《基础工程课件》课件-4 桩基础4.1-4.2

4桩基础p.1114.1概述高承台低承台竖直桩斜桩4.1.1桩基础的适用性①天然地基承载力和变形不能满足要求的高重建筑物；②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；③重型工业厂房和荷载很大的建筑物，如仓库、料仓等；④软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物；⑤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；⑥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；⑦地基土有可能被水流冲刷的桥梁基础；⑧需穿越水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。4.1.2桩基础设计的内容①桩的类型和几何尺寸的选择；②单桩竖向（和水平向）承载力的确定；③确定桩的数量、间距和平面布置；④桩基承载力和沉降验算；⑤桩身结构设计；⑥承台设计；⑦绘制桩基施工图。4.1.3桩基础的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……4.2桩的分类与质量检验4.2.1桩的分类1.按施工方法分类2.按承载性状分类3.按成桩挤土效应分类4.按桩径大小分类4.2.1.1按施工方法分类——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4~6m，桩径160~260mm，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。工程实例－－广州海珠区新窖镇瑞宝村某民宅剖面图平面图北转下页硬土软土

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。

我系鉴定结果：违章作业；梁柱钢筋锚固长度严重不足；基础设计错误。返回

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。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300～500mm。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25～30m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。

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300～600mm，分节长度为7～13m，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。图4-2预应力砼管桩图4-3封口十字形桩尖建设部行业标准《预应力砼空心方桩》JG197-2006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300~1000mm相比管桩，承载力更高，成本低，抗震性好，更易成桩。预应力的作用：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200×200～360×410mm翼缘和腹板的厚度为9～26mm。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400～3000mm，壁厚为6～50mm，国内工程中常用的大致为400～1200mm，壁厚为9～20mm。端部开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。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1500~1600mm，壁厚20~23mm，l=71~89.35m。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。?（2）灌注桩灌注桩是直接在所设计桩位处成孔，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。特点：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。预制桩灌注桩①沉管灌注桩沉桩方式：锤击、振动、振动冲击桩径：300~500mm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：②钻（冲、磨）孔灌注桩桩径600~2500mm（国内）桩长70m特点：桩径大；能克服流砂、消除孤石等障碍物；桩端能进入微风化硬质岩石。成本高；现场不够环保（泥浆护壁时）。钻（冲）孔施工③挖孔桩桩径0.8~2m（广州新电视塔用了24根，桩径3.8m)桩长宜小于30m人工挖孔桩施工挖孔桩挖孔桩的优点是，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；缺点是桩孔内空间狭小、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。挖孔桩施工时因流砂导致地面塌陷④爆扩灌注桩我国常用灌注桩的适用范围见表4-2。其他桩型：旋挖桩夯扩桩（93年在广州首次应用，桩径400-600mm）挤扩支盘桩（桩径400-800mm）

夯扩桩是在沉管灌注桩的基础上，桩端混凝土经过锤击夯扩形成扩大头来达到提高桩端阻力和桩承载力的一种新颖扩底桩。该工艺采用外管和内夯管套合施工法。当沉管达到设计深度，抽出内夯管，在外管内灌注扩大头混凝土，然后插入内夯管，锤击内夯管，将管内的混凝土夯出管外形成扩大头。扩大头形成后，再浇灌桩身混凝土，拔管时，借助于安装在外管上的振动锤，使得桩身混凝土在振动中成型，弥补了一般沉管灌注桩易产生缩颈、断桩等缺陷，从而提高了桩身质量。

夯扩桩的适用条件夯扩桩一般适用于地表下5-28m为软弱土层或不均匀软弱土层，而下部有一层性质相对较好的桩端持力层的地质条件。夯扩桩的桩端持力层可以是砂砾、砂性土、粉土和可塑、硬塑粘性土，也可以在大厚度高压缩性软土地基中选择一层性质相对稍好的淤泥质粉土或软塑的粉质粘土作为桩端持力层。

在地下有溶洞、溶沟、石笋等石灰岩地区建造建筑物，当采用天然基础不能满足承载力要求时，可采用夯扩桩作为基桩，选择溶洞、溶沟或石笋上面一层土质相对较好的土层作为桩端持力层，这样既避免了溶洞、溶沟、石笋等不良地质条件对基础施工造成的困难，又解决了地基承载力不足问题。由于夯扩桩具有较高的承载力，它一般可用于20层以下的民用和工业建筑基础工程中。

