1、第三章 桩基础第一节 概述如果建筑场地浅层的土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求，而又不适宜采取地基处理措施时，就要考虑深基础方案了。深基础主要有 桩基础、沉井和地下连续墙 等几种类型，其中以桩基础应用最为广泛。 桩基础是最古老的基础型式之一。智利古文化遗址中发现的桩距今约有 12000年。河姆渡遗址表明，在 7000年前，我国已有采用木桩支承房屋的历史。在漫长的历史过程中，桩基有了很大的发展变化，特别是近代以来，桩基从型式到工艺和规模都有了飞跃发展。显现出强大的生命力和广阔的发展前景。一、桩基础的组成与特点1.组成桩基础 是由埋于地基土中的若干根桩通过承台（或盖梁）将其联成一个整体而形
2、成的一种基础型式。 图 3.1 桩基础1.承台； 2.基桩； 3.松软土层；4-.持力层； 5.墩身桩身可以全部或部分埋入地基土中，当桩身外露在地面上较高时，在桩之间还应加横系梁，以加强各桩之间的横向联系。若干根桩在平面排列上可成为一排或几排，所有桩的顶部有承台联成一整体。在承台上再修筑桥墩、桥台及上部结构。 2.作用承台的作用 是将外力传递给各桩并将各桩连城一体共同承受外荷载。基桩作用 在于穿越软弱的压缩性土层或水中，将桩所承受的荷载传递到更硬、更密实或压缩性较小的地基持力层上。各桩所承受的荷载由桩通过桩侧土的摩阻力及桩端土的抗力将荷载传递到桩周土及持力层中，如图所示。3.特点桩基础设计正确
3、，施工得当，则具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀，抗震能力强，适应性好，机械化程度高，生产效率高，耗用材料少、施工简便等特点。在河水河道中，可避免水下工程，抵抗河流冲刷，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、桩基础的适用条件基础类型往往通过多种方案的技术经济比较确定，下列情况下往往适宜采用桩基础。(1)荷载较大，地基上部土层软弱，适宜地基持力层较深；(2) 河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易正确计算，采用浅基础施工困难或不能保证基础的安全时；(3) 当地基计算沉降过大或结构物对不均匀沉降敏感时； (4) 当施工水位或地下水位较高时，采用桩基础可减小施工困难和避免水下施
4、工； (5) 在地震区，以桩基作为地震区结构抗震措施或穿越可液化地基时。(6) 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。(7) 遇到特殊土，地基不稳定，采用桩基础可穿越不稳定土层，将荷载传至深层稳定土层中。(8)采用桩基础抵抗上拔力或倾覆时。 第二节 桩和桩基础的类型及构造一、桩按受力条件分类1.竖向受荷桩（ 1）摩擦型桩桩穿过并支撑在各种压缩性土层中，在竖向荷载作用下，基桩所发挥的承载力以侧摩阻力为主，统称为 摩擦型桩。 包括： 摩擦桩与端承摩擦桩。摩擦型桩和端承型桩(a) 摩擦桩 ; (b) 端承摩擦桩 ; (c) 摩擦端承桩 ; (d) 端承桩以下几种情况均视为摩擦
5、型桩： 当桩端无坚实持力层且不扩低时； 当桩的长径比很大时； 当预制桩沉桩过程由于桩距小，已沉入桩上涌，桩端持力明显降低时。（ 2）端承型桩桩穿越较松软土层，桩底支撑在坚实土层或岩层中，且桩的长径比不太大时，在竖向荷载作用下，基桩所发挥的承载力以柱底土层的抵抗力为主时， 称为端承型桩。 包括 摩擦端承桩和端承桩两种。2.横向受荷桩（ 1）主动桩：桩顶受横向荷载作用，桩身轴线偏离初始位置，桩身所受土压力因桩主动变位而产生。风力、地震力等。（ 2）被动桩：沿桩身一定范围内承受侧向压力，桩轴线被该土压力作用而偏离初始位置。深基坑支护桩、坡体抗滑桩等。（ 3）竖直桩与斜桩按桩轴方向可分为 竖直桩、单向
6、斜桩和多向斜桩等。（见教材 P50）二、按施工方法分类（ 1）预制桩（沉桩）预制桩是按设计要求在工厂或预制现场制作成型的桩。1.打入桩：打入桩是通过锤击将各种预先制好的桩打入到地基内达到所需要的深度。适用于桩径小，地基土较软弱或松散。2.振动下沉桩：振动下沉桩是将大功率的振动打桩机安装在桩顶，利用振动力以减少土对桩的阻力，使桩沉入土中。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加明显。3.静力压桩：利用重力将桩压入土中。 适用于软粘土地基和不允许有强烈振动的情况下。预制桩的特点见教材（二）灌注桩1.钻、挖孔灌注桩1）钻孔灌注桩定义2）钻孔灌注桩的特点及适用条件钻孔灌注桩的特
