05桩基础基础工程

2020年3月15日1HunanUniversity4.桩基础基础工程电子教案研制单位：湖南大学土木工程学院2020年3月15日2HunanUniversity4.桩基础4.桩基础2020年3月15日3HunanUniversity4.桩基础图4.1桩基础的应用4.1类型及适用条件2020年3月15日4HunanUniversity4.桩基础图4.2单桩、群桩基础、基桩4.1类型及适用条件2020年3月15日5HunanUniversity4.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桩基础，再由桩传递到地基土（持力层）。特点：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。4.1.1组成、作用与特点图4.3低承台桩基示意图2020年3月15日6HunanUniversity4.桩基础按承载性状分(荷载传递方式)：摩擦桩与端承桩按施工方法分：预制桩（混凝土预制桩、钢桩、木桩）灌注桩（沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩）按桩的设置效应分：挤土桩、部分挤土桩、部分挤土桩4.1.2桩基的分类2020年3月15日7HunanUniversity4.桩基础按承载性状分类（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。2020年3月15日8HunanUniversity4.桩基础传力方式桩侧及桩端土层不同沉降量大小：一般摩擦型桩沉降较大，而端承型桩沉降较小。群桩效应：一般摩擦型桩群桩效应大，端承型桩群桩效应小。摩擦型桩和端承型桩的区别2020年3月15日9HunanUniversity4.桩基础分为预制桩和灌注桩两类。预制桩——在工厂或施工现场制成的各种形式的桩，用沉桩设备通过锤击、振动、静压或旋入将桩打入、压入或振入土中，或有的用高压水冲沉入土中。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。根据成孔方法的不同分为挖孔、钻孔、冲孔灌注桩，沉管灌注桩和爆扩桩等。按施工方法分类2020年3月15日10HunanUniversity4.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。刚桩要求：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2020年3月15日11HunanUniversity4.桩基础分类沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔桩。原理是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。施工的关键问题桩身的成型和混凝土质量。灌注桩的分类2020年3月15日12HunanUniversity4.桩基础按桩的设置效应分类非挤土桩这类在成桩过程中基本对桩相邻土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作用，但土的强度和变形性质变化不大。包括冲击成孔灌注桩、预钻孔打入式预制桩等。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。2020年3月15日13HunanUniversity4.桩基础其他分类方法按桩径分：小桩、中等直径桩、大直径桩按功能分：受压桩、横向受荷桩、锚桩、抗拔桩、护坡桩按桩身截面形状分：圆桩、方桩、多边形桩、异形桩按承台位置：高承台桩基、低承台桩基。2020年3月15日14HunanUniversity4.桩基础4.2桩基础的施工4.2.1预制桩的施工图4.4吊点位置及桩身弯距图a）两吊点；b）单吊点20.0214ABABMMMql20.0429CCDMMql2020年3月15日15HunanUniversity4.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2020年3月15日16HunanUniversity4.桩基础打入第一节桩体电焊接桩打入末节桩体插：Flash动画2020年3月15日17HunanUniversity4.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。2020年3月15日18HunanUniversity4.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4.2.2灌注桩的施工2020年3月15日19HunanUniversity4.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2020年3月15日20HunanUniversity4.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。分单打、复打、反插三种施工方法。沉管灌注桩特点2020年3月15日21HunanUniversity4.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。2020年3月15日22HunanUniversity4.桩基础钻孔灌注桩---护筒埋设护筒的作用1）固定桩位，并作钻孔导向；2）保护孔口，防止孔内土层坍塌3）隔水，稳固孔壁。2020年3月15日23HunanUniversity4.桩基础泥浆制备与运输基本要求：膨胀土或高塑性粘土现场加水搅拌，比重1.1~1.15，粘度为10~25s，含砂率小于6％，胶体率大于95％。主要作用：a)产生悬浮液压力，防止坍孔；b)在孔壁形成一层胶泥，护壁，并切断孔内外水位，稳定孔内水位；c)具有浮渣作用。2020年3月15日24HunanUniversity4.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2020年3月15日25HunanUniversity4.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4.71—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2020年3月15日26HunanUniversity4.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、反循环在钻孔完成后不停钻、不进尺。掏渣清：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。2020年3月15日27HunanUniversity4.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。水下混凝土灌注——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2020年3月15日28HunanUniversity4.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2020年3月15日29HunanUniversity4.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。优缺点优点：符合国情，经济，设备简单，噪音小，场区内各桩可同时施工，可直接凭肉眼观察地层情况，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。4-2-3人工挖孔桩2020年3月15日30HunanUniversity4.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2020年3月15日31HunanUniversity4.桩基础人工挖孔桩2020年3月15日32HunanUniversity4.桩基础4.2.5桩基的质量检测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。质量检测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。2020年3月15日33HunanUniversity4.桩基础4.2.6桩基设计原则GB50007-2002：基于正常使用极限状态的概率设计原则JGJ94-94：采用以概率理论为基础的极限状态设计法，并按极限状态设计表达式计算，考虑桩基的两种极限状态，即承载能力、正常使用。并根据桩基损坏所造成的后果的严重性分为3个等级。2020年3月15日34HunanUniversity4.桩基础①桩基的竖向承载力（抗压和抗拔）、水平承载力计算②桩端平面以下的软弱下卧层验算③桩基抗震承载力计算④承载及桩身结构计算（包括预制桩吊运和锤击过程中的强度验算、桩身屈曲稳定计算）所有桩基均应进行承载能力极限状态计算桩基尚应进行变形验算①桩端持力层为软弱土的一、二级建筑物（竖向沉降）②桩端持力层为粘性土、粉土或存在软弱下卧层的一级建筑桩基（竖向沉降）③承受较大水平荷载或对水平变位要求严格的一级建筑桩基（水平变位）2020年3月15日35HunanUniversity4.桩基础4.3单桩承载力机理：荷载→桩压缩→侧摩阻消耗荷载→桩底阻力。土对桩的支撑力：桩侧摩阻力和桩底阻力：何种为主，与桩身压缩量有关。桩的荷载传递过程实质上就是桩侧摩阻力与桩端阻力逐步发挥的过程。4.3.1桩的荷载传递过程2020年3月15日36HunanUniversity4.桩基础桩侧阻力先于桩端阻力发挥，发挥程度与桩土相对位移相关；侧阻充分发挥桩土相对位移值：粘性土：4～6mm；砂土：6～10mm；端阻充分发挥桩底极限位移值：砂类土:(0.08～0.1)d；粘性土0.25d，硬粘土0.1d。桩侧阻与桩端阻存在深度效应。(a)中密土层(b)岩层软弱土层QQ4.3.1桩的荷载传递过程图4.11a.摩擦桩；b.端承桩2020年3月15日37HunanUniversity4.桩基础桩侧