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1、4 桩基础桩基础p.1174.1 概述概述高承台高承台低承台低承台竖直桩竖直桩斜桩斜桩适用性：适用性：天然地基承载力和变形不能满足要求的高重建筑物；天然地基承载力和变形不能满足要求的高重建筑物；天然地基承载力基本满足要求、但沉降量过大，需利天然地基承载力基本满足要求、但沉降量过大，需利用桩基减少沉降的建筑物，如软土地基上的多层住宅建筑，用桩基减少沉降的建筑物，如软土地基上的多层住宅建筑，或在使用上、生产上对沉降限制严格的建筑物；或在使用上、生产上对沉降限制严格的建筑物；重型工业厂房和荷载很大的建筑物，如仓库、料仓等；重型工业厂房和荷载很大的建筑物，如仓库、料仓等；软弱地基或某些特殊性土上的各类
2、永久性建筑物；软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物；作用有较大水平力和力矩的高耸结构物（如烟囱、水作用有较大水平力和力矩的高耸结构物（如烟囱、水塔等）的基础，或需以桩承受水平力或上拔力的其它情况；塔等）的基础，或需以桩承受水平力或上拔力的其它情况；需要减弱其振动影响的动力机器基础，或以桩基作为需要减弱其振动影响的动力机器基础，或以桩基作为地震区建筑物的抗震措施；地震区建筑物的抗震措施；地基土有可能被水流冲刷的桥梁基础；地基土有可能被水流冲刷的桥梁基础；需穿越水体和软弱土层的港湾与海洋构筑物基础，如栈需穿越水体和软弱土层的港湾与海洋构筑物基础，如栈桥、码头、海上采油平台及输油、输气管道支架
3、等。桥、码头、海上采油平台及输油、输气管道支架等。3软 土 层4.1.1 桩基础的使用*4新加坡发展银行,四墩,每墩直径7.3m将荷载传递到下部好土层,承载力高大直径钻孔桩风化砂岩及粉砂岩部分风化及不风化泥岩桩*5新加坡发展银行,四墩7.3m*6现场灌注护坡桩造价低桩*7桩*8*9*10*11*12沉箱*13*14*桩基设计原则：桩基设计原则：荷载效应组合与浅基础相同。荷载效应组合与浅基础相同。桩基设计应满足下列基本条件：桩基设计应满足下列基本条件：单桩承受的竖向荷载不应超过单桩竖向承载力特征值；单桩承受的竖向荷载不应超过单桩竖向承载力特征值；桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值；桩基础的沉
4、降不得超过建筑物的沉降允许值；对位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。对位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。特殊土地基上的桩基：特殊土地基上的桩基：软土、湿陷性黄土、岩溶软土、湿陷性黄土、岩溶4.1.4 桩基设计内容桩基设计内容 桩的类型和几何尺寸的选择；桩的类型和几何尺寸的选择；单桩竖向（和水平向）承载力的确定；单桩竖向（和水平向）承载力的确定；确定桩的数量、间距和平面布置；确定桩的数量、间距和平面布置；桩基承载力和沉降验算；桩基承载力和沉降验算；桩身结构设计；桩身结构设计；承台设计；承台设计；绘制桩基施工图。绘制桩基施工图。4.2 桩的类型桩的类型1.1.根据桩的性状和竖向受力情况划
