第8章-桩基础与其他深基础

1第8章桩基础8.1桩基础的类型8.2桩的承载力8.3桩基础设计8.4桩基础检测与验收8.5其他深基础2软土层承台基桩桩基的组成概述•深基础和桩基础的概念3•桩基的作用将荷载传递到坚硬下卧层将荷载传递桩周土体抵抗水平荷载4避免胀缩土带来的问题提供抗拔阻力防止土体流失带来的承载力下降51）高层、重要建筑物；2）重型工业厂房、仓库、料仓；3）较大水平荷载或上拔力的构筑物基础；4）精密或大型设备基础；5）表层软弱土层、需处理土层；6）地震区。桩基适用范围：6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7新加坡发展银行,四墩7.3m8现场灌注护坡桩造价低9现场灌注护坡桩造价低10桩基特点优点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)缺点施工环境影响:预制桩施工噪音钻孔灌注桩的泥浆造价较高11桩基设计原则（《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008））承载能力极限状态——桩基达到最大承载力导致整体失稳或发生不适于继续承载的变形。正常使用极限状态——桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的限值。•设计依据12•安全等级甲级、乙级、丙级•设计原则①所有桩基均应进行承载能力极限状态验算桩基竖向（抗压或抗拔）承载力和水平承载力计算；桩端平面以下软弱下卧层承载力验算；桩基抗震承载力验算；承台及桩身承载力计算。13②需要进行变形验算的桩基设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基，设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均或桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基，以及软土地基上多层建筑减沉复合疏桩基础应进行沉降计算；承受较大水平荷载或对水平变位要求严格的建筑桩基的水平变位验算。③抗裂或裂缝宽度验算不允许出现裂缝或需要限制裂缝宽度的混凝土桩身和承台应进行抗裂或裂缝开展宽度验算。原则：单桩承受的竖向荷载不超过单桩竖向承载力特征值；桩基础的沉降量不超过建筑物的允许沉降量；位于坡地、岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。14桩基础的设计内容选定桩的类型及几何尺寸单桩竖向（及水平）承载力的确定确定桩的数量、间距及平面布置桩基承载力和沉降验算桩身结构设计承台设计绘制桩基施工图15不同的分类标准（一）按承台（二）材料（三）形状（四）按尺寸（五）承载机理（六）施工方法（七）施工对土体的挤土效应桩的分类16高承台桩：承台在地面以上，桥桩、码头、栈桥低承台桩：承台在地面以下，承台本身承担部分荷载软土层(一)按承台承台:将几个桩结合起来传递荷载17低承台桩基18高承台桩基19（二）按桩材料分（桩身材料选择）木便宜；轻，易于处理可修剪至任意长度水位下耐久水位上易腐烂对荷载较大的情况不适用混凝土（钢筋混凝土）适合桩的范围很广地下水对混凝土的侵蚀混凝土的质量控制非常重要钢贵易处理承受很大的打桩应力高强度、高抗弯刚度长度可很长，可承担荷载大暴露部分易腐在海岸工程中长期使用需要保护薄截面桩可能会屈曲复合桩20（三）按桩的截面形状分实心方桩圆形桩空心管桩工字型桩Y型桩等异型桩21（四）按尺寸•按断面(直径）的大小：大直径:d800mm;小直径:d≤250mm;中等直径:250mmd≤800mm•按长度（长径比）短桩：L≤15m；中长桩：15mL≤40m；长桩:40mL≤80m（3)；超长桩：L80mL/（：桩的特征长度）22(五)按承载性状分Q=Qp+QsTipresistance,Skinfriction(1)端承型桩：是指在竖向荷载作用下,桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承受。根据桩端阻力所分担荷载的比例，分为：端承桩：桩顶极限荷载绝大部分由桩端阻力承担，桩侧阻力可忽略不计。桩的长径比较小，桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中、微风化及新鲜基岩中。