7、点是施工设备简单、操作方便，适用于各种砂性土、粘性土，也适用于碎、卵石类土层和岩层。对于淤泥及可能发生流砂或承压水的地基，施工较困难。3）挖孔灌注桩定义4）挖孔灌注桩特点及适用条件挖孔灌注桩适用于无水或少水的较密实的各类土层中。桩的直径（或边长）不宜少于 1.4m， 孔深不宜超过 20m。对可能发生流砂或含较厚的软粘土层地基施工较困难；在地形狭窄、山坡陡峻处可以代替钻孔桩或较深的刚性扩大基础。挖孔桩的特点见教材。2.沉管灌注桩1）定义 （见教材 P52）2）特点及适用条件由于采用了套管，可以避免钻孔灌注桩施工中可能产生的流砂、塌孔的危害和由泥浆护壁所带来的排渣等病害。但桩的直径较小，常用的尺寸
8、在 0.6m以下，桩长在 20m以内， 它适用于粘性土、砂性土地基。在软粘土中由于沉管的挤压作用对邻桩有挤压影响，且挤压时产生的孔隙水压力易使拔管时出现混凝土桩缩径现象。各类灌注桩共同优点见教材：三、高桩承台和低桩承台桩基础按承台位置可以分为 高桩承台基础和低桩承台基础（简称高桩承台和低桩承台）。高桩承台的承台底面位于地面（或冲刷线）以上，低桩承台的承台地面位于地面（或冲刷线）以下。 高桩承台的结构特点是基础部分桩身沉入土中，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）。图 3.4 桩基础承台类型(a)低承台桩基 ; (b)高承台桩基高桩承台由于
9、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，可避免或减少水下作业，施工较为方便，而且经济。然而，高桩承台基础刚度较小，在水平力作用下，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，桩身内力和位移都将大于在同样水平外力作用下的低桩承台，在稳定性方面低桩承台也较高桩承台好。四、不同桩身材料的桩及其构造桩的构造 指的是桩的几何形状、几何尺寸大小、采用什么材料、对材料的强度等级要求及含筋率高低等。（一）钢筋混凝土灌注桩构造要求见教材（二）钢筋混凝土预制桩构造要求见教材。（三）钢桩1.钢桩的形式钢桩的形式很多，主要有钢管型和 H型钢桩，钢管桩的分段长度
10、按施工条件确定，不宜超过 12-15m，常用直径 4001000mm.2.钢管桩的设计厚度钢管桩的 设计厚度由有效厚度和腐蚀厚度两部分组成。 有效厚度为管壁在外力作用下所需要的厚度。3.钢桩的防腐钢桩防腐处理可采用外表涂防腐层，增加腐蚀余量及阴极保护。当钢管桩内壁同外界隔离时，可不考虑内壁防腐。4.钢管桩的分类钢管桩按桩端构造可分为 开口桩和闭口桩两类。（四）承台的构造及桩与承台的连接1.对承台的要求对于多排桩基础，桩顶由承台连接成为一个整体。承台的平面尺寸和形状应根据上部结构（墩、台身）底截面尺寸和形状以及基础的平面布置而定，一般采用矩形和圆端形。承台厚度应保证承台有足够的强度和刚度，其厚度
11、不宜小于 1.5m。混凝土强度不应低于 C25。对于空心墩台的承台，应验算承台强度并设置必要的钢筋。2.桩和承台的连接桩顶主筋深入承台连接： 桩身嵌入承台的深度可采 100mm；伸入承台的桩顶主筋可做成喇叭形（约与竖直线倾斜 15度；若受构造限制，主筋也可不做成喇叭形），深入承台内的主筋长度，光圆钢筋不应小于 30倍钢筋直径（设弯沟）， 带肋钢筋 不应小于 35倍钢筋直径（不设弯沟）。图 3.6 桩和承台的连结桩顶直接埋入承台连接： 当桩径 (或边长 )小于 0.6m时不应小于2倍桩径或边长 ;当桩径为 0.61.2mm时不应小于 1.2m；当桩径（或边长）大于 1.2m时 ,埋入长度不应小于
12、桩径（或边长）。 3.承台的钢筋构造当桩顶直接埋入承台连接时，应在每根桩的顶面上设 1-2层钢筋网。当桩顶主筋伸入承台时，承台在桩身混凝土顶端平面内须设一层钢筋网，在每米内（按每一方向）设钢筋网 12001500mm2,钢筋直径采用 12-16mm，钢筋网在越过桩顶钢筋处不应截断。并应与桩顶主筋连接。钢筋网也可根据基桩和墩台的布置，按带状布置，如图所示。承台的顶面与侧面应设置表层钢筋网，每个面在两个方向的截面面积均不宜小于 400mm2/m，钢筋间距不应大于 400mm。图 3.7 承台底钢筋网第三节：桩基础的施工桩基础施工方法众多，现介绍几种常用的桩基础施工方法。主要包括 施工工序、施工设备
13、和施工技术要求。桩基础施工前应根据已定出的墩台或上部结构纵横中心轴线直接定出桩基础轴线和各基桩桩位，并设值好固定标志或控制桩，以便施工时随时校核。一、钻孔灌注桩的施工钻孔灌注桩施工应根据土质、桩径大小、入土深度和机具设备等条件选用适当的钻具和钻进方法。目前我国常使用的钻具有 旋转钻、冲击钻和冲抓钻。 以保证能顺利到达预计孔深，然后清孔、吊放钢筋笼架、灌注水下混凝土。现按施工顺序介绍其主要工序如下：（一）准备工作1.准备场地见教材 p56（水上作业见图）2.埋置护筒 见教材 p56；3.制备泥浆 见教材 p56； 4.安装钻机和钻架 见教材 p56。（二）钻孔1.钻孔方法与钻具（ 1）旋转钻进成孔：利用钻具的旋转切削土体钻进，并同时采用循环泥浆的方法护壁排渣。 （正循环与反循环）正反循环的特点见教材。
