1、第三章桩基础,第一节桩基础的 组成、作用及适用条件,桩基础简介,桩基础是常用的桥梁基础类型，是埋于地基土中的若于根桩及将所有桩联成一个整体的承台(或盖梁)两部分所组成的一种基础型式。 :桩身可以全部或部分埋人地基土中，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，所有桩的顶部由承台联成一整体。在承台上再修筑桥墩、桥台及上部结构。 桩可以先预制好，再将其运至现场沉人土中;也可以就地钻孔(或人工挖孔)，然后在孔中浇筑水泥混凝土或置人钢筋骨架后再浇灌混凝土而成桩。,桩基础的作用,将承台以上结构物传来的外力通过承台，由桩传到较深的地基
2、持力层中。 承台将外力传递给各桩并箍住桩顶使各桩共同承受外力。 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地基土中,优点：,具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀等特点。 在深水河道中，桩基础可以借桩群穿过水流将荷载传到地基中，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劳动条件。 当地基浅层土质不良时，它能穿越浅层土发挥地基深层土承载力的作用，以满足桥梁上部结构物荷载的要求。,桩基础主要适用于下列条件:,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
3、不易计算正确，如采用浅基础施工困难或不能保证基础安全时;,3、当地基计算沉降过大或结构物对不均匀沉降敏感时，采用桩基础穿过松软(高压缩性)土层，将荷载传到较坚实(低压缩性)土层，减少结构物沉降并使沉降较均匀。另外桩基础还能增强结构物的抗震能力; 4、当建筑物受到较大的水平荷载，需要减少水平位移和倾斜时,、当施工水位或地下水位较高时，采用其他的深基础不合理或不经济时。 6、在地震区可增加建筑物的抗震性能，减少地震的危害。,第二节 桩和桩基拙的 类型与构造,桩与桩基础的分类： 桩和桩基础可按承台位置、沉入土中的施工方法、受力条件的不同而进行分类,高桩承台基础和低承台基础,1、高桩承台基础是指承台底
4、面位于地面(或冲刷线)以上 2、低桩承台基础的承台底面位于地面(或冲刷线)以下。,(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如图所示。,高桩承台基础的结构特点：是基桩部分桩身埋人土中，部分桩身外露在地面以上(称为桩的自由长度); 低承台基础的结构特点：是基桩则全部埋人土中(桩的自由长度为零)。,高桩承台基础特点,高桩承台基础由于承台位置较高或设在施工水位以上，可减少墩台圬工数量，可避免或减少水下作业，施工较为方便。 大直径钻孔灌注桩，桩的刚度、强度都较大，因而高桩承台在桥梁基础工程中也得到广泛应用。,高桩承台在水平力作用下，由于承台及基桩露出地面的一段自由长度
5、周围无土体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要好。 低桩承台要比高桩承台美观,(二)按施工方法分类,主要的是灌注桩和沉桩、管注基础。,1.灌注桩基础,1、用钻(冲)孔机械在土体中先钻成桩孔，然后在孔内放人钢筋骨架，灌注桩身混凝土而成钻孔灌注桩，最后在桩顶浇筑承台(或盖梁)，称为灌注桩基础。 特点：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。 但对于淤泥及可能发生流沙或有承压水的地基，施工较为困难，常常易发生塌孔或埋钻等情况。 一般钻孔灌注桩人土深度由几米至几百
