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1、2018/10/28,基础工程课件,第四章 桩基础,4.1 概述 4.2 桩的类型 4.3 桩的竖向承载力 4.4 桩基础沉降的计算 4.5 桩的负摩擦问题 4.7 桩的平面布置原则 4.8 桩承台的设计 4.9 桩基础设计的一般步骤,2018/10/28,基础工程课件,一、桩基础的特点,桩是竖直或微倾斜的基础构件，横截面尺寸远小于长度方向。,荷载传递：桩侧摩擦阻力+桩端阻力 OR通过桩身将横向荷载传递给土体,2018/10/28,基础工程课件,桩的工程作用：,(1) 桩侧与土体接触，将荷载传递给桩周土体，或荷载传给深层的岩(砂、硬粘土)层；(2) 对液化地基，桩穿越液化层，增加结构抗震能力；
2、(3) 桩侧竖向刚度大，桩穿越高压缩土层，沉降要求高的结构满足安全和使用要求；(4) 桩具有很大的侧向刚度和抗拔力，抵抗台风、地震等巨大水平力；(5) 改变地基基础的动力特性，提高地基基础自振频率，减少振幅，保证结构及设备正常运行。,2018/10/28,基础工程课件,桩的施工工艺分类表,主要针对钢筋混凝土桩，机具设备、制桩工艺,2018/10/28,基础工程课件,预制桩：在地面上预先制作好钢筋混凝土桩身，然后通过锤击、静压或振动等方法将预制桩沉入地基内到达的深度，形成桩基础。桩径较小0.6m以下；地基土为砂性土、粉土、细砂及松散的不含大卵石的土。,灌注桩：在施工现场的桩位上，通过机械钻凿或人
3、工挖掘等方法形成桩孔，然后孔内放入钢筋笼，灌注混凝土，形成钢筋混凝土灌注桩。桩长桩径变化大，应用广。,2018/10/28,基础工程课件,高承台 低承台,竖直桩 斜桩,4.1 概述,2018/10/28,基础工程课件,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，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； 软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物；,2018/10/28,基础工程课件, 地基土有可能被水流冲刷的桥梁基础； 需穿越水
4、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、输气管道支架等。, 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； 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；,2018/10/28,基础工程课件,桩基设计原则：,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：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；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：软土、湿陷性黄土、岩溶,2018/10/28,基础工程课件,桩基设计内容, 桩
5、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； 确定桩的数量、间距和平面布置； 桩基承载力和沉降验算； 桩身结构设计； 承台设计； 绘制桩基施工图。,2018/10/28,基础工程课件,1. 根据桩的性状和竖向受力情况划分 2. 根据施工方法划分 3. 根据挤土效应划分,4.2 桩的类型,2018/10/28,基础工程课件,1、端承型桩和摩擦型桩,端承型桩是指桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受的桩。端承型桩包括端承桩和摩擦端承桩两类。当桩侧阻力很小可以忽略不计时，称为端承桩。,摩擦型桩是指桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受的桩。摩擦型桩包括摩擦桩和端承摩擦桩。当桩端阻力很小可以忽略不计时
6、,称为摩擦桩。,桩侧阻力，桩端阻力,2018/10/28,基础工程课件,端承型桩：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。这类桩的侧摩阻力虽属次要，但不可忽略。 端承桩：桩的长径比较小（一般ld10），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、微风化及未风化硬质岩石顶面（即入岩深度hr0.5d）。,嵌岩桩：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（hr 0.5d)时, 称为嵌岩桩。工程实践中，嵌岩桩一般按端承桩设计。但这并不意味着嵌岩桩不存在侧阻和嵌岩阻力。,2018/10/28,基础工程课件,摩擦型桩：桩端
7、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。,摩擦桩：具备下列条件之一时： 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，其分担的荷载都很小； 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； 打入邻桩使先设置的桩上抬、甚至桩端脱空等情况。,2018/10/28,基础工程课件,2、 预制桩和灌注桩,(1)预制桩,木桩，混凝土预制桩，钢桩。,常用松木，长46m，桩径160260mm，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0.5m。要确保桩端进入硬持力层。,2018/10/28,基础工程课件,工程实例广州海珠
8、区新窖镇瑞宝村某民宅,剖面图,平面图,北,转下页,硬土,软土,2018/10/28,基础工程课件,1995年10月6日下午4:20楼房先是缓慢向南倾斜，后突然 倾覆倒塌。3名装修工人死亡，室内多人受伤。,鉴定结果：违章作业；梁柱钢筋锚固长度严重不足；基础设计错误。,判决结果：屋主、转包人、承建人赔偿40万元；承建人被处以有期徒刑一年零六个月。,2018/10/28,基础工程课件,混凝土预制桩,普通混凝土预制桩、预应力混凝土管桩（PC）、预应力高强混凝土管桩（PHC）、预应力砼空心方桩。,普通混凝土预制桩截面边长一般为300500mm。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253