5、分根据桩的性状和竖向受力情况划分2.2.根据施工方法划分根据施工方法划分3.3.根据挤土效应划分根据挤土效应划分端承型桩和摩擦型桩端承型桩和摩擦型桩端承型桩端承型桩是指桩顶竖向荷载主要由是指桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受的桩。端承型桩包括桩端阻力承受的桩。端承型桩包括端承桩端承桩和和摩擦端承桩摩擦端承桩两类。当桩侧两类。当桩侧阻力很小可以忽略不计时，称为阻力很小可以忽略不计时，称为端端承桩承桩。摩擦型桩摩擦型桩是指桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受的桩。摩是指桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受的桩。摩擦型桩包括擦型桩包括摩擦桩摩擦桩和和端承摩擦桩端承摩擦桩。当桩端阻力很小可以忽。当桩端阻力很小可以忽略
6、不计时略不计时,称为称为摩擦桩摩擦桩。桩侧阻力，桩端阻力桩侧阻力，桩端阻力端承型桩端承型桩：其桩端一般进入中密以上的砂类、碎石类土层，：其桩端一般进入中密以上的砂类、碎石类土层，或位于中风化、微风化及新鲜基岩顶面。这类桩的侧摩阻力或位于中风化、微风化及新鲜基岩顶面。这类桩的侧摩阻力虽属次要，但不可忽略。虽属次要，但不可忽略。端承桩：端承桩：桩的长径比较小（一般桩的长径比较小（一般ld10），桩身穿越软弱），桩身穿越软弱土层，桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中风化、土层，桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中风化、微风化及未风化硬质岩石顶面（即入岩深度微风化及未风化硬质岩石顶面（即入岩深
7、度hr0.5d）。）。嵌岩桩：嵌岩桩：当桩端嵌入完整和较完整的中风化、微风化及未当桩端嵌入完整和较完整的中风化、微风化及未风化硬质岩石一定深度以上风化硬质岩石一定深度以上（hr 0.5d)时时,称为嵌岩桩。工称为嵌岩桩。工程实践中，嵌岩桩一般按端承桩设计。但这并不意味着嵌程实践中，嵌岩桩一般按端承桩设计。但这并不意味着嵌岩桩不存在侧阻和嵌岩阻力，岩桩不存在侧阻和嵌岩阻力，摩擦型桩：摩擦型桩：桩端持力层多为较坚实的粘性土、粉土和砂类桩端持力层多为较坚实的粘性土、粉土和砂类土，且桩的长径比不很大。土，且桩的长径比不很大。摩擦桩摩擦桩：具备下列条件之一时：具备下列条件之一时：桩的长径比很大，桩顶荷载
8、只通过桩身压缩产生桩的长径比很大，桩顶荷载只通过桩身压缩产生的桩侧阻力传递给桩周土，因而桩端下土层无论坚实与否，的桩侧阻力传递给桩周土，因而桩端下土层无论坚实与否，其分担的荷载都很小；其分担的荷载都很小；桩端下无较坚实的持力层；桩端下无较坚实的持力层；桩底残留虚土或残渣较厚的灌注桩；桩底残留虚土或残渣较厚的灌注桩；打入邻桩使先设置的桩上抬、甚至桩端脱空等情打入邻桩使先设置的桩上抬、甚至桩端脱空等情况。况。4.2.2 预制桩和灌注桩预制桩和灌注桩(1)预制桩预制桩木桩，混凝土预制桩，钢桩木桩，混凝土预制桩，钢桩常用松木，长常用松木，长46m，桩径，桩径160260mm，多用于软弱地基上的民宅和小
9、型建筑，多用于软弱地基上的民宅和小型建筑物。应打入地下水位以下物。应打入地下水位以下0.5m。要确保。要确保桩端进入硬持力层。桩端进入硬持力层。工程实例广州海珠区新窖镇瑞宝村某民宅工程实例广州海珠区新窖镇瑞宝村某民宅剖面图剖面图平面图平面图北北转下页硬土硬土软土软土1995年年10月月6日下午日下午4:20楼房先是缓慢向南倾斜，后突然楼房先是缓慢向南倾斜，后突然倾覆倒塌。倾覆倒塌。3名装修工人死亡，室内多人受伤。名装修工人死亡，室内多人受伤。我系鉴定结果我系鉴定结果：违章作业；违章作业；梁柱钢筋锚固长度严重不足；梁柱钢筋锚固长度严重不足；基础设计错误。基础设计错误。幻灯片幻灯片 10判决结果：
