西南大学基础工程课件第三章桩基础.docx

第三章 桩基础 在桥梁工程中，常用的三大基础是刚性扩大基础、桩基础和沉井基础，我们已经学习 和掌握了天然地基上刚性扩大基础的设计计算及施工，本章进入深基础桩基础的学习。 当地基浅层土质不良，采用浅基础无法满足建筑物对地基强度、变形和稳定性方面的 要求时，往往需要采用深基础。 本章将主要介绍桩基础的组成、作用及常用的结构型式；桩基础的分类、构造及施工 工艺并对桩基础的质量检验作简要介绍，还要讨论单桩的承载力问题，包括单桩的轴向承 载力、横轴向承载力和负摩阻力问题。 学完本章应该了解桩基础的基本知识，知道桩基础的施工工艺过程，掌握单桩轴向外 力的传递机理及单桩轴向受压容许承载力的确定方法。第一节 概述 一、桩基础的特点 1、组成 图 3-1 桩基础可以是单根桩（如一柱一桩的情况），也可以是单排桩或多排桩。对于双（多） 柱式桥墩单排桩基础，当桩外露在地面上较高时，桩间以横系梁相联，以加强各桩的横向 联系。多数情况下桩基础是由多根桩组成的群桩基础，基桩可全部或部分埋入地基土中。群桩基础中所有桩的顶部由承台联成一整体，在承台上再修筑墩身或台身及上部结构，如 图 3-1 所示。 2、作用 承台的作用是将外力传递给各桩并将各桩联成一整体共同承受外荷载。基桩的作用在 于穿过软弱的压缩性土层或水，使桩底坐落在更密实的地基持力层上。各桩所承受的荷载 由桩通过桩侧土的摩阻力及桩端土的抵抗力将荷载传递到桩周土及持力层中，如图 3-1b） 所示。 3、特点 桩基础如设计正确，施工得当，它具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀，在深 基础中具有耗用材料少、施工简便等特点。在深水河道中，可避免（或减少）水下工程， 简化施工设备和技术要求，加快施工速度并改善工作条件。二、桩基础的适用条件 在下列情况下可采用桩基础 （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 地基在技术上、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，位于基础或结构物下面的 土层有可能被侵蚀、冲刷，如采用浅基础不能保证基础安全时； （3）当地基计算沉降过大或建筑物对不均匀沉降敏感时，采用桩基础穿过松软（高压 缩）土层，将荷载传到较坚实（低压缩性）土层，以减少建筑物沉降并使沉降较均匀； （4）当建筑物承受较大的水平荷载，需要减少建筑物的水平位移和倾斜时； （5）当施工水位或地下水位较高，采用其它深基础施工不便或经济上不合理时； （6）地震区，在可液化地基中，采用桩基础可增加建筑物抗震能力，桩基础穿越可液 化土层并伸入下部密实稳定土层，可消除或减轻地震对建筑物的危害。 以上情况也可以采用其他型式的深基础，但桩基础由于耗材少、施工快速简便，往往 是优先考虑的深基础方案。 第二节 桩与桩基础的分类 为满足建筑物的要求，适应地基特点，随着科学技术的发展，在工程实践中已形成了 各种类型的桩基础，它们在本身构造上和桩土相互作用性能上具有各自的特点。学习桩和桩基础的分类，目的是掌握其特点、了解桩和桩基础的基本特征，以便设计和施工时更好 地发挥桩基础的特长。 下面按承台位置、沉入土中的施工方法、桩的设置效应、桩土相互作用特点及桩身材 料等分类介绍。一、桩基础按承台位置分类 桩基础按承台位置可分为高桩承台基础和低桩承台基础（简称高桩、低桩承台）如图 3-2 所示。 图 3-2 高桩承台的承台底面位于地面（或冲刷线）以上，低桩承台的承台底面位于地面（或 冲刷线）以下。