桩基础的组成及构造

第三章桩基础第一节桩基础的组成、作用及适用条件桩基础简介桩基础是常用的桥梁基础类型，是埋于地基土中的若于根桩及将所有桩联成一个整体的承台(或盖梁)两部分所组成的一种基础型式。:桩身可以全部或部分埋人地基土中，当桩身外露在地面上较高时，在桩之间还应加横系梁，以加强各桩之间的横向联系。若干根桩在平面排列上可成为一排或几排，所有桩的顶部由承台联成一整体。在承台上再修筑桥墩、桥台及上部结构。桩可以先预制好，再将其运至现场沉人土中;也可以就地钻孔(或人工挖孔)，然后在孔中浇筑水泥混凝土或置人钢筋骨架后再浇灌混凝土而成桩。桩基础的作用将承台以上结构物传来的外力通过承台，由桩传到较深的地基持力层中。承台将外力传递给各桩并箍住桩顶使各桩共同承受外力。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地基土中优点：具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀等特点。在深水河道中，桩基础可以借桩群穿过水流将荷载传到地基中，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劳动条件。当地基浅层土质不良时，它能穿越浅层土发挥地基深层土承载力的作用，以满足桥梁上部结构物荷载的要求。桩基础主要适用于下列条件:1、荷载较大，地基上部土层软弱，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，如采用浅基础施工困难或不能保证基础安全时;3、当地基计算沉降过大或结构物对不均匀沉降敏感时，采用桩基础穿过松软(高压缩性)土层，将荷载传到较坚实(低压缩性)土层，减少结构物沉降并使沉降较均匀。另外桩基础还能增强结构物的抗震能力;4、当建筑物受到较大的水平荷载，需要减少水平位移和倾斜时５、当施工水位或地下水位较高时，采用其他的深基础不合理或不经济时。6、在地震区可增加建筑物的抗震性能，减少地震的危害。第二节桩和桩基拙的类型与构造桩与桩基础的分类：桩和桩基础可按承台位置、沉入土中的施工方法、受力条件的不同而进行分类高桩承台基础和低承台基础1、高桩承台基础是指承台底面位于地面(或冲刷线)以上2、低桩承台基础的承台底面位于地面(或冲刷线)以下。(一)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如图所示。高桩承台基础的结构特点：是基桩部分桩身埋人土中，部分桩身外露在地面以上(称为桩的自由长度);低承台基础的结构特点：是基桩则全部埋人土中(桩的自由长度为零)。高桩承台基础特点高桩承台基础由于承台位置较高或设在施工水位以上，可减少墩台圬工数量，可避免或减少水下作业，施工较为方便。大直径钻孔灌注桩，桩的刚度、强度都较大，因而高桩承台在桥梁基础工程中也得到广泛应用。高桩承台在水平力作用下，由于承台及基桩露出地面的一段自由长度周围无土体来共同承受水平外力，基桩的受力情况较为不利，桩身内力和位移都将大于在同样水平外力作用下的低桩承台，在稳定性方面低桩承台也较高桩承台要好。低桩承台要比高桩承台美观(二)按施工方法分类主要的是灌注桩和沉桩、管注基础。1.灌注桩基础1、用钻(冲)孔机械在土体中先钻成桩孔，然后在孔内放人钢筋骨架，灌注桩身混凝土而成钻孔灌注桩，最后在桩顶浇筑承台(或盖梁)，称为灌注桩基础。特点：是施工设备简单、操作方便，适用于各种砂性土、粘性土，也适用于碎、卵石类土层和岩层。但对于淤泥及可能发生流沙或有承压水的地基，施工较为困难，常常易发生塌孔或埋钻等情况。一般钻孔灌注桩人土深度由几米至几百米。挖孔灌注桩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成桩称为挖孔灌注桩。适用：无水或渗水量小的地层，或地形狭窄、山坡陡峻处施工对可能发生流沙或含厚的软粘土层施工较困难，需要加强孔壁支撑确保安全特点：不受设备和地形限制，施工简单。