6、米。,挖孔灌注桩,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成桩称为挖孔灌注桩。 适用：无水或渗水量小的地层，或地形狭窄、山坡陡峻处施工 对可能发生流沙或含厚的软粘土层施工较困难，需要加强孔壁支撑确保安全,特点：不受设备和地形限制，施工简单。 靠人工挖土，桩径较大，一般大于1.4m,沉管灌注桩,施工工艺：钢套筒沉入土中成孔 适用：黏性土，砂性土，砂土地基 常用尺寸：60cm以下 优点：避免流沙、塌孔、泥浆的排渣等弊端 缺点：容易造成缩颈现象,灌注桩的优点：,、噪声和震动： 2、任意桩长： ：穿透软硬土层，将桩端放在坚硬的图层或者嵌入岩石； 、配筋率低（和打入桩比）,
7、2.沉桩基础,将打入桩及振动下沉桩和静压桩均称为沉桩基础。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，打入地基内达到所需要的深度而成为桩基础。,适用：桩径较小(直径在0.60m以下)，地基土质为砂性土、软塑性粘土、粉土、细砂以及松散的不含大卵石或漂石的碎卵石类土质。,静力压桩,在软塑性土质中也可以用重力将桩压人土中称为静力压桩。 这种压桩施工方法免除了锤击打人的振动影响，是在软土地区，特别是在不允许有强烈振动的条件下建造桩基的一种适用的施工方法。,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(预制的钢筋混凝土桩或钢管桩)，利用振动力以减少土对
8、桩的阻力，使桩沉入土体中。适用于桩径较大、土的抗剪强度振动时有较大降低的砂土等地基。,预制桩的特点：,穿透性： 震动、噪声： 挤土效应： 预制桩质量好： 增加了摩阻力： 常会因为打不到设计标高而截桩，造成浪费 造价高：,3.管柱基础,将预制好的大直径(直径1-5m左右)钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土管柱(实质上是一种巨型的管柱，每节长度根据施工条件决定，一般采用4m,8m或l0m，接头用法兰盘和螺栓连接)，用大型的振动沉桩锤沿导向结构将桩沿垂直向振动下沉到基岩(一般以高压射水和吸泥机配合帮助下沉)，然后在管柱内钻岩成孔，下放钢筋骨架笼，灌注混凝土，将管柱与岩层牢固连接形成管柱基础需要大型的设备，
9、深水基础，不受季节限制 一般公路桥梁中很少采用。,(三)按基础的受力条件分类,结构物荷载通过桩基础传递给地基。 垂直荷载一般由桩底土层抵抗力和桩侧与土产生的摩阻力来支承; 水平荷载一般由桩和桩侧土水平抗力来支承， 因此，根据桩的受力条件基桩可分为:,柱桩或端承桩：埋在土中的桩，在承受轴向荷载后，桩四周的土与桩侧间将产生摩擦力，同时桩尖处的土对桩还存在桩尖反力。作用在桩上的轴向荷载应与桩侧摩阻力与桩尖反力之和相平衡，当桩尖支承在坚硬的岩层上时，荷载主要通过桩身直接传到桩尖下的岩层中去，这时桩侧摩阻力相对桩尖反力很小，可忽略不计，这种桩称为柱桩或端承桩; 如图所示。柱桩承载力较大，较安全可靠，基础
