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1、 第三章 桩基础第一节 概述一、桩基础的特点桩基础是桥梁基础中常用的形式。当地基土层较软弱，且较厚时，常采用桩基础，以满足地基强度、稳定性和控制地基沉降的要求。1.组成图3-1-1 桩基础1-承台；2-基桩；3-松软土层；4-持力层；5-墩身桩基础可以是单根桩（如一柱一桩的情况），也可以是单排桩或多排桩。对于双（多）柱式桥墩单排桩基础，当桩外露在地面上较高时，桩间以横系梁相联，以加强各桩的横向联系。多数情况下桩基础是由多根桩组成的群桩基础，基桩可全部或部分埋入地基土中。群桩基础中所有桩的顶部由承台联成一整体，在承台上再修筑墩身或台身及上部结构，如图3-1-1所示。2作用桩基础的作用是将墩台传来
2、的外力由桩群经过地基上部软弱土层传到较深的地层中去。桩基础是由承台和基桩组成。承台的作用是将外力传递给各桩并将各桩联成一整体共同承受外荷载。基桩的作用在于穿过软弱的压缩性土层或水，使桩底坐落在更密实的地基持力层上。各桩所承受的荷载由桩通过桩侧土的摩阻力及桩端土的抵抗力将荷载传递到桩周土及持力层中，如图3-1-1b）所示。3特点 桩基础如设计正确，施工得当，它具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀，在深基础中具有耗用材料少、施工简便等特点。在深水河道中，可避免（或减少）水下工程，简化施工设备和技术要求，加快施工速度并改善工作条件。二、桩基础的适用条件在下列情况下可采用桩基础： 1.荷载较大，地基
3、上部土层软弱，适宜的地基持力层位置较深，采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理时； 2.河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，位于基础或结构物下面的土层有可能被侵蚀、冲刷，如采用浅基础不能保证基础安全时； 3.当地基计算沉降过大或建筑物对不均匀沉降敏感时，采用桩基础穿过松软（高压缩）土层，将荷载传到较坚实（低压缩性）土层，以减少建筑物沉降并使沉降较均匀； 4.当建筑物承受较大的水平荷载，需要减少建筑物的水平位移和倾斜时； 5.当施工水位或地下水位较高，采用其它深基础施工不便或经济上不合理时；6.地震区，在可液化地基中，采用桩基础可增加建筑物抗震能力，桩基础穿越可液化土层并伸入下部
4、密实稳定土层，可消除或减轻地震对建筑物的危害。 以上情况也可以采用其他型式的深基础，但桩基础由于耗材少、施工快速简便，往往是优先考虑的深基础方案。第二节 桩与桩基础的分类为满足建筑物的要求，适应地基特点，随着科学技术的发展，在工程实践中已形成了各种类型的桩基础，它们在本身构造上和桩土相互作用性能上具有各自的特点。学习桩和桩基础的分类，目的是掌握其特点、了解桩和桩基础的基本特征，以便设计和施工时更好地发挥桩基础的特长。下面按承台位置、沉入土中的施工方法、桩的设置效应、桩土相互作用特点及桩身材料等分类介绍。一、按承载性状分类桩在竖向荷载作用下，桩顶荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，而桩侧阻力、桩端
5、阻力的大小及分担荷载比例，主要由桩侧和桩端地基土的物理力学性质、桩的尺寸和施工工艺所决定。1.摩擦桩 桩顶荷载主要由桩侧阻力承受，并考虑桩端阻力。2.端承桩 桩顶荷载主要由桩端阻力承受，并考虑桩侧阻力。二、按成桩方法分类大量工程实践表明，成桩挤土效应对桩的承载力、成桩质量控制和环境等有很大影响，因此，根据成桩方法和成桩过程的挤土效应，将桩分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩三类。在饱和软土中设置挤土桩，如设计和施工不当，就会产生明显的挤土效应，导致未初凝的灌注桩桩身缩小乃至断桩、桩上涌和移位、地面隆起等，从而降低桩的承载力；有时还会损坏邻近建筑物；桩基施工后，还可能因饱和软土中孔隙水压力消散，土层
