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1、第十章 桩基础设计,10.1 桩基础的适用范围 10.2 桩基础的分类 10.3 建筑桩基设计等级 10.4 静荷载试验确定单桩竖向极限承载力 10.5 影响桩顶作用效应的因素 10.6 确定桩型和截面尺寸的有关规定 10.7 桩身设计的有关规定 10.8 桩承台设计的一般规定,如果建筑场地浅层的土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求、而又不宜采取地基处理措施时，就需要考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的深基础方案。桩基础是应用最为广泛的一类深基础。,概述,一、概述,桩基础是最古老的基础型式之一。在人类有历史记载以前，就已经在地基土条件不良的河谷及洪积地区采用桩基础来建造房屋；在许多不同文
2、化时期的初期，都可以找到桩基础的房屋。 1982年在智利发掘的文化遗址所见到的桩，距今大约有1200014000年。 我国最早的桩基础距今大约有7000多年，是在浙江宁波附近的河姆渡，作为古代木结构建筑的基础是有圆木桩、方木桩和板桩组成的桩基础。圆木桩直径在68cm之间，板桩厚2.44.0cm，宽1050cm，木桩均系下部削尖，入土深度最深达115 cm。这是最早的桩的雏形。 我国秦代的渭桥、隋朝的郑州超化寺、五代的杭州湾大海堤、南京的石头城和上海的龙华塔等，都是我国古代桩基础的典范。,桩基技术发展的历史阶段,浅基础：施工简单，造价低。有时承载力、变形等不能满足要求 桩基础：承载力高，沉降小，
3、稳定性好。不需大范围的开挖（支护、降水）。施工较为复杂，造价较高。 深基础: 埋置深度比较大，而且往往需要采用特殊的施工方法做成的基础。 深基础与浅基础的区别： 1）埋置深度比较大； 2）施工方法特殊； 3）荷载传递方式与浅基础有明显差异。,桩完全或部分设置于土面以下，可通过其侧壁和下端将荷载传至周围土体和深层地基的竖直或倾斜状的受力杆件。 桩基础以桩为主体构成的深基础，简称桩基。是由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。承台把桩联结起来并承受上部结构的荷载，然后通过桩传递到地基中去。 桩基础具有承载力高、沉降小而均匀、用料较省、机械化程度高而且能够广泛适用于各类地层条件的突出优点。 桩基础的造价相
4、对较高。在基础选型时，一般应优先选用浅基础。,桩与桩基础的概念,1. 传递荷载； 2. 消除地基液化影响。对于液化地基，穿过液化土层，将荷载传给稳定的不液化土层； 3. 减小沉降； 4. 抵抗水平力、上拔力和倾覆力矩； 5. 改变地基基础的动力特性。,桩的作用：,桥梁工程中的桩基础,砖木结构，七层，高40.64 米，塔身外平面为八角形，建于公元978年(宋太平兴国三年)。塔基共分四层，第一层在离地表2米多处，打有直径0.18米、长30米的木桩多根，桩间填有三合土，桩上铺0.13米厚垫木，木上再加五层总厚达0.46米的菱角牙子砖，最上层是用方砖砌成高约1.7米砖基。,龙华塔,建筑工程中的桩基础,
5、沉井与桩基的组合,二、桩基础的适用性,1、地基上层土的土质太差而下层土的土质较好；或地基土软硬不均；或荷载不均，不能满足上部结构对不均匀变形限制的要求。 2. 地基软弱或地基土性特殊，采用地基改良和加固措施不合适。 3. 除承受较大竖向荷载外，尚有较大的偏心荷载、水平荷载、动力或周期性荷载作用。 4. 上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感；或建筑物受到大面积地面超载的影响。 5. 地下水位很高，采用其它基础型式施工困难；或位于水中的构筑物基础。 6. 需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。,三、桩基设计内容,1.选择桩的类型和几何尺寸； 2.确定单桩竖向和水平向承载力设计值； 3.确定桩的数量
