摘要：本文帮助结构设计师对灌注桩的桩身配筋设计与构造等规范内容做进一步解读；对灌注桩设计中的要点进行总结；对《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)与上海市工程建设规范《地基基础设计规范》(DGJ08-11-2010)相关规定进行了比较；文中疏误之处望不吝指正。

关键词：灌注桩设计、桩身构造、灌注桩耐久性

0. 引言

灌注桩基础是地基基础的一种设计形式，广泛用于各种类型的建筑物基础中，我们在设计中经常发现有个别设计师对灌注桩的桩身配筋设计与构造等规范内容缺乏了解或有错误认识，导致设计不经济或不安全，对于较大规模的工程项目造成浪费，基于此，笔者根据以往的工程设计经验就灌注桩相关设计心得与同行共勉，对灌注桩设计过程中的要点进行以下几个方面的总结。

1.灌注桩桩身配筋及其构造

1.1纵筋配筋率：

从结构设计理论上讲，灌注桩纵筋应根据桩身所受轴压力、弯矩按照压弯构件计算，箍筋应按照桩身所受的剪力计算。目前民用建筑大部分使用的是低桩承台的灌注桩，低桩承台的灌注桩竖向承载力是由地基土的支承阻力提供，桩身由地基土围护约束的有利条件；灌注桩与预制桩不同之处是无需考虑吊装、锤击沉桩等不利因素；从承受水平力的角度考虑，桩身受弯截面模量为桩径的3次方，配筋对水平抗力的贡献随桩径增大显著增大，故最小配筋率可随桩径增大而适当降低；从以上因素考虑，规定桩身正截面最小构造配筋率可以按照桩径分别确定。

《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)（下简称《桩基规范》）第4.1.1条规定，桩身最小配筋率按照桩径确定,当桩径为300～2000mm时，截面配筋率可取0.65％～0.2％（小桩径取高值，大桩径取低值，中间桩径内插取值）可满足水平承载力要求；该配筋率是水平承载力设计值由临界荷载（桩身开裂前的最大荷载）控制条件下的最小配筋率；对受荷载特别大的桩、抗拔桩和嵌岩端承桩应根据计算确定配筋率，并不应小于上述规定值。

上海市《地基基础设计规范》(DGJ08-11-2010) (下简称《上海地基规范》)第7.1.11-3条规定灌注桩构造配筋：“竖向承压桩的配筋率不小于0.42%，承受水平力桩的配筋率不小于0.65%”，没有按照桩径取最小配筋率，仅区分桩身受力状况确定最小配筋率。

1.2配筋长度：

1) 端承型桩和位于坡地、岸边的基桩应沿桩身等截面或变截面通长配筋；

2) 摩擦型灌注桩配筋长度不应小于2／3桩长；当受水平荷载时，配筋长度尚不宜小于4.0／α(α为桩的水平变形系数)；

3) 对于受地震作用的基桩，桩身配筋长度应穿过可液化土层和软弱土层，进入稳定土层的深度不应小于本规范第3．4．6条的规定；

4) 受负摩阻力的桩、因先成桩后开挖基坑而随地基土回弹的桩，其配筋长度应穿过软弱土层并进入稳定土层，进入的深度不应小于(2～3)d；

5) 抗拔桩及因地震作用、冻胀或膨胀力作用而受拔力的桩，应等截面或变截面通长配筋。

1.3箍筋

箍筋应采用螺旋式，直径不应小于6mm，间距宜为200～300mm；受水平荷载较大的桩基、承受水平地震作用的桩基以及考虑主筋作用计算桩身受压承载力时，桩顶以下5d范围内的箍筋应加密，间距不应大于100mm；当桩身位于液化土层和软弱土层范围内时箍筋应加密；当考虑箍筋受力作用时，箍筋配置应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定；当钢筋笼长度超过4m时，应每隔2m设一道直径不小于12mm的焊接加劲箍筋。

1.4桩身纵筋根数与直径构造要求：

对于受水平荷载桩，其极限承载力受配筋率影响大，主筋不应少于8根，直径不应小于φ12，以保证受拉区主筋不小于3φ12。对于抗压桩和抗拔桩，为保证桩身钢筋笼的成型刚度以及桩身承载力的可靠性，主筋不应少于6根，直径不应小于φ10；纵向主筋应沿桩身周边均匀布置，其净距不应小于60mm。钻孔灌注桩设计桩径宜大于等于550mm，钻头直径不得小于设计直径，直径过小时无法采用导管法浇筑水下混凝土；对于小于550mm桩径的灌注桩，可以选择长螺旋钻孔压灌桩施工工艺实施。

