基础工程课件4-桩基础.ppt

4.桩基础4.桩基础4.桩基础24.桩基础内容提要桩基础及其分类桩基础的施工单桩竖向抗压承载力计算水平荷载下基桩的内力及位移计算群桩基础受力分析桩基础设计简介4.桩基础34.桩基础组成：基桩和连接于桩顶的承台。作用：将上部结构荷载通过承台传递给基桩，再由基桩传递到地基土体（持力层）。特点：历史悠久、承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、便于机械化施工、适应性强。低承台桩基示意图4.1桩基础及其分类4.1.1概述4.桩基础44.桩基础单桩基础群桩基础承台基桩上部结构荷载4.1.1概述4.桩基础54.桩基础地基土质差或软硬不均，不能满足上部结构对变形的要求。地基软弱或土性特殊，自重湿陷性黄土、膨胀土等。荷载大，且伴有较大偏心、水平、动力或周期性荷载作用。水中基础施工困难，如桥梁、码头、钻采平台等。需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。4.1.1概述4.桩基础桩的作用：（1）将荷载传至硬土层（图4-1a），或分配到较大的深度范围（图4-1b），以提高承载力。4.桩基础4.桩基础（2）减小沉降，从而也减小沉降差，故地基强度够，而变形不合要求时亦用。两塔过近，会相对倾斜，用桩基解决厂房内堆载，使柱下基础倾斜，导致柱子开裂。可用桩基解决。4.桩基础4.桩基础（3）抗拔：用于抗风、抗震、抗浮等（图4-1c）（4）有一定抗水平荷载能力，特别是斜桩（图4-1b）（5）抗液化：深层土不易液化，浅层土液化后，有桩支撑，有助于上部结构的稳定。4.桩基础4.桩基础所以应用广泛，沿海、内陆地区均用。同基坑支护、地基处理并为土木工程三大热点。桩基古已应用。上海龙华塔，7层，40.4m,相当于13层楼高,初建于三国东吴时代(AD220-280),重建于宋代AD977年,用木桩,桩周用灰土防腐，是软基上建高层的范例。4.桩基础4.桩基础木桩和石桩基础西安灞桥（1834年清道光14年）4.桩基础•以后在宋、明、清期间曾先后几次废毁，到清乾隆四十六年（1781年），陕西巡抚毕沅重建桥，但桥已非过去规模。直到清道光十四年（1834年）巡抚杨公恢才按旧制又加建造。桥长380米，宽7米，旁设石栏，桥下有72孔，每孔跨度为4米至7米不等，桥柱408个。灞桥位于西安城东12公里处，是一座颇有影响的古桥。灞桥建于汉代，是座木梁石柱墩桥，墩台上加木梁并铺设灰土石板桥面。是石柱墩的首创者。4.桩基础木桩基础上海河南路桥木桩基础（1875年）4.桩基础河南路桥始建于1875年，至今已在苏州河上横跨超过百年。4.桩基础4.桩基础新加坡发展银行,四墩,每墩直径7.3m将荷载传递到下部好土层,承载力高大直径钻孔桩风化砂岩及粉砂岩部分风化及不风化泥岩4.桩基础新加坡发展银行,四墩7.3m4.桩基础现场灌注护坡桩造价低4.桩基础现场灌注护坡桩造价低4.桩基础2特点优点1.将荷载传递到下部好土层,承载力高1.沉降量小2.抗震性能好，可穿过液化层3.承受抗拔(抗滑桩)及水平力(如风载荷)4.与其他深基础比较,施工造价低4.桩基础缺点比浅基础造价高施工环境影响大预制桩施工噪音大钻孔灌注桩的泥浆4.桩基础适用条件(1)水上建筑物(2)深持力层高地下水位(3)抗震地基(4)对沉降非常敏感的建筑，如精密仪器4.桩基础日本阪神地震中发生的桩基础的破坏导致墩倾倒4.桩基础234.桩基础按承载性状：摩擦型桩、端承型桩按施工方法：预制桩、灌注桩按设置效应：非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩按桩径大小：小桩(﹤250mm)、中等直径桩(250～800mm)、大直径桩(﹥800mm)按使用功能：受压桩、抗拔桩、横向受荷桩、锚桩按截面形状：圆桩、方桩、多边形桩、异形桩、DX桩等4.1.2桩基的分类基桩分类4.桩基础(一)按承台承台:将几个桩结合起来传递荷载1高承台桩承台在地面以上,桥桩,码头,栈桥2低承台桩承台在地面以下,承台本身承担部分荷载软土层4.