中南大学基础工程课件第四章 桩基础

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1、土木工程本科生专业课程基础工程,第四章 桩基础,4.1 概述 4.2 桩基础的类型及构造 4.3 桩基础的施工 4.4 轴向荷载下的单桩 4.5 横向荷载下的单桩 4.6 群桩基础内力及位移分析 4.7 单桩承载力的确定 4.8 群桩作用和桩基的竖向承载力 4.9 桩基沉降计算 4.10 建筑桩基承台计算 4.11 桩基础设计,主 要 内 容,4.1 概述,4.1.1 定义,桩基础：通过承台把若干根桩的顶部联结成整体，共同承受动静荷载的深基础。,基桩：设置于土中的竖直或倾斜的基础构件，其作用在于穿越软弱的高压缩性土层或水，将桩所承受的荷载传递到更硬、更密或压缩性更小的地基持力层上。,软 弱 土

2、 层,承台,基桩,4.1 概述,4.1.2 特点,将荷载传递到下部好土层,承载力高 沉降量小 抗震性能好 承受抗拔及横向力 与其他深基础比较,施工造价低,4.1 概述,4.1.3 发展历史,7000-8000年前湖上居民,浙江河姆渡 十九世纪以前，木桩 西安灞桥,北京御河桥,隋唐建塔 十九世纪开始，材料和动力进步 铸铁管桩，1824年波特兰水泥注册专利，蒸 汽动力 十九世纪末，现场钻孔桩,4.1 概述,干栏式建筑,4.1 概述,排 桩,带撑木桩,4.1 概述,4.1 概述,新 加 坡 发 展 银 行,4.1 概述,4.1.4 适用范围,软弱地基或特殊土地基 高重建筑物，满足承载力 承受水平和抗

3、拔力建筑 抗震地基 对沉降非常敏感的建筑 水上基础,4.1 概述,4.1.5 桩基础设计内容和步骤,收集资料 选桩型、确定桩的基本尺寸 确定单桩承载力 确定群桩承载力 相关检算 绘制施工图纸,4.1 概述 4.2 桩基础的类型及构造 4.3 桩基础的施工 4.4 轴向荷载下的单桩 4.5 横向荷载下的单桩 4.6 群桩基础内力及位移分析 4.7 单桩承载力的确定 4.8 群桩作用和桩基的竖向承载力 4.9 桩基沉降计算 4.10 建筑桩基承台计算 4.11 桩基础设计,主 要 内 容,4.2 桩基础类型及构造,4.2.1 桩基础的分类标准,按桩身材料分 按承台位置高低分 按功能分 按桩轴方向分

4、 按成桩方法分 按成桩方法对土层影响分,4.2 桩基础类型及构造,1 按桩身材料分,钢筋混凝土桩,混 凝 土 桩,预应力钢筋混凝土桩,钢 桩,木 桩,2 按承台位置高低分,4.2 桩基础类型及构造,4.2 桩基础类型及构造,低承台桩基,4.2 桩基础类型及构造,高承台桩基,4.2 桩基础类型及构造,3 按功能分,抗轴向压力的桩,抗侧向压力的桩,抗 拔 桩,摩擦桩,端承桩,端承摩擦桩,港口、码头工程中的板桩，基坑支护桩,抵抗作用于桩上的拉拨荷载,4.2 桩基础类型及构造,4 按桩轴方向分,倾 斜 桩,竖 直 桩,水平外力或弯矩不大，桩不长或桩身直径较大时,水平外力较大且方向不变时，可采用单向斜桩

5、,水平外力较大且作用在两个方向时，采用多向斜桩,注意：先采用竖直桩，检算通不过时 再改用倾斜桩,4.2 桩基础类型及构造,5 按成桩的方法分,预 制 桩,灌 注 桩,锤 击,打 入 桩,静 压,震 动,螺 旋,压 入 桩,震 入 桩,螺 旋 桩,机械成孔,人力挖掘,钻 孔 桩,冲 孔 桩,挖 孔 桩,4.2 桩基础类型及构造,6 按成桩方法对土层影响分,部分挤土桩,挤 土 桩,非挤土桩,预制桩,沉管灌注桩,粘性土,无粘性土,开口钢管桩,H型钢桩,开口预应力钢筋混凝土桩,预钻孔的钢筋混凝土桩,钻（挖、冲）孔灌注桩,4.2 桩基础类型及构造,挤土效应,在饱和软土中进行密集桩群施工将导致,土中超孔隙

