工程地质与地基基础--桩基础课件.ppt

桩桩 基基 础础2内容提要内容提要n桩基础及其分类桩基础及其分类 n桩基础的施工桩基础的施工 n单桩竖向抗压承载力计算单桩竖向抗压承载力计算 n水平荷载下基桩的内力及位移计算水平荷载下基桩的内力及位移计算 n群桩基础受力分析群桩基础受力分析 n桩基础设计简介桩基础设计简介3n 组成组成：基桩和连接于桩顶的承台。基桩和连接于桩顶的承台。n 作用：作用：将上部结构荷载通过将上部结构荷载通过承台承台传传 递给递给基桩基桩，再由基桩传递到，再由基桩传递到 地基土体地基土体。n 特点：特点：历史悠久、承载力高、稳定历史悠久、承载力高、稳定 性好、沉降量小而均匀、便性好、沉降量小而均匀、便 于机械化施工、适应性强。于机械化施工、适应性强。低承台桩基示意图低承台桩基示意图 1 桩基础及其分类 1.1 1.1 概述概述4单桩基础单桩基础群桩基础群桩基础承台承台基桩基桩上部结构荷载上部结构荷载 1.1 概述5n 地基土质差或软硬不均，不能满足上部结构对变形的要求。地基土质差或软硬不均，不能满足上部结构对变形的要求。n 地基软弱或土性特殊，自重湿陷性黄土、膨胀土等。地基软弱或土性特殊，自重湿陷性黄土、膨胀土等。n 荷载大，且伴有较大偏心、水平、动力或周期性荷载作用。荷载大，且伴有较大偏心、水平、动力或周期性荷载作用。n 水中基础施工困难，如桥梁、码头、钻采平台等。水中基础施工困难，如桥梁、码头、钻采平台等。n 需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。1.1 概述桩桩基基础础适适用用范范围围桩的作用桩的作用：（1 1）将荷载传至硬土层（如下图）将荷载传至硬土层（如下图a a），或分配到较大），或分配到较大的深度范围的深度范围 （如下图（如下图b b），以提高承载力。），以提高承载力。（2 2）减小沉降，从而也减小沉降差，故地基强度够，而变）减小沉降，从而也减小沉降差，故地基强度够，而变形不合要求时采用形不合要求时采用桩基础桩基础。两塔过近，会两塔过近，会相对倾斜，用相对倾斜，用桩基解决桩基解决厂房内堆载，使柱下基础倾厂房内堆载，使柱下基础倾斜，导致柱子开裂。可用桩斜，导致柱子开裂。可用桩基解决。基解决。桩的作用桩的作用：（3 3）抗拔：用于抗风、抗震、抗浮等；）抗拔：用于抗风、抗震、抗浮等；（4 4）有一定抗水平荷载能力，特别是斜桩：）有一定抗水平荷载能力，特别是斜桩：（5 5）抗液化：深层土不易液化，浅层土液化后，）抗液化：深层土不易液化，浅层土液化后，有桩支撑，有助于上部结构的稳定。有桩支撑，有助于上部结构的稳定。桩的作用桩的作用：所以所以桩基础桩基础应用广泛，沿海、内陆地区均用。应用广泛，沿海、内陆地区均用。同同基坑支护、地基处理基坑支护、地基处理并为并为土木工程三大热点土木工程三大热点。古代已应用古代已应用桩基桩基。例如：上海龙。例如：上海龙华塔，共华塔，共7 7层，高层，高40.4m,40.4m,相当于相当于1313层楼高层楼高,初建于三国东吴时代初建于三国东吴时代 (AD220-280),(AD220-280),重建于宋代重建于宋代AD977AD977年年,用木桩用木桩,桩周用灰土防腐，桩周用灰土防腐，是是软基上建高层的范例软基上建高层的范例。