桩基础是一种最古老、最基本、最常见的基础形式，使人类将建筑物建造在软弱地基上成为可能。在城市建设、交通旅游、市政规划的大发展中，作为一种有效的基础形式，桩基础在土木工程领域（如高层建筑、路桥、钻井平台、港口码头等）的工程建设中发挥着重要的作用。当地基土层无法承受上部建筑的荷载时，桩基础就可以将建筑上部全部或部分荷载经软弱土层传递到较坚硬的、压缩性小的深部土层或是坚硬岩层中去。简单地说，桩是一种具有一定刚度和抗弯能力的结构，虽然它属于结构力学中较为简单的一种结构形式，但是当受到不同的荷载作用或桩的几何形状及材料性质不同时，这些因素也决定了桩具有不同的工作特性。正是因为桩基础具有承载能力高、稳定性能好、抗震能力强、沉降变形小、适合机械化施工等优点，才使各种复杂的地质条件应用桩基础作为地基基础解决了许多工程难题。桩基础除了主要用于承受竖向荷载以外，还能承受侧向风力、土压力、地震力等水平力。

桩基础利用其自身多种独特的特点，在不同的工程中，桩基础可以发挥不同的作用：由于桩身与土的密切接触，上部结构荷载可以通过桩土接触面传递到桩周土中，也可以将荷载传递给更深层的较坚硬的土层或岩层，这样可以穿过软弱土层，提高基础的承载能力用以支撑大型、重型的建筑；对于某些对沉降要求很高的建筑，可以利用桩基础自身具有的较大竖向刚度的特点来获得较小、较均匀的沉降量来达到建筑的安全要求和使用需要；对于建造在液化土层上的建筑物，为了在地震中保持自身的安全性，可以使用桩基础来穿过液化土层，将上部荷载传递给稳定的不液化土层；在易发台风、地震地区或是在软弱地基上承受巨大水平荷载的建筑中，多采用水平受荷桩和抗拔桩来抵制外界产生的巨大水平力、上拔力，这正是利用了桩基础具有很大的侧向刚度和抗拔力的特点，确保高层建筑物和构筑物的安全；在施工水位或地下水位较高的地质环境中，若采用其他深基础，会造成施工不便或经济上不合理时，桩基可以通过桩体将荷载穿过水体传递到地基上，避免或减少在水下作业，可以达到节约建造成本、易施工、缩短工期的目的。

由于桩基础是将若干根单桩的顶部和承台联结成整体来共同承受上部荷载，并将上部荷载传递到地基较深处承载力较好的土层中的一种深基础，所以桩基础承台的结构形式和桩的布设取决于上部建筑的结构特点、工程地质条件和施工环境。当上部结构为剪力墙结构时，可以在墙下布设排桩，在一般情况下，剪力墙的厚度小于桩径，可以通过设置构造性的过渡梁来解决桩径大于剪力墙的问题；当建筑的地下室是具有底板、顶板、外墙和若干纵、横内隔墙构成的箱形基础时，可满堂布桩或按柱网轴线布桩；当在桥梁墩台下或框架结构的柱下时，通常需要在承台下布设若干根桩，构成独立的桩基础；当上部荷载较大时，在框架柱列之间常设置基础梁，沿梁的轴线方向设置排桩，构成梁式承台桩基；当承台采用筏板时，可按柱网轴线布桩，使得筏板不承受桩的冲剪作用，只承受水的浮力和有限的土反力；当上部荷载比较大，需要布桩较多时，沿轴线布置桩可能有困难，则可以在筏板下满堂布桩。

考虑高层和超高层建筑上部结构荷载相对较大的条件下，对地基沉降变形和承载性能的要求相对较高，天然浅基础已经远远不能满足要求，因此长大桩基作为一种深基础形式，正广泛地应用于高层和超高层建筑基础中（图1-6）。

