华南理工大学本科基础工程4.1-4.2

红层中入岩钻进 红层分布面积约占广东省面积的1/3，多属软质岩石，而胶结 物为钙铁硅质的也可属硬质岩，大多软硬互层。旋挖钻进在广 东主要是在红层的应用 。10Mpa以内岩层钻进技术成熟，工效 高，得到较广泛的应用；钻进10～30 Mpa岩层也有应用，但机 械磨损大、工效低 ；大于30 Mpa岩层鲜有工程实例。 花岗岩及变质岩中钻进 广东省岩浆岩出露面积约占全省面积的近1/3，以粤中和粤 东沿海最为集中。花岗岩地区发育有孤石、岩质硬，旋挖钻进 成孔困难，需要解决钻具和动力不足难题，目前处于试验阶段 ，未推广到生产实践中。 灰岩中钻进 灰岩广泛分布于粤北曲江－仁化盆地、英德盆地、连阳盆地 和广化盆地。灰岩是水溶性岩石，多是中、微风化硬质岩，岩 面起伏大，溶洞发育。旋挖钻进成孔十分困难，尚无工程实例 。
1. 根据桩的性状和竖向受力情况划分 2. 根据施工方法划分 3. 根据挤土效应划分
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4.2.1
端承型桩和摩擦型桩
桩侧阻力，桩端阻力 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。
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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）。
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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。
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工程实例－－广州海珠区新窖镇瑞宝村某民宅
北
软土 剖面图
平面图
硬土
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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。 我系鉴定结果： 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。
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，
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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
4 桩基础
4.1 概述
高承台 低承台
桩 软弱土层 桩 上部结构 承台 承台
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上部结构
软弱土层
竖直桩 斜桩
(a) 坚实土层 (b) 坚实土层
图4－1 桩基础示意图
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（a）低承台桩基础；
（b）高承台桩基础
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适用性： ① 天然地基承载力和变形不能满足要求的高重建筑物； ② 天然地基承载力基本满足要求、但沉降量过大，需利 用桩基减少沉降的建筑物，如软土地基上的多层住宅建筑， 或在使用上、生产上对沉降限制严格的建筑物； ③ 重型工业厂房和荷载很大的建筑物，如仓库、料仓等； ④ 软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物； ⑤ 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，或需以桩承受水平力或上拔力的其它情况； ⑥ 需要减弱其振动影响的动力机器基础，或以桩基作为 地震区建筑物的抗震措施； ⑦ 地基土有可能被水流冲刷的桥梁基础； ⑧ 需穿越水体和软弱土层的港湾与海洋构筑物基础，如栈 21:38 2 桥、码头、海上采油平台及输油、输气管道支架等。
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
21:38 以助沉），但端部承载力较闭口的钢管桩小。 34
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。
在地下有溶洞、溶沟、石笋等石灰岩地区建造建筑物，当采 用天然基础不能满足承载力要求时，可采用夯扩桩作为基桩，
选择溶洞、溶沟或石笋上面一层土质相对较好的土层作为桩端 持力层，这样既避免了溶洞、溶沟、石笋等不良地质条件对基 础施工造成的困难，又解决了地基承载力不足问题。由于夯扩 桩具有较高的承载力，它一般可用于20层以下的民用和工业建 筑基础工程中。 21:38 64
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预应力混凝土管桩
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预应力混凝土管桩
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钢桩尖
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锤击法 沉桩
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静压法沉桩
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焊接接桩
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钢桩
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。
二个关键性问题
旋挖钻进成孔由于其自身工艺特点，在一些特殊 地层和特殊条件下就表现出局限性，这也是制约旋 挖机应用范围的主要问题。较为突出的是： • 1、在较厚淤泥层和砂层中如何保持孔壁稳定； • 2、在硬岩中旋挖钻进的问题。
岩层钻进成孔问题
•
旋挖钻机适用于土层、砂层，较松散的、 粒径较小的卵砾石层，以及10MPa以下的软 岩；在10～30Mpa较硬岩中施工工效较低， 机械磨损大，容易发生孔内事故和机械事故 ；大于30Mpa硬岩中施工十分困难，目前应 用极少。
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木桩上铸就的浪漫风情—威尼斯
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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。
旋挖钻机成孔作业
• 钻进效率高
•
• • • •
与常规钻机相比，旋挖钻机回转扭矩大，可根据地层情 况自动调整， 钻压大，易于控制，旋挖钻头直接从孔内提 取岩土。一般情况下，在土层的钻进速度可达10～15m /h ，是普通回转钻进的4～6倍，软岩进尺为1～2m/h 。 环境污染小 旋挖钻进为干式或无循环泥浆钻进，所用泥浆量仅为正 反循环钻进的1/10 ，施工现场整洁，振动小，噪声低。对 环境造成的污染小。 桩外侧作业空间小 可紧贴相邻建（构）筑物施工，施工扰动小。在挖孔桩 限制使用的今天，在城市施工中凸现优势。