桩基础历史：桩基础历史：木桩和石桩基础木桩和石桩基础 西安灞桥（西安灞桥（1834年清道光年清道光14年）年）以后在以后在 宋、明、清期间曾先后几次宋、明、清期间曾先后几次废毁，到清乾隆四十六年（废毁，到清乾隆四十六年（1781年）年），陕西巡抚毕沅重建桥，但桥已非，陕西巡抚毕沅重建桥，但桥已非过去规模。直到清道光十四年过去规模。直到清道光十四年（1834年）巡抚杨公恢才按旧制又年）巡抚杨公恢才按旧制又加建造。桥长加建造。桥长380米，宽米，宽7米，旁设米，旁设石栏，桥下有石栏，桥下有72孔，每孔，每 孔跨度为孔跨度为4米至米至7米不等，桥柱米不等，桥柱408个。个。灞桥位于西安城东灞桥位于西安城东12公里处，是一公里处，是一座颇有影响的古桥。最初的灞桥建座颇有影响的古桥。最初的灞桥建于汉代，是座木梁石柱墩桥，墩台于汉代，是座木梁石柱墩桥，墩台上加木梁并铺设灰土石板桥面。是上加木梁并铺设灰土石板桥面。是石柱墩的首创者。石柱墩的首创者。木桩基础木桩基础上海河南路桥木桩基础（上海河南路桥木桩基础（1875年）年）新加坡发展银行新加坡发展银行,四四墩墩,每墩直径每墩直径7.3m将荷载传递到下部将荷载传递到下部好土层好土层,承载力高承载力高大直径钻孔桩大直径钻孔桩风化砂岩及粉砂岩风化砂岩及粉砂岩部分风化及部分风化及不风化泥岩不风化泥岩新加坡发展银行新加坡发展银行,四墩四墩7.3m现场灌注现场灌注护坡桩护坡桩造价低造价低现场灌注护坡桩，造价低现场灌注护坡桩，造价低2 2 特点特点1.将荷载传递到下部好土层将荷载传递到下部好土层,承载承载力高；力高；2.沉降量小；沉降量小；3.抗震性能好，可穿过液化层；抗震性能好，可穿过液化层；4.承受抗拔承受抗拔(抗滑桩抗滑桩)及水平力及水平力(如如风载荷风载荷)；5.与其他深基础比较与其他深基础比较,施工造价低。施工造价低。桩基础的优点：桩基础的优点：1.1.比浅基础造价高；比浅基础造价高；2.2.施工环境影响大；施工环境影响大；3.3.预制桩施工噪音大；预制桩施工噪音大；4.4.钻孔灌注桩的泥浆。钻孔灌注桩的泥浆。桩基础的缺点：桩基础的缺点：桩基础的适用条件：桩基础的适用条件：1.水上建筑物；水上建筑物；2.深持力层、高地下水位；深持力层、高地下水位；3.抗震地基；抗震地基；4.对沉降非常敏感的建筑，对沉降非常敏感的建筑，如精密仪器。如精密仪器。日本阪神地震中日本阪神地震中发生的桩基础的发生的桩基础的破坏导致墩倾倒破坏导致墩倾倒22 按承载性状：按承载性状：摩擦型桩、端承型桩摩擦型桩、端承型桩 按施工方法：按施工方法：预制桩、灌注桩预制桩、灌注桩 按设置效应：按设置效应：非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩 按桩径大小：按桩径大小：小桩小桩(250mm)、中等直径桩、中等直径桩(250 800mm)、大直径桩、大直径桩(800mm)按使用功能：按使用功能：受压桩、抗拔桩、横向受荷桩、锚桩受压桩、抗拔桩、横向受荷桩、锚桩 按截面形状：按截面形状：圆桩、方桩、多边形桩、异形桩等圆桩、方桩、多边形桩、异形桩等 2 桩基础的类型n 基桩分类基桩分类（P234）n按承台分类按承台分类 承台作用承台作用:将几个桩结合将几个桩结合起来传递荷载起来传递荷载1 1高承台桩高承台桩 承台在地面以上,桥桩,码头,栈桥1 1低承台桩低承台桩 承台在地面以下,承台本身承担部分荷载软土层低承台桩低承台桩高承台桩高承台桩n按材料分类按材料分类 木桩、混凝土桩、钢筋混凝木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢管（型钢）桩、复土桩、钢管（型钢）桩、复合桩；合桩；混凝土种类混凝土种类：普通混凝土、：普通混凝土、预应力混凝土（离心预制）、预应力混凝土（离心预制）、高强混凝土。