10、沉降也小，,摩擦桩,摩擦桩：当桩完全埋于较软弱的分散土中时，荷载主要是通过桩侧与土之间的摩擦作用传到桩尖以上处面积较大的土层中去，这时桩侧摩阻力和桩尖反力均需考虑，这种桩称为摩擦桩。岩层埋置很深，就需要采用摩擦桩。,摩擦桩：,判断摩擦桩的几种情况： 1、无持力层或不扩底 2、长径比大和端部荷载小 3、桩距小，桩数多，有上涌现象,柱桩与摩擦桩,2.竖直桩和斜桩,现已广泛采用的大直径钻(挖)孔灌注桩具有一定的抗弯和抗剪强度，因此，桩基础常全部采用坚直桩。 拱型桥墩台等结构物桩基础往往需设斜桩以承受上部结构传来的较大水平推力，减小桩身弯矩、剪力和整个基础的侧向位移。,地基与基础工程 Soil Mec
11、hanics and Foundation Engineering,本章小结,桩体,桩基础 （桩基）,连接桩顶 的承台,低桩承台,高桩承台,当承台底面 低于地下地 面以下时,低承台桩基础,高承台桩基础,当承台底面 高于地面时,相应基础,相应基础,低承台桩基础,高承台桩基础,二、桩基础的类型,（一）按承载性状分类,摩擦型桩,端承型桩,桩侧和桩端阻力的大 小以及它们分担荷载 的比例有很大差异,原由,按照不同的标准对建筑桩基础分类，是为了全面地认识桩基础，以便在桩基础的设计与施工中根据不同的条件和要求，选择不同的桩型和成桩工艺。,（三）按桩身材料分类,（1）混凝土桩,预制桩,灌注桩,（2）钢桩,（3
12、）组合材料桩,现场采用机械或人工挖掘成孔， 就地浇灌混凝土成桩。,工厂或现场预制成型的混凝土桩,主要有钢管桩和H型钢桩,借用两种材料组合成的桩,（四）按成桩方法分类,根据成桩方法和挤土效应,非挤土桩,部分挤土桩,挤土桩,（五）按桩径大小分类,（1）小桩：d250mm；（2）中等直径桩：250mmd800mm （3）大直径桩： d800mm,三、桩的施工工艺简介,（一）预制桩,1、预制桩种类,（1）钢筋混凝土桩,（2）预应力钢筋混凝土桩,（3）钢桩,2、预制桩的施工工艺,（1）锤击式,（2）静压式,（3）振动式,在工厂（或者现场）预制成桩以后再运至现场，在设计桩 位处以沉桩机械沉至地基土中设计深
13、度的施工方法的桩,（二）灌注桩,（1）沉管灌注桩,沉管 放笼 灌注 拔管,（2）钻孔灌注桩,（3）挖孔灌注桩,在现场设计桩位处的地基岩土层中以机械或者人工成孔至设计深度， 再吊放钢筋骨架、浇捣混凝土的施工方法的桩,（四）桩及桩基础的构造要求,1、桩的最小中心距,2、扩底灌注桩的扩底直径，不应大于桩身直径3倍。,3、桩底进入持力层的深度为桩身直径的 13倍。,5、桩的混凝土强度等级应该符合下表要求。,6、桩的配筋率应该符合下表要求。,4、布置桩位时宜使桩基承载力合力点与竖向荷载标准值组合合力作用点重合,7、配筋长度,注：表中d为桩身主筋直径。,8、桩身主筋伸入承台的长度,二、桩与桩基础的构造,1
14、、就地灌注钢筋混凝土桩的构造钻(挖)孔桩是采用就地灌注的钢筋混凝土桩，桩身常为实心断面，混凝土标号不低于C20，对仅承受竖直力的桩基础可用C15(但水下混凝土仍不应低于C20)。 2、钻孔桩设计直径一般为0.80一1. 50m，挖孔桩的直径或最小边宽度不宜小于1. 20m。,灌注钢筋混凝土桩的构造,主筋不宜过细过少(直径不宜小于14mm)，每根桩不宜少于8根，主筋净距不宜小于5cm。主筋若需焊接，焊接长度应符合规定，箍筋直径一般不小于8mm，中距为20一40cm。,对于直径较大的桩或较长的钢筋骨架，可在钢筋骨架上每隔2.0一2. 5m设置一道加劲箍筋(直径为14一18mm) ,如图所示。 钻(
