土方与基础工程施工-桩基础(一)

'主讲：张殿波四川交通职业技术学院建筑工程系土方与基础工程施工 内容提要桩基础概述桩基础分类 一、概述第五章桩基础工程 桩基 （一）深基础适用条件建筑场地浅层地基土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求，也不宜采用地基处理等措施时。以地基深层坚实土层或岩层作为地基持力层，采用深基础方案。（二）常见深基础类型桩基础，沉井基础，墩基础，沉箱基础，地下连续墙以及高层建筑深基础护坡工程等。 （三）深基础与浅基础区别1.由深层较好的土来承受上部结构的荷重以外，还有深基础周壁的摩阻力共同承受上部荷重。深基础承载力较高。2.需要用特殊方法进行施工。3.造价较高。4.工期较长。5.技术较复杂，需要专职技术人员负责施工及质量检查，发现问题及时处理。 （四）桩基础的特点桩是竖直或微倾斜的基础构件，横截面尺寸远小于长度方向。荷载传递：桩侧摩擦阻力+桩端阻力OR通过桩身将横向荷载传递给土体 （五）桩的工程作用：(1)桩侧与土体接触，将荷载传递给桩周土体，或荷载传给深层的岩(砂、硬粘土)层；(2)对液化地基，桩穿越液化层，增加结构抗震能力；(3)桩侧竖向刚度大，桩穿越高压缩土层，沉降要求高的结构满足安全和使用要求；(4)桩具有很大的侧向刚度和抗拔力，抵抗台风、地震等巨大水平力；(5)改变地基基础的动力特性，提高地基基础自振频率，减少振幅，保证结构及设备正常运行。 （一）按承载性状分类根据竖向荷载下桩土相互作用特点，达到承载力极限状态时，桩侧与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比例，将桩分为两大类和四个亚类。1.摩擦型桩。分为：摩擦桩，端承摩擦桩。2.端承型桩。分为：端承桩，摩擦端承桩。二、桩的类型 端承型桩是指桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受的桩。端承型桩包括端承桩和摩擦端承桩两类。当桩侧阻力很小可以忽略不计时，称为端承桩。摩擦型桩是指桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受的桩。摩擦型桩包括摩擦桩和端承摩擦桩。当桩端阻力很小可以忽略不计时,称为摩擦桩。桩侧阻力，桩端阻力 端承型桩：其桩端一般进入中密以上的砂类、碎石类土层，或位于中风化、微风化及新鲜基岩顶面。这类桩的侧摩阻力虽属次要，但不可忽略。端承桩：桩的长径比较小（一般l／d≤10），桩身穿越软弱土层，桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中风化、微风化及未风化硬质岩石顶面（即入岩深度hr≤0.5d）。嵌岩桩：当桩端嵌入完整和较完整的中风化、微风化及未风化硬质岩石一定深度以上（hr>0.5d)时,称为嵌岩桩。工程实践中，嵌岩桩一般按端承桩设计。但这并不意味着嵌岩桩不存在侧阻和嵌岩阻力。 摩擦型桩：桩端持力层多为较坚实的粘性土、粉土和砂类土，且桩的长径比不很大。摩擦桩：具备下列条件之一时：①桩的长径比很大，桩顶荷载只通过桩身压缩产生的桩侧阻力传递给桩周土，因而桩端下土层无论坚实与否，其分担的荷载都很小；②桩端下无较坚实的持力层；③桩底残留虚土或残渣较厚的灌注桩；④打入邻桩使先设置的桩上抬、甚至桩端脱空等情况。 工程实例－－广州海珠区新窖镇瑞宝村某民宅剖面图平面图北转下页硬土软土 1995年10月6日下午4:20楼房先是缓慢向南倾斜，后突然倾覆倒塌。3名装修工人死亡，室内多人受伤。鉴定结果：违章作业；梁柱钢筋锚固长度严重不足；基础设计错误。判决结果：屋主、转包人、承建人赔偿40万元；承建人被处以有期徒刑一年零六个月。 （二）按桩身材料分类1.木桩（杉木、松木、橡木），长4~10m，直径18~26cm。适用于常年在地下水位以下的地基。2.混凝土桩（1）直径30~50cm，长不超过25m。（2）适用于：中小型工程承压桩、深基坑护坡桩。大多为施工期间临时性工程桩，待基础完工，基坑回填至地面后报废。（3）优点：设备简单，操作方便，经济，省钢材。（4）缺点：可能产生“缩颈”、断桩、局部夹土、混凝土离析。 3.钢筋混凝土桩（1）一般为预制桩。截面边长25~40cm，预制长度一般不超过12m，可接桩。（2）适用于：大中型各类建筑工程的承载桩。可承压、抗拔、抗弯、承受水平荷载。（3）优点：承载力大，不受地下水位与土质条件限制。（4）缺点：自重大，预制桩需大型打桩机和吊装的吊车。若桩长不够需接桩，桩太长需截桩，费事，造价较高。 4.钢桩（1）直径400~1000mm。目前我国最长的钢管桩达88m。（2）适用于：超重型设备基础；江河深水基础；高层建筑深基槽护坡工程（可多次利用）。（3）优点：承载力高，材料强度均匀可靠。（4）缺点：费钢材，价格高，易锈蚀。 H型钢桩，下端开口或闭口的钢管桩H型钢桩的横截面大都呈正方形，截面尺寸200×200～360×410mm翼缘和腹板的厚度为9～26mm。