1.5设计建议：

（1）当灌注桩纵筋按照构造配筋时，如φ300mm桩，配6φ10mm，Ag＝471mm2，μg＝Ag／Aps＝0.67％；又如φ2000mm桩，配16φ22mm，Ag＝6280mm2，μg＝Ag／Aps＝0.2％，位于φ300mm-φ2000mm中间桩径内插取值。

（2）灌注桩配筋长度可以根据桩身轴向荷载的传递特征及荷载性质而区别对待。

端承桩由于其桩身应力在全部桩长度范围内几乎不变，故应通长等截面配筋；

轴向受压桩的承载性状与上部结构柱相近，较柱的受力条件更为有利的是桩周受土的约束，侧阻力使桩身轴向荷载随深度递减，因此，桩身受压承载力由桩顶下一定区段控制。纵向主筋的配置，对于较长摩擦型桩和摩擦端承桩可随深度采用变截面或局部长度配筋比较经济合理。当桩较长时可取2／3桩长配筋，桩底部1/3桩长不配筋；桩顶部1/3桩长按照不少于上述最小构造配筋率配筋，桩中部1/3桩长范围内一般没有水平荷载作用，可根据内力减小情况减少配筋，但配筋率不应小于0.2%。当受水平力时，桩身配筋长度尚不应小于反弯点下限4.0／α；当有可液化层、软弱土层时，纵向主筋应穿越这些土层进入稳定土层一定深度。

抗拔桩应根据桩长、裂缝控制等级、桩侧土性等因素通长等截面或变截面配筋。

对于桩身配筋长度无需因抗震设防烈度的提高而加长，只需考虑土层性质的显著变化，包括出现软弱土层、液化土层和桩端嵌岩等现象，对于嵌岩桩应入岩，且在软硬（岩石）土层交界处的桩身箍筋应与桩顶一样加密长度不小于5d；对于软弱土层位于桩身下部时的桩应通长配筋。

（3）螺旋箍筋宜取φ6或φ8，间距200-300，桩顶以下5d范围内箍筋应加密，间距不大于100mm，钢筋保护层厚度不应小于50mm，纵筋根数不宜少于6根钢筋。

2.灌注桩耐久性要求

灌注桩常年埋置于土下，几乎与大气环境隔绝；桩身一般以受压为主，裂缝开展概率很低；这两点对桩的耐久性是及其有利的。桩身混凝土的最低强度等级应根据桩所处的环境类别确定，《桩基规范》规定“桩身混凝土强度等级不得小于C25”，是按照设计年限50年、二a类环境考虑的，当条件不同时应另行确定；《上海地基规范》第7.1.11-2条：“桩身混凝土设计强度等级不应低于C30，采用水下浇注方法施工时不宜大于C40”。

干作业灌注桩主筋的混凝土保护层厚度不应小于35mm，水下灌注桩的主筋混凝土保护层厚度不得小于50mm；

四类、五类环境中桩身混凝土保护层厚度应符合国家现行标准《港口工程混凝土结构设计规范》JTJ 267、《工业建筑防腐蚀设计规范》GB 50046的相关规定。

3.桩与承台的连接构造

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第4.2.4条：

（1）桩嵌入承台内的长度对中等直径桩不宜小于50mm；对大直径桩不宜小于100mm。

（2）混凝土桩的桩顶纵向主筋应锚入承台内，其锚入长度不宜小于35倍纵向主筋直径。对于抗拔桩，桩顶纵向主筋的锚固长度应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010确定。

（3）对于大直径灌注桩，当采用一柱一桩时可设置承台或将桩与柱直接连接。

（4）设计建议：《桩基规范》第3.3.1-3条：“中等直径桩：250mm＜d＜800mm；大直径桩：d≥800mm”， 而《上海地基规范》第7.3.5-5条：“桩顶嵌入承台的高度应根据桩的受力情况、设计假定及施工条件等综合考虑，不宜小于100mm，桩径小于400mm时，不宜小于50mm”； 桩嵌入承台的长度规定是根据实际工程经验确定，如果桩嵌入承台深度过大，会降低承台的有效高度，使受力不利也不经济；一般承台保护层厚度为50mm，当桩顶嵌入承台的高度需要100时，笔者认为可以将桩顶锚固钢筋加长不小于50mm，并在桩顶100高度内设置封闭箍筋两道，浇筑承台混凝土后应是等效的。对于大面积桩筏基础采取这样的构造措施后筏板保护层厚度就可以省50mm.