高强混凝土。钢钢 桩桩钢管桩和预应力桩钢管桩和预应力桩木桩木桩水位以上耐久性差，强度低，我国森林资水位以上耐久性差，强度低，我国森林资源不足，应尽量少用。源不足，应尽量少用。钢桩钢桩本身强度高，易加工，接头容易，运输方本身强度高，易加工，接头容易，运输方便，但造价是混凝土的便，但造价是混凝土的3-43-4倍，用于海洋平台及陆倍，用于海洋平台及陆上重要工程，如宝钢高炉、金茂大厦用钢管桩。上重要工程，如宝钢高炉、金茂大厦用钢管桩。钢砼桩钢砼桩取材方便，价格便宜，耐久性好，可预取材方便，价格便宜，耐久性好，可预制、现浇，尺寸易调，适用性强，故应用广泛，制、现浇，尺寸易调，适用性强，故应用广泛，是主要研究对象。是主要研究对象。各种材料桩的优缺点：各种材料桩的优缺点：30 要求：要求：截面边长截面边长300 500mm，分节长度，分节长度12m。预应力。预应力 管桩外径管桩外径300 600mm，每节长，每节长5 13m；优点：优点：承载力高，耐久性好，质量较易保证。承载力高，耐久性好，质量较易保证。缺点：缺点：自重大，打桩难，桩长难统一，工艺复杂。自重大，打桩难，桩长难统一，工艺复杂。钢桩钢桩 要求：要求：直径直径250 1200mm，批量生产。，批量生产。优点：优点：穿透性强，承载能力高，应用方便。穿透性强，承载能力高，应用方便。缺点：缺点：成本高，易锈蚀。成本高，易锈蚀。木桩木桩 要求：要求：桩径桩径160 260mm，桩长，桩长4 6m。优点：优点：制作运输方便，打桩设备简单。制作运输方便，打桩设备简单。缺点：缺点：承载力低，仅在一些加固工程与临时工程中采用承载力低，仅在一些加固工程与临时工程中采用。混凝土预制桩混凝土预制桩n按形状分类按形状分类l 按纵断面按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多 节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩l 按横断面按横断面：圆形，八边形，十字桩、：圆形，八边形，十字桩、X X形形桩桩 桩身桩身桩身桩身桩端桩端Dd横断面横断面n按尺寸分类按尺寸分类l按断面按断面(直径）的大小：直径）的大小：大直径大直径:d800mm:d800mm 小直径：小直径：d250mm d60mL60m 短桩：短桩：L10mL10mn按承载性状分类按承载性状分类（1）竖直荷载竖直荷载：端承桩（嵌岩桩）、摩擦桩、：端承桩（嵌岩桩）、摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端端承摩擦桩、摩擦端 桩的承载力桩的承载力：Q=Qp+QsQp端承力端承力,Qs侧摩阻力侧摩阻力端承桩端承桩 主要由主要由桩端桩端承受极限荷载承受极限荷载,桩不长桩不长,桩桩端土坚硬端土坚硬摩擦桩摩擦桩 主要由主要由桩侧壁桩侧壁与与土的摩擦力土的摩擦力承受极承受极限荷载限荷载,桩长桩长,深深端承桩端承桩摩擦桩摩擦桩PsPsPn按施工方法分类按施工方法分类施工方法施工方法沉桩方法沉桩方法1 预制桩预制桩 