10、判决结果：屋主、转包人、承建人赔偿屋主、转包人、承建人赔偿40万元；万元；承建人被处以有期徒刑一年零六个月。承建人被处以有期徒刑一年零六个月。木桩上铸就的浪漫风情木桩上铸就的浪漫风情威尼斯威尼斯混凝土预制桩混凝土预制桩普通混凝土预制桩、预应力混凝土管桩（普通混凝土预制桩、预应力混凝土管桩（PCPC）、）、预应力高强混凝土管桩（预应力高强混凝土管桩（PHCPHC）、预应力砼空心方桩）、预应力砼空心方桩普通混凝土预制桩普通混凝土预制桩截面边长一般为截面边长一般为300300500mm500mm。可以。可以在工厂生产，也可在现场预制。现场预制桩的长度一般在在工厂生产，也可在现场预制。现场预制桩的长度
11、一般在252530m30m以内，工厂预制桩的分节长度一般不超过以内，工厂预制桩的分节长度一般不超过12m12m，沉，沉桩时在现场连接到所需长度。桩时在现场连接到所需长度。预应力混凝土管桩预应力混凝土管桩采用先张法预应力工艺和离心成型采用先张法预应力工艺和离心成型法制作。经高压蒸气养护生产的为法制作。经高压蒸气养护生产的为预应力高强混凝土管桩预应力高强混凝土管桩（代号为（代号为PHCPHC桩桩），其桩身离心混凝土强度等级不低于），其桩身离心混凝土强度等级不低于C80C80；未经高压蒸气养护生产的为；未经高压蒸气养护生产的为预应力混凝土管桩预应力混凝土管桩（代号为（代号为PCPC桩桩），其桩身离心
12、混凝土强度等级），其桩身离心混凝土强度等级C60C60 C80 C80。常用常用的的PHCPHC、PCPC管桩的外径为管桩的外径为300300600mm600mm，分节长度为，分节长度为7 713m13m，沉桩时桩节处通过焊接端头板接长。桩的下端设置十字，沉桩时桩节处通过焊接端头板接长。桩的下端设置十字型桩尖、圆锥型桩尖或开口型桩尖。型桩尖、圆锥型桩尖或开口型桩尖。预应力混凝土管桩预应力混凝土管桩预应力混凝土管桩预应力混凝土管桩钢桩尖钢桩尖锤击法锤击法沉桩沉桩静压法沉桩静压法沉桩焊接接桩焊接接桩建设部行业标准建设部行业标准预应力砼空心方桩预应力砼空心方桩JG197-2006预应力砼空心方桩预应
13、力砼空心方桩KFZ，C60预应力高强砼空心方桩预应力高强砼空心方桩HKFZ，C80薄壁预应力砼空心方桩薄壁预应力砼空心方桩TKFZ，C60边长边长3001000mm相比管桩，承载力更高，成本低，抗震性好，更易成桩。相比管桩，承载力更高，成本低，抗震性好，更易成桩。钢桩钢桩H H型钢桩，下端开口或闭口的钢管桩型钢桩，下端开口或闭口的钢管桩H H型钢桩型钢桩的横截面大都呈正方形，的横截面大都呈正方形，截面尺寸截面尺寸200200200200360410mm360410mm翼缘和翼缘和腹板的厚度为腹板的厚度为9 926mm26mm。H H型钢桩贯入各型钢桩贯入各种土层的能力强，对桩周土的扰动亦较种土
14、层的能力强，对桩周土的扰动亦较小。由于小。由于H H型钢桩的横截面面积较小，型钢桩的横截面面积较小，因此能提供的端部承载力并不高。因此能提供的端部承载力并不高。钢管桩钢管桩的直径一般为的直径一般为4004003000mm3000mm，壁厚为，壁厚为6 650mm50mm，国内工程中常用的大致为国内工程中常用的大致为4004001200mm1200mm，壁厚为，壁厚为9 920mm20mm。端部开口的钢管桩易于打入（沉桩困难时，可在管内取土端部开口的钢管桩易于打入（沉桩困难时，可在管内取土以助沉），但端部承载力较闭口的钢管桩小。以助沉），但端部承载力较闭口的钢管桩小。钢桩的穿透能力强，自重轻、锤
15、击沉桩的效果好，承钢桩的穿透能力强，自重轻、锤击沉桩的效果好，承载能力高，无论起吊、运输或是沉桩、接桩都很方便。但载能力高，无论起吊、运输或是沉桩、接桩都很方便。但钢桩的耗钢量大，成本高，抗腐蚀性能较差，须做表面防钢桩的耗钢量大，成本高，抗腐蚀性能较差，须做表面防腐蚀处理，目前我国只在少数重要工程中使用。腐蚀处理，目前我国只在少数重要工程中使用。工程实例工程实例杭州湾跨海大桥全长杭州湾跨海大桥全长36km，打设钢管桩，打设钢管桩5475根，桩径根，桩径15001600mm，壁厚，壁厚2023mm，l=7189.35m。砼预制桩主要优缺点砼预制桩主要优缺点：桩身质量好，施工工期短。桩身质量好，施