摩擦端承桩：桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但桩端阻力分担荷载较大，桩侧阻力不可忽略。通常桩端进入中密以上的砂类、碎石类土层中或位于中、微风化及新鲜基岩顶面。嵌岩桩：桩端嵌入岩层一定深度23(2)摩擦型桩：是指在竖向荷载作用下，桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力承受。根据桩侧阻力与桩端阻力所分担荷载的比例，分为：摩擦桩：桩顶极限荷载绝大部分由桩侧阻力承担，桩端阻力可忽略不计。如：①桩长径比很大，桩顶荷载只通过桩身压缩产生的桩侧阻力传递给桩周土，桩端土层分担荷载很小；②桩端下无较坚实的持力层③桩底残留虚土或沉渣的灌注桩④桩端出现脱空的打入桩。端承摩擦桩：桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但桩侧阻力分担荷载较大，同时有一定的桩端阻力。2425（六）按施工方法分预制桩混凝土桩（实心、空心），预应力管桩钢桩（各种截面）沉桩方法：锤击、振动锤、静压灌注桩沉管灌注桩钻孔灌注桩挖孔桩爆破灌注桩现浇薄壁管桩关键就是要成孔26打入桩锤击法沉桩是用桩锤（或辅以高压射水）将桩击入地基中的施工方法，适用于地基土为松散的碎石土（不含大卵石或漂石）、砂土、粉土以及可塑粘性土的情况。锤击法沉桩伴有噪声、振动和地层扰动等问题，在城市建设中应考虑其对环境的影响。27打入预制桩——第一节桩体打入预制桩——电焊接桩28压入桩静压法沉桩是采用静力压桩机将预制桩压入地基中的施工方法。静压法沉桩具有无噪声、无振动、无冲击力、施工应力小、桩顶不易损坏和沉桩精度较高等特点。但较长桩分节压入时，接头较多会影响压桩的效果。2930优点：造价低，管内无水作业桩身砼质量好；缺点：产生缩颈、夹土、断桩，因挤土效应相邻桩可能破坏。防治措施：•控制拔管速度，快振慢拔；•合理选择打桩顺序：“跳打”；采用“复打法”。3132•湿作业法适用于地下水位较高的地质条件；•干作业法适用于地下水位以上干土层桩基。优点：无挤土、无振动、噪音小，对邻近建筑物影响小，城区高层建筑常用。缺点：泥浆沉淀不易清除，承载力降低，沉降量增大。防治措施：浇灌前清底，夯填或注水泥浆。尺寸：一般600~800mm，较大3000mm。33钻孔灌注桩钻机钻孔34吊钢筋笼入孔35浇筑混凝土36成桩37挖孔灌注桩：•指用人工方法挖掘成孔（护壁：砼），安放钢筋笼，灌注混凝土而成的桩。•优点：可直接鉴别检验成孔质量，干作业，桩身质量易保证无挤土效应影响，施工简单，造价低。活瓣圆台形模板•适用条件：粘性土和地下水位较低的条件，忌在含水砂层中施工，防止产生流砂塌孔。宜做大直径桩，单桩承载力大。•缺点：劳动条件差。38人工挖孔灌注桩3940人工挖孔桩41人工挖孔灌注桩干浇混凝土42（七）按施工对土体的挤土效应分挤土桩：实心桩或者闭口的管桩打入或压入地基中，将挤开大量的土体。部分挤土桩：同样是打入或者压入到地基中，但截面积小，开口管桩，H型桩，I型桩或者箱形桩非挤土桩：首先在地基中取土成孔（钻、挖孔），然后在钻孔内成桩43荷载传递机理发挥过程单桩竖向承载力SoS(z)SQ(z)+dQ(z)SQdZSSoQ(z)dsQQQsQoq(z)SQ(z)(a)轴向受压的桩(b)截面位移(c)摩阻力分布(d)轴力分布桩土体系荷载传递分析8.2桩的承载力44桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程就是桩土体系荷载的传递过程。桩顶受竖向荷载后，桩身压缩而向下位移，桩侧表面受到土的向上摩阻力，桩侧土体产生剪切变形，并使桩身荷载传递到桩周土层中去，从而使桩身荷载与桩身压缩变形随深度递减。随着荷载增加，桩端出现竖向位移和桩端反力。桩端位移加大了桩身各截面的位移，并促使桩侧阻力进一步发挥。一般说来，靠近桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥，而侧阻力先于端阻力发挥出来。SoS(z)SQ(z)+dQ(z)SQdZSSoQ(z)dsQQQsQoq(z)SQ(z)竖向荷载下单桩的荷载传递45侧阻力和端阻力发挥的异步性侧阻力在桩土相对位移5～10mm全部发挥（粘性土4～6mm，砂土6～10mm），与桩的长度和尺寸无关。