桩基选型与设计-重庆设计院

桩基选型与设计重庆市设计院主要内容1.基桩的种类和选型2.桩基础的种类和型式3.桩基础设计4.桩基的选择1、基桩的种类和选型1.1桩的起源和发展1.桩基础是最古老的基础形式，是人类进步史上一笔重要的文化遗产，是人类文明的结晶在中国的起源距今6000~7000年的新石器时代——浙江余姚新石器时代文化遗址人类的起源距今12000~14000年——智利文化遗址2.近、现代桩基的发展19世纪后期，国际上生产了混凝土桩和钢桩；中国在20世纪20年代开始采用钢筋混凝土预制桩和灌注桩，木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩三者并举；20世纪30年代，上海外滩许多大型建筑物采用木桩或木桩上接一段混凝土桩；1943年，当时我国第一高楼——上海国际饭店（83.8m，地下二层，地上22层），采用木桩支撑的最高建筑；1.1桩的起源和发展1949年后，桩基础大规模应用和发展；20世纪60年代，钻孔灌注桩和爆扩桩迅速发展，为在不同地区、不同土层中应用桩基础提供了可能性；20世纪70年代早期，主要桩型为预制方桩（小型）；20世纪70年代后期，引进日本的钢管桩和打桩设备，进入了重力桩型时期；20世纪90年代后，随着机具能力的提高，大直径、超深度灌注桩逐渐推广应用（杭州湾跨海大桥最大桩直径2.8m，深120m）；20世纪末期，随着高强度预应力管桩（PHC）的引进，在打桩中占据主导地位，钢桩明显减少；随着工程建设的发展，异形桩迅速发展——桩墙技术（地下连续墙）、咬合桩、水泥搅拌桩、劲性水泥土墙（SMW）等；浅层地基的桩基、复合地基的桩工技术与桩基同步发展1.2桩的分类和选型1.按材料分：木桩、石桩、混凝土（水泥）桩、钢筋混凝土桩、钢桩2.按成桩条件分：预制桩——主要桩型为钢筋混凝土桩、预应力混凝土管桩、钢桩灌注桩——主要有大直径灌注桩、沉管灌注桩3.按施工时对周围地基土的影响（应力状态）分类挤土桩——打入桩、螺旋桩部分挤土桩或低扰动土桩——打入桩、CFA桩非挤土桩1.2桩的类型及分类1.2桩的类型及分类4.按桩径（设计直径d）大小分类：

小直径桩：d≤250mm；

中等直径桩：250mm<d<800mm；

大直径桩：d≥800mm。5.按桩的使用功能分类：

竖向抗压桩；

竖向抗拔桩；

水平受荷桩；

复合受荷桩：承受竖向、水平向荷载均较大的桩。1.3我国现今的桩型体系1.4桩型选用应遵循的原则桩型的选择必须经过认真的技术经济分析,且需遵循以下原则:1.必须与地质条件相适应,因地制宜,结合地质条件和当地经验选用。2.选择适宜的桩型，发展不同的相应桩型，与建筑结构匹配。3.桩型选择和桩基工程需符合资源节约型、环境友好型的基本国策。4.桩型选择应着眼于在相同条件下和要求下的先进性，经济、高效、安全和满足工程寿命的要求。5.一种新的桩型的选用必须经过科学实验和工程实践的考验。1.5基桩选型型中常见见的一些些认识问问题1.将嵌岩桩桩一律视视为端承承桩，导导致将桩桩端嵌岩岩深度不不必要的的扩大，，增加成成桩难度度，延长长施工周周期，增增加工程程造价。。2.在软土地地区使用用无须排排土排浆浆的沉管管灌注桩桩、夯扩扩桩和粉粉喷桩等等，对这这类桩得得挤土效效应或施施工质量量控制认认识不足足。