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。 21:38
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4.2.2 预制桩和灌注桩
(1)预制桩
木桩，混凝土预制桩，钢桩
常用松木，长4~6m，桩径160~260mm， 多用于软弱地基上的民宅和小型建筑物。 应打入地下水位以下0.5m。要确保桩端 进入硬持力层。
特点：
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。
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2）钻（冲、磨）孔灌注桩
桩径600~2500mm
（国内）
桩长70m 特点： 桩径大； 能克服流砂、消除孤石 等障碍物； 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）。 21:38
特殊土地基上的桩基：软土、湿陷性黄土、岩溶……
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4.1.4 桩基设计内容
① 桩的类型和几何尺寸的选择； ② 单桩竖向（和水平向）承载力的确定； ③ 确定桩的数量、间距和平面布置；
④ 桩基承载力和沉降验算；
⑤ 桩身结构设计； ⑥ 承台设计； ⑦ 绘制桩基施工图。
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4.2 桩的类型
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夯扩桩的适用条件 夯扩桩一般适用于地表下5-28m为软弱土层或不均匀软弱土 层，而下部有一层性质相对较好的桩端持力层的地质条件。夯 扩桩的桩端持力层可以是砂砾、砂性土、粉土和可塑、硬塑粘 性土，也可以在大厚度高压缩性软土地基中选择一层性质相对 稍好的淤泥质粉土或软塑的粉质粘土作为桩端持力层。
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沉箱
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桩基设计原则： 荷载效应组合与浅基础相同。 桩基设计应满足下列基本条件： 单桩承受的竖向荷载不应超过单桩竖向承载力特征值； 桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值； 对位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。
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Baidu Nhomakorabea
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人工挖孔桩施工
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挖孔桩
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挖孔桩的优点是，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；缺点是桩孔内空间狭小、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。
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挖孔桩施工时因流砂导致地面塌陷
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旋挖桩
筒式钻头
旋挖钻机
螺旋钻头
已完成旋挖桩
土层钻进钻头
岩层钻进钻头
• 中海金沙湾项目桩基础工程
• 多幢30层商住楼，场地砂土、淤泥平均厚度5米， 基岩为砂岩 ，工程桩为Φ1200～2000嵌岩桩，采用旋 挖钻机施工，入中风化砂岩6.0m～10.0m。
§4.1.1 桩基础的使用
软土 层
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桩
新加坡发展银行,四墩, 每墩直径7.3m 将荷载传递到下部好 土层,承载力高
大直径钻孔 桩 部分风化及 不风化泥岩
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风化砂岩及粉砂岩
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新加坡发展银行,四墩 7.3m
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桩
现场灌注 护坡桩
造价低
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桩
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（2）灌注桩 灌注桩是直接在所设计桩位处成孔，然后在孔内加放 钢筋笼（也有省去钢筋的）再浇灌混凝土而成。
特点： 适用于各种地基土，桩端可进入中、微风化岩层；
桩径可较大，配筋量小；
桩长可按要求确定； 桩身质量相对较差。
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灌注桩
预制桩
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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
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钻（冲）孔 施工
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3)挖孔桩 桩径0.8~2m（广州新电视塔用 了24根，桩径3.8m)
柱插筋
插筋 箍筋 主筋
桩长宜小于30m
加劲筋
护壁
h1 h
b
d D
b
b
d D
b
h1 h
图4-6 扩底桩构造
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图4－5 人工挖孔桩示例
4）爆扩灌注桩（自学）
我国常用灌注桩的适用范围见表4-1。 其他桩型：
旋挖桩
夯扩桩（93年在广州首次应用，桩径400-600mm） 挤扩支盘桩（桩径400-800mm）
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夯扩桩是在沉管灌注桩的基础上，桩端混凝土经过锤击夯扩 形成扩大头来达到提高桩端阻力和桩承载力的一种新颖扩底桩。 该工艺采用外管和内夯管套合施工法。当沉管达到设计深度， 抽出内夯管，在外管内灌注扩大头混凝土，然后插入内夯管， 锤击内夯管，将管内的混凝土夯出管外形成扩大头。扩大头形 成后，再浇灌桩身混凝土，拔管时，借助于安装在外管上的振 动锤，使得桩身混凝土在振动中成型，弥补了一般沉管灌注桩 易产生缩颈、断桩等缺陷，从而提高了桩身质量。