桩基础发展现状与趋势

1桩基础发展现状与趋势ChongqingJiaoTongUniversity向中富2基础？◆工程结构物地面以下的部分结构构件，用来将上部结构荷载传给地基，是房屋、桥梁、码头及其他构筑物的重要组成部分。因此地基必须坚固、稳定而可靠。◆基础主要形式：扩大基础桩基础沉井基础地下连续墙基础。。。3桩基础？■桩基础由基桩和联接于桩顶的承台共同组成。■桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触—低承台桩基；■桩身上部露出地面，承台底位于地面以上—高承台桩基。■建筑桩基通常为低承台桩基础。■桥梁桩基础采应用高承台桩基较多（因在水中修筑桥墩）。4桩基础？桥梁中心线桩底承台底承台顶塔座顶5桩基础？B23457113800138008650138003300013800132506桩基础发展简况•■桩基早在7000～8000年前的新石器时代就已出现，最初是防止猛兽侵犯而在湖泊和沼泽地里栽木桩筑平台来修建居住点。•■在中国，最早的桩基在浙江省河姆渡原始社会居住的遗址中发现。宋代桩基技术已经比较成熟，明、清桩基技术更趋完善。•■桩基是一种古老的基础型式，经几千年发展，无论是桩基材料和桩类型，还是施工方法都有了巨大的发展，已成建筑、桥梁等主要的基础形式。•■经历次大地震考验证明，桩基是地质不良地基、基岩埋深过大地基、地震液化地基、结构嵌固等需要的最有效基础形式。7桩基础的特点★桩支承于坚硬的（基岩、密实的卵砾石层）或较硬的（硬塑粘性土、中密砂等）持力层，具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力，足以承担高层建筑、桥梁的全部竖向荷载（包括偏心荷载）。★桩基具有很大的竖向单桩刚度（端承桩）或群刚度（摩擦桩），在自重或相邻荷载影响下，可通过控制不均匀沉降，可实现建筑物、桥梁的倾斜控制要求。8桩基础的特点★借助巨大的单桩侧向刚度（大直径桩）或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力，抵御由于风和地震引起的水平荷载与力矩荷载，保证高层建筑、桥梁的抗倾覆稳定性。★桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩，在地震造成浅部土层液化与震陷的情况下，桩基借助深部稳固土层，具有足够的抗压与抗拔承载力，从而确保高层建筑、桥梁的稳定，且不产生过大的沉陷与倾斜。9摩擦桩：利用地层与基桩间的摩擦力来承载的桩基础。可分为压力桩及拉力桩，主要用于持力层（岩层）较深的地基。端承桩（柱桩）：基桩置于持力层（岩层）上的桩基础。主要用于持力层（岩层）较浅的地基。摩擦端承桩（柱桩）：基桩置于持力层（岩层）上，并考虑地层与基桩间的摩擦力的桩基础。桩基础分类—按荷载传递机理10桩基础分类—按荷载传递机理◆按材料分◆按制作方法分◆按施工方法分钢筋混凝土桩预应力混凝土桩钢桩组合材料预制桩现场灌筑桩沉入桩就地灌筑桩锤击沉桩射水沉桩振动沉桩静力沉桩沉管灌筑桩钻孔灌筑桩挖孔灌筑桩◆按挤土条件分挤土桩非挤土桩部分挤土桩－桩端压力注浆桩等11上海金茂大厦重庆嘉陵帆影12杭州湾跨海大桥钢管桩的最大直径1.6米，单桩最大长度89米，最大重量74吨，开创了国内外大直径超长整桩螺旋桥梁钢管桩之最。13苏通大桥主墩基础由131根长约120米、直径2.5米至2.8米的群桩组成，承台长114米、宽48米，面积有一个足球场大，是在40米水深以下厚达300米的软土地基上建起来的，是世界上规模最大、入土最深的群桩基础。14▲建筑物、桥梁的特征：结构类型、荷载性质、桩的使用功能、建筑物的安全等级等；▲地形、工程地质条件：穿越土层、桩端持力层岩土特性；▲水文地质条件：地下水类别、地下水位、施工水位；▲施工设备、施工环境；▲安全、质量；▲造价、工期。桩基础形式选择一般原则15沉入桩基础沉入方法：锤击沉桩射水沉桩振动沉桩静力沉桩等。将各种预制桩（钢筋混凝土或预应力混凝土实心桩或管桩，也有钢桩或木桩）以不同的沉入方式沉至地基内达到所需要的深度。