第三章桩基础1

1扬州大学建工学院路桥教研室张静制作jsyzzhangjing163.com基础工程2第三章桩基础本章主要内容：重点介绍桩基础的构造、施工工艺、设计计算方法及其单桩容许承载力的确定。第一节概述第二节桩和桩基础的类型及构造第三节桩基础的施工第四节单桩承载力第五节基桩内力和位移计算第六节群桩基础的竖向分析及其验算第七节承台计算第八节桩基础的设计3第一节概述一、桩基础的组成——若干根基桩+承台或系梁二、桩基础的特点——承载力高，稳定性好，沉降小而均匀，而且可以避免水下施工，简化施工设备和技术要求，加快施工速度，改善劳动条件。三、桩基础的作用1、桩——将承台以上结构物传来的外力通过承台，由桩传至较深的地基持力层以及桩侧土体中；2、承台（或系梁）——将外力传给各桩并箍住桩顶使各桩共同作用。4第一节概述四、桩基础的适用条件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、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，可以采用桩基础穿过松软（高压缩）土层，将荷载传至较坚实（低压缩性）土层，以减少结构物沉降并使沉降较均匀；同时桩基础还能增强结构物的抗震能力（但须注意震动液化）；4、当施工水位或地下水位较高时；5第一节概述5、以上各种情况也可采用其它形式的深基础，需进行经济、技术上的比较，但桩基础往往是优先考虑的深基础方案；6、在同一桩基中，不宜同时采用摩擦桩和柱桩，亦不宜采用直径不同、材料不同和桩尖相差过大的桩；7、对于特殊大桥，必要时在施工前先作试桩进行荷载试验。*注意：当土层的软弱层很厚时，桩底不能达到坚实土层，就需较多较长的桩来传递荷载，这时的桩基础稳定性稍差，沉降量也较大；当覆盖层很薄时，桩基的稳定性也有问题，此时桩基就不一定是最佳形式。6第二节桩和桩基础的类型及构造一、桩与桩基础的分类1、按材料分⑴钢筋混凝土桩⑵木桩⑶钢桩7第二节桩和桩基础的类型及构造第二节桩和桩基础的类型及构造2、按承台位置分——高桩承台桩基础（高桩承台）——低桩承台桩基础（低桩承台）⑴高桩承台①承台底面位于地面（或冲刷线）以上；②部分桩身外露在地面以上（桩的自由长度为）；③高桩承台可减少墩台的坞工数量，避免或减少水下作业，施工较为方便。0l8第二节桩和桩基础的类型及构造⑵低桩承台①承台底面位于地面（或冲刷线）以下；②自由长度为零；③在水平力作用下，基桩的受力情况优于高桩承台，桩身内力和位移都将小于在同样水平力作用下的高桩承台；在稳定性方面，低桩承台也较高桩承台为好。⑶承台底面标高的要求①冻胀土地区，承台底面在土中时，其埋深应符合胀冻土地区的最小埋深要求；②承台底面在水中时，其标高应在最低冰层底面以下≮25cm；③当有强大的流冰、流筏或其它漂流物时，承台底面标高应保证基桩不受直接撞击损伤。0l9第二节桩和桩基础的类型及构造3、按施工方法分类——非挤土桩：干作业法钻（挖）灌注桩、泥浆护壁法灌注桩、套管护壁法灌注桩——部分挤土桩：冲孔灌注桩、挤扩孔灌注桩、预钻孔沉桩、敞口预应力混凝土管桩——挤土桩：沉桩（锤击、静压、振动沉入的预制桩及闭口预应力混凝土管桩等）⑴灌注桩基础①钻孔灌注桩——用钻（冲）孔机械在土中形成桩孔，在孔内放入钢筋骨架，灌注桩身砼而形成i施工设备简单，操作方便，在公路桥涵中已经全面推广；ii对于淤泥以及可能产生流砂或有承压水的地基，宜先做施工工艺试验；iii桩径一般0.8m～2.5m；桩长一般30～100m。10第二节桩和桩基础的类型及构造②挖孔灌注桩——依靠人工（或部分机械配合）在地基中挖出桩孔，然后浇筑钢筋混凝土或混凝土而形成；i不受施工设备限制，施工简单；能保证桩的质量；可以扩大桩底而增加桩底支承力；ii一般适用于无地下水或地下水量小的地层，对于可能发生流砂或含厚的软粘土地基，需进行孔壁支撑；iii在地形狭窄、山坡陡峻处可以代替钻孔桩或较深的刚性扩大基础；iv桩径较大，一般﹥1.4m（规范规定≮1.2m）；对于l﹥20m的桩，为保证安全，很少采用挖孔的施工方法。