16、工工期短。桩径较小，穿透能力有限，配筋量较大。桩径较小，穿透能力有限，配筋量较大。?（2 2）灌注桩）灌注桩 灌注桩是直接在所设计桩位处成孔，然后在孔内加放灌注桩是直接在所设计桩位处成孔，然后在孔内加放钢筋笼（也有省去钢筋的）再浇灌混凝土而成。钢筋笼（也有省去钢筋的）再浇灌混凝土而成。特点：特点：适用于各种地基土，桩端可进入中、微风化岩层；适用于各种地基土，桩端可进入中、微风化岩层；桩径可较大，配筋量小；桩径可较大，配筋量小；桩长可按要求确定；桩长可按要求确定；桩身质量相对较差。桩身质量相对较差。预制桩预制桩灌注桩灌注桩1)沉管灌注桩沉管灌注桩沉桩方式：沉桩方式：锤击、振动、振动冲击锤击、振动
17、、振动冲击桩径：桩径：300500mm桩长：桩长：20m以内以内施工设备简单，沉桩进度快，成本最低，但很易产生缩颈施工设备简单，沉桩进度快，成本最低，但很易产生缩颈（桩身截面局部缩小）、断桩、局部夹土、混凝土离析和（桩身截面局部缩小）、断桩、局部夹土、混凝土离析和强度不足等质量问题。强度不足等质量问题。特点：特点：2 2）钻（冲、磨）孔灌注桩）钻（冲、磨）孔灌注桩桩径桩径6002500mm（国内）（国内）桩长桩长70m特点：特点：桩径大；桩径大；能克服流砂、消除孤石能克服流砂、消除孤石等障碍物；等障碍物；桩端能进入微风化硬质岩石。桩端能进入微风化硬质岩石。成本高；现场不够环保（泥浆护壁时）。成
18、本高；现场不够环保（泥浆护壁时）。钻（冲）孔钻（冲）孔施工施工3)挖孔桩挖孔桩桩径桩径0.82m（广州新电视塔用（广州新电视塔用了了24根，桩径根，桩径3.8m)桩长宜小于桩长宜小于30m人工挖孔桩施工人工挖孔桩施工挖孔桩挖孔桩挖孔桩的挖孔桩的优点优点是，可直接观察地层情况，孔底易清除干净，是，可直接观察地层情况，孔底易清除干净，设备简单，噪声小，场区各桩可同时施工，桩径大，适应性设备简单，噪声小，场区各桩可同时施工，桩径大，适应性强，桩端可以入岩，又较经济；缺点是桩孔内空间狭小、劳强，桩端可以入岩，又较经济；缺点是桩孔内空间狭小、劳动条件差，可能遇到流砂、塌孔、有害气体、缺氧、触电和动条件差
19、，可能遇到流砂、塌孔、有害气体、缺氧、触电和上面掉下重物等危险而造成伤亡事故，在松砂层（尤其是地上面掉下重物等危险而造成伤亡事故，在松砂层（尤其是地下水位下的松砂层）、极软弱土层、地下水涌水量多且难以下水位下的松砂层）、极软弱土层、地下水涌水量多且难以抽水的地层中难以施工或无法施工。抽水的地层中难以施工或无法施工。挖孔桩施工时因流砂导致地面塌陷挖孔桩施工时因流砂导致地面塌陷4 4）爆扩灌注桩（自学）爆扩灌注桩（自学）我国常用灌注桩的适用范围见表我国常用灌注桩的适用范围见表4-14-1。其他桩型：其他桩型：旋挖桩旋挖桩夯扩桩（夯扩桩（93年在广州首次应用，桩径年在广州首次应用，桩径400-600
20、mm）挤扩支盘桩（桩径挤扩支盘桩（桩径400-800mm）夯扩桩夯扩桩是在沉管灌注桩的基础上，桩端混凝土经过锤击夯扩形是在沉管灌注桩的基础上，桩端混凝土经过锤击夯扩形成扩大头来达到提高桩端阻力和桩承载力的一种新颖扩底桩。成扩大头来达到提高桩端阻力和桩承载力的一种新颖扩底桩。该工艺采用外管和内夯管套合施工法。当沉管达到设计深度，该工艺采用外管和内夯管套合施工法。当沉管达到设计深度，抽出内夯管，在外管内灌注扩大头混凝土，然后插入内夯管，抽出内夯管，在外管内灌注扩大头混凝土，然后插入内夯管，锤击内夯管，将管内的混凝土夯出管外形成扩大头。扩大头形锤击内夯管，将管内的混凝土夯出管外形成扩大头。扩大头形成