3.预制桩的的质量稳稳定性高高于灌注注桩的概概念导致致了不少少工程事事故。4.人工挖孔孔桩质量量稳定可可靠的习习惯性思思维常常常与实际际不符。。低水位非非饱和土土时质量量稳定性性较高；；高水位饱饱和土施施工隐患患大、质质量成疑疑；特别是有有淤泥质质软土夹夹层时危危险性增增大。5.扩底桩用用于持力力层较好好、桩较较短的端端承型灌灌注桩，，可取得得较好的的技术经经济效益益。1.6基桩的发发展趋势势1.以数值分分析为核核心的岩岩土力学学。2.智能化的的岩土测测试技术术。3.开发和维维护更好好的新桩桩型：目前占市市场主导导地位的的是打入入桩（约约占全球球桩的50%）；PHC桩是打入入桩中最最为流行行的一种种桩型；；钻孔灌注注桩适应应性强，，对周围围环境影影响小，，只要有有先进的的钻机和和钻具，，可以不不受地层层条件的的限制，，也可满满足大直直径超深深度高承承载力的的需要；；CFA桩（连续续螺旋钻钻孔灌注注桩）发发展迅速速；套管CFA介于传统统钻孔灌灌注桩和和CFA之间。4、成（沉沉）桩工工艺与设设备更趋趋现代化化：与旋挖式式钻机相相比，全全套管全全回转液液压钻机机正在迅迅速发展展5、试桩和和测桩的的信息化化检测技技术。1.7几种新型型的灌注注桩1.钻孔挤扩扩多支盘盘灌注桩桩技术挤扩支盘盘桩是在在普通钻钻孔灌注注桩的基基础上发发展起来来的，20世纪80年代未期期发明了了用于支支盘挤扩扩成型的的液压设设备，适适用于水水上水下下各种环环境及各各种地质质条件，，使挤扩扩支盘桩桩成为一一种普遍遍适用的的新技术术。岩石扩底底钻头1.7几种新型型的灌注注桩2.钻孔扩底底灌注桩桩技术钻孔扩底底灌注桩桩施工时时当柱状状钻头钻钻到设计计持力层层后，采采用特殊殊的扩底底机械和和钻头，，通过加加压撑开开钻头的的扩孔刀刀刃使之之旋转切切削地层层，从而而扩大钻钻孔灌注桩的的底部。。钻孔扩扩底灌注注可以充分利用用桩底岩岩土层承承载力高高的特点，从而而大大提提高单桩桩承载力力，节约造价。。可视旋旋挖扩底底桩是其其中一种。1.7几种新型型的灌注注桩3.钻孔灌注注桩后压压浆技术术钻孔灌注注桩桩侧侧的泥皮皮过厚和和桩底沉沉渣过厚厚。在钻钻孔灌注注桩施工工过程中中，在钢钢筋笼上上设置桩桩底压浆浆管和桩桩侧压浆浆管，等等混凝土土达到一一定强度度，从压压浆管压压入高压压水泥浆浆使桩侧侧泥皮和和桩底沉沉渣得到到加固。。后注浆浆后的单单桩承载载力提高高30%~100%。4.钻孔复合合桩技术术采用钻孔孔的方法法植入钢钢筋混凝凝土预制制桩。先先在预定定的位置置钻孔，，然后将将接好的的钢筋混混凝土预预制桩放放入钻孔孔中心，，将注浆浆管插入入桩底把把高压水水泥浆压压入桩与与钻孔的的空隙中中，等水水泥浆凝凝固后就就形成一一个钻孔孔复合桩桩。设计计时桩身身质量全全部由预预制桩承承担，灌灌注桩的的桩身缩缩颈、离离析，甚甚至断桩桩问题如如何得到到根本解解决，桩桩身质量量绝对可可靠。二、桩基基础的种种类和型型式2.1桩基概述述1.深基础：：埋深较较大，以以下部坚坚实土层层或岩层层作为持持力层的的基础。。2.桩基：桩桩与连接接桩顶和和承接上上部结构构的承台台组成的的深基础础。3.基桩：群群桩中的的单桩。。