6、、间距和布桩方式； 4.验算桩基的承载力和沉降； 5.桩身结构验算； 6.承台设计； 7.绘制桩基施工图。,四、桩基设计的基本原则,建筑桩基技术规范规定，建筑桩基采用概率极限状态设计法。 1）承载能力极限状态 2）正常使用极限状态 建筑桩基按其破坏后果的严重性分为三个安全等级（表8.1）。 建筑桩基按其安全等级和地基的土质情况进行不同内容的验算,建筑桩基设计等级,甲级 （1）重要的建筑 （2）30 层以上或高度超过100m 的高层建筑 （3）体型复杂且层数相差超过10 层的高低层(含纯地下室)连体建筑 （4）20 层以上框架核心筒结构及其他对差异沉降有特殊要求的建筑 （5）场地和地基条件复杂的
7、7 层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑 （6）对相邻既有工程影响较大的建筑 乙级-除甲级、丙级以外的建筑 丙级-场地和地基条件简单、荷载分布均匀的 7 层及7 层以下的一般建筑,桩和桩基的分类及质量检测,1. 桩基的分类 按桩的数量分类 1）单桩基础 2）群桩基础 按承台位置分类 1）高承台桩基 2）低承台桩基,低承台桩基:桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触的桩基础。 高承台桩基:桩身上部露出地面，承台底面位于地面以上的桩基础。,低承台桩基,高承台桩基,高承台、低承台,桩和桩基的分类及质量检测,1. 桩基的分类 按承台形式分类 1）板式承台（矩形、三角形） 2）条形承台（十字交叉、环形） 3）
8、沉井、箱形、筏板,直桩和斜桩,建筑工程中的桩基础,沉井与桩基的组合,桩和桩基的分类及质量检测,2. 桩的分类 （1）按使用功能分类 （2）按承载性状分类 （3）按施工方法分类 （4）按桩的材料分类 （5）按桩的直径分类 （6）按桩的设置效应分类,（1）按使用功能分类,竖向抗压桩：以承受竖向抗压荷载为主的桩，包括摩擦桩、端承桩和中间类型的桩。应进行竖向承载力计算，必要时还需计算桩基沉降，验算软弱下卧层的承载力以及负摩阻力产生的下拉荷载。 竖向抗拔桩：主要承受竖向上拔荷载的桩。应进行桩身强度和抗裂计算以及抗拔承载力验算。 水平受荷桩：主要承受水平荷载的桩。应进行桩身强度和抗裂验算以及水平承载力和位
9、移验算。 复合受荷桩（也称为纵横弯曲桩）：承受竖向和水平荷载均较大的桩。应按竖向抗压（或抗拔）桩及水平受荷桩的要求进行验算。,（2）承载性状分类,摩擦桩：当软土层很厚，桩端达不到坚硬土层或岩层上时，则桩顶的极限荷载主要靠桩身与周围土层之间的摩擦力来支承，桩尖处土层反力很小，可忽略不计。 端承桩：桩穿过软弱土层，桩端支承在坚硬土层或岩层上时，则桩顶极限荷载主要靠桩尖处坚硬岩土层提供的反力来支承，桩侧摩擦力很小，可以忽略不计。,（2）承载性状分类,摩擦端承桩:桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩端阻力承受。 端承摩擦桩:桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩侧阻力
10、承受。,（3）按桩的材料分类,混凝土桩：包括普通钢筋混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩。 钢桩：常用钢管桩和H型桩。 木桩：用木材制作而成。目前很少使用。 组合桩：用两种或两种以上材料做成的桩。可因地制宜加以选取。,（4）按桩的直径分类,大直径桩：桩径d800mm。近年来的发展较快，应用范围逐渐增大。因为桩径大且桩端还可以扩大，因此，单桩承载力较高。此类桩除大直径钢管桩外，多数为钻、冲、挖孔灌注桩。通常用于高层或重型建（构）筑物的基础，并可实现柱下单桩的结构型式。正因为如此，也决定了大直径桩施工质量的重要性。 中等直径桩：250mmd800mm。这类桩长期以来在工业与民用建筑物中大量使用，成桩方法和
11、工艺繁多。 小直径桩：桩径d250mm。由于桩径小，施工机械，施工场地及施工方法一般较为简单。小桩多用于基础加固（树根桩或锚杆静压桩）及复合桩基础。,（5）按成桩方法分类,桩 基 础,预 制 桩,灌 注 桩,钢管桩及H 型钢桩,壁 桩,我国应用的主要桩型,成桩方法 材料 桩身与桩尖形状 施工工艺,钢筋 混凝 土,三角形桩,传统桩尖 桩端型钢加强,方桩,现浇 预制,空心方桩 传统桩尖 管桩 平底,预应力管桩,尖底 平底,预制,钢材,H型钢桩,钢管桩 开口/闭口 焊 接,工厂生产,锤击沉桩 振动沉桩 静力压桩,预制桩,预制混凝土桩,在工厂或施工现场制作，用锤击打入、振动打入、静力压力、水冲送入或旋