靠人工挖土，桩径较大，一般大于1.4m沉管灌注桩施工工艺：钢套筒沉入土中成孔适用：黏性土，砂性土，砂土地基常用尺寸：60cm以下优点：避免流沙、塌孔、泥浆的排渣等弊端缺点：容易造成缩颈现象灌注桩的优点：１、噪声和震动：2、任意桩长：３：穿透软硬土层，将桩端放在坚硬的图层或者嵌入岩石；４、配筋率低（和打入桩比）2.沉桩基础将打入桩及振动下沉桩和静压桩均称为沉桩基础。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，打入地基内达到所需要的深度而成为桩基础。适用：桩径较小(直径在0.60m以下)，地基土质为砂性土、软塑性粘土、粉土、细砂以及松散的不含大卵石或漂石的碎卵石类土质。静力压桩在软塑性土质中也可以用重力将桩压人土中称为静力压桩。这种压桩施工方法免除了锤击打人的振动影响，是在软土地区，特别是在不允许有强烈振动的条件下建造桩基的一种适用的施工方法。振动下沉桩振动下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，使桩沉入土体中。适用于桩径较大、土的抗剪强度振动时有较大降低的砂土等地基。预制桩的特点：穿透性：震动、噪声：挤土效应：预制桩质量好：增加了摩阻力：常会因为打不到设计标高而截桩，造成浪费造价高：3.管柱基础将预制好的大直径(直径1---5m左右)钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土管柱(实质上是一种巨型的管柱，每节长度根据施工条件决定，一般采用4m,8m或l0m，接头用法兰盘和螺栓连接)，用大型的振动沉桩锤沿导向结构将桩沿垂直向振动下沉到基岩(一般以高压射水和吸泥机配合帮助下沉)，然后在管柱内钻岩成孔，下放钢筋骨架笼，灌注混凝土，将管柱与岩层牢固连接形成管柱基础需要大型的设备，深水基础，不受季节限制一般公路桥梁中很少采用。(三)按基础的受力条件分类结构物荷载通过桩基础传递给地基。垂直荷载一般由桩底土层抵抗力和桩侧与土产生的摩阻力来支承;水平荷载一般由桩和桩侧土水平抗力来支承，因此，根据桩的受力条件基桩可分为:1.柱桩与摩擦桩柱桩或端承桩：埋在土中的桩，在承受轴向荷载后，桩四周的土与桩侧间将产生摩擦力，同时桩尖处的土对桩还存在桩尖反力。作用在桩上的轴向荷载应与桩侧摩阻力与桩尖反力之和相平衡，当桩尖支承在坚硬的岩层上时，荷载主要通过桩身直接传到桩尖下的岩层中去，这时桩侧摩阻力相对桩尖反力很小，可忽略不计，这种桩称为柱桩或端承桩;如图所示。柱桩承载力较大，较安全可靠，基础沉降也小，摩擦桩摩擦桩：当桩完全埋于较软弱的分散土中时，荷载主要是通过桩侧与土之间的摩擦作用传到桩尖以上处面积较大的土层中去，这时桩侧摩阻力和桩尖反力均需考虑，这种桩称为摩擦桩。岩层埋置很深，就需要采用摩擦桩。摩擦桩：判断摩擦桩的几种情况：1、无持力层或不扩底2、长径比大和端部荷载小3、桩距小，桩数多，有上涌现象柱桩与摩擦桩2.竖直桩和斜桩现已广泛采用的大直径钻(挖)孔灌注桩具有一定的抗弯和抗剪强度，因此，桩基础常全部采用坚直桩。拱型桥墩台等结构物桩基础往往需设斜桩以承受上部结构传来的较大水平推力，减小桩身弯矩、剪力和整个基础的侧向位移。地基与基础工程SoilMechanicsandFoundationEngineering本章小结桩体桩基础（桩基）连接桩顶的承台低桩承台高桩承台当承台底面低于地下地面以下时低承台桩基础高承台桩基础当承台底面高于地面时相应基础相应基础低承台桩基础高承台桩基础二、桩基础的类型（一）按承载性状分类摩擦型桩端承型桩桩侧和桩端阻力的大小以及它们分担荷载的比例有很大差异原由按照不同的标准对建筑桩基础分类，是为了全面地认识桩基础，以便在桩基础的设计与施工中根据不同的条件和要求，选择不同的桩型和成桩工艺。（三）按桩身材料分类（1）混凝土桩预制桩灌注桩（2）钢桩（3）组合材料桩现场采用机械或人工挖掘成孔，就地浇灌混凝土成桩。