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第四章桩基础Pilefoundation第四章桩基础•§4.1概述•§4.2桩的类型•§4.3桩的竖向承载力•§4.4桩基础沉降的计算•§4.5桩的负摩擦问题•§4.6桩的水平承载力•§4.7桩的平面布置原则•§4.8桩承台的设计•§4.9桩基础设计的一般步骤本章主要内容•概述-桩的功能及类型•桩的承载机理？•单桩承载力capacityofsinglepile•桩基础设计capacityofpilegroup软土层沉井caisson工作间梯子支护通气桶深基础地下连续墙diaphragm深基础§4.1概述•4.1.1桩基础的使用•4.1.2桩基础的类型•4.1.3桩基设计原则•4.1.4桩基设计内容84.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4.1.1桩基础的使用94.桩基础单桩基础群桩基础承台基桩上部结构荷载4.1.1概述桩的发展历史1历史－十九世纪以前，木桩(1)7000-8000年前湖上居民,浙江河姆渡(2)3000-4000年前在罗马(3)西安灞桥,北京御河桥,隋唐建塔2十九世纪开始，材料和动力进步铸铁管桩，1824年波特兰水泥注册专利蒸汽动力3十九世纪末，现场钻孔桩(1897,Raymond)11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。下列情况可考虑采用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新加坡发展银行,四墩7.3m现场灌注护坡桩造价低现场灌注护坡桩造价低2特点优点1.将荷载传递到下部好土层,承载力高2.沉降量小3.抗震性能好,穿过液化层4.承受抗拔(抗滑桩)及横向力(如风载荷)5.与其他深基础比较,施工造价低缺点施工环境影响,预制桩施工噪音,钻孔灌注桩的泥浆4.1.2桩基础的类型按承台与地面相对位置的高低承台:将几个桩结合起来传递荷载1高承台桩基础承台底面位于地面以上,桥桩,码头,栈桥2低承台桩承台底面位于地面以下,承台本身承担部分荷载软土层低承台桩高承台桩§4.2桩的类型•4.2.1桩的分类•4.2.2桩的成型方式效应224.桩基础1.按承载性状分类（荷载传递方式）摩擦型桩摩擦桩端承摩擦桩端承型桩端承桩摩擦端承桩分类依据：根据桩侧与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比例的不同。234.桩基础预制桩——在工厂或施工现场制成的各种形式的桩，如锤击桩、振动桩、静压桩等。灌注桩——在施工现场的桩位上用机械或人工成孔，然后在孔内灌注混凝土而成。如挖孔、钻孔、冲孔及爆扩成孔灌注桩等。2.按施工方法分类244.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。预制桩的分类及特点254.桩基础锤击振动下沉静压预制桩的施工方法264.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274.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。284.桩基础分类沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔桩。原理直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼灌注混凝土而成。特点能适应各种地层，无需接桩，施工时无振动、无挤土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。施工关键桩身的成型和混凝土质量灌注桩的分类及特点灌注桩钻孔桩挖孔桩冲孔桩304.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内击式沉管灌注桩314.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）成型振动沉桩预制桩1－13mPilePoint334.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。（缩颈桩的形成）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；（沉管灌注桩复打）•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。分单打、复打、反插三种施工方法。沉管灌注桩特点344.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。35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。364.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。374.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384.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394.