8 桩基础

人工挖孔扩孔桩 （芝加哥法）
爆破扩底桩
4 按成桩方法（设置效应）分类
随着桩的设置方法的不同，桩周土所受的排挤作用也很 不相同。排挤作用会引起桩周土天然结构、应力状态和性质 的变化，从而影响土的性质和桩的承载力。 (1)非挤土桩： 先钻孔后打入的预制桩和钻孔桩在成桩过程中将孔中土 体清除去，故设:沉桩时对土没有排挤作用，桩周土反而可能 向桩孔内移动。因此，非挤土桩的桩侧摩阻力常有所减小。 一般现场灌注的挖孔桩多属于非挤土桩。
大截面实心桩自重大，用钢量大，其配筋主要受起吊、运 输、吊立和沉桩等各阶段的应力控制。采用预应力混凝土桩， 则可减轻自重，节约钢材、提高桩的承载力和抗裂性。
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。桩的下端设置开口的钢桩尖或封口十字钢桩尖。沉桩 时桩节处通过焊接端头板接长。 预制桩的截面形状、尺寸和桩长可在一定范围内选择， 桩尖可达坚硬粘性土或强风化基岩，具有承载能力高、耐久 性好、且质量较易保证等优点。但其自重大，需大能量的打 桩设装备，并且由于桩端持力层起伏不平而导致桩长不一， 施工工艺比较复杂。
北京御桥
龙华塔千年木 桩至今完好
宋代，桩基技术已经比较成熟。如建于北宋天圣年间1023-1032 的山西太原晋祠圣母殿，是采用桩基的古建筑，至今保存完好。
2. 桩基础是深基础普遍 采用的重要型式
浅层地基不能满足使用功 能和地基基础设计的要求
要使用特殊、专门的 施工机械
大型专用沉槽机械
单桩类型
P
端承桩
s
P
s
P
2以承台的相对位置 • 低承台桩：承台底面低于地面； • 高承台桩：能好，桩承台周围的 土体可发挥一定作用。 • 在工业与民用建筑中多采用低承台桩，且多为竖 直桩，很少采用斜桩。 • 桥梁和港口工程中常用高承台桩，且多为斜桩， 以承受水平荷载。
螺旋钻
③挖孔桩 挖孔桩可采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护， 达所需深度后再进行扩孔、安放钢筋笼及浇灌混凝土而成。 挖孔桩一般内径应≥800㎜，开挖直径≥1000㎜，护壁厚 ≥100mm，分节支护，每节高500mm～1000mm，可用混凝土浇 注或砖砌筑，桩身长度宜限制在40m以内。
挖孔桩可直接观察地层情况，孔底易清除干净，设备简单，噪 音小，场区内各桩可同时施工，且桩径大、适应性强，比较经 济，但由于挖孔时可能存在塌方、缺氧、有害气体，触电等危 险，易造成安全事故，因此应严格执行有关操作规定，此外难 以克服流砂现象。
（9 ）当地下水位较高时，采用桩基可减小施工难度和避免水 下施工。
桩基础应用举例 软弱地基普遍采用 的一种基础型式。
预应力高强混 凝土管桩
右图是上海国际贸易谈 判大厦，基础采用的是 600mmPHC 桩基础
钱塘江桥建于1937年，是我国自行建造的第一座现代化公路、铁 路两用双层桁架梁桥，位于浙江杭州，由著名桥梁专家茅以升主 持修建。桥全长1453米，其中正桥长1072米 ，由16跨65.84米的 简支铆接钢桁架梁组成。正桥桥墩全部采用沉箱基础，其中6个 沉箱直接沉落在岩层上，9个沉箱各坐落在160根长27-30米并打 至岩层的木桩群顶上。
5 按桩身材料分类
(1)混凝土桩： 在现场采用机械或人工成孔，就地灌注混凝土成桩，称为 灌注桩。灌注桩可在桩内设置钢筋，也可不配钢筋；预制桩是 在工厂或现场预制成型的混凝土桩。有实心方桩、管桩。为提 高其抗裂性和节约钢材可作成预应力桩，为减小沉桩挤土效应 可做成敞口预应力管桩。 (2)组合材料桩： 是指用两种材料组合的桩，例如钢管桩内填充混凝土，或上 部为钢管桩下部为混凝土等型式的组合桩。
下列情况可考虑选用桩基础：
（1）不允许地基有过大沉降或不均匀沉降的高层建筑或其它 重要的建筑物；
（2）重型工业厂房和荷载很大的建筑物，如仓库、料仓；
（3 ）软弱地基或某些特殊性土的各类永久性建筑物； （4）作用有较大水平力和力矩的高耸结构物（如烟囱、水塔 等）的基础，或桩承受水平力或上拔力的其它情况； （5）需要减弱振动影响的动力机器基础； （6）地基存在可液化土层时以桩基作为地震区建筑物的抗震措 施； （7）建造在膨胀土或季节性冻土上的建筑； （8）在旧有建筑物附近建造新的建筑物时；
优点: 设备简单、打桩进度快、成本低。 缺点: 在软、硬土层交界处或软弱土层处易发生缩颈现象， 也可能由于邻桩的挤压或其它振动作用等各种原因使土体 上隆，引起桩身受拉而出现断桩现象，或出现局部夹土、 混凝土离析及强度不足等质量事故。
