第8章桩基础设计(土力学与地基基础教案)

第7章天然地基上的浅基础设计一、知识点：二、重点难点：三、本章内容：§8.1深基础概述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、而又不适宜采取地基处理措施时，就要考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的深基础方案了。深基础主要有桩基础、沉井和地下连续墙等几种类型，其中以历史悠久的桩基应用最为广泛。本章着重讨论桩基础的理论与实践，并在本节中简略介绍沉井基础和地下连续墙。8.1.1桩基础的适用性随着近代科学技术的发展，桩的种类和桩基型式、施工工艺和设备以及桩基理论和设计方法，都有了很大的演进。桩基已成为在土质不良地区修建各种建筑物，特别是高层建筑、重型厂房和具有特殊要求的构筑物所广泛采用的基础型式。对下列情况，可考虑选用桩基础方案：1、不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其它重要的建筑物；2、重型工业厂房和荷载过大的建筑物，如仓库、料仓等；3、对烟囱、输电塔等高耸结构物，宜采用桩基以承受较大的上拔力和水平力，或用以防止结构物的倾斜时；4、对精密或大型的设备基础，需要减小基础振幅、减弱基础振动对结构的影响，或应控制基础沉降和沉降速率时；5、软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物，或以桩基作为地震区结构抗震措施时。当地基上部软弱而下部不太深处埋藏有坚实地层时，最宜采用桩基。如果软弱土层很厚，桩端达不到良好地层，则应考虑桩基的沉降等问题；通过较好土层而将荷载传到下卧软弱层，则反而使桩基沉降增加。总之，桩基设计也应注意满足地基承载力和变形这两项基本要求。在工程实践中，由于设计或施工方面的原因，致使桩基不合要求，甚至酿成重大事故者已非罕见。因此，做好地基勘察、慎重选择方案、精心设计施工，也是桩基工程必须遵循的准则。8.1.2沉井基础沉井是一个用混凝土或钢筋混凝土等制成的井筒结构物。施工时(见书262页图8-20)，先就地制作第一节井筒，然后用适当的方法在井筒内挖土，使沉井在自重作用下克服土的阻力而下沉。随着沉井的下沉，逐步加高井筒，沉到设计标高后，在其下端浇筑混凝土封底，如沉井作为地下结构物使用，则再在其上端接筑上部结构，如只作为建筑物基础使用的沉井，常用低强度混凝土或砂石填充井筒。沉井在下沉过程中，井筒就是施工期间的围护结构。在各个施工阶段和使用期间，沉井各部分可能受到土压力、水压力和浮力、摩阻力和底面反力以及沉井自重等的作用。沉井的构造和计算应充分满足各个阶段的要求。8.1.3地下连续墙利用专门成槽机械钻(挖或冲)进，使用膨润土泥浆护壁，在土中开出窄长的深槽，于其中安放钢筋笼(网)后，以导管法浇灌水下混凝土，便形成一个单元墙段。顺序完成的墙段以特定的方式连接组成一道完整的现浇地下连续墙。地下连续墙的设计厚度一般为450-800mm，它具有挡土、防渗兼作主体承重结构等多种功能，能在沉井作业，板桩支护等法难以实施的环境中进行无噪音、无振动施工，能通过各种地层进入基岩，深度可达50m以上而不必采取降低地下水的措施，因此可在密集建筑群中施工。尤其是用于二层以上地下室的建筑物，可配合“逆筑法”施工(从地面逐层向下修筑建筑物地下部分的一种施工技术)，而更显出其独特的作用。这些明显优点使地下连续墙成为一种多功能的新的地下结构型式和施工技术，开始取代某些传统的深基础结构和深基施工方法，而日益受到广泛的重视。地下连续墙的具体施工工序这里就不讲了。§8.2桩的分类桩基一般由设置于土中的桩和承接上部结构的承台组成。按承台与地面的相对位置的不同，而有低承台桩基和高承台桩基之分。（在黑板上画出下图来）前者的承台底面位于地面以下，而后者则高出地面以上，且其上部常处于水中。工业与民用建筑几乎都使用低承台竖直桩基，并且很少采用斜桩。桥梁和港口工程常用高承台桩基，且常用斜桩以承受水平荷载。按施工方法的不同，桩有预制桩和灌注桩两大类。随着桩的设置方法(打入或钻孔成桩等)的不同，桩对桩周土的排挤作用也很不同。排挤作用会引起土的天然结构、应力状态和性质的变化，从而影响桩的承载力和变形性质。这些影响可统称为桩的设置效应。按桩的设置效应，可将桩分为大量挤土桩、小量挤土桩和不挤土桩三类。以下将分别按上述两方面分类说明。也就是一个是施工方法，一个是设置效应。图8-3低承台桩基础示意图8.2.1预制桩与灌注桩8.2.1.1预制桩预制桩可用钢筋混凝土、钢材或木料在现场或工厂制作后以锤击、振动打入、静压或旋入等方式设置。