4.承台：将将各桩联联成一整整体，把把上部结结构传来来的荷载载转换、、调整分分配于各各桩，由由桩传到到深部较较坚硬的的、压缩缩性小的的土层或或岩层。。5.适用：当当浅层土土质不满满足承载载力和变变形要求求，不适适宜采取取地基处处理方法法。2.2桩基的种种类1.按桩的数数量和受受力划分分单桩基础础：采用用一根桩桩，以承承受上部部结构(柱)荷载的基基础群桩基础础：由2根以上桩桩组成的的基础复合桩基基：由桩桩和承台台底地基基共同承承担荷载载的桩基基2.按承台与与地面相相对位置置分：低承台桩桩基：承承台底面面位于地地面以下下。多用用于工业业与民用用建筑高承台桩桩基：承承台底面面高出地地面。多多用于桥桥梁、水水利。2.2桩基的种种类2.3桩基础的的适用范范围1.天然地基基承载力力和变形形不能满满足要求求的高重重建筑物物；2.承载力基基本满足足要求、、但沉降降量过大大，需利利用桩基基础减少少沉降的的建筑物物；3.重型工业业厂房和和荷载很很大的建建筑物；；4.软弱地基基或某些些特殊性性土上的的各类永永久性建建筑；5.作用有较较大水平平力和力力矩的高高耸结构构物的基基础或需需以桩承承受水平平力或上上拔力的的其他情情况；6.需要减弱弱其振动动影响的的动力机机器基础础，或以以桩基作作为地震震区建筑筑物的抗抗震措施施；7.地基土有有可能被被水冲刷刷的桥梁梁基础；；8.需穿越水水体和软软弱土层层的港湾湾与海洋洋建筑物物基础。。3.桩基础设设计3.1桩基设计计原则桩基是由由桩、土土和承台台共同组组成的基基础，设设计时应应考虑三三者共同同作用。。各部作作用起多多大，取取决于桩桩变形。桩基按极极限状态态设计法法设计，，应满足足承载能能力极限限状态和和正常使使用极限限状态的的要求。建筑桩基基分三个个安全等等级。3.2桩基设计计的基本本内容1.桩的类型型及几何何尺寸的的选择；；2.单桩竖向向（和水水平向））承载力力的确定定；3.确定桩的的数量、、间距和和平面布布置；4.桩基承载载力和沉沉降验算算；5.桩身结构构设计；；6.承台设计计；7.绘制桩基基施工图图。3.3桩基础的的分析计计算1.所有桩基基础都应应进行承承载能力力计算,计算内容容包括：：按使用功功能，受受力特征征进行竖竖向(压.拔)和水平承承载力计计算,不宜超过过承载力力特征值值。某某些条件件下群桩桩基础宜宜考虑桩桩.土、承台台共同作作用；桩身及承承台进行行承载力力计算：：桩身露露出地面面或桩侧侧为可液液化土、、极限承承载小于于50KPa（或不排排水抗剪剪强度小小于10KPa）土层中中的细长长桩尚应应进行桩桩身压屈屈验算；；对混凝凝土预制制桩尚应应按施工工阶段,吊装.运输,锤击作用用进行强强度验算算柱端平面面以下存存在的软软下卧层层时应验验算软弱弱下卧车车层承载载力；对位于坡坡地、岸岸边的桩桩基应进进行桩基基稳定性性验算；；按现行抗抗震设计计规范规规定进行行抗震验验算。3.3桩基础的的分析计计算2.下列桩基基应进行行变形验验算：桩端持力力层为软软弱土的的一,二级桩基基以及桩桩端持力力层为粘粘土,粉土或存存在软弱弱下卧层层一级建建筑桩基基,应验算沉沉降并考考虑上部部结构与与基础共共同作用用.沉降不超超过建筑筑沉降允允许值；；受水平荷荷载较大大或对水水平变位位要求严严格的一一级建筑筑桩基应应验算水水平位移移。