6、产生再固结沉降，使桩产生负摩阻力，降低桩基承载力，增大桩基沉降。挤土桩只有设计和施工得当，才可收到良好的技术经济效果。在非饱和松散土中采用挤土桩，其承载力明显高于非挤土桩。因此，正确地选择成桩方法和工艺，是桩基设计中的重要环节。1.非挤土桩分为干作业法钻(挖)孔灌注桩、泥浆护壁法钻孔灌注桩、套管护壁法钻孔灌注桩。2.部分挤土桩分为冲孔灌注桩、挤扩孔灌注桩、预钻孔沉桩、敞口预应力混凝土管桩等。3.挤土桩分为沉桩(锤击、静压、振动沉入的预制桩)及闭口预应力混凝土管桩等。三、桩基础按承台位置分类桩基础按承台位置可分为高桩承台基础和低桩承台基础（简称高桩承台和低桩承台），如图3-2-1所示。高桩承台的
7、承台底面位于地面（或冲刷线）以上，低桩承台的承台底面位于地面（或冲刷线）以下。高桩承台的结构特点是基桩部分桩身沉入土中，部分桩身外露在地面以上（称为桩的自由长度），而低桩承台则基桩全部沉入土中（桩的自由长度为零）。高桩承台由于承台位置较高或设在施工水位以上，可减少墩台的圬工数量，避免或减少水下作业，施工较为方便。然而，在水平力的作用，由于承台及基桩露出地面的一段自由长度周围无土来共同承受水平外力，基桩的受力情况较为不利，桩身内力和位移都比同样水平外力作用下的低桩承台要大，其稳定性也比低桩承台差。图3-2-1 高桩承台基础和低桩承台基础a)低桩承台；b）高桩承台四、按施工方法分类基桩的施工方法不
8、同，不仅在于采用的机具设备和工艺过程的不同，而且将影响桩与桩周土接触边界处的状态，也影响桩土间的共同作用性能。桩的施工方法种类较多，但基本形式为沉桩（预制桩）和钻（挖）孔灌注桩。1.沉桩（预制桩） 沉桩包括锤击、静压、振动下沉和射水下沉的桩。可用于粘性土、砂土以及碎石类土等。沉桩的施工方法均为将各种预先制好的桩（主要是钢筋混凝土或预应力混凝土实心桩或管桩及钢桩）以不同的沉桩方式（设备）沉入地基内达到所需要的深度。 沉桩是按设计要求在地面良好条件下制作（长桩可在桩端设置钢板、法兰盘等接桩构造，分节制作），桩体质量高，可大量工厂化生产，加速施工进度。沉桩可以采用斜桩来抵抗较大的水平力，在某些情况下
9、要比采用竖直的钻孔桩有利。如，桩数量较多，而现场又有打桩设备和搬移桩架等有利条件，可以考虑采用沉桩。在有严重流砂的河床内，若采用钻孔桩施工比较困难，也可以采用沉桩。1）沉桩的类型打入桩（锤击桩）打入桩是通过锤击（或以高压射水辅助）将各种预先制好的桩（主要是钢筋混凝土实心桩或管桩，也有木桩或钢桩）打入地基内达到所需要的深度。这种施工方法适应于桩径较小（一般直径在0.60m以下），地基土质为可塑状粘性土、砂性土、粉土、细砂以及松散的不含大卵石或漂石的碎卵石类土的情况。振动下沉桩振动法沉桩是将大功率的振动打桩机安装在桩顶（预制的钢筋混凝土桩或钢管桩），利用振动力以减少土对桩的阻力，使桩沉入土中。它对
10、于较大桩径，土的抗剪强度受振动时有较大降低的砂土等地基效果更为明显。静力压桩在软塑粘性土中也可以用重力将桩压入土中称为静力压桩。这种压桩施工方法免除了锤击的振动影响，是在软土地区，特别是在不允许有强烈振动的条件下桩基础的一种有效施工方法。碎、卵石类土地基当用锤击法或振动法有困难时，可用射水法配合进行。2）沉桩的特点不易穿透较厚的砂土等硬夹层（除非采用预钻孔、射水等辅助沉桩措施），只能进入砂、砾、硬粘土、强风化岩层等坚实持力层不大的深度。沉桩方法一般采用锤击，由此产生的振动、噪声污染必须加以考虑。沉桩过程产生挤土效应，特别是在饱和软粘土地区沉桩可能导致周围建筑物、道路、管线等的损失。一般说来预制