挤扩支盘桩施工工艺优点：单桩承载力可提高50%-200%，沉降量大大减小。4.2.1.2按承载性状分类——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,称为摩擦桩。桩侧阻力，桩端阻力端承型桩：其桩端一般进入中密以上的砂类、碎石类土层，或位于中等风化、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l／d≤10），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等风化、微风化及未风化硬质岩石顶面（即入岩深度hr<0.4d）。嵌岩桩：当桩端嵌入完整和较完整的中等风化、微风化及未风化硬质岩石一定深度以上（hr≥0.4d)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，摩擦型桩：桩端持力层多为较坚实的黏性土、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：①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；②桩端下无较坚实的持力层；③桩底残留虚土或残渣较厚的灌注桩；④打入邻桩使先设置的桩上抬、甚至桩端脱空等情况。4.2.1.3按成桩挤土效应分类(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。黏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）；而非密实的无黏性土则由于振动挤密而使抗剪强度提高。在饱和黏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。措施：“植桩”法、引孔法施工、先插入排水板等。(2)非挤土桩－－钻、冲、挖孔桩等设桩时桩周土不但没有受到排挤，相反可能因桩周土向桩孔内移动而产生应力松弛现象。因此，非挤土桩的桩侧摩阻力常有所减小。(3)部分挤土桩－－开口的管桩、钢管桩、H型钢桩应用：桩型选择，土的指标，施工工艺，桩距，试桩时间4.2.1.4按桩径大小分类

桩径大小对桩的承载性状有一定影响。按桩径大小，桩可分为：小直径桩（d≤250mm）中等直径桩（250mm<d<800mm）大直径桩（d≥800mm）4.2.2桩的质量检验采用某种方法设置于土中的预制桩，或在地下隐蔽条件下成型的灌注桩，均应进行施工监督、现场记录和质量检测，以保证质量，减少隐患。特别是大直径桩采用一柱一桩的工程，桩基的质量检测就更为重要。目前已有多种桩身结构完整性的检测技术，下列几种较为常用：①开挖检查

这种方法只能对所暴露的桩身进行观察检查。

②抽芯法在灌注桩桩身内钻孔（直径100～150mm），了解混凝土有无离析、空洞、桩底沉渣和入泥等情况，取混凝土芯样进行观察和单轴抗压试验。有条件时可采用钻孔电视直接观察孔壁孔底质量。③声波检测法利用超声波在不同强度（或不同弹性模量）的混凝土中传播速度的变化来检测桩身质量。为此，预先在桩中埋入3～4根金属管，然后，在其中一根管内放入发射器，而在其它管中放入接收器，并记录不同深度处的检测资料。

桩基础超声波试验示意图

在基桩施工前，根据桩直径的大小预埋一定数量的声测管，作为换能器的通道。测试时每两根声测管为一组，通过水的耦合，超声脉冲信号从一根声测管中的换能器发射出去，在另一根声测管中的声测管接收信号，超声仪测定有关参数并采集记录储存。换能器由桩底同时往上依次检测，遍及各个截面。

超声波透射法检测桩身结构完整性的基本原理是：由超声脉冲发射源在砼内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在砼内传播过程中表现的波动特征:①当砼内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低；②当砼内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射。根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，可以获得测区范围内砼的密实度参数。

测试记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内砼的参考强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置。检测标准：参照国家行业标准《基桩低应变动测规程》JGJ/T93-95中有关声波透射法规定进行。④动测法包括PDA（打桩分析仪）等大应变动测、PIT（桩身结构完整性分析仪）和其它（如锤击激振、机械阻抗、水电效应、共振等）小应变动测。对于等截面、质地较均匀的预制桩，这些测试效果可靠（PIT、PDA）或较为可靠。灌注桩的动测检验，目前已有相当多的实践经验，而具有一定的可靠性。小应变动测法常用于普查，其他方法用于抽查。群桩承载力不符合设计要求时的补救措施：1.对中小直径桩（非端承桩）当承载力相差较多时，必须补桩，并重新设计承台；当承载力相差不多时，可通过加大承台面积、加大承台间连梁的刚度等措施