桩基础低承台桩4.桩基础高承台桩4.桩基础（二）按材料：木桩、混凝土、钢筋混凝土、钢管（型钢）桩、复合桩钢筋混凝土：普通混凝土、预应力混凝土（离心预制）、高强混凝土4.桩基础4.桩基础钢桩4.桩基础钢管桩和预应力桩4.桩基础木桩—水位以上耐久性差，强度低，我国森林资源不足，应少用钢桩—本身强度高，易加工，接头容易，运输方便，但造价是混凝土的3-4倍，用于海洋平台及陆上重要工程，如宝钢高炉、金茂大厦用钢管桩。钢砼桩—取材方便，价格便宜，耐久性好，可预制、现浇，尺寸易调，适用性强，故应用广泛，是主要研究对象。4.桩基础4.桩基础314.桩基础混凝土预制桩•要求：截面边长300500mm，分节长度≤12m。预应力管桩外径300600mm，每节长513m；•优点：承载力高，耐久性好，质量较易保证。•缺点：自重大，打桩难，桩长难统一，工艺复杂。钢桩•要求：直径2501200mm，批量生产。•优点：穿透性强，承载能力高，应用方便。•缺点：成本高，易锈蚀。木桩•要求：桩径160260mm，桩长46m。•优点：制作运输方便，打桩设备简单。•缺点：承载力低，仅在一些加固工程与临时工程中采用。4.桩基础（三）按形状•按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩•按横断面：圆形，八边形，十字桩、X形桩4.桩基础4.桩基础桩身4.桩基础桩身4.桩基础桩端Dd4.桩基础横断面4.桩基础（四）按尺寸•按断面(直径）的大小：大直径:d80cm;小直径d40（25）cm•按长度（长径比）L60m（3):长桩；L10m短桩L/（：桩的特征长度）44nBkEI4.桩基础(四)按尺寸•按断面(直径）的大小：大直径：d800mm;小直径：d250mm；中等直径：250mmd800mm；•按长度(长径比)l60m（3)长桩l10m短桩水平变形系数，50EImbl2.5为刚性短桩2.5l2.5为弹性中长桩l4.0为弹性长桩50EImb4.桩基础(五)按荷载传递方式（1）竖直荷载：端承桩（嵌岩桩）、摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩Q=Qp+QsQp端承力,Qs侧摩阻力端承桩主要由桩端承受极限荷载,桩不长,桩端土坚硬摩擦桩主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载,桩长,深4.桩基础端承桩摩擦桩PsPsP4.桩基础4.桩基础（六）按施工方法施工方法—沉桩方法1预制桩Prefabricatedpile挤土桩2现场灌注桩Castinplace非挤土桩4.桩基础1预制桩2现场灌注桩气锤打入振动沉桩静压桩引孔,部分挤土,大面积地面隆起不引孔,挤土桩成孔方法人工挖孔螺旋钻正反循环—地下水以下泥浆护壁冲击,夯扩,爆破沉管灌注浇注法省,易泥皮,虚土,断桩水上水下其他工厂,现场4.桩基础预制桩优点：桩身质量易于保证，单桩承载力较高；缺点:（1）桩身规格、长度受限，接桩影响桩质量和承载力发挥；（2）打入或压入式沉桩存在挤土效应问题；（3）噪音污染、接、截桩麻烦。适用条件：（1）不需考虑噪音污染和震动影响的环境；（2）持力层上覆盖为较松软地层，无坚硬夹层；（3）持力层顶起伏变化不大，桩长易于控制；（4）水下桩基工程（5）大面积打桩工程；4.桩基础挤土效应•挤土效应，这是由于沉桩时使桩四周的土体结构受到扰动，改变了土体的应力状态而产生的。•挤土效应一般表现为浅层土体的隆起和深层土体的横向挤出，挤土效应对周围路面和建筑物引起破坏，使周围开挖基坑坍塌或推移增大，对已经施打的桩的影响表现为桩身倾斜及浅桩（≤20m）上浮。如果压桩施工方法与施工顺序不当，每天成桩数量太多、压桩速率太快就会加剧挤土效应。4.桩基础4.桩基础预制桩4.桩基础振动沉桩预制桩1－13mPilePoint4.桩基础离心预应力预制钢筋混凝土4.桩基础504.桩基础锤击振动下沉静压预制桩的施工方法4.2.1预制桩的施工4.2桩基础的施工4.桩基础514.