15、挖)孔桩的柱桩根据桩底受力情况如需要嵌人岩层时，嵌人深度不得小于0.5m,2.钢筋混凝土预制桩,沉桩(打人桩和振动下沉桩)采用预制的钢筋混凝土桩，有实心的圆桩和方桩(少数为矩形桩)，有空心的管桩，另外还有管柱(用于管柱基础)。,钢筋混凝土预制桩,方桩横断面为20cm x 20cm50cm x 50cm，桩身混凝土标号不低C25，主筋直径一般为1225mm，主筋净距不小于5cm;箍筋直径为6一8mm，其间距一般不大于40cm(在两端处间距宜减小，一般为5cm)。,桩顶处，为了承受直接的锤击应设钢筋网加固，为了便于吊运，应在桩顶预设吊耳，一般由直径为20一25mm的圆钢制成，混凝土标号不低于 C2
16、5，如图所示。管柱用钢量较大，公路桥梁工程中很少采用,木桩,在盛产木材地区修筑或抢修桥梁以及建造施工便桥时，常采用木桩 是用挺直的杉木或松木做成 桩径(稍头)一般为140一260mm，桩长为4一8m。 木桩桩顶应加设铁箍，以保护桩顶不被打裂，桩尖削成棱锥形，常加铁桩靴，以便打入。,(二)桩的布置和间距,桩基础内基桩的布置应根据荷载、地基土质、基桩承载力等决定。 采用大直径钻孔灌注桩的中小桥梁常用单排式，如图所示; 在大型桥梁或水平推力较大时，则采用多排式(行列式或梅花式)，如图所示。,单排式、多排式(行列式或梅花式),桩中心距,摩擦桩中心距不得小于2.5倍成孔直径， 支撑或嵌固在岩层上的柱桩不
17、得小于2.0倍的成孔直径 桩的最大中心距一般也不超过5一6倍桩径。 打人桩的中心距不应小于桩径(或边长)的3倍，,管柱的中心距一般为管柱外径的2.5一3.0倍(摩擦桩)或2.0倍(柱桩)。 用振动法沉人砂土内的桩，在桩尖处的中心距不应小于桩径的4.0倍。,边桩外侧到承台边缘的距离,为了避免承台边缘距桩身过近而发生破裂，边桩外侧到承台边缘的距离：对于桩径小于或等于lm的桩不应小于0.5倍桩径且不小于250mm;对于桩径大于lm的桩不应小于0.3倍桩径并不小于500mm,(三)承台的构造,承台的平面尺寸和形状应根据上部结构(墩台身)底部尺寸和形状以及基桩的平面布置而定，一般采用矩形和圆端形。 公路
18、桥梁墩台的承台，其厚度不宜小于1. 5m。混凝土标号不宜低于C15。 对于盖梁式承台和柱式墩台、空心墩台的承台应验算承台强度并设置必要的钢筋，承台的厚度可不受上述限制。,桩与承台的连结,桩和承台的连接，钻(挖)孔灌注桩现都采取将桩顶主筋伸入承台，桩身伸人承台长度一般为150一200mm(盖梁式承台，桩身可不伸人)，如图所示。 伸入承台的桩顶主筋可做成喇叭形，约与竖直线倾斜150度，,构造,若受构造限制，主筋也可不做成喇叭形。伸入承台的钢筋应符合结构规范的锚固长度，一般应不小于600mm，并设箍筋。,对于不受轴向拉力的打人桩可不破桩头，将桩直接埋人承台内，桩顶直接埋人承台的长度，对于普通钢筋混凝
19、土桩及预应力混凝土桩，当桩径(或边长)小于0.6m时不应小于2倍桩径或边长; 当桩径在0.6一1. 2m时，不应小于1.2m;当桩径大于1. 2m时，埋人长度不应小于桩径。,承台钢筋,为防止承台因桩顶荷载作用发生破裂和断裂，应在承台底部桩顶平面上设置一层钢筋网如图所示，纵桥向和横桥向每lm宽度内可采用钢筋截面积1 200一1500mm平方 钢筋网在越过桩顶钢筋处不应截断，并与桩顶主筋连结。钢筋网按带状布设，如图3-llb)所示,低桩承台有时也可不设钢筋网。在桩之间如为了加强横向联系设有横系梁时，横系梁一般认为不直接承受外力，按横截面的0. 1%配置构造钢筋墩(台)身与承台边缘的襟边尺寸一般按刚性角要求确定。,