6、水压的剧增（可达上覆土压力的1.4倍，甚至更高） 地表隆起 浅层土体水平位移（影响范围1倍桩长以上） 深层土体位移 先打设的桩被抬起、挤偏、甚至弯曲、断裂,原有建筑物下沉、局部抬起,临近地面开裂、地下管线位移、破坏,4.2 桩基础类型及构造,4.2.2 桩型及其特点,1 预制桩类型、特点及适用条件, 分类;木、钢筋砼、预应力钢筋砼 、钢桩, 优点,桩单位面积承载力较高，预制桩属挤土桩， 打入土层使松软土挤密，提高承载力 桩身质量易于保证和控制 易于在水上施工 桩身砼密度大，抗腐蚀性能强 施工效率高,4.2 桩基础类型及构造, 缺点,单价较灌注桩高，配筋按起吊、打入应力设 计，用钢量大，较长则接

7、头用钢量增大 一般锤击、震动法下沉，施工噪音大，污染 环境，若采用静压受设备等限制 挤土桩 受起吊设备限制，单桩长不超过10m，接头 处为薄弱环节 不易穿透较厚坚硬土层 桩超长时，截桩困难,4.2 桩基础类型及构造, 适用条件,不需要考虑噪音污染、震动环境的影响（新 开发区、郊外等场地） 持力层上覆盖为松软土层，无坚硬夹层 持力层顶面起伏变化不大，桩长易于控制 水下桩基工程 大面积打桩工程，工效高,4.2 桩基础类型及构造,钢筋混凝土桩,普通钢筋混凝土桩,空心,实心,桩 长,现场制作2530m,工厂预制 12m,接桩方法,钢板角钢焊接,法兰盘螺栓和硫磺胶泥锚固等,断面尺寸,200mm200mm

8、600mm600mm,4.2 桩基础类型及构造,钢筋混凝土管桩,钢筋混凝土管桩,普通钢筋混凝土管桩,预应力钢筋混凝土管桩,离心旋转法制造：40， 50，管节长度固定,特大直径钢筋管桩,普通钢筋混凝土管桩,预应力钢筋混凝土管桩,入土,深度,25m,25m,能承受较大的震动力，抗裂性能好,应用：武汉长江大桥首先采用,4.2 桩基础类型及构造,预应力钢筋混凝土桩,预先将钢筋混凝土桩的部分或全部主筋作为预应力张拉，对桩身混凝土施加预压应力，以提高桩的抗冲击能力和抗弯能力。,强度重量比高 含钢率低 耐冲击、耐久性和抗腐蚀性能高 穿透能力强 制作工艺较复杂（缺点）,4.2 桩基础类型及构造,适用情况,超长

9、桩 （L50m ) 需要穿越夹砂层 （高层建筑的理想桩型）,制作方法,普通立模浇制预应力空心方桩 常见规格：500mm500mm,600mm600mm 离心法制作圆环形的高强预应力管桩(PHC桩） 常见规格：外径500mm、550mm、800mm、1000mm 壁厚90130mm,桩段长415m,C60C80,4.2 桩基础类型及构造,2 灌注桩类型、特点及适用条件, 优点,可适用于各种地层 桩长可随持力层顶面起伏而改变，不需截 桩，无接头 仅受轴压时，不用配钢筋，需配钢筋笼时， 按工作荷载要求布置 采用大直径钻孔或挖孔灌注桩时，单桩承载 力高 一般说来，比预制桩经济,4.2 桩基础类型及构造

10、, 缺点,桩身直径变化较大，孔底沉积物不易清除干净 单桩承载力变化较大 大直径灌注桩做单桩承载力费用过高 一般情况下，不宜用于水下桩基,桩身质量不易控制和保证,缩 颈,沉 渣,夹 泥,断 桩,4.2 桩基础类型及构造,沉管灌注桩,带桩靴沉管灌注桩 端部封闭，封底材料留于土中，不经济 无桩靴沉管灌注桩 端部封闭以硬性混凝土 厚1m，到底后上提20cm，将砼夯入土中 薄壳沉管灌注桩 内存芯棒，打入后，抽出芯棒，直径不能过大,4.2 桩基础类型及构造,钻孔灌注桩,螺旋钻孔灌注桩 不用护壁 适用无地下水地层 桩长受到限制 不能穿越卵石、砾层 泥浆护壁钻孔灌注桩 防止孔壁坍塌，并借泥浆循环将孔内碎渣带出

11、,4.2 桩基础类型及构造,常用桩径 桥梁：0.8m、1.0m、1.25m、1.5m 建筑：0.6m、0.8m 大直径桩; 2.0m以上 特点 单桩承载力和横向刚度较预制桩大大提高 施工过程无挤土、无振动、无噪音,主筋：宜采用光钢筋，尽量不用束筋，宜 分段配筋,4.2 桩基础类型及构造,人工挖孔灌注桩,特点 直径或边长0.8m 造价低廉 无水施工，质量容易保证 直接鉴别、检查土质情况，弥补和纠正勘 察工作的不足 直接测定、控制桩身与桩底的直径和形 状，克服了隐蔽性 桩深有限，且需做好安全工作,4.2 桩基础类型及构造,结构形式 嵌岩端承桩或摩擦端承桩 直身桩或扩底桩 实心桩或空心桩,护壁形式