11第二节桩和桩基础的类型及构造③沉管灌注桩——采用锤击或振动的方法把带有桩尖的钢套管沉入土层中成孔，在套管内放置钢筋笼，边灌注混凝土边拔套管而形成的灌注桩。i也可将套管打入土中挤土成孔后向套管中灌注混凝土并拔出套管成孔；ii适用于粘性土、砂性土地基；避免了可能产生的流砂、塌孔以及由泥浆护壁带来的排渣问题；iii桩径较小，一般在0.6m以下；桩长一般在20m以内；iv在软粘土中，由于挤压时产生的孔隙水压力易使混凝土桩出现缩颈现象。12第二节桩和桩基础的类型及构造④爆扩桩——就地成孔后，采用炸药爆炸扩大孔底，浇筑混凝土而形成的桩。i提高桩的承载能力；ii适用于持力层较浅，以在粘性土中成型并支承在坚硬密实土层上为最理想的采用条件。13第二节桩和桩基础的类型及构造⑵沉入桩基础——打入桩——振动下沉桩——射水下沉桩——静力压桩①打入桩——通过锤击（或以高压射水辅助）将各种预制的桩打入地基中达到所需的深度；i桩有钢筋混凝土实心桩或管桩、木桩或钢桩等；ii适用于桩径较小（一般D﹤0.6m）；iii适用于地基土质为砂性土、粘性土、有承压水的粉砂、细砂以及松散的不含大卵石或漂石的碎卵石类土的情况。14第二节桩和桩基础的类型及构造②振动下沉桩——将大功率的振动打桩机安装在桩（预制的钢筋混凝土桩或钢管桩）顶，利用振动力使桩沉入土中；i适用于可塑性的粘性土和砂土，对于抗剪强度受振动时有较大降低的砂土等地基效果尤为显著；ii可采用射水辅助下沉。15第二节桩和桩基础的类型及构造③静力压桩——借助桩架自重及桩架上的压重，通过液压或滑轮组提供的静反力将预制桩压入土中。i适用于较均质的可塑性粘性土地基，对于砂土及其它较坚硬土层，不宜采用；ii无振动、无噪音，能避免锤击时的桩身和桩顶的损伤；iii分节长度受桩架限制，接头过多会影响压桩效率。16第二节桩和桩基础的类型及构造⑶管柱基础——适用于静水、有潮汐影响以及岩面起伏不平的河床；①施工方法i将预制的大直径（D=1~5m左右）钢筋混凝土或预应力混凝土管柱用大型的振动沉桩锤沿导向结构将桩垂直振动下沉至基岩，然后在管柱内钻岩成孔，下放钢筋笼，灌注砼，将岩层与管柱牢固连接；ii管柱基础的施工不受季节限制，没有水下作业，但是需要大量的施工机具，如振动沉桩锤、凿岩机、大型的起重设备等，动力要求也比较高，一般在公路桥梁中较少采用；iii每节长度根据施工条件而定，一般采用4m、8m、10m，接头采用法兰盘或螺栓联接，但是需注意接头密实。17第二节桩和桩基础的类型及构造②管柱构造——多根桩柱式——单根实体式i多根桩柱式——用水下砼封底，用承台将管柱群联成一刚性整体；ii单根实体式——大直径管柱下沉后，填实而形成。18第二节桩和桩基础的类型及构造4、按受力条件分——端承桩和摩擦桩——竖直桩和斜桩⑴端承桩与摩擦桩①端承桩i桩穿过较松软土层，桩底支承在岩石或硬土层等非压缩性土层时，基本依靠桩底土层抵抗力支承垂直荷载；②摩擦桩i桩穿过并支承在各种压缩性土层中，依靠桩侧摩阻力和桩底土层抵抗力支承竖向荷载；ii端承桩与摩擦桩在设计计算时采用的方法和有关参数不一样。19第二节桩和桩基础的类型及构造⑵竖直桩和斜桩①按桩轴方向可分为竖直桩、单向斜桩和多向斜桩；②桩基是否需斜桩，确定怎样的斜度，应视荷载的具体情况和施工设备条件而定，一般当水平力和外力矩不大、桩的自由长度不长、桩身刚度较大时，桩基均采用竖直桩；③在拱桥墩台桩基设计时，有时需设斜桩以承受上部结构的水平推力，减少桩身M、Q和整个基础的侧向位移；④桩轴线与竖直线所成的倾斜角的正切不宜小于1/8，否则作用不大。20第二节桩和桩基础的类型及构造二、桩与桩基础的构造1、各种基桩的构造⑴就地灌注钢筋混凝土桩——钻（挖）孔灌注桩①桩身一般是实心断面，砼等级不得低于C25；②钻孔桩设计直径一般80~250cm；挖孔桩直径和边长一般≮120cm。