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：用空气吸泥机吸出含铅渣的泥浆。•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。404.桩基础将导管居中插入，上接漏斗，设隔水栓；放开隔水栓使混凝土向孔底猛落，将水挤出，并使导管始终埋在混凝土内，此后连续灌注混凝土；不断提升导管，直至灌注完毕。水下砼灌注—直升导管法施工步骤图4.9灌注水下混凝土1-通混凝土储料槽；2-漏斗3-隔水栓；4-导管414.桩基础混凝土搅拌必须均匀；防止卡管事故；必须连续作业，避免中断灌注，并防止混凝土上升顶起钢筋笼；随时记录孔内混凝土灌注标高和导管入孔长度，防止导管提升过猛，形成断桩；桩顶标高应比设计值愈加一定高度，以确保混凝土质量。一般取0.5m。注意事项424.桩基础基本要求：内径≥800mm，开挖直径≥1000mm，护壁厚≥100mm分节支护，每节高500~1000mm桩长小于40m。优点：符合国情，经济，设备简单，噪音小，场区内各桩可同时施工，可直接观察地层情况，孔底易清除干净，且桩径大、适应性强。缺点：可能遇到流砂、塌孔、缺氧、有害气体、触电和地面掉重物等危险而造成伤亡事故。原理：采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达所需深度后再进行扩孔，利用钻（冲）孔机具钻土成孔，然后清除孔底残渣，安装钢筋笼，浇灌混凝土。人工挖孔桩434.桩基础柱插筋插筋箍筋φ8@200加劲筋φ16@2000扶壁200_主筋22φ2220002600600600140016001230021000图4.10人工挖孔桩示例444.桩基础人工挖孔桩454.桩基础可能存在的质量问题预制桩：桩位偏差、桩身裂缝过大、断桩等灌注桩：缩颈、夹泥、断桩、沉渣过厚等。常用质量检测方法开挖检查：只限于对所暴露的桩身进行观察检查。抽芯检查：在灌注桩桩身内钻孔，取混凝土芯样进行观察，看它的连续性。反射波法：测砼的连续性，是否存在孔洞、断桩等。动测法：高应变测桩承载力，低应变只能测砼质量。4.2.2桩的成型方式效应•1、挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩•2、挤土桩的成桩效应•3、非挤土桩的成桩效应474.桩基础按桩的设置效应分类非挤土桩成桩过程中对桩相邻土基本不产生挤土效应的桩,如钻（冲或挖）孔灌注桩及先钻孔后再打入的预制桩；部分挤土桩对桩周土体稍有排挤，但土的强度和变形性质变化不大。包括冲击成孔灌注桩、开口的钢管桩、H型钢桩等。挤土桩设置过程中使土的结构严重扰动破坏，对土的强度和变形性质影响较大。实心的预制桩、下端封闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩等。挤土桩的成桩效应•1、粘性土中•2、砂土中•3、饱和粘性土中挤土摩擦型桩承载力的时间效应非挤土桩的成桩效应•1、粘性土中•2、砂土中•3、粘性土中非挤土摩擦型桩承载力的时间效应§4.3桩的竖向承载力•4.3.1单桩轴向荷载的传递机理•4.3.2单桩竖向承载力的确定•4.3.3竖向荷载下的群桩效应•4.3.4减沉桩基1、桩身轴力和截面位移2桩侧摩阻力(1)摩阻力的分布qs摩阻力dzdNuqs1u为桩的周长S0Sp各点位移Q轴向力NS0Sp4.2.2桩的荷载传递的一般规律（1）不是同时发挥，同时到达极限。通常，侧阻早于端阻。（2）与桩土间的相对位移有关。通常，端阻达到极限状态所需的位移高于侧阻所需位移。（3）深度效应。（4）与桩的长径比及桩端土与桩侧土的相对刚度等有关。侧阻：粘性土4～6mm砂土6～10mm端阻：砂土（0.08～0.1）d，一般粘性土0.25d，硬粘土0.1d2、影响荷载传递的因素•1、桩端土与桩周土的刚度比•2、桩土刚度比•3、桩端扩底直径与桩身直径之比•4、桩的长径比3、桩侧摩阻力和桩端阻力5.2单桩竖直向承载力的确定1桩身材料2静载荷试验拟静力法Osterberg法3经验方法：静力触探经验公式混凝土R=cfcAp钢筋混凝土R=cfcAp+fyAg钢筋抗压强度设计值2、桩基现场测试的传统方法（1）静载试验法获得单桩承载力最可靠的方法锚桩反力梁次梁锚筋锚桩主梁千斤顶百分表基准柱锚桩桁架法,2400吨桩顶试验中Osterberg法安装钢筋笼安装多动式(2)通过静力载荷试验确定极限承载力Qu◎判断单桩竖向极限承载力Qu(各规范不同)•如果有陡降点,取为Qu•缓变曲线,取一定沉降s=40mm(40-60mm)•24小时未稳定,Sn对应的荷载◎确定平均值(极限承载力标准值),如离散太大,加一折减系数◎设计值R=uukQQspukQ21nnSSnQ3.静力触探siilupcufAqQi、：修正系数qc,fsi：探头的端阻与侧阻Electricstaticcone经验公式法ppsipsAqliquQQQpccAfQ地基承载力桩身的混凝土强度c＝1.0预制桩0.9干作业灌注桩0.8其他按土的抗剪强度指标确定•1、单桩承载力的一般表达式•2、粘性土中单桩的承载力–1）正常固结、弱超固结或灵敏粘性土中的桩–2）强超固结或非灵敏粘性土中的桩•3、无粘性土中单桩的承载力单桩承载力的一般表达式粘性土中单桩的承载力无粘性土中单桩承载力3、规范经验公式4.3.3竖向荷载下的群桩效应岩石土压力扩散深度6d端承型群桩基础摩擦型群桩基础一群桩(Pilegroup)与群桩效应1预