桩基础打入第一节桩体电焊接桩打入末节桩体锤击预制桩4.桩基础524.桩基础沉桩深度控制以最后贯入度（指沉至某标高时，每次锤击的沉入量）和桩尖设计标高两方面控制。要求最后两阵的平均贯入度为10-50mm/阵。锤击法：常以10次锤击为一阵。振动法：以1min为一阵。4.2.1预制桩的施工4.桩基础灌注桩按成孔方法分为:钻孔法——适于一般土层沉管法——适于土质差、水位高爆扩法——适于土质好、无地下水人工挖孔法——适于桩径大、土较好4.2.2灌注桩的施工4.桩基础544.桩基础沉管灌注桩利用锤击或振动等方法沉管成孔，然后浇灌混凝土拔出套筒。可避免流砂、坍孔及排渣等弊病。锤击沉管灌注桩振动沉管灌注桩4.2.2灌注桩的施工4.桩基础554.桩基础沉管灌注桩(e)(f)(d)(c)(b)(a)图4.5沉管灌注桩的施工程序示意（a）打桩机就位；（b）沉管；（c）浇灌混凝土；（d）边拔管，边振动；（e）安放钢筋笼，继续浇灌混凝土；（f）成型4.2.2灌注桩的施工4.桩基础564.桩基础优点：设备简单、打桩进度快、成本低。缺点：在土层软、硬交界处或软弱土层处易发生缩颈、断桩现象。克服办法：•复打——浇灌混凝土并拔管后，立即在原位再次沉管及浇灌混凝土；•反插法——灌满混凝土后，先振动再拔管，一般拔0.5～1.0m，再反插0.3～0.5m。沉管灌注桩特点4.2.2灌注桩的施工4.桩基础574.桩基础钻（冲）孔灌注桩原理用钻机(如螺旋钻、振动钻、冲抓锥钻等)钻土成孔(需泥浆护壁)，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，浇灌混凝土。施工方法有正循环、反循环施工法。优缺点•优点：入土深，能进入岩层，刚度大，承载力高，桩身变形小，并可方便地进行水下施工。•缺点：要求有专门的设备（钻机），清孔较难彻底。4.2.2灌注桩的施工4.桩基础584.桩基础钻孔灌注桩—护筒埋设护筒作用固定桩位，并作钻孔导向；保护孔口，防止孔内土层坍塌隔水，稳固孔壁。4.2.2灌注桩的施工4.桩基础594.桩基础泥浆制备与运输要求：膨胀土或高塑性粘土现场加水搅拌，比重1.1~1.15，粘度10~25s，含砂率小于6％，胶体率大于95％。作用：护壁、携渣、防渗、润滑钻头等。4.2.2灌注桩的施工4.桩基础604.桩基础钻进机械图4.6冲击钻机示意图1—滑轮；2—主杆；3—拉索；4—斜撑；5—卷扬机；6—垫木；7—钻头旋转钻进冲击钻进冲抓钻进4.2.2灌注桩的施工4.桩基础螺旋钻4.桩基础4.桩基础634.桩基础图4.8反循环泥浆循环成孔工艺1—钻头；2—泥浆循环方向；3—沉淀池；4—泥浆池；5—泥浆泵；6—砂石泵；7—水龙头；8—钻杆；9—钻机回转装置钻进方法图4.7正循环泥浆循环成孔工艺1—钻头；2—泥浆循环方向；3—沉淀池；4—泥浆池；5—泥浆泵；6—砂石泵；7—水龙头；8—钻杆；9—钻机回转装置4.2.2灌注桩的施工4.桩基础正循环和反循环的区别•正反循环钻机在钻进成孔的工艺上是差不多的，对地质要求差别也不是很大，主要的区别是看其泥浆循环的方式，•正循环钻机的泥浆是从泥浆池里用泥浆泵通过钻杆打到钻井里去的,再从井口自然的益出来,同时把钻渣带出来.这种自然循环的排渣方式只能排出一部分钻渣,对于叫大颗粒石渣是不能循环上来排出去的,•反循环钻机的泥浆的是用泥浆泵从井的孔口向井里打的,再用我以前说过的气举法或泥浆泵,从导管或者钻杆的中间抽出来,这种循环方式的排渣能力很好,可以把颗粒很大的石头都能冲出来,相对而言正循环钻机的泥浆循环一台泥浆泵就够了,对于反循环钻一般要配一台空压机，或者两台大功率的泥浆泵。4.桩基础654.桩基础清孔目的除去孔底沉渣，保证孔底砼质量及桩的承载力。方法•抽浆清孔：用空气吸泥机吸出泥浆。•换浆清孔：正、反循环钻孔完成后不停钻、不进尺。•掏渣清孔：孔用掏渣筒掏清孔内粗粒铅渣。继续循环换浆清渣。要求孔底0.5m内ρ≤1.25；含砂率≤8％；粘度≤28s。4.2.2灌注桩的施工4.桩基础664.桩基础将导管居中插入，上接漏斗，设隔水栓；放开隔水栓使混