3.下列桩基基应进行行桩身和和承台抗抗裂和裂裂缝宽度度验算：：根据使用用条件要要求混凝凝土不得得出现裂裂缝的桩桩基应进进行抗裂裂验算；；使用上需需限制裂裂缝宽度度的桩基基应进行行裂缝宽宽度验算算。4.建于软土土上的一一、二级级建筑桩桩基施工工过程和和使用期期间必须须进行沉沉降观测测直到稳稳定。。3.4桩的布置置1.对柱基宜宜采用一一柱一桩桩，在结结构设置置变形缝缝处，也也可两柱柱合用一一桩，但但宜上部柱合合力作用用点与桩桩中心重重合。3.4桩的布置置1.对柱基宜采采用一柱柱一桩，，在结构构设置变变形缝处处，也可可两柱合合用一桩桩，但宜上部柱合力作作用点与与桩中心心重合。2.置于岩石上的的非挤土土桩基，，桩间净净距不宜宜小于0.5m。3.群桩可采用用三角角形、、矩形形、梅梅花形形等布布置方方式，，其中中心宜宜与上上部荷荷载合合力作作用点点重合合，并并使群群桩在在受水水平力力和力力矩较较大方方向有有较大大抗弯弯截面模模量。4.对于剪剪力墙墙下多多桩基基础，，宜将将桩布布置于于纵横横墙相相交处处或墙墙下；对单排排桩的的条形形承台台，当当承台台侧向向无支支承长长度过过长时时，应应在适适当部部位增增设垂垂直于于承台台的连连系梁梁。3.4桩的布布置5.柱、剪剪力墙墙采用用椭园园桩基基础时时，宜宜使桩桩中心心和柱柱、剪剪力墙墙的形形心重重合。6.地下室室钢筋筋混凝凝土挡挡墙下下桩基基础应应在桩桩顶设设置垂垂直于于挡墙墙的连连系梁梁或板板；3.4桩的布布置5.柱、剪剪力墙墙采用用椭园园桩基基础时时，宜宜使桩桩中心心和柱柱、剪剪力墙墙的形形心重重合。6.地下室室钢筋筋混凝凝土挡挡墙下下桩基基础应应在桩桩顶设设置垂垂直于于挡墙墙的连连系梁梁或板板；7.桩嵌入入完整整岩石石的深深度不不宜小小于0.2m，对于于倾斜斜岩面面，宜宜将岩岩面整整平。。3.5特殊条条件下下的桩桩基1.斜坡、、边坡坡上桩桩基设设计原原则：：新建斜斜坡、、边坡坡上的的建筑筑桩基基工程程应与与建筑筑边坡坡工程程统一一规划划，同同步设设计，，合理理确定定施工工顺序序；对建于于边坡坡的桩桩基，，不得得将桩桩支承承于边边坡潜潜在的的滑动动体上上;桩端进进入潜潜在滑滑裂面面以下下稳定定岩土土层内内的深深度应应能保保证桩桩基的的稳定定，且且宜采采取有有效措措施避避免桩桩基础础承担担的竖竖向荷荷载传传至边边坡支支护结结构；；3.5特殊条条件下下的桩桩基1.斜坡、、边坡坡上桩桩基设设计原原则：：新建斜斜坡、、边坡坡上的的建筑筑桩基基工程程应与与建筑筑边坡坡工程程统一一规划划，同同步设设计，，合理理确定定施工工顺序序；对建于于边坡坡的桩桩基，，不得得将桩桩支承承于边边坡潜潜在的的滑动动体上上;桩端进进入潜潜在滑滑裂面面以下下稳定定岩土土层内内的深深度应应能保保证桩桩基的的稳定定，且且宜采采取有有效措措施避避免桩桩基础础承担担的竖竖向荷荷载传传至边边坡支支护结结构；；建筑桩桩基与与边坡坡应保保持一一定的的水平平距离离；建建筑场场地内内的边边坡必必须是是完全全稳定定的边边坡，，当有有崩塌塌、滑滑坡等等不良良地质质现象象存在在时，，应进进行整整治，，确保保其稳稳定性性；桩基础础邻近近边坡坡边缘缘时，，应考考虑边边坡的的变形形