图1-6　桩基础运用于超高层建筑

其中，桩基础的工作原理为：上部结构荷载由承台传递分配到各桩，同时各桩将荷载以桩侧摩阻力的形式传递给桩侧土层，以桩端阻力的形式传递给桩端相对坚硬的土层。因此，桩基础相对其他浅基础类型，具有较高的承载力和较强的控制沉降变形能力。目前，高层和超高层建筑最常用的桩基础形式有桩筏基础和桩箱基础，筏板（或箱）和桩各自发挥自身优势，协同工作共同承担上部结构荷载，能大大增加基础承载力和控制沉降变形能力。

不同类型的桩基础，在施工时对环境具有不同的影响，其承载性能也不同，适用于不同的地质环境。桩可按桩身材料、截面形状尺寸、承载机理、对土层作用效应和施工方法等进行分类。

1）按承台状况分类

（1）低承台桩：指桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触，承台本身承担部分荷载。

（2）高承台桩：指承台底面高出地面，桩身暴露在地面以上的环境中。

2）按材料分类

由木材、混凝土、钢筋、钢管等材料做成相应的桩型，即木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢管（型钢）桩和复合桩。其中，钢筋混凝土又可分为普通混凝土、预应力混凝土、高强混凝土。

3）按形状分类

（1）按桩身纵断面：微型桩、树根桩、螺旋桩、楔形桩、多节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩。

（2）按桩身横断面：圆形、八边形、十字桩、X形桩。

4）按尺寸分类

（1）小直径桩：即直径d≤250 mm的桩。

（2）中直径桩：即直径范围为250 mm＜d＜800 mm的桩。

（3）大直径桩：直径d≥800 mm的桩。(www.daowen.com)

5）按桩对土层作用效应分类

（1）挤土桩：指随着桩在沉桩或沉入钢套管的过程中，桩身占据原土层的空间，桩周土被挤密或挤开，严重扰动周围土层，超孔隙水压力增长较大，土层结构发生破坏。此类桩有锤击或静压打入土中的预制桩、封底钢管桩和沉管灌注桩。

（2）少量挤土桩：指在沉桩过程中，桩周土被挤密或被挤开的程度较小，即桩周土层受轻微扰动，土的结构和工程性质的破坏不明显。此类桩有打入式敞口桩、预钻孔打入式预制桩、沉管灌注桩。

（3）非挤土桩：指在成孔或沉桩的过程中，周围的桩间土没有受到非挤土桩的挤压作用，土的结构和工程性质不受影响，同时不会引起土中超孔隙水压力的增长。此类桩有干作业法钻孔灌注桩、泥浆护壁法、套管护壁法钻（冲）孔。