Prefabricated pilePrefabricated pile 挤土桩挤土桩2 现场灌注桩现场灌注桩Cast in place 非挤土桩非挤土桩预制桩预制桩现场灌注桩现场灌注桩气锤打入振动沉桩静压桩引孔,部分挤土,大面积地面隆起不引孔,挤土桩成孔方法人工挖孔螺旋钻正反循环地下水以下泥浆护壁冲击,夯扩,爆破沉管灌注浇注法水上水下其他工厂工厂,现场现场预制桩预制桩优点优点：桩身质量易于保证，单桩承载力较高；缺点缺点:（1）桩身规格、长度受限，接桩影响桩质量和承载力发挥；（2）打入或压入式沉桩存在挤土效应挤土效应问题；（3）噪音污染、接、截桩麻烦。适用条件：适用条件：（1）不需考虑噪音污染和震动影响的环境；（2）持力层上覆盖为较松软地层，无坚硬夹层；（3）持力层顶起伏变化不大，桩长易于控制；（4）水下桩基工程 （5）大面积打桩工程；挤土效应挤土效应挤土效应：挤土效应：这是由于沉桩时使桩四周的土体结构这是由于沉桩时使桩四周的土体结构受到扰动，改变了受到扰动，改变了土体土体的的应力状态应力状态而产生的。而产生的。挤土效应一般表现为浅层土体的隆起和深层土体挤土效应一般表现为浅层土体的隆起和深层土体的横向挤出，的横向挤出，挤土效应对周围路面和挤土效应对周围路面和建筑物建筑物引起引起破坏，使周围开挖破坏，使周围开挖基坑基坑坍塌或推移增大坍塌或推移增大，对已经，对已经施打的桩的影响表现为桩身倾斜及浅桩（施打的桩的影响表现为桩身倾斜及浅桩（20 m）上浮。如果压桩施工方法与施工顺序不当，）上浮。如果压桩施工方法与施工顺序不当，每天成桩数量太多、压桩速率太快就会加剧挤土每天成桩数量太多、压桩速率太快就会加剧挤土效应。效应。预预 制制 桩桩振动沉桩振动沉桩预制桩预制桩113mPile Point离心预应力预制钢筋混凝土离心预应力预制钢筋混凝土（接87）48 锤击锤击 振动下沉振动下沉 静压静压n 预制桩的施工方法预制桩的施工方法预制桩的施工方法预制桩的施工方法 2.1 预制桩的施工 2 桩基础的施工（接87）49 打入第一节桩体打入第一节桩体电焊接桩电焊接桩打入末节桩体打入末节桩体n 锤击预制桩锤击预制桩 50 n 沉桩深度控制沉桩深度控制以以最后贯入度最后贯入度（指沉至某标高时，每次锤击的沉（指沉至某标高时，每次锤击的沉入量）和入量）和桩尖设计标高桩尖设计标高两方面控制。两方面控制。要求最后两阵的平均贯入度为要求最后两阵的平均贯入度为10-50mm/10-50mm/阵。阵。锤击法：常以锤击法：常以1010次锤击为一阵。次锤击为一阵。振动法：以振动法：以1min1min为一阵。为一阵。4.2.1 预制桩的施工灌注桩按成孔方法分为灌注桩按成孔方法分为:钻孔法钻孔法 适于一般土层适于一般土层沉管法沉管法 适于土质差、水位高适于土质差、水位高爆扩法爆扩法 适于土质好适于土质好、无地下水无地下水人工挖孔法人工挖孔法 适于桩径大、土较好适于桩径大、土较好4.2.2 4.2.2 灌注桩的施工灌注桩的施工52 n 沉管灌注桩沉管灌注桩 利用锤击或振动等方法沉管成孔，然后浇灌混凝土利用锤击或振动等方法沉管成孔，然后浇灌混凝土拔出套筒。可避免流砂、坍孔及排渣等弊病。拔出套筒。可避免流砂、坍孔及排渣等弊病。