4.轴心受压桩桩身强度的验算

《桩基规范》第5.8.2条：当桩顶以下5d范围的桩身螺旋式箍筋间距不大于100mm，且符合本规范第4．1．1条规定时：N≤ψcfcAps+0.9fyAs；当桩身配筋不符合上述规定时不能考虑纵向主筋的承压作用按照：N≤ψcfcAps来验算桩身强度。《上海地基规范》第7.2.8-4条完全不考虑符合一定条件的桩纵筋承压作用，按照：Qd≤（0.7~0.8）fcAp；

设计建议：（1）式中N-荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值，当竖向承压桩承载力由桩身强度控制时，应注意复核桩身强度计算的准确性，长期荷载作用下桩身强度计算由：N=1.35Ra≤ψcfcAps+0.9fyAs推导取: Ra≤(ψcfcAps+0.9fyAs)/1.35控制(Ra为单桩承载力特征值)；端承桩一般做桩端扩大头，扩大头的大小按照桩身强度控制是最经济的，具体应视施工条件的可行性确定。（2）上海地区不考虑桩身纵筋承压作用。（3）桩身强度没有特征值的概念。

5.试桩桩身受压极限承载力的确定

根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第5.8.2条及其条文说明，试桩桩身短期极限受压承载力计算值：Ru=2Rp/1.35=1.48Rp=1.48（ψcfcAps+0.9fyAs）；当试桩做工程桩使用时，宜适当加强配筋。上式计算结果与按照混凝土强度标准值（fc=fck/1.4）计算类似。

设计建议：建议验算试桩桩身最大加载时Ru=0.8fckAps+1.0fyAs；当试桩做工程桩使用时宜留有适当的余地，确保桩身结构强度在试桩过程中不被破坏。

6.灌注桩后注浆设计及其构造

灌注桩后注浆是灌注桩的辅助工法。该技术旨在通过桩底桩侧后注浆固化沉渣(虚土)和泥皮，并加固桩底和桩周一定范围的土体，以大幅提高桩的承载力，增强桩的质量稳定性，减小桩基沉降。对于干作业的钻、挖孔灌注桩，经实践表明均取得良好成效。故本工法适用于除沉管灌注桩外的各类钻、挖、冲孔灌注桩及地下连续墙。

后注浆装置的设置：后注浆导管应采用钢管，且应与钢筋笼加劲筋绑扎固定或焊接；桩端后注浆导管及注浆阀数量宜根据桩径大小设置，对于直径不大于1200mm的桩，宜沿钢筋笼圆周对称设置2根；对于直径大于1200mm而不大于2500mm的桩，宜对称设置3根；对于桩长超过15m且承载力增幅要求较高者，宜采用桩端桩侧复式注浆；桩侧后注浆管阀设置数量应综合地层情况、桩长和承载力增幅要求等因素确定，可在离桩底5～15m以上、桩顶8m以下，每隔6～12m设置一道桩侧注浆阀，当有粗粒土时，宜将注浆阀设置于粗粒土层下部，对于干作业成孔灌注桩宜设于粗粒土层中部；对于非通长配筋桩，下部应有不少于2根与注浆管等长的主筋组成的钢筋笼通底；钢筋笼应沉放到底，不得悬吊，下笼受阻时不得撞笼、墩笼、扭笼。

设计建议：（1）后注浆灌注桩的注浆钢管注浆后可等截面代替纵向主筋，以避免增加钢材用量；但注浆钢管在凿桩头的时候容易断裂，不能满足桩与承台的锚固要求，为了达到等效替代的效果，设计时应在桩顶标高紧贴注浆管布置一根等效截面钢筋，下部可靠锚固入桩身，上部留锚固入承台的长度且不小于35d。（2）注浆管兼声测管设置时，应先做声测检查后注浆，声波透射法检测应在基桩混凝土浇筑施工完成 14天左右进行，且受检桩混凝土强度等级不应低于设计强度的70%，注浆管要布置到地面；当声测管不兼注浆管，其上部与钢筋笼长度一致，不再布置到地面上，声测管下端至桩底，检测时间一般是到基坑开挖完成后，这个时间检测是很好的，桩身强度已经完全达到，物理声学效果最佳。根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2014）第10章的要求，注浆管兼声测管时可采用直径Φ57壁厚3.5的热轧无缝钢管，声测管宜采用螺纹外套管连接。（3）由于桩端后注浆灌注桩的单桩极限承载力提高幅度受桩周土层性质、土体是否饱和、施工质量、注浆模式和注浆量等多种因素影响，一般桩端后注浆灌注桩的单桩极限承载力与常规灌注桩相比，提高幅度大多为20%-120%，采用各种预估方法得到的极限承载力与桩的实际极限承载力相比总是有一定的误差，因而在具体的施工图设计中，必须强调静载荷试验的重要性，必须以静载荷试验得到的极限承载力为设计依据，在实际工程施工过程中，注浆质量受人为因素影响大，应加强对桩端后注浆灌注桩的施工质量监控，确保注浆质量可靠。（4）当桩长没有条件增加，平面桩数量又不能增加，需要提高桩基承载力时，选择后注浆工艺是一个不错的方案。