9、0m以内，工厂预制桩的分节长度一般不超过12m，沉桩时在现场连接到所需长度。,2018/10/28,基础工程课件,预应力混凝土管桩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预应力高强混凝土管桩（代号为PHC桩），其桩身离心混凝土强度等级不低于C80；未经高压蒸气养护生产的为预应力混凝土管桩（代号为PC桩），其桩身离心混凝土强度等级C60 C80 。 常用的PHC、PC管桩的外径为300600mm，分节长度为713m，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。,2018/10/28,基础工程课件,锤击法沉桩施工工艺 沉桩前的准备工作： 认真
10、处理高空、地上和地下障碍物。 对现场周围(50m以内)的建筑物作全面检查。对危房进行必要的处理。 对建筑物基线以外46m以内的整个区域及打桩机行驶路线范围内的场地进行平整、夯实。在桩架移动路线上，地面坡度不得大于1%。修好运输道路，做到平坦坚实。打桩区域及道路近旁应排水畅通。在打桩现场或附近需设置水准点，数量为两个，用以抄平场地和检查桩的入土深度。根据建筑物的轴线控制桩定出桩基每个桩位，作出标志，并在打桩前，应对桩的轴线和桩位进行复验。打桩机进场后，应按施工顺序铺设轨垫，安装桩机和设备，接通电源、水源，并进行试机。然后移机至起点桩就位，桩架应垂直平稳。,2018/10/28,基础工程课件,沉桩
11、施工要点：(1) 桩帽与桩接触的表面应平整，与桩身应在同一直线上。(2) 当桩吊起就位后，要缓缓放下，插入土中，进行桩位和垂直度校正后，并在桩身侧面或桩架上设置标尺，做好记录，才能开始施打，开始时应起锤轻压或轻击数锤，待锤以及桩身等垂直度一致后，即可转入正常施打。(3) 沉桩时如桩顶不平，可用麻袋或厚纸板等垫平。 (4) 打桩顺序；(5) 桩停止锤击的控制原则：桩端位于一般土层时，以控制桩端设计标高为主，贯入度可作参考；桩端过到坚硬、硬塑的粘性土、粉土、中密以上砂土、碎石类土以及风化岩时，以贯入度控制为主，桩端标高作参考。,2018/10/28,基础工程课件,建设部行业标准预应力砼空心方桩JG
12、197-2006预应力砼空心方桩KFZ，C60预应力高强砼空心方桩HKFZ，C80薄壁预应力砼空心方桩TKFZ，C60边长3001000mm相比管桩，承载力更高，成本低，抗震性好，更易成桩。,2018/10/28,基础工程课件,钢桩,H型钢桩，下端开口或闭口的钢管桩,H型钢桩的横截面大都呈正方形，截面尺寸200200360410mm翼缘和腹板的厚度为926mm。H型钢桩贯入各种土层的能力强，对桩周土的扰动亦较小。由于H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。,钢管桩的直径一般为4003000mm，壁厚为650mm，国内工程中常用的大致为4001200mm，壁厚为920mm。端部开
13、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。,2018/10/28,基础工程课件,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。,工程实例杭州湾跨海大桥全长36km，打设钢管桩5475根，桩径15001600mm，壁厚2023mm，l=7189.35m。,砼预制桩主要优缺点：桩身质量好，施工工期短。桩径较小，穿透能力有限，配筋量较大。,2018/10/28,基础工程课件,（2）灌注桩（4类）灌注桩是直接在所设计桩位
14、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。,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；桩长可按要求确定；桩身质量相对较差。,特点：,2018/10/28,基础工程课件,1)沉管灌注桩 沉桩方式： 锤击、振动、振动冲击。,桩径：300500mm。 桩长：20m以内。,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、混凝土离析和强度不足等质量问题。,特点：,2018/10/28,基础工程课件,2）钻（冲、磨）孔灌注桩,国内： 桩径6002500mm， 桩长70m。,特点：,桩端能进入微风化硬质岩石。成本高；现场不
15、够环保（泥浆护壁时）。,桩径大；能克服流砂、消除孤石等 障碍物；,2018/10/28,基础工程课件,3)挖孔桩,桩径0.82m（广州新电视塔用 了24根，桩径1m-2m)， 桩长宜小于30m。,2018/10/28,基础工程课件,挖孔桩的优点：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，适应性强，桩端可以入岩，又较经济； 缺点：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抽水的地层中难以施工或无法施工。,2018/10/28,
16、基础工程课件,4）爆扩灌注桩（自学）,我国常用灌注桩的适用范围见表4-1。,2018/10/28,基础工程课件,3、 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，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。,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。“植桩”法施工,2018/10/28,基础工程课件,钻孔植桩法：放样定桩位钻机就位钻孔测量孔深、孔径及孔底虚土沉渣泥浆护壁植入预制桩，桩尖达设计标高拔送桩管、回填送桩内孔虚土。此新工艺将排挤土桩改善为低排挤土桩，减少超空隙水压力上升和土体隆起及位移，从而排除了沉桩时对邻近建筑物、马路、构筑物等不良影响，解决了穿越硬夹土层等的特定条件下的施工难度。,