H型钢桩贯入各种土层的能力强，对桩周土的扰动亦较小。由于H型钢桩的横截面面积较小，因此能提供的端部承载力并不高。钢管桩的直径一般为400～3000mm，壁厚为6～50mm，国内工程中常用的大致为400～1200mm，壁厚为9～20mm。端部开口的钢管桩易于打入（沉桩困难时，可在管内取土以助沉），但端部承载力较闭口的钢管桩小。 钢桩的穿透能力强，自重轻、锤击沉桩的效果好，承载能力高，无论起吊、运输或是沉桩、接桩都很方便。但钢桩的耗钢量大，成本高，抗腐蚀性能较差，须做表面防腐蚀处理，目前我国只在少数重要工程中使用。工程实例－－杭州湾跨海大桥全长36km，打设钢管桩5475根，桩径1500~1600mm，壁厚20~23mm，l=71~89.35m。 （三）按桩的施工方法分类1.预制桩在地面上预先制作好钢筋混凝土桩身，然后通过锤击、静压或振动等方法将预制桩沉入地基内到达的深度，形成桩基础。桩径较小0.6m以下；地基土为砂性土、粉土、细砂及松散的不含大卵石的土。 预制桩沉桩方法：（1）锤击法（打入）；（2）振动法（砂土地基或钢桩），但不适合一般粘土地基；（3）静力压桩法（均质软土地基），适用于可塑、软塑状的粘性土地基，不适合砂土及其他较坚硬的土层。 混凝土预制桩普通混凝土预制桩、预应力混凝土管桩（PC）、预应力高强混凝土管桩（PHC）、预应力砼空心方桩。普通混凝土预制桩截面边长一般为300～500mm。可以在工厂生产，也可在现场预制。现场预制桩的长度一般在25～30m以内，工厂预制桩的分节长度一般不超过12m，沉桩时在现场连接到所需长度。 预应力混凝土管桩采用先张法预应力工艺和离心成型法制作。经高压蒸气养护生产的为预应力高强混凝土管桩（代号为PHC桩），其桩身离心混凝土强度等级不低于C80；未经高压蒸气养护生产的为预应力混凝土管桩（代号为PC桩），其桩身离心混凝土强度等级C60～C80。常用的PHC、PC管桩的外径为300～600mm，分节长度为7～13m，沉桩时桩节处通过焊接端头板接长。桩的下端设置十字型桩尖、圆锥型桩尖或开口型桩尖。 离心预应力预制钢筋混凝土 横断面 2.灌注桩(1)优点：在现场开孔，灌注成型。材料使用混凝土或钢筋混凝土。1）不需预先制作和运输。适用于当地无砼预制厂和交通不便的地区。2）可根据桩身内力大小，分段配筋或不配筋以节约钢材。3）可做成大直径灌注桩提高承载力。4）无如预制桩打桩时的振动和噪音。 (2)缺点：易造成缩颈。(3)据开孔方法和所用机具不同，可分为：1）沉管灌注桩；2）钻孔灌注桩（冲孔灌注桩）；3）夯扩桩；4）人工挖孔灌注桩；5）爆扩桩。 1)沉管灌注桩沉桩方式：锤击、振动、振动冲击。桩径：300~500mm。桩长：20m以内。施工设备简单，沉桩进度快，成本最低，但很易产生缩颈（桩身截面局部缩小）、断桩、局部夹土、混凝土离析和强度不足等质量问题。特点： 2）钻（冲、磨）孔灌注桩国内：桩径600~2500mm，桩长70m。特点：桩端能进入微风化硬质岩石。成本高；现场不够环保（泥浆护壁时）。桩径大；能克服流砂、消除孤石等障碍物； 3)挖孔桩桩径0.8~2m（广州新电视塔用了24根，桩径1m-2m)，桩长宜小于30m。 人工挖孔桩 广州市亚洲大酒店人工挖孔桩 挖孔桩的优点：可直接观察地层情况，孔底易清除干净，设备简单，噪声小，场区各桩可同时施工，桩径大，适应性强，桩端可以入岩，又较经济；缺点：桩孔内空间狭小、劳动条件差，可能遇到流砂、塌孔、有害气体、缺氧、触电和上面掉下重物等危险而造成伤亡事故，在松砂层（尤其是地下水位下的松砂层）、极软弱土层、地下水涌水量多且难以抽水的地层中难以施工或无法施工。 4）爆扩灌注桩 桩的施工工艺分类表 (1)挤土桩－－实心的预制桩，下端封闭的管桩，木桩，沉管灌注桩挤土桩在锤击、振动贯入或压入过程中，都将桩位处的土大量排挤开因而使桩周土层受到严重扰动，土的原状结构遭到破坏，土的工程性质有很大变化。粘性土由于重塑作用而降低了抗剪强度，孔隙水压力升高（土体固结后强度会更高）；而非密实的无粘性土则由于振动挤密而使抗剪强度提高。在饱和粘性土中挤土桩若设置过密，会使土体产生横向位移和竖向隆起，致使先打入的桩被推移或被抬起，或对邻近的结构物造成重大影响。（四）按挤土效应分类 钻孔植桩法：放样定桩位→钻机就位钻孔→测量孔深、孔径及孔底虚土沉渣→泥浆护壁→植入预制桩，桩尖达设计标高→拔送桩管、回填送桩内孔虚土。此新工艺将排挤土桩改善为低排挤土桩，减少超空隙水压力上升和土体隆起及位移，从而排除了沉桩时对邻近建筑物、马路、构筑物等不良影响，解决了穿越硬夹土层等的特定条件下的施工难度。 (2)非挤土桩－－钻、冲、挖孔桩设桩时桩周土不但没有受到排挤，相反可能因桩周土向桩孔内移动而产生应力松弛现象。因此，非挤土桩的桩侧摩阻力常有所减小。(3)部分挤土桩－－开口的管桩、钢管桩、H型钢桩 （五）按桩径大小分类1.小直径桩。d≤250mm，多用于基础加固的树根桩或静压锚杆托换桩及复合桩基础。2.中等直径桩。250mm