③端承桩根据桩底受力情况如需嵌入岩层时，嵌入深度应满足N和M的要求，同时不得小于0.5m。21第二节桩和桩基础的类型及构造④钢筋布置——应按照内力和抗裂性的要求布设——长摩擦桩：根据桩身M分布情况分段配筋——短摩擦桩和端承桩：可按Mmax通长均匀布筋i当按内力计算桩身不需配筋时，应在桩顶3~5m设构造钢筋；ii主筋不宜过细过少，D≮16mm，每根桩不少于8根，同时净距宜为8~35cm，以保证灌注的砼能顺畅地从钢筋骨架中溢出，如配筋较大时，也将钢筋成束布置，每束不宜多于3根；iii箍筋D≮8mm，中距200mm~300mm；对于直径较大的桩或较长的骨架，一般沿骨架每隔200~250cm设置直径16~32mm的加劲箍一道；iv钢筋保护层厚度≮6cm；v钻孔灌注桩常用的含筋率是0.2~0.6%，较一般预制钢筋混凝土实心桩、管桩与管柱均低。2286965.9pDAXV22第二节桩和桩基础的类型及构造23第二节桩和桩基础的类型及构造24第二节桩和桩基础的类型及构造⑵钢筋混凝土预制桩——沉入桩①桩的类型——实心圆桩、方桩（少数是矩形桩）、空心管桩、管柱②沉入桩和管柱的砼等级≮C25，管桩、管柱内填心砼≮C15；③预制桩的构造特点i钢筋混凝土管桩：直径D=40~80cm，管壁最小厚度≮8cm；ii钢筋混凝土管柱：直径D≮150cm，管壁厚度宜为8~14cm；iii方桩：桩长l10m时，0.3m×0.3m。25第二节桩和桩基础的类型及构造④预制桩配筋——按制造、运输、施工及使用阶段的内力要求配筋i方桩a、主筋D=20~25mm，箍筋直径6~8mm，间距0.10~0.20m（两端处一般减少0.05m）；b、为了保证承受直接的锤击，桩顶处应设钢筋网加强；ii管柱a、主筋截面积不宜小于管壁混凝土截面积的1.8%，布筋按周长均匀布置，当管壁较厚时，采用双层主筋；b、管壁主筋宜采用螺纹钢筋，其直径不宜大于20mm；c、箍筋直径≮8mm，其配置密度是以保证管壁不出现纵向裂缝为准；d、当入土深度25m时，采用预应力混凝土管柱。26第二节桩和桩基础的类型及构造⑤沉入桩的连接i预制钢筋混凝土桩、管柱的分节长度应根据施工条件决定，并尽量减少接头数量；ii沉入桩的连接一般采用法兰盘接头，接头强度不应低于桩身、管节强度，并应具有一定的刚度，以减少振动的能量损失，在沉桩和使用过程中接头不得松动和开裂，法兰盘不得突出管壁以外。⑶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。27第二节桩和桩基础的类型及构造2、桩的布置和间距⑴布置形式①单排式——中小桥梁②多排式——大桥或水平推动较大时⑵间距①摩擦桩中距i打入桩在桩尖处的中距≮3D（桩径或边长），对于软土地基宜适当增大；ii振动下沉桩的中距≮4D；iii钻孔桩中距≮2.5成孔直径；iv管柱中距可用管柱外径的2.5~3.0倍；v如设有斜桩，则在承台底面中距不小于1.5D。28第二节桩和桩基础的类型及构造②端承桩中距i支承在基岩上的沉桩中距≮2.5D；ii支承或嵌固在基岩中的钻孔桩中距≮2.0倍实际桩径；iii嵌入基岩的管柱中距≮2.0倍外径；③钻（挖）孔扩底灌注桩中距不应小于1.5倍扩底直径或扩底直径加1.0米，取较大者。④边桩外侧到承台边缘的距离iD≤1m时，≮0.5D且≮25cm；iiD﹥1m时，≮0.3D且≮50cm；29第二节桩和桩基础的类型及构造注意：i挖孔桩的中距，参照钻孔桩；ii钻孔桩成孔直径：旋转钻按钻头直径增大3~5cm；冲击钻按钻头直径增大5~10cm；冲抓钻按钻头直径增大10~20cm；iii桩的最大中心距≯5~6D；iv端承桩在桩尖处不发生压应力重叠现象，在施工许可的条件下，中距可比摩擦桩适当减小；v盖梁的设计方法不同于承台，它是以连续梁为简图来进行设计的，故不受到这方面的限制；vi摩擦桩的入土深度不得小于4m，如有冲刷时，桩入土深度应自一般冲刷线算起。30第二节桩和桩基础的类型及构造3、承台的构造、桩