6）按承载性状分类

（1）端承桩：指桩端坐落于较坚硬的土层，主要由桩端承受上部建筑的荷载，桩长一般不会太长。

（2）摩擦桩：指主要由桩侧摩阻力来承受上部建筑的荷载，桩长一般较长。

7）按桩的施工方法分类

（1）预制桩：指在工厂或施工现场制作各种材料的桩身（如木桩、混凝土桩、预应力混凝土管桩、钢桩等），用锤击、振动或静压的方法将桩打入或压入设计的标高。

（2）灌注桩：指在设计好的施工现场相应桩位上用钻、冲或挖等方法挖成截面为圆形的桩孔，再将加工好的钢筋笼放入圆孔中，然后现场将混凝土浇筑在放有钢筋笼的圆孔中。

8）按使用功能分类

（1）竖向抗压桩：指桩身轴向受压，主要由桩端阻力和桩侧摩阻力承受上部建筑传来的竖向荷载，其中两种阻力并不是同时发挥作用，工作时的桩身强度要验算轴心抗压强度。

（2）竖向抗拔桩：指当验算抗浮力可能不满足要求时，需要设置承受上拔力的桩来抵抗上拔力。

（3）水平受荷桩：指桩基础主要承受水平荷载，或是用于防止土体、岩体滑动的抗滑桩。

（4）复合受荷桩：指当上部结构传递给桩的水平荷载和竖向荷载都较大时，需要同时验算竖向和水平两个方向的承载力而设置的桩。

传统桩筏基础设计中，上部结构内力分析以假定基础为绝对刚体为前提，并将上部结构内力分析结果直接作为外荷载作用于基础上，假定荷载全部由各桩承担，其计算方法只考虑静力平衡条件，平均分配到各桩，且大多采取均匀布桩（等桩长、等桩径、等桩距）的方式，往往忽略上部结构、承台、桩土的共同作用，而事实上群桩效应会使得各桩竖向支承刚度由外向内逐渐减小。均匀布桩情况在均布荷载作用下由于群桩效应必然会出现“碟形”分布的差异沉降，即中桩部分沉降明显大于边桩部分，而对于荷载分布为内大外小的框剪、框筒、筒中筒结构的高层和超高层建筑，其“碟形”差异沉降就会更加明显。在这样的条件下，一方面使得差异沉降会大大增加，同时承台弯矩也会明显增加，进而会使承台配筋量增加，不利于节省成本；另一方面，差异沉降过大会使得上部结构产生较大的次应力，超出一定额度后会使建筑物产生裂缝、倾斜甚至发生破坏，从而会大大减少建筑物正常使用寿命。

一些设计者为减小桩筏基础差异沉降，盲目地增加桩数、桩长、桩径和承台厚度等，结果必然会大大增加基础设计成本，造成不必要的浪费，且违背了“节能减材”的绿色设计理念；同时也会加剧筏板反力和桩顶反力的不均匀性以及基础底板的内力，因此桩基优化设计已经成为当前群桩基础设计中不可避免的重要问题。另外，高层和超高层建筑体积、质量、刚度一般都较大，结构体系也较为复杂，若仍假定基础为绝对刚体，不考虑共同作用，其计算设计结果与实际情况必然会有较大差距，因此其桩基优化设计应在考虑上部结构地基基础共同作用的基础上进行，共同作用在连接点处需同时满足静力平衡与变形协调条件。

同时，为解决城市空间拥堵等问题，地下空间的利用成为工程热点。地铁、地下商业街等地下工程均须进行深基坑开挖。深基坑工程大多数为临时性工程，由于预算紧张，加之影响其质量的因素众多（主要包括外力、变形、土性的不确定性及偶然因素引起的不确定性）目前深基坑工程发生事故的概率较高，而且表现出典型的地区性、突发性和社会性。如南京地铁2号线深基坑事故频发，主要是基坑塌方、涌水，基坑周边道路开裂，邻近建筑物开裂与倒塌等。从本质上来说，基坑工程事故主要涉及土体的变形、稳定及渗流破坏问题，导致事故的原因可归纳为勘察因素、设计方案因素（计算模型与方法、参数等）、施工质量问题、基坑中地下水及其他水患、基坑管理不善、综合因素影响等。在深基坑工程中，国内主要采用连续墙支护结构（适合软土地层，如上海、广州）、排桩支护（传统方法，适用广泛）、SMW工法（应用较少）等；关于深基坑的研究，主要采用经验公式法、模型试验法、现场实测法、数值计算法等，这些方法各有优缺点，更多场合则是将这些手段结合应用，这些方法在研究深基坑施工产生的环境效应的方面取得了很多有价值的研究成果，但是还存在一些问题。近年来，考虑到深基坑工程的特殊性，我国在深基坑的科研方面加大了力度，学者的研究精力更多放在与设计施工相结合的反演、预测、试验等科研工作上来，包括挡土结构、支撑体系、计算方法、施工方法与措施、现场监测等，特别重视深基坑的信息化施工技术，通过现场施工全过程的实时监控，采用反分析方法，提供基坑设计的有效参数。在一些全国性的会议上也有基坑工程的专题或以基坑工程为主题，出版了不少专著，学术讨论热烈，成果不断涌现，形成了一门前沿学科。