1.钢筋混凝土桩钢筋混凝土桩的优点是，长度和截面形状，尺寸可在一定范围内根据需要选择，质量较易保证，桩尖可达坚硬粘性土或强风化基岩，承载力较高，耐久性好。其横截面有方、圆等各种形状。普通实心方桩的截面边长一般为300～500mm。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。分节预制桩应保证接头质量以满足桩身承受轴力、弯矩和剪力的要求，分节接头采用钢板角钢焊接后，宜涂以沥青以防锈蚀。国外常用的机械式接桩法用钢板垂直插头加水平销连接，施工快捷，又不影响桩的强度和承载力。大截面实心桩的自重较大，其配筋主要受起吊、运输、吊立和沉桩等各阶段的应力控制，因而用钢量较大。采用预应力钢筋混凝土(抽筋或不抽筋)桩，则可减轻自重、节约钢材、提高桩的承载力和抗裂性。预应力混凝土管桩是在工厂中用离心旋转法经蒸汽养护预制的。国内已有多种规格的定型产品，一般直径为300、400及550mm，管壁厚80～100mm，每节长度2～12m。最下一节管桩底端可以是开口的，但一般多设置桩尖。桩尖内部可预留圆孔，以便采用水冲法辅助沉桩时安装射水管之用。预应力管桩的混凝土抗压强度标准值一般为45MPa，也有用70～80MPa，甚至采用更高的高强混凝土以提高桩的承载力。2.钢桩常用的钢桩有开口或闭口的钢管桩以及H型钢桩等。一般钢管桩的直径为250～1200mm。H型钢桩的穿透能力强，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。其缺点是耗钢量大，成本高，我国只在少数重要工程中使用。3.木桩木桩常用松木、杉木做成。其桩径(尾径)一般为160～260mm。桩长为4～6m。木桩自重小，具有一定的弹性和韧性，又便于加工、运输和施工。木桩在淡水下是耐久的，但在干湿交替的环境中极易腐烂，而且木桩的承载能力很小，以及木材的供应问题，现在只在木材产地和某些应急工程中使用。8.2.1.2灌注桩灌注桩是直接在所设计桩位处开孔，然后在孔内加放钢筋笼，也可不加钢筋，再浇灌混凝土而成。与钢筋混凝土预制桩比较，灌注桩一般只根据使用期间可能出现的内力配置钢筋，用钢量较省。当持力层顶面起伏不平时，桩长可在施工过程中根据要求在某一范围内取定。灌注桩的横截面呈圆形，可以做成大直径和扩底桩。保证灌注桩承载力的关键在于施工时桩身的成形和混凝土质量。灌注桩有不下几十个品种，大体可归纳为沉管灌注桩和钻孔灌注桩两大类。同一类桩还可按施工机械和施工方法以及直径的不同再细分。具体的施工工艺就不介绍了。8.2.2按设置效应分类1.大量排土桩实心的预制桩、下端封闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩在锤击或振入过程中都要将桩位处的土大量排挤开(一般把用这类方法设置的桩称为打入桩)，因而使土的结构严重扰动破坏(重塑)。粘性土由于重塑作用使抗剪强度降低(过一段时间有部分强度可以恢复)，而原来处于疏松和稍密状态的无粘性土的抗剪强度则可提高。2.小量排土桩底端开口的钢管桩、H型钢桩和薄壁开口的预应力钢筋混凝土桩等，打桩时对桩周土稍有排挤作用，但对土的强度及变形性质影响不大。由原状土测得的土的物理、力学性质指标一般仍可用于估算桩基承载力和沉降。3.不排土桩先钻孔后再打入的预制桩、钻(冲或挖)孔桩在成孔过程中将孔中土体清除掉，故没有产生设桩时的排土作用。桩周土可能向桩孔内移动，因此，不排土桩的承载力常有所减小。在不同的地质条件下，按不同方法设置的桩所表现的不同性状是复杂的，因此，目前的设计工作还只能大致考虑桩的设置效应。题型：填空题题目：深基础主要有、和等几种类型。答案及分析：桩基础、沉井、地下连续墙。题型：填空题题目：连续墙既是地下工程施工时的，又是永久性建筑物的。答案及分析：围护结构，地下部分。按桩的设置效应，可将桩分为哪三类？答案：大量挤土桩、小量挤土桩和不挤土桩常见问题8-3端承桩；摩擦桩。答案：1.端承桩凡认为只通过桩端传递荷载的桩，称为端承桩，这类桩的侧面仍有摩阻力存在，但设计时只考虑由桩端支承力（桩端阻力）来承担荷载，而不考虑桩身侧面的承载能力。在工程实践中，通常把端部进入岩层或坚实土层的桩视作端承桩。2.摩擦桩摩擦桩通过桩身侧面将部分或全部荷载传递到桩周土层。计算这类桩时既考虑桩身侧面与土之间的摩阻力，同时也考虑桩端下土的支承作用。全部荷载都由摩阻力来传递的桩，可称为纯摩擦桩。常见问题8-4确定单桩承载力的方法有哪几种？答案：确定单桩承载力的方法：1、按静载荷试验确定2、按土的抗剪强度指标确定3、按规范的经验公式确定4、动力打桩公式