7.桩身完整性检测应注意的事项

对于灌注桩，试桩必须进行100%的低应变检测或抽芯检测。低应变法易于实施且成本较低，对桩身浅部缺陷判别非常有效，根据目前经验，一般桩顶以下30米左右可用低应变法；对于超长桩（桩长超过30米）在采用低应变法检测时，实际上是无法得到桩较深部位的桩身完整性信息，而超声波透射法的检测范围不受桩长的限制。对于超长灌注桩应预埋声测管，采用声波透射法检测桩身完整性，声测管可采用直径Φ57壁厚3.5的热轧无缝钢管对称布置，声测管宜采用螺纹外套管连接。

8.水下灌注混凝设计要点

（1）灌注桩的桩身混凝土设计强度等级是要求桩身实际达到的强度，对于在水下浇筑的混凝土，其浇筑条件恶劣，养护条件与预留试块标准养护不一样，灌注桩桩身混凝土实际强度小于在标准养护条件下试块的强度，为了达到设计强度的要求，需要提高混凝土设计强度等级来进行配置水下浇筑的混凝土；《上海地基规范》第15.3.8条的条文说明具体规定了强度提高值：水下导管法浇筑混凝土设计强度等级为C25-C35时提高一级C5，当混凝土设计强度等级为C40-C50时提高二级C10；《建筑桩基技术规范》对此没有具体规定；

（2）对于灌注桩超灌高度，《建筑桩基技术规范》提出：“应控制最后一次灌注量，超灌高度宜为0.8～1.0m，凿除泛浆后必须保证暴露的桩顶混凝土强度达到设计等级”； 《上海地基规范》第15.3.9条提出：“超灌高度不宜小于桩长的3%，且不应小于1m”；上海规定超灌高度与桩长有关。

（3）对灌注桩充盈系数不得小于1.0,也不得大于1.3，一般土质宜为1．1，软土宜为1.2～1.3。

9.抗拔桩设计原则、配筋与裂缝设计要点

应根据环境类别及水、土对钢筋的腐蚀、钢筋种类对腐蚀的敏感性和荷载作用时间等因素确定抗拔桩的裂缝控制等级；对于严格要求不出现裂缝的一级裂缝控制等级，桩身应设置预应力筋；对于一般要求不出现裂缝的二级裂缝控制等级，桩身宜设置预应力筋；对于三级裂缝控制等级，应进行桩身裂缝宽度计算；当基桩抗拔承载力要求较高时，可采用桩侧后注浆、扩底等技术措施。

抗拔桩单桩抗拔承载力计算应考虑基桩自重，当基桩位于地下水位以下时取浮重度计算自重，计算公式：Nk≤(∑λi qsi Ui Li)/2+Gp; 钢筋混凝土轴心抗拔桩的正截面受拉承载力应符合下式规定：N≤fyAs+ fpyApy；抗拔桩受力控制时应通长配筋，裂缝控制时应分段配筋。抗拔桩裂缝宽度限值应符合《建筑桩基技术规范》的要求。

设计建议：（1）一般抗拔桩都是利用桩周摩擦力来提供单桩承载力的，抗拔桩的桩身受拉应力从桩顶部往下递减，最大应力在桩顶部，裂缝控制部位也在此；从经济角度考虑，当抗拔桩较长时应通长变截面配筋，但抗拔桩不宜过长（宜控制在15米左右），单桩抗拔承载力不宜过高，过高的单桩抗拔承载力导致配筋很多，经济性很差。（2）单桩抗拔承载力极限值应通过静载荷试验确定，（3）抗拔桩的最大裂缝宽度可按荷载准永久组合并考虑长期作用影响的效应计算，当保护层设计厚度超过30mm时，可将厚度取为30mm计算裂缝的最大宽度；大量地下室的抗拔桩处于二a类环境中，对于允许出现裂缝的基桩，其最大裂缝宽度限值为0.3mm，许多设计人按照0.2mm控制是不经济的。

10.灌注桩的桩底沉渣控制标准

（1）对端承型桩，不应大于50mm；

（2）对摩擦型桩，不应大于100mm；

（3）对抗拔、抗水平力桩，不应大于200mm。

参考文献：

【1】 JGJ94-2008 《建筑桩基技术规范》

【2】 DGJ08-11-2010 《地基基础设计规范》上海市工程建设规范

【3】 GB50007-2011 《建筑地基基础设计规范》

【4】 GB50010-2010 《混凝土结构设计规范》

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