对地地基承承载力力降低低和桩桩基础础变形形加大大的不不利影影响并并对建建筑物物基础础地基基稳定定性进进行验验算;3.5特殊条条件下下的桩桩基距离边边坡位位置较较近的的桩基基，宜宜进入入边坡坡坡脚脚以下下；位于填填方边边坡桩桩基、、存在在岩石石外倾倾软弱弱结构构面的的边坡坡桩基基，应应验算算最不不利荷荷载效效应组组合下下桩基基的整整体稳稳定性性和基基桩的的水平平承载载力；；斜坡上上的桩桩基，，宜根根据完完整岩岩面的的倾斜斜度适适当加加大嵌嵌岩深深度，，桩基基之间间宜设设置连连系梁梁，外外露桩桩基桩桩身配配筋应应按上上部结结构柱柱构造造；承担较较大水水平荷荷载的的斜坡坡上桩桩基，，确定定嵌岩岩深度度时，，应验验算斜斜坡处处岩体体的抗抗剪承承载力力。嵌嵌岩段段岩体体存在在外倾倾结构构面时时，应应验算算外倾倾结构构面以以上岩岩体的的抗滑滑稳定定性；；建筑跨跨越边边坡形形成吊吊脚楼楼时，，应加加强边边坡桩桩基础础与吊吊层结结构间间的整整体性性。3.5特殊条件下下的桩基2.洞室附近桩桩基设计原原则：位于洞室地地基上的桩桩基，应严严格执行““动态设计计，信息化化施工”；；应对洞室地地基进行稳稳定性评价价；对洞室围岩岩岩体结构构面的不利利组合，应应进行局部部稳定性验验算，并采采取措施避避免洞室因因局部岩体体的失稳而而危及洞室室地基的整整体稳定性性；当洞室顶板板为完整岩岩石且顶板板厚度较大大，桩基础础直接放置置在其上时时，应验算算桩端下顶顶板岩体的的的抗冲切切承载力；；当桩端下洞洞室的顶板板厚度较小小或桩端下下顶板岩体体的抗冲切切承载力不不能满足时时，桩端应应落至洞室室底板,且桩基在洞洞穴室及相相关部份宜宜按柱构造造。3.5特殊条件下下的桩基按洞室形态态和顶板完完整程度，，可将顶板板岩体视作作梁、板、、拱、壳等等自承重结结构进行结结构力学分分析和验算算；对地基承载载力、变形形及稳定性性有不利影影响的洞室室，应综合合分析后采采取封填加加固、衬砌砌加固、贯贯穿式顶撑撑、锚杆锚锚固、锚喷喷支护、结结构跨越等等措施。洞室旁边桩桩基础进入入稳定地基基时，宜采采取有效措措施避免桩桩基础承担担的竖向荷荷载传至洞洞室。3.5特殊条件下下的桩基3.填土地基桩桩基础设计计原则：对需要大面面积填土的的建筑场地地，宜先填填土并保证证填土的密密实性；对新近填土土的建筑场场地，宜先先采用强夯夯等措施夯夯实地基；；对填土土坡坡建筑场地地，宜先实实施边坡支支挡结构；抗拔桩基设设计时应根根据桩基所所处的环境境类别和相相应裂缝控控制等级，，验算桩身身的抗裂和和裂缝宽度度。4.桩基的选择择4.1桩基的选择择原则1.选择桩型和和工艺时，，应对建筑筑物的特征征(建筑结构类类型、荷载载性质、桩桩的使用功功能、建筑筑物的安全全等级等)、地形、工工程地质条条件(穿越土层、、桩端持力力层岩土特特性)、水文地质质条件(地下水类别别、地下水水位标高)、施工机械械设备、施施工环境、、施工经验验、各种桩桩施工法的的特征、制制桩材料供供应条件、、造价以及及工期等进进行综合性性研究分析析后，并进进行技术经经济分析比比较，最后后选择经济济合理、安安适宜的桩桩型和成桩桩工艺。4.1桩基的选择择原则2.桩基选型应应当考虑以以下因素地质条件上部结构类类型荷载特征施工技术条条件与环境境环境因素造价因素工期因素安全因素。。