高桩承台的结构特点是基桩部分桩身沉入土中，部分桩身外露在地面以上 （称为桩的自由长度），而低桩承台则基桩全部沉入土中（桩的自由长度为零）。 高桩承台由于承台位置较高或设在施工水位以上，可减少墩台的圬工数量，避免或减 少水下作业，施工较为方便。然而，在水平力的作用，由于承台及基桩露出地面的一段自 由长度周围无土来共同承受水平外力，基桩的受力情况较为不利，桩身内力和位移都比同 样水平外力作用下的低桩承台要大，其稳定性也比低桩承台差。二、按施工方法分类 基桩的施工方法不同，不仅在于采用的机具设备和工艺过程的不同，而且将影响桩与 桩周土接触边界处的状态，也影响桩土间的共同作用性能。桩的施工方法种类较多，但基 本形式为沉桩（预制桩）和灌注桩。（一）沉桩（预制桩） 是按设计要求在地面良好条件下制作（长桩可在桩端设置钢板、法兰盘等接桩构造， 分节制作），桩体质量高，可大量工厂化生产，加速施工进度。 1、打入桩（锤击桩） 打入桩是通过锤击（或以高压射水辅助）将各种预先制好的桩（主要是钢筋混凝土实 心桩或管桩，也有木桩或钢桩）打入地基内达到所需要的深度。这种施工方法适应于桩径 较小（一般直径在 0.60m 以下），地基土质为砂性土、塑性土、粉土、细砂以及松散的不 含大卵石或漂石的碎卵石类土的情况。 2、振动下沉桩 振动法沉桩是将大功率的振动打桩机安装在桩顶（预制的钢筋混凝土桩或钢管桩）， 利用振动力以减少土对桩的阻力，使桩沉入土中。它对于较大桩径，土的抗剪强度受振动 时有较大降低的砂土等地基效果更为明显。公桥基规将打入桩及振动下沉桩均称为沉 桩。 3、静力压桩 在软塑粘性土中也可以用重力将桩压入土中称为静力压桩。这种压桩施工方法免除了 锤击的振动影响，是在软土地区，特别是在不允许有强烈振动的条件下桩基础的一种有效 施工方法。 预制桩有如下特点 （1）不易穿透较厚的砂土等硬夹层（除非采用预钻孔、射水等辅助沉桩措施），只能 进入砂、砾、硬粘土、强风化岩层等坚实持力层不大的深度。 （2）沉桩方法一般采用锤击，由此产生的振动、噪声污染必须加以考虑。 （3）沉桩过程产生挤土效应，特别是在饱和软粘土地区沉桩可能导致周围建筑物、道 路、管线等的损失。 （4）一般说来预制桩的施工质量较稳定。 （5）预制桩打入松散的粉土、砂砾层中，由于桩周和桩端土受到挤密，使桩侧表面法 向应力提高，桩侧摩阻力和桩端阻力也相应提高。 （6）由于桩的贯入能力受多种因素制约，因而常常出现因桩打不到设计标高而截桩， 造成浪费。 （7）预制桩由于承受运输、起吊、打击应力，需要配置较多钢筋，混凝土标号也要相 应提高，因此其造价往往高于灌注桩。（二）灌注桩 灌注桩是在现场地基中钻挖桩孔，然后在孔内放入钢筋骨架，再灌注桩身混凝土而成 的桩。灌注桩在成孔过程中需采取相应的措施和方法来保证孔壁稳定和提高桩体质量。针 对不同类型的地基土可选择适当的钻具设备和施工方法。 1、钻、挖孔灌注桩 1）钻孔灌注桩定义 钻孔灌注桩系指用钻（冲）孔机具在土中钻进，边破碎土体边出土渣而成孔，然后在 孔内放入钢筋骨架，灌注混凝土而形成的桩。为了顺利成孔、成桩，需采用包括制备有一 定要求的泥浆护壁、提高孔内泥浆水位、灌注水下混凝土等相应的施工工艺和方法。 2）特点及适用条件 钻孔灌注桩的特点是施工设备简单、操作方便，适应于各种砂性土、粘性土，也适应 于碎、卵石类土层和岩层。但对淤泥及可能发生流沙或承压水的地基，施工较困难，施工 前应做试桩以取得经验。我国已施工的钻孔灌注桩的最大入土深度已达百余米。 3）挖孔灌注桩定义 依靠人工（用部分机械配合）在地基中挖出桩孔，然后与钻孔桩一样灌注混凝土而成 的桩称为挖孔灌注桩。 4）挖孔灌注桩特点及适