桥梁、码头工程中。

②低承台桩基础——承台底面低于地面，一般用于房屋建筑工程中。

按承载性质不同①端承桩——是指穿过软弱土层并将建筑物的荷载通过桩传递到桩端坚硬土层或岩层上。桩侧较软弱土对桩身的摩擦作用很小，其摩擦力可忽略不计。

②摩擦桩——是指沉入软弱土层一定深度通过桩侧土的摩擦作用，将上部荷载传递扩散于桩周围土中，桩端土也起一定的支承作用，桩尖支承的土不甚密实，桩相对于土有一定的相对位移时，即具有摩擦桩的作用。

按桩身的材料不同①钢筋混凝土桩

可以预制也可以现浇。根据设计，桩的长度和截面尺寸可任意选择。

②钢桩

常用的有直径250~1200mm的钢管桩和宽翼工字形钢桩。钢桩的承载力较大，起吊、运输、沉桩、接桩都较方便，但消耗钢材多，造价高。我国现今只在少数重点工程中使用。如上海宝山钢铁总厂工程中，重要的和高速运转的设备基础和柱基础使用了大量的直径914.4mm和600mm，长60cm左右的钢管桩。

③木桩

现已很少使用，只在某些加固工程或能就地取材临时工程中使用。在地下水位以下时，木材有很好的耐久性，而在干湿交替的环境下，极易腐蚀。

方法用专用机具将各种材料的桩打入、压入、振入或旋入地基土中的施工方法。常用的有锤击法、振动法、射水法和压桩法等。

锤击法利用桩锤的冲击能量克服地基土对桩的阻力，而将桩打入到预定深度，适用于软塑或可塑的粘性土层。使用的主要设备有桩架、桩锤、动力设备等。常用的桩锤有落锤、单动汽锤、双动汽锤和柴油锤等四种。落锤的锤体用铸铁做成，重量为250～2000千克，用人力或卷扬机提升，靠锤体自由下落的冲击能量打桩。其优点是结构简单，但打桩速度慢。单动汽锤是利用蒸汽或压缩空气的能量提升锤体，靠锤体自由下落的冲击能量打桩;锤体重量为1500～10000千克，每分钟锤击次数为25～30次，是较为常用的一种桩锤。双动汽锤是汽缸固定在桩顶，靠蒸汽或压缩空气的能量推动锤体在汽缸内上下运动： 因其冲击频率高，不仅可打桩，还可拔桩，被广泛应用于打桩施工。柴油锤有杆式和筒式两种，其工作原理与柴油发动机汽缸的原理相似，打桩效率也较高，也是较为常用的一种桩锤。桩锤的重量是打桩施工中的重要参数。打桩宜用重锤轻打，落距不宜太大，以免将桩顶打裂，或使桩顶以下1/3桩长范围内产生水平裂缝;轻锤重打，锤击动能很大部份被桩身吸收，工效低，还易于打碎桩头。因此，锤重应根据土质、桩重和桩的类型慎重选用。打桩时为避免先打入的桩被后打入的桩推挤而发生水平位移，要合理安排打桩顺序。多排桩时，可逐排改变推进方向; 同一排桩，可间隔跳打;大面积打桩时，一般从中间先打，逐渐向四周推进。

振动法打桩时，把大功率的振动打桩机安装在桩顶上，利用振动力来减小地基土对桩的阻力。在沙土中打桩效率很高，也可用于沉、拔钢板桩和钢管桩。

射水法也称为射水沉桩法。是锤击法与振动法的一种辅助方法。利用高压水流，通过安装在桩侧面或空心桩内的射水管，冲松桩尖周围的土层，达到减少桩下沉阻力的目的。一般用于沙土层中，效率很高。当桩尖下沉到距设计标高约1～1.5米时，应停止射水，用锤击法或振动法将桩沉到设计标高。

压桩法借助桩架自重及桩架上的压重，通过滑车换向将桩压入土中。压桩法可以减少锤击或振动打桩时噪音以及对地基土和邻近建筑物的振动，适用于较均质的软土地基。在沙土及其它坚硬土层中， 由于阻力过大而不宜采用。由于压桩架高度的限制，每一根桩需分节压入，所以接头较多，采用硫磺胶泥作为胶结剂的接桩新工艺， 已获得成功和推广。1

工具打桩机打桩机是指把桩打入地层的建筑机械。由桩锤、桩架(有的无桩架而有吊架)组成。桩锤沿桩架(或导杆)上下运动，冲击桩顶，使桩下沉。主要用于架设低水桥或水面下桥时打桥脚桩，也可用其打工事的基础桩、被覆桩等。

打桩过程分为三个阶段：

①重锤自由下 落。先用卷扬设备将重锤提起，使其具有足够 的重力势能，重锤释放后作自由落体运动，其全 部重力势能转变为动能。

②重锤与桩的完全非弹性碰撞。由于重锤与桩 之间相互作用的冲力极大，桩所受到地面的阻 力可忽略，碰撞时重锤与桩的总动量保持守恒。 根据动量守恒定律，有mv=(m+M)V，其中 m与v为重锤的质量和其碰撞前的速度，M为桩的质量，V为重锤和桩在碰撞后的共同速度。

③重锤与桩共同运动。它们共同的质量为 m+M，初速度为V，所遇到的土壤阻力比其重 力大很多，重力可忽略。利用碰撞后重锤与桩 的剩余动能，使它们克服土壤的阻力作功而进入土层。2

打桩船打桩船是指水工建筑打基桩和拔桩用的工程船。通常以打桩长度命名，如36米打桩船，54米打桩船等。船型为钢制箱型结构，非自航。船艏正中设有坚固的三角桁架式桩架机构和打桩锤。作业时，通过钢缆、滑轮、绞车等连动机构完成吊桩、移船、定位工作，借助桩锤爆发力将桩打入水下。换上沉拔桩锤，可以把打入土中的桩拔起。去掉桩锤可作起重船使用。打桩船可在一定水深的沿海和江河、湖泊上作业。作业时需要抛锚船、拖船、桩驳配合。