锤击沉管灌注桩锤击沉管灌注桩 振动沉管灌注桩振动沉管灌注桩 4.2.2 4.2.2 灌注桩的施工灌注桩的施工53 n 沉管灌注桩 图图4.5 4.5 沉管灌注桩的施工程序示意沉管灌注桩的施工程序示意 （a a）打桩机就位；（）打桩机就位；（b b）沉管；（沉管；（c c）浇灌混凝土；（浇灌混凝土；（d d）边拔管，边拔管，边振动；（边振动；（e e）安放钢筋笼，继续浇灌混凝土；（安放钢筋笼，继续浇灌混凝土；（f f）成型成型 4.2.2 4.2.2 灌注桩的施工灌注桩的施工54 优点优点优点优点：设备简单、打桩进度快、成本低设备简单、打桩进度快、成本低。缺点：缺点：缺点：缺点：在土层软、硬交界处或软弱土层处易发在土层软、硬交界处或软弱土层处易发 生缩颈、断桩现象。生缩颈、断桩现象。克服办法：克服办法：克服办法：克服办法：复打复打浇灌混凝土并拔管后，立即在原位再次浇灌混凝土并拔管后，立即在原位再次 沉管及浇灌混凝土；沉管及浇灌混凝土；反插法反插法灌满混凝土后，先振动再拔管，一般灌满混凝土后，先振动再拔管，一般 拔拔0.50.51.0m1.0m，再反插，再反插0.30.30.5m0.5m。n 沉管灌注桩特点沉管灌注桩特点4.2.2 4.2.2 灌注桩的施工灌注桩的施工55 n 钻（冲）孔灌注桩钻（冲）孔灌注桩原理原理 用钻机用钻机(如螺旋钻、振动钻、冲抓锥钻等如螺旋钻、振动钻、冲抓锥钻等)钻土成孔钻土成孔(需泥浆护壁需泥浆护壁)，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，浇，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，浇灌混凝土。灌混凝土。施工方法施工方法 有正循环、反循环施工法。有正循环、反循环施工法。优缺点优缺点 优点优点：入土深，能进入岩层，刚度大，承载力高，桩：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。身变形小，并可方便地进行水下施工。缺点缺点：要求有专门的设备（钻机），清孔较难彻底。：要求有专门的设备（钻机），清孔较难彻底。4.2.2 4.2.2 灌注桩的施工灌注桩的施工56 钻孔灌注桩钻孔灌注桩护筒埋设护筒埋设n护筒作用护筒作用 固定桩位，并作钻孔导向；固定桩位，并作钻孔导向；保护孔口，防止孔内土层坍塌保护孔口，防止孔内土层坍塌 隔水，稳固孔壁。隔水，稳固孔壁。4.2.2 4.2.2 灌注桩的施工灌注桩的施工57 n 泥浆制备与运输泥浆制备与运输要求要求要求要求：膨胀土或高塑性粘土现场加水搅拌，比重膨胀土或高塑性粘土现场加水搅拌，比重1.11.15，粘度粘度1025s，含砂率小于，含砂率小于6，胶体率大于，胶体率大于95。作用：作用：作用：作用：护壁、携渣、防渗、润滑钻头等护壁、携渣、防渗、润滑钻头等。4.2.2 4.2.2 灌注桩的施工灌注桩的施工58 n 钻进机械钻进机械图图 4 4.6.6 冲击钻机示意图冲击钻机示意图 1 1滑轮；滑轮；2 2主杆；主杆；3 3拉索；拉索；4 4斜斜撑；撑；5 5卷扬机；卷扬机；6 6垫木；垫木；7 7钻头钻头 旋转钻进旋转钻进 冲击钻进冲击钻进 冲抓钻进冲抓钻进4.2.2 4.2.2 灌注桩的施工灌注桩的施工螺旋钻螺旋钻 61 图图图图4.8 4.8 4.8 4.8 反循环泥浆循环成孔工艺反循环泥浆循环成孔工艺 1 1钻头；钻头；2 2泥浆循环方向；泥浆循环方向；3 3沉淀沉淀池；池；4 4泥浆池；泥浆池；5 5泥浆泵；泥浆泵；6 6砂石砂石泵；泵；7 7水龙头；水龙头；8 8钻杆；钻杆；9 