②钻（冲）孔灌注桩 钻（冲）孔灌注桩用钻机钻土成孔，然后清除孔底残渣， 安放钢筋笼，浇灌混凝土，有的钻机成孔后，可撑开钻头的 扩孔刀刃使之旋转切土扩大成孔，浇灌混凝土后在底端形成 扩大桩端，但扩底直径不宜大于3倍桩身直径。 最大优点是入土深，能进入岩层、刚度大、承载力高，桩身变 形小，并可方便地进行水下施工。 施工顺序主要分三大步：成孔、沉放钢筋笼、导管法浇 灌水下混凝土成桩。
低承台 桩
高承台桩
3 按施工方法分类
按桩的施工方法不同，可分为预制桩和灌注桩两大类。 （1） 预制桩 预制桩桩体可用钢筋砼、钢材或木料在现场或工厂制作， 然后以锤击、振动打入、静压或旋入等方式设置就位 ①混凝土预制桩 混凝土预制桩的横截面有方、圆等多种形状 。一般普 通实心方桩的截面边长为300mm～500mm，桩长在25m～30m以 内。工厂预制时分节长度一般小于12m，沉桩时在现场连接 到所需桩长。分节接头应保证质量以满足桩身承受轴力、弯 矩和剪力的要求。 通常可用钢板、角钢焊接，并涂沥青以防腐蚀；法兰盘 螺栓和硫磺胶泥锚固等。前两种适用于各类土层，第三种适 用于软土。
我国在桩基应用方面有悠久的历史，古代 不少用桩基础建造的建筑物。
如：南京的石头城、上海的龙华塔、西安的坝桥、 北京的御桥等；
至今仍情况良好。随着近代科学技术的发 展，桩的种类、桩的型式、施工工艺和设备以 及桩基础计算理论和设计方法都有很大的发展。 桩基础已成为在土质不良地区修建各种建 筑物，特别是高层建筑、重型厂房和具有特殊 要求的构筑物中广泛采用的一种基础型式。
②钢桩 常用的钢桩有下端开口或闭口的钢管桩和H型钢桩 等。一般钢管桩的直径为250mm~1200mm。钢桩的穿透能 力强，自重轻、锤击沉桩效果好，承载力高，施工方便。 缺点: 耗钢量大、成本高、易锈蚀，我国只在少数重大工程
中使用。
③木桩
常用松木、杉木或橡木做成，桩顶锯平并加铁箍，
桩尖削成棱锥形。木桩制作和运输方便、打桩设备简单， 在我国使用历史悠久，但目前已很少使用。
如果建筑场地浅层的土质不能 满足建筑物对地基的承载力和变形 的要求，又不适于采取地基处理措 施时，要考虑以下部坚实土层或岩 层作为地基持力层的深基础方案。
深基础有桩基础、沉井和地下 连续墙等几种类型，本章仅讲述桩 基础的理论与实践。
8 桩基础
8 桩基础
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 概述 桩和桩基的分类与质量检测 竖向荷载下单桩的工作性能 单桩竖向承载力的确定 桩的水平承载力与位移 群桩基础计算 桩基础设计
8.1
概述
桩基是一种古老的基础型式。桩工技术在我国经历了几千 年的发展过程。
1. 桩基础发展概况
早在7000-8000年前的新石器 时代，为了防止猛兽，人类祖 先就在湖泊和沼泽地里栽木桩 筑平台，修建居住点。
榫卯木构件（公元 前5000-3300年）
我国最早的桩基是在浙江河姆 渡的原始社会居住的遗址中发 现的。
8.2.1桩基的组成与特点
单桩基础：单根桩的形式承受和传递上部结构的荷载： 群桩基础：由２根或２根以上的多根桩组成的桩基础， 由承台将群桩在上部联结成一个整体，建筑物的荷载 通过承台分配给各根桩，桩群再把荷载传递给地基。 每根单桩称基桩。
桩基由设置于土中的桩和承接上部结构的承台组 成，桩顶埋入承台中。按承台与地面的相对位置不同， 分为低承台桩基和高承台桩基。
（2）灌注桩 灌注桩是直接在设计桩位处成孔，然后在孔内下放钢 筋笼再浇灌混凝土而成，其横截面呈圆形，可作成大直径 和扩底桩。灌注桩按沉桩方法分为：
①沉管灌注桩 利用锤击或振动等方法沉管成孔，然后浇灌混凝土、拔 出套管。 锤击沉管灌注桩的常用桩径为300mm～500㎜，桩长常 在20m以内，可打至硬塑粘土层或中、粗砂层。
8.2.2 桩的分类 １按承载性状分类 (1)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。
当采用静压法沉桩时，常用空心方桩；在软土层中亦有采 用三角形断面，以节省材料，增加侧面积和摩阻力。
• 预应力钢筋混凝土桩系将预制混凝土桩的部分或全部主 筋作为预应力张拉钢筋，采用先张法、后张法对桩身混 凝土施加预压应力，提高桩的抗冲（锤）击能力与抗弯 能力。预应力钢筋混凝土桩简称为预应力桩。 • 预应力钢筋混凝土桩与普通钢筋混凝土桩比较，其强度 重量比大，含钢率低，耐冲击，耐久性和抗腐蚀性能增 高，以及穿透能力强，因此特别适合于用作超长桩 （L>50m）和需要穿越夹砂层的情况，所以它们是高层 建筑的理想桩型之一，但制作工艺要求较复杂。
(2)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。