11、桩的施工质量较稳定。预制桩打入松散的粉土、砂砾层中，由于桩周和桩端土受到挤密，使桩侧表面法向应力提高，桩侧摩阻力和桩端阻力也相应提高。由于桩的贯入能力受多种因素制约，因而常常出现因桩打不到设计标高而截桩，造成浪费。预制桩由于承受运输、起吊、打击应力，需要配置较多钢筋，混凝土标号也要相应提高，因此其造价往往高于灌注桩。2钻（挖）孔灌注桩灌注桩是在现场地基中钻挖桩孔，然后在孔内放入钢筋骨架，再灌注桩身混凝土而成的桩。灌注桩在成孔过程中需采取相应的措施和方法来保证孔壁稳定和提高桩体质量。针对不同类型的地基土可选择适当的钻具设备和施工方法。钻（挖）孔桩适用于各类土层（包括碎石类土层和岩石层），但应注意
12、钻孔桩用于淤泥及可能发生流砂的土层时，宜先做试桩。挖孔桩宜用于无地下水或地下水量不多的地层。1）钻、挖孔灌注桩钻孔灌注桩定义钻孔灌注桩系指用钻（冲）孔机具在土中钻进，边破碎土体边出土渣而成孔，然后在孔内放入钢筋骨架，灌注混凝土而形成的桩。为了顺利成孔、成桩，需采用包括制备有一定要求的泥浆护壁、提高孔内泥浆水位、灌注水下混凝土等相应的施工工艺和方法。特点及适用条件钻孔灌注桩的特点是施工设备简单、操作方便，适应于各种砂性土、粘性土，也适应于碎、卵石类土层和岩层。但对淤泥及可能发生流沙或承压水的地基，施工较困难，施工前应做试桩以取得经验。我国已施工的钻孔灌注桩的最大入土深度已达百余米。挖孔灌注桩定义
13、依靠人工（用部分机械配合）在地基中挖出桩孔，然后与钻孔桩一样灌注混凝土而成的桩称为挖孔灌注桩。挖孔灌注桩特点及适用条件挖孔灌注桩适用于无水或少水的较密实的各类土层中，或缺乏钻孔设备，或不用钻机以节省造价。桩的直径（或边长）不宜小于.m，孔深一般不宜超过m。对可能发生流沙或含较厚的软粘土层地基施工较困难（需要加强孔壁支撑）；在地形狭窄、山坡陡峻处可以代替钻孔桩或较深的刚性扩大基础。2）挖孔桩的优点施工工艺和设备比较简单 只有护筒、套筒或简单模板，简单起吊设备如绞车，必要时设潜水泵等备用，自上而下，人工或机械开挖。质量好 不卡钻，不断桩，不塌孔，绝大多数情况下无须浇注水下混凝土，桩底无沉淀浮泥；能
14、直接检验孔壁和孔底土质，所以能保证桩的质量。易于扩大桩尖，提高桩的承载力；速度快 由于护筒内挖土方量甚小，进尺比钻孔为快，而且无须重大设备如钻机等，容易多孔平行施工，加快全桥进度；成本低 比钻孔桩可降低30%40%。3）沉管灌注桩定义沉管灌注桩系指采用锤击或振动的方法把带有钢筋混凝土桩尖或带有活瓣式桩尖（沉桩时桩尖闭合，拔管时活瓣张开）的钢套管沉入土层中成孔，然后在套管内放置钢筋笼，并边灌混凝土边拔套管而形成的灌注桩。也可将钢套管打入土中挤土成孔后向套管中灌注混凝土并拔出套管成桩。特点及适用条件由于采用了套管，可以避免钻孔灌注桩施工中可能产生的流砂、坍孔的危害和由泥浆护壁所带来的排渣等弊病。但
15、桩的直径较小，常用的尺寸在0.6m以下，桩长常在20m以内。它适用于粘性土、砂性土地基。在软粘土中由于沉管的挤压作用对邻桩有挤压影响，且挤压时产生的孔隙水压力易使拔管时出现混凝土桩缩颈现象。4）各类灌注桩有如下共同优点施工过程无大的噪声和振动（沉管灌注桩除外）。可根据土层分布情况任意变化桩长；根据同一建筑物的荷载分布与土层情况可采用不同桩径；对于承受侧向荷载的桩，可设计成有利于提高横向承载力的异形桩，还可设计成变截面桩，即在受弯矩较大的上部采用较大的断面。可穿过各种软、硬夹层，将桩端置于坚实土层和嵌入基岩，还可扩大桩底以充分发挥桩身强度和持力层的承载力。桩身钢筋可根据荷载与性质及荷载沿深度的传递特征，以及土层的变化配置。无需象预制桩那样配置起吊、运输、打击应力筋。其配筋率远低于预制桩，造价约为预制桩的4070%。 五、按桩身材料分1钢桩钢桩强度高、运输方便、施工质量稳定，能承受强大的冲击力和获得较高的承载力，沉桩时贯入能力强、速度较快，且排挤土量小，对邻近建筑影响小。可根据荷载特征制作成各种有利于提高承载力的断面，即其设计的灵活性大，壁厚、桩径的选择范围大，便于割接，桩长容易调节。还可根据弯矩沿