12、入等方式沉桩 桩的预制 场地压实、平整场地地平作三七灰土或浇筑混凝土支模绑扎钢筋骨架、安设吊环浇筑混凝土养护至百分之30强度拆模支间隔端头模板、刷隔离剂、绑钢筋浇筑间隔桩混凝土同法间隔制作第二层桩养护至70%强度起吊达100%强度后运输。,预制混凝土桩,桩的起吊 桩在起吊和搬运时， 必须平稳，并且不得 损坏。吊点应符合设 计要求。,桩的运输 打桩前，桩从制作处运到现场前备打桩，并应根据打桩顺序随打随运以避免二次搬运。桩的运输方式，在运距不大时，可用起重机吊运；当运距较大时，可采用轻便轨小平台车运输。 桩的堆放 堆放桩的地面必须平整、坚实，垫木间距应与吊点位置相同，各层垫木应位于同一垂直线上，堆
13、放层数不宜超过4层。不同规格的桩，应分别堆放。,预制混凝土桩,打桩设备 多能桩架,履带式桩架,锤击沉桩 桩锤 桩锤是对桩施加冲击，将桩打入土中的主要机具。桩锤主要有落锤蒸汽锤、柴油锤和液压锤，目前应用最多的是柴油锤。用锤击沉桩时，为防止桩受冲击应力过大而损坏，力求采用“重锤轻击”。如采用轻锤重击，锤击功能很大一部分被桩身吸收，桩不易打入，且桩头容易打碎。,打入桩,静压力桩 静力压桩是利用静压力将桩压入土中，施工中虽然仍 然存在挤土效应，但没有振动和噪音，适用于软弱土层和 邻近有怕振动的建（构）筑物的情况。静力压桩机有机械 式和液压式之分，目前使用的多为液压式静力压桩机，压 力可达5000kN。
14、,1操纵室；2电气控制台；3液压系统；4导向架；5配重；6夹持装置；7吊桩把杆；8支腿平台；9横向行走与回转装置；10纵向行走装置；11桩,液压式静力压桩机,液压式静 力压桩机,先利用液压静力夹持预制桩，然后通过夹持机构“抱”住 桩身侧面将被夹持的预制桩通过液压静力压入地基。,抱压式桩,抱压式桩,顶压式桩,从预制桩的顶端施压， 将其压入地基,上海电信大楼 24层，高151.8m,混凝土、钢筋混凝土灌注桩,灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼并灌注混凝土而成。 灌注桩能适应各种地层，无需接桩，施工时无振动、无挤土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。但其操作要求严格，施工后需较长的养护
15、期方可承受荷载，成孔时有大量土渣或泥浆排出。 根据成孔工艺不同，分为干作业成孔的灌注桩、泥浆护壁成孔的灌注桩、套管成孔的灌注桩和爆扩成孔的灌注桩等。灌注桩施工工艺近年来发展很快，还出现夯扩沉管灌注桩、钻孔压浆成桩等一些新工艺。,我国应用的主要桩型,成桩方法 材料 桩身与桩尖形状 施工工艺,沉管 灌注 桩,预制平底大头扩底,扩底,钻孔 冲孔 人工挖孔,压浆 不压浆,灌注桩,内击式扩底,直桩身-预制锥形桩尖,无桩靴夯扩,钻（冲、挖）孔灌注桩,直身桩 扩底桩 多分支承力盘桩 嵌岩桩,b,a,a,c,冲击钻成孔法,潜 水电钻成孔法,冲抓锥成孔法,钻孔机,钻孔桩,冲孔桩,冲孔桩是在泥浆护壁的前提条件下，
16、利用桩锤冲进形成桩孔，采用导管法灌注水下混凝土的施工方法。冲孔、灌注混凝土都是在水下进行，施工过程中易出现的偏心、卡锤、掉锤、塌孔、缩孔、断桩、成孔后露筋等不良现象。,冲孔桩,泥浆护壁成孔灌注桩 泥浆护壁成孔是用泥浆保护孔壁并排出土渣而成孔。泥浆护壁钻孔灌注桩适用于地下水位以下的粘性土、粉土、砂土、填土、碎 ( 砾 ) 石土及风化岩层；以及地质情况复杂，夹层多、风化不均、软硬变化较大的岩层，冲孔灌注桩除适应上述地质情况外，还能穿透旧基础、大孤石等障碍物，但在岩溶发育地区应慎重使用。,泥浆护壁成孔 灌注桩施工现场,泥浆护壁成孔 灌注桩施工现场,泥浆护壁成孔灌注桩施工工艺 埋设护筒 护筒是保证钻机沿着桩位垂直方向顺利钻孔的辅助工具，其保护孔口和提高桩孔内的泥浆水头，防止踏孔德作用。 泥浆制备 护壁泥浆是由高塑性粘土或膨润土