16沉入桩基础沉桩方法适用土类（参考）锤击沉桩法一般适用于松散、中密砂土、粘性土。桩锤有坠锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油汽锤、液压锤等。可根据土质情况选用性能适用的桩锤振动沉桩法一般适用于砂土、硬塑及软塑的粘性圭和中密及较松的碎石土射水沉桩法在密实砂土、碎石土的土层中，用锤击法或振动法沉桩有困难时，可用射水法配合进行静力压桩法在标准贯入度V20的软粘性土中，可用特制的液压或机力千斤顶或卷扬机设备等沉入各种类型桩钻孔埋置桩按照本章所述方法钻孔，然后将预制的钢筋混凝土圆形有底空心桩埋入，并在桩周压注水泥砂浆固结而成，租用于粘性土、砂土、碎石土中埋置的大直径圆形空心桩17沉入桩基础接桩方法：法兰盘连接；钢板连接；硫磺胶泥连接等。18沉入桩基础2020/4/1518桩机就位吊桩打桩接桩送桩截桩19钻孔灌注桩基础2020/4/1519采用不同的钻（挖）孔方法，在土中形成一定直径的井孔，达到设计标高后，将钢筋骨架（笼）吊入井孔中，灌注混凝土形成为桩基础。根据成孔方法的不同可以分为干作业成孔、泥浆护壁成孔、套管成孔、人工挖孔等。灌注桩与预制桩相比由于避免了锤击应力，桩的混凝土强度及配筋只要满足使用要求就可以，因而具有节省钢材、降低造价、无需接桩及截桩等优点。20钻孔灌注桩基础2020/4/1520序号项目沉入桩钻孔灌注桩1截面尺寸截面尺寸较小。一般方桩或贺桩，其边或直径均小于60cm600cm的反循环钻机2桩入土深采用射水配合沉桩，一般不超过30m一般可喧50cm，北镇黄河大桥有直径1.5m长100m的成功施工经验3桩的承载力由于桩径和桩长较小，一根桩的承载力较钻孔桩小，故一个墩台需用的桩数较多一根桩的承载力较沉入桩大，故一个墩台需用的桩数较少，有些桥墩只有2～4根的孔桩4施工进度按一根桩高，一般沉入桩较快。按一个墩台的桩基础计，沉入桩较慢按一根桩计，钻孔桩较慢。按一个墩台的桩基础计，1占孔灌注桩较快5需用钢筋数量由于预制桩在吊桩时要考虑跺装产生的吊装应力，沉桩时要考虑拉应力，矿需用钢筋数量较多不考虑左置之度外情况的拉应力，长桩的下部有时可不设钢筋，矿需用钢筋数量较少6对周围环境影响除静力压桩外，锤击的振动沉入的噪声和振动波影响附近环境和建筑物安全噪声和振动波很小，对周围环境影响不大7接桩问题由于桩架高度控制，一般桩长超过20m的需接桩一般无需接桩8沉桩或钻孔设置一般沉入桩桩架和沉桩设备较钻孔桩钻架和钻孔设备高大、笨重一般钻孔钻、钻架和设备较矮小、轻便9施工场地就地预制桩时，需较大的制桩、堆桩场地和制桩用水泥、钢筋和砂石料场地，但沉桩时，战胜场地不大采用正、反循环回转钻孔需设置泥浆沉淀循环池，占地较大，其它钻孔工艺占地不大。灌注混凝土时，需水泥、钢筋砂石料场地10用水情况用射水配合沉桩时，用水量较大，否则用水量很少用正、反循环回转钻孔进用水量较多，用其它工艺钻孔，只清孔进用水量较多。总的说钻孔桩用水较多11适应的土层对细粒土均可适应，但对较大的卵漂石层不能采用沉入桩各种土层均适应，对狼漂石层可采用冲击锥工艺钻孔。遇到岩层时，正、反循环采用牙轮钻头也可钻进12施工中可能发生的质量问题①桩尖遇到障碍下沉达不到设计标高②桩身破裂①钻孔进孔壁坍塌②灌注时如管理不善易发生各种质量问题详见后述21钻孔灌注桩基础2020/4/1521埋设护筒制备泥浆钻孔清底钢筋笼制作与吊装灌注水下混凝土22钻孔灌注桩基础2020/4/1522正回转钻机成孔反回转钻机成孔潜水电钻法冲击钻成孔冲抓锥成孔23钻孔灌注桩基础2020/4/152324挖孔灌注桩基础2020/4/1524用人工和适当的小型爆破，配合简单机具挖掘成孔，灌注混凝土（或钢筋混凝土）成桩，适用于无地下水或少量地下水的土层和岩层。25桩基础新技术—旋挖钻斗钻成孔灌注桩2020/4/1525泥浆护壁法钻、冲孔灌注桩在地下水位高的软土地区虽然被较广泛地采用，但由于泥浆的使用造成施工现场不文明及泥浆排除(称为二次公害)的困难。旋挖钻斗钻成孔灌注桩(即用旋挖钻机的钻斗钻头成孔而成的灌注桩)，因其干取土作业加之所使用的稳定液可由专用的仓罐贮存，现场较为文明。