4.2按地质条件件确定桩型型时1.对于砂层或或硬土层、、岩层埋深深较浅的地地质情况，，可优先选选择灌注桩桩。2.淤泥质土层层较厚的地地质情况不不适宜采用用灌注桩，，以免造成成缩径夹泥泥等现象，，应选择能能保证桩身身质量和成成型的预制制桩。3.在石灰岩作作持力层、、“上软下硬、、软硬突变变”等地质条件件下，不宜宜采用预应应力管桩施施工。4.土层及软岩岩可适用于于旋转挤压压灌注桩。。5.冲孔灌注桩桩一般适用粘粘土、粉土土、砂土、、填土、部部分卵石、、碎石土及风化岩岩层，能穿穿透旧基础础，建筑垃垃圾及大孤孤石等障碍碍物。4.2按地质条件件确定桩型型时6.螺旋钻机钻钻孔：适用用于一般粘粘土层、砂砂土及人工填填土地基，，不适于淤淤泥质土，，对于含建建筑垃圾的的杂填土层层、大卵石石层，成孔孔难度大。。7.旋挖钻机一一般适用粘粘土、粉土土、砂土、、填土、部部分卵石、、碎石土及岩层。8.沉管灌注桩桩宜用于黏黏性土、粉粉土和砂土土。9.持力层为岩岩基可选择择钻孔灌注注桩或人工工挖孔桩（（其它桩型型很难进入入岩层）。4.2按地质条件件确定桩型型时10.岩溶地区选选择桩型，，首先考虑虑有无办法法避开复杂杂地质环境境，其次考考虑能否分分散载荷到到溶岩上，，最后才是是选择“一一桩一柱””的桩型。。当上覆土层层足够深和和能提供高高桩侧摩阻阻力的黏土土层时，可可选择合适适的单桩承承载力和桩桩径，采用用摩擦桩，，不触及基基岩，从而而避开岩溶溶；如基岩埋藏较较浅或上覆土土层无法提供供有效的桩侧侧阻力，只能能按端承桩设设计桩基时，，就应该考虑虑分散上部结结构的荷载减减少溶洞塌的的风险，采用用低承载力的的群桩加局部部或整体筏板板的做法；在溶岩浅埋、、地下水又不不丰富时，可可选择挖孔桩桩，但应做好好超前钻探，，探明下卧溶溶洞的分布，，承载力不能能取大；岩溶地区地下下水较丰富，，采用灌注桩桩较难保证桩桩身质量时，，应优先考虑虑采用预制桩桩和预应力管管桩；岩溶地区地质质复杂，岩面面高低变化极极大，且溶洞洞内多有填充充物，尚无可可靠的物探办办法能充分探探明地下岩溶溶的分布以规规避桩底存在在溶洞的风险险，应慎用一一柱一桩。4.3按上部结构类类型确定桩型型时1.砖混、框架、、框剪、框筒筒、全剪力墙墙、全筒、排排架、刚架等等结构形式及及其不同的长长高比具有不不同的刚度、、整体性及其其对地基变形形的不同适应应能力。2.不同的桩型成成桩工艺、桩桩端持力层、、桩的长径比比、排列与布布置等，具有有不同的竖向向和水平承载载力与变形性性状。4.4按荷载类型确确定桩型时荷载特征或作作用特征是指指荷载的动静静态、恒载与与可变荷载的的大小、偶然然荷载的大小小、竖向压、、拔荷载的大大小，竖向荷荷载的偏心距距、水平荷载载的大小及其其变化特征。。上述这些因素素都将制约桩桩的竖向、水水平承载力要要求以及桩基基的工作性状状。结构设计计人员应根据据建筑物荷载载的不同，确确定出合适的的单桩承载力力。若单桩承载力力过大，则会会加大桩长、、桩径，造成成施工困难，，增加投资；；反之单桩承承载力过小，，则会增加桩桩的数量，而而且往往不能能充分发挥地地基潜力。4.4按施工条件确确定桩型时1.静压预制桩：：桩身质量量有保证，施施工速度快，，