工厂或现场预制成型的混凝土桩主要有钢管桩和H型钢桩借用两种材料组合成的桩（四）按成桩方法分类根据成桩方法和挤土效应非挤土桩部分挤土桩挤土桩（五）按桩径大小分类（1）小桩：d≤250mm；（2）中等直径桩：250mm＜d＜800mm（3）大直径桩：d≥800mm三、桩的施工工艺简介（一）预制桩1、预制桩种类（1）钢筋混凝土桩（2）预应力钢筋混凝土桩（3）钢桩2、预制桩的施工工艺（1）锤击式（2）静压式（3）振动式在工厂（或者现场）预制成桩以后再运至现场，在设计桩位处以沉桩机械沉至地基土中设计深度的施工方法的桩（二）灌注桩（1）沉管灌注桩沉管放笼灌注拔管（2）钻孔灌注桩（3）挖孔灌注桩在现场设计桩位处的地基岩土层中以机械或者人工成孔至设计深度，再吊放钢筋骨架、浇捣混凝土的施工方法的桩序成桩工艺与土类排数不少于3排并且桩数不少于9根的摩擦型桩其它情况1打入式敞口管桩和Ｈ型钢桩3．5ｄ3．0ｄ2挤土预制桩3．5ｄ3．0ｄ3挤土灌注桩穿越非饱和土3．5ｄ3．0ｄ4穿越饱和软土4．0ｄ3．5ｄ5非挤土和部分挤土灌注桩3．0ｄ2．5ｄ6扩底灌注桩不宜＜1、5Ｄ；并且当Ｄ＞2.0ｍ时不宜＜1.0Ｄ＋1.0ｍ7沉管夯扩灌注桩2.0D8各类桩4～6ｄ以控制沉降为目的（四）桩及桩基础的构造要求1、桩的最小中心距2、扩底灌注桩的扩底直径，不应大于桩身直径3倍。3、桩底进入持力层的深度为桩身直径的1～3倍。序桩型混凝土强度等级序桩型配筋率1灌注桩应≮Ｃ20１灌注桩宜≮0.2—0.65%（小直径桩取高值）2预制桩应≮Ｃ30２打入式预制桩宜≮0.8%3预应力桩应≮Ｃ403静压式预制桩宜≮0.6%5、桩的混凝土强度等级应该符合下表要求。6、桩的配筋率应该符合下表要求。4、布置桩位时宜使桩基承载力合力点与竖向荷载标准值组合合力作用点重合7、配筋长度序桩身主筋级别、桩的受力特点、桩型、桩身主筋伸入承台长度1Ⅰ级钢筋不宜＜30d2Ⅱ级钢筋不宜＜35d3抗拔桩基40d4一柱一大径桩柱子纵筋插入桩身≥锚固长度注：表中d为桩身主筋直径。8、桩身主筋伸入承台的长度二、桩与桩基础的构造1、就地灌注钢筋混凝土桩的构造钻(挖)孔桩是采用就地灌注的钢筋混凝土桩，桩身常为实心断面，混凝土标号不低于C20，对仅承受竖直力的桩基础可用C15(但水下混凝土仍不应低于C20)。2、钻孔桩设计直径一般为0.80一1.50m，挖孔桩的直径或最小边宽度不宜小于1.20m。灌注钢筋混凝土桩的构造主筋不宜过细过少(直径不宜小于14mm)，每根桩不宜少于8根，主筋净距不宜小于5cm。主筋若需焊接，焊接长度应符合规定，箍筋直径一般不小于8mm，中距为20一40cm。对于直径较大的桩或较长的钢筋骨架，可在钢筋骨架上每隔2.0一2.5m设置一道加劲箍筋(直径为14一18mm),如图所示。钻(挖)孔桩的柱桩根据桩底受力情况如需要嵌人岩层时，嵌人深度不得小于0.5m,2.钢筋混凝土预制桩沉桩(打人桩和振动下沉桩)采用预制的钢筋混凝土桩，有实心的圆桩和方桩(少数为矩形桩)，有空心的管桩，另外还有管柱(用于管柱基础)。钢筋混凝土预制桩方桩横断面为20cmx20cm－50cmx50cm，桩身混凝土标号不低C25，主筋直径一般为12－25mm，主筋净距不小于5cm;箍筋直径为6一8mm，其间距一般不大于40cm(在两端处间距宜减小，一般为5cm)。桩顶处，为了承受直接的锤击应设钢筋网加固，为了便于吊运，应在桩顶预设吊耳，一般由直径为20一25mm的圆钢制成，混凝土标号不低于C25，如图所示。管柱用钢量较大，公路桥梁工程中很少采用木桩在盛产木材地区修筑或抢修桥梁以及建造施工便桥时，常采用木桩是用挺直的杉木或松木做成桩径(稍头)一般为140一260mm，桩长为4一8m。木桩桩顶应加设铁箍，以保护桩顶不被打裂，桩尖削成棱锥形，常加铁桩靴，以便打入。(二)桩的布置和间距桩基础内基桩的布置应根据荷载、地基土质、基桩承载力等决定。采用大直径钻孔灌注桩的中小桥梁常用单排式，如图所示;在大型桥梁或水平推力较大时，则采用多排式(行列式或梅花式