12、木板钢环梁 套筒式金属壳 红砖 混凝土,4.2 桩基础类型及构造,3 钢桩类型、特点及适用条件, 基本类型,钢 管 桩,H 型 钢 桩,钢 轨 桩,螺 旋 钢 桩,4.2 桩基础类型及构造,钢 管 桩,常见规格 桩径：406mm，609mm，914mm，1200mm 壁厚：按使用阶段应力设计，一般10mm,优点 强度高，抗疲劳冲击性能好 贯入性能好，沉桩速度快，挤土影响小 单桩承载力高 便于割接，质量可靠，运输方便 抗弯刚度大,4.2 桩基础类型及构造,缺点 抗腐蚀性能差，必须做表面防腐处理（2mm) 价格昂贵 适用情况 必须穿越砂层 其他桩型无法施工或质量难以保证 必须控制挤土影响 工期紧迫

13、 重要工程,4.2 桩基础类型及构造,H 型 钢 桩,优点 挤土效应更小 穿透性能更强 割焊与沉桩更快捷 缺点 侧向刚度较弱，打桩时桩身易于向刚度较弱 的方向倾斜，甚至产生施工弯曲,一次轧制成型，与钢管桩相比,4.2 桩基础类型及构造,4.2.3 承台类型与构造,承 台 类 型,独 立 形,条 形,环 形,井 格 形,板 形,箱 形,沉 井 形,板式承台构造要求,4.2 桩基础类型及构造,最小尺寸：上部结构底部尺寸襟边尺寸 最大尺寸： 混凝土承台满足刚性角要求 钢筋砼承台由力学检算确定 形 状：与墩台形状相符 厚 度：一般用1.5m3.0m 砼 标号：C15C25,底部设置一层钢筋网。当采用主

14、筋伸入式时，该钢筋网不能截断。,4.2 桩基础类型及构造,桩与承台的连接方式,主筋伸入式 现浇,桩顶伸入式 预制,4.1 概述 4.2 桩基础的类型及构造 4.3 桩基础的施工 4.4 轴向荷载下的单桩 4.5 横向荷载下的单桩 4.6 群桩基础内力及位移分析 4.7 单桩承载力的确定 4.8 群桩作用和桩基的竖向承载力 4.9 桩基沉降计算 4.10 建筑桩基承台计算 4.11 桩基础设计,主 要 内 容,4.3 桩基础的施工,4.3.1 预制桩的施工,1 预应力钢筋混凝土管桩,工厂预制的预应力钢筋混凝土管桩示意图,2 预制桩的桩靴 pileshoe,4.3 桩基础的施工,3 打桩锤,打桩锤

15、,单动汽锤,坠锤,双动汽锤,柴油锤,震动锤,4.3 桩基础的施工,4.3 桩基础的施工,4.3 桩基础的施工,(a)震动锤结构,(b)偏心锤位置及离心力,4 打桩架,钢制万能桩架,柴油锤桩架,4.3 桩基础的施工,5 静力压桩,4.3 桩基础的施工,6 沉桩辅助设备,桩帽:既要能起缓冲而保护桩顶的作用，又 要能保证沉桩效率,桩垫:桩帽上方填充硬质缓冲材料桩帽下方 填充软质缓冲材料,4.3 桩基础的施工,送桩:当桩顶设计标高在导杆以下一般采用 钢板焊成的钢送桩,4.3 桩基础的施工,射水设备:效果取决于水压 和水量水压要大 到能冲散土层， 同时又要有足够 的水量使冲散的 土颗粒沿桩侧 上升，冲出地面,7 预制桩起吊点的选择,单点起吊,两点起吊,多点起吊,4.3 桩基础的施工,8 打入桩的施工顺序,先中间 后两端,分段 进行,4.3 桩基础的施工,4.3.2 灌注桩的施工,1 灌注桩的构造介绍,灌注桩典型断面示意图,4.3 桩基础的施工,4.3 桩基础的施工,2 灌注桩钻孔方法介绍, 冲击式钻孔, 2545KN的十字型冲击式钻头, 管锥冲击式钻头, 冲抓式钻孔, 1524KN的四瓣式冲抓钻头, 旋转式钻孔, 刺猬钻头, 笼式钻头, 鱼尾钻头, 牙轮钻头,4.3