近10年来，青藏铁路、北京鸟巢工程及首都机场3号航站楼等均大量采用旋挖钻斗钻成孔灌注桩。旋挖钻斗钻成孔法包括：全套管护壁钻进法和稳定液护壁的无套管钻进法。26桩基础新技术—旋挖钻斗钻成孔灌注桩2020/4/1526对孔－下钻－钻进－提钻－回转－卸土272020/4/1527桩基础新技术—旋挖钻斗钻成孔灌注桩优点：①振动小、噪声低。②最适宜在粘性土中干作业钻成孔（此时不需要稳定液管理）。③钻机安装较简单，桩位对中容易。④施工场地内移动方便。⑤钻进速度较快。⑥工程造价较。⑦工地边界到桩中心的距离较小。⑧环境污染小。⑨成孔成桩质量高。282020/4/1528桩基础新技术—旋挖钻斗钻成孔灌注桩缺点：①当卵石粒径超过100mm时，钻进困难。②稳定液管理不适当时，会产生坍孔。③土层中有强承压水时，施工困难。④废泥水处理困难。⑤沉渣处理较困难，需用清渣钻斗。⑥因土层情况不同，孔径比钻头直径大7%—20%。292020/4/1529桩基础新技术—旋挖钻斗钻成孔灌注桩旋挖钻斗钻成孔灌注桩成孔直径多数为1-1.9m,钻孔深度多数为15-35m。成孔法适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层以及短螺旋不易钻进的含有部分卵石、碎石的地层，如采用特殊措施，还可嵌入强风化岩层。嵌入中、微风化硬岩层困难，工效低，钻头损耗大。302020/4/1530桩基础新技术—全套管沖抓取土灌注桩施工工法•冲抓斗跟管钻进法全套管灌注桩即贝诺特灌注桩。自20世纪50年代在法国问世后，在欧美、日本及我国香港地区得到广泛应用与发展。•该法利用摇动装置的摇动(或回转装置的回转)使钢套管与土层间的摩擦阻力大大减少，边摇动(或边回转)边压入，同时利用冲抓斗挖掘取土，直至将套管下到桩端持力层为止。312020/4/1531桩基础新技术—全套管沖抓取土灌注桩施工工法322020/4/1532桩基础新技术—全套管沖抓取土灌注桩施工工法332020/4/1533桩基础新技术—全套管沖抓取土灌注桩施工工法•全套管钻机是一种机械性能好，成孔深度大，成桩直径大的新型桩工机械，集取土、成孔、护壁、吊放钢筋笼、灌注混凝土等作业工序于一体，效率高，工序辅助费用低。•配合各种类型抓斗，可在各种土层、强风化与中等风化岩层中施工；适用于直径为0.8m、1.0m、1.2m和1.5m及深度在45m以下的桩孔施工；在厚度大于5m的细砂层中施工时应采取措施。342020/4/1534桩基础新技术—钻孔扩底灌注桩•钻孔扩底灌注桩是先将等直径钻孔方法形成的桩孔钻进到预定的深度，然后换上扩孔钻头，撑开钻头的扩孔刀刃使之旋转切削地层扩大孔底，成孔后放入钢筋笼，灌注混凝土形成扩底桩。•钻扩桩与直孔桩相比，其极限荷载为相应直孔桩的1.7〜7.0倍，单方极限荷载为相应直孔桩的1.4〜3.0倍。352020/4/1535桩基础新技术—三岔双向挤扩灌注桩•三岔双向挤扩灌注桩又称多节三岔挤扩灌注桩，简称DX挤扩灌注桩或DX桩。•DX挤扩灌注桩通过沿桩身不同部位设置的承力盘和承力岔，使等直径灌注桩成为变截面多支点的端承摩擦桩或摩擦端承桩，从而改变粧的受力机理，显著提高单桩承载力，既能提供较高的竖向抗压承载力，也能提供较高的竖向抗拔承载力。362020/4/1536桩基础新技术—三岔双向挤扩灌注桩•钻进成直孔—检查成孔质量—第一次孔底处理—挤扩装置就位—按设计盘位自上而下挤扩成腔—检查成腔质量—第二次孔底处理—移走钻机及挤扩装置—下放钢筋笼—灌注混凝土。372020/4/1537桩基础新技术—三岔双向挤扩灌注桩•DX液压挤扩装置（三岔双缸双向液压挤扩装置的简称）是在桩周土体中挤扩形成承力岔和承力盘腔体的DX液压挤扩专用设备。382020/4/1538桩基础新技术—三岔双向挤扩灌注桩•三岔双向挤扩灌注桩是在预钻（冲）孔内，放入专用的三岔双缸双向液压挤扩装置，用三岔双缸双向液压挤扩装置在桩孔外侧沿径向对称挤扩，形成一定宽度的上下对称的楔形腔，此后岔腔与桩孔同时灌注混凝土所形成的楔形体，称为承力岔。•承力盘是在桩孔同一标高处，用三岔双缸