21、后，再浇灌桩身混凝土，拔管时，借助于安装在外管上的振成后，再浇灌桩身混凝土，拔管时，借助于安装在外管上的振动锤，使得桩身混凝土在振动中成型，弥补了一般沉管灌注桩动锤，使得桩身混凝土在振动中成型，弥补了一般沉管灌注桩易产生缩颈、断桩等缺陷，从而提高了桩身质量。易产生缩颈、断桩等缺陷，从而提高了桩身质量。夯扩桩的适用条件夯扩桩的适用条件 夯扩桩一般适用于地表下夯扩桩一般适用于地表下5-28m为软弱土层或不均匀软弱土为软弱土层或不均匀软弱土层，而下部有一层性质相对较好的桩端持力层的地质条件。夯层，而下部有一层性质相对较好的桩端持力层的地质条件。夯扩桩的桩端持力层可以是砂砾、砂性土、粉土和可塑、硬塑粘
22、扩桩的桩端持力层可以是砂砾、砂性土、粉土和可塑、硬塑粘性土，也可以在大厚度高压缩性软土地基中选择一层性质相对性土，也可以在大厚度高压缩性软土地基中选择一层性质相对稍好的淤泥质粉土或软塑的粉质粘土作为桩端持力层。稍好的淤泥质粉土或软塑的粉质粘土作为桩端持力层。在地下有溶洞、溶沟、石笋等石灰岩地区建造建筑物，当采在地下有溶洞、溶沟、石笋等石灰岩地区建造建筑物，当采用天然基础不能满足承载力要求时，可采用夯扩桩作为基桩，用天然基础不能满足承载力要求时，可采用夯扩桩作为基桩，选择溶洞、溶沟或石笋上面一层土质相对较好的土层作为桩端选择溶洞、溶沟或石笋上面一层土质相对较好的土层作为桩端持力层，这样既避免了溶
23、洞、溶沟、石笋等不良地质条件对基持力层，这样既避免了溶洞、溶沟、石笋等不良地质条件对基础施工造成的困难，又解决了地基承载力不足问题。由于夯扩础施工造成的困难，又解决了地基承载力不足问题。由于夯扩桩具有较高的承载力，它一般可用于桩具有较高的承载力，它一般可用于20层以下的民用和工业建层以下的民用和工业建筑基础工程中。筑基础工程中。挤扩支盘桩施工工艺挤扩支盘桩施工工艺优点优点：单桩承载力可提：单桩承载力可提高高50%-200%，沉降量，沉降量大大减小。大大减小。4.2.3 按挤土效应分类按挤土效应分类(1)挤土桩实心的预制桩，下端封闭的管桩，木桩，挤土桩实心的预制桩，下端封闭的管桩，木桩，沉管灌注
24、桩沉管灌注桩挤土桩在锤击、振动贯入或压入过程中，都将桩位处的土大挤土桩在锤击、振动贯入或压入过程中，都将桩位处的土大量排挤开因而使桩周土层受到严重扰动，土的原状结构遭到量排挤开因而使桩周土层受到严重扰动，土的原状结构遭到破坏，土的工程性质有很大变化。粘性土由于重塑作用而降破坏，土的工程性质有很大变化。粘性土由于重塑作用而降低了抗剪强度，孔隙水压力升高（土体固结后强度会更高）；低了抗剪强度，孔隙水压力升高（土体固结后强度会更高）；而非密实的无粘性土则由于振动挤密而使抗剪强度提高。而非密实的无粘性土则由于振动挤密而使抗剪强度提高。在饱和粘性土中挤土桩若设置过密，会使土体产生横向位移在饱和粘性土中挤
25、土桩若设置过密，会使土体产生横向位移和竖向隆起，致使先打入的桩被推移或被抬起，或对邻近的和竖向隆起，致使先打入的桩被推移或被抬起，或对邻近的结构物造成重大影响。结构物造成重大影响。“植桩植桩”法施工、法施工、先插入排水板等。先插入排水板等。(2)非挤土桩钻、冲、挖孔桩非挤土桩钻、冲、挖孔桩设桩时桩周土不但没有受到排挤，相反可能因桩周土向桩设桩时桩周土不但没有受到排挤，相反可能因桩周土向桩孔内移动而产生应力松弛现象。因此，非挤土桩的桩侧摩孔内移动而产生应力松弛现象。因此，非挤土桩的桩侧摩阻力常有所减小。阻力常有所减小。(3)部分挤土桩开口的管桩、钢管桩、部分挤土桩开口的管桩、钢管桩、H型钢桩型钢桩应用：应用：桩型选择，土的指标，施工工艺，桩距，试桩时间桩型选择，土的指标，施工工艺，桩距，试桩时间