端阻力在桩端位移达0.1～0.25倍桩径才全部发挥（粘性土0.1～0.25d，砂土0.08～0.1d）。桩侧摩阻力桩截面位移图4－9曲线ABDC046psQQQ桩侧阻力与桩端阻力相对大小与桩径、桩长、桩身的压缩性、桩间距，以及桩侧土体性状、桩端土体性状、成桩方式、荷载水平等因素有关，。根据力的竖向平衡，有：桩的荷载传递的一般规律QpQsQ47荷载机理的主要影响因素（主要是对端阻力、侧阻力的发挥）桩端土和桩周土刚度之比Eb/Es桩身刚度与桩侧土的刚度比Ec/EsEb/Es越小，侧摩阻力分担的荷载比例越大，桩身轴力沿深度衰减越快，传递到桩端的荷载越小。Ec/Es越大，传递到桩端的荷载增大，但当Ec/Es达到较大值后，端阻分担的荷载比的变化将不明显。48桩端直径与桩身直径D/d长径比l/dl/d增大，传递到桩端的荷载减小，桩身下部侧阻力发挥值相应降低很长的桩都属于摩擦桩。为什么？D/d增大，桩端阻力分担的荷载比增加49单桩的破坏形式1、桩身发生破坏屈曲破坏—取决于桩身的材料强度2、地基土发生破坏整体剪切破坏--取决于桩端土的支承力刺入破坏---取决于桩周土强度（土较硬）-----取决于上部结构所能承受的极限沉降（土较软）50桩侧和桩端土能提供的承载力要超过桩身强度所能承受的荷载，桩身先于土发生曲折或桩顶压屈破坏。易发生桩身材料屈服破坏的桩型：端承桩超长摩擦桩•屈曲破坏51•整体剪切破坏桩穿透较软弱土层进入较硬持力土层，当桩底压力超过持力土层的极限承载力时，在土中形成完整的滑裂面，土体向上挤出而破坏。易发生整体剪切破坏的桩型：桩端进入硬土层的摩擦桩52•刺入剪切破坏桩周与桩端以下均为具有中等强度的均质土层。易发生刺入剪切破坏的桩型：均质土中的摩擦桩土较软土较硬53单桩竖向承载力确定方法桩身材料强度能提供的承载力混凝土R=cfcAp钢筋混凝土R=（cfcAp+0.9fy’As）fy’—钢筋抗压强度设计值—桩的稳定系数c—基桩施工的工艺系数54静载荷试验是评价单桩承载力诸法中可靠性较高的一种方法。主梁次梁千斤顶加压试验桩锚桩(4根)沉降观测点重物支墩千斤顶加压沉降观测点试验桩(a)(b)图4－11单桩静载荷试验的加荷装置(a)锚桩横梁反力装置；(b)压重平台反力装置缺点：时间长；费用高。静载荷试验55挤土桩在设置后须隔一段时间才开始载荷试验。这是由于打桩时土中产生的孔隙水压力有待消散，且土体因打桩扰动而降低的强度也有待随时间而部分恢复。所需的间歇时间：预制桩在砂类土中不得少于7天；粉土和粘性土不得少于15天；饱和软粘土不得少于25天。灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后才能进行。加荷分级不应少于8级，每级加载量宜为预估极限荷载的1/8~1/10。56符合下列条件之一时可终止加载：1.当荷载～沉降(Q~s)曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过40mm;ssuQuQuQ图4－10单桩荷载－沉降曲线A－陡降型；B－缓变型ABO2.Δsn+1/Δsn≥2，且经24h尚未达到稳定；3.25m以上的非嵌岩桩，Q~s曲线呈缓变型时，桩顶总沉降量大于60~80mm；4.在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大于100mm。57单桩竖向极限承载力Qu应按下列方法确定：1.作荷载～沉降(Q~s)曲线和其他辅助分析所需的曲线。桩顶沉降sOsaRaQu荷载Q102030601002003006001000a1.40MNb1.50MNc1.60MNd1.70MNe1.75MNf1.80MNg1.85MNh1.90MN10152025(a)(b)图4-12单桩静载荷试验曲线(a)单桩Q-s曲线；(b)单桩s-logt曲线桩顶沉降s(mm)时间(min)2.当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载值。3.当出现终止加载条件第二条的情况，取前一级荷载值。4.Q~s曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40mm所对应的荷载值，当桩长大于40m时，宜考虑桩身的弹性压缩。58单桩竖向