9钻机回钻机回转装置转装置n 钻进方法钻进方法图图图图4.7 4.7 4.7 4.7 正循环泥浆循环成孔工艺正循环泥浆循环成孔工艺 1 1钻头；钻头；2 2泥浆循环方向；泥浆循环方向；3 3沉淀沉淀池；池；4 4泥浆池；泥浆池；5 5泥浆泵；泥浆泵；6 6砂石砂石泵；泵；7 7水龙头；水龙头；8 8钻杆；钻杆；9 9钻机回钻机回转装置转装置4.2.2 4.2.2 灌注桩的施工灌注桩的施工正循环和反循环的区别正循环和反循环的区别正反循环钻机在钻进成孔的工艺上是差不多的，对地质要求差别也不是很大，主要的区别是看其泥浆循环的方式，正循环钻机的泥浆是从泥浆池里用泥浆泵通过钻杆打到钻井里去的,再从井口自然的益出来,同时把钻渣带出来.这种自然循环的排渣方式只能排出一部分钻渣,对于叫大颗粒石渣是不能循环上来排出去的,反循环钻机的泥浆的是用泥浆泵从井的孔口向井里打的,再用我以前说过的气举法或泥浆泵,从导管或者钻杆的中间抽出来,这种循环方式的排渣能力很好,可以把颗粒很大的石头都能冲出来,相对而言正循环钻机的泥浆循环一台泥浆泵就够了,对于反循环钻一般要配一台空压机，或者两台大功率的泥浆泵。63 n清清 孔孔目的目的除去孔底沉渣，保证孔底砼质量及桩的承载力除去孔底沉渣，保证孔底砼质量及桩的承载力。方法方法抽浆清孔：抽浆清孔：用空气吸泥机吸出泥浆。用空气吸泥机吸出泥浆。换浆清孔：换浆清孔：正、反循环钻孔完成后不停钻、不正、反循环钻孔完成后不停钻、不 进尺。进尺。掏渣清孔：掏渣清孔：孔用掏渣筒掏清孔内粗粒铅渣。孔用掏渣筒掏清孔内粗粒铅渣。继续循环换浆清渣。继续循环换浆清渣。要求要求孔底孔底0.5m内内1.25；含砂率；含砂率8；粘度；粘度28s。4.2.2 4.2.2 灌注桩的施工灌注桩的施工64 将导管居中插入，上接漏将导管居中插入，上接漏斗，设隔水栓；斗，设隔水栓；放开隔水栓使混凝土向孔放开隔水栓使混凝土向孔底猛落，将水挤出，并使底猛落，将水挤出，并使导管始终埋在混凝土内，导管始终埋在混凝土内，此后连续灌注混凝土；此后连续灌注混凝土；不断提升导管，直至灌注不断提升导管，直至灌注完毕。完毕。n水下砼灌注水下砼灌注直升导管法直升导管法施工步骤施工步骤图图图图4.9 4.9 4.9 4.9 灌注水下混凝土灌注水下混凝土灌注水下混凝土灌注水下混凝土 1-1-1-1-通混凝土储料槽；通混凝土储料槽；通混凝土储料槽；通混凝土储料槽；2-2-2-2-漏斗漏斗漏斗漏斗 3-3-3-3-隔水栓；隔水栓；隔水栓；隔水栓；4-4-4-4-导管导管导管导管 4.2.2 4.2.2 灌注桩的施工灌注桩的施工65 n混凝土搅拌必须均匀；防止混凝土搅拌必须均匀；防止卡管卡管事故；事故；n必须连续作业，避免中断灌注，并防止混凝土上必须连续作业，避免中断灌注，并防止混凝土上升顶起钢筋笼；升顶起钢筋笼；n随时记录孔内混凝土灌注标高和导管入孔长度，随时记录孔内混凝土灌注标高和导管入孔长度，防止导管提升过猛，形成防止导管提升过猛，形成断桩断桩；n桩顶标高应比设计值愈加一定高度，以确保混凝桩顶标高应比设计值愈加一定高度，以确保混凝土质量。一般取土质量。一般取0.5m。注意事项注意事项4.2.2 4.2.2 灌注桩的施工灌注桩的施工66 n 基本要求：基本要求：内径内径800mm，开挖直径，开挖直径1000mm，护壁厚，护壁厚100mm分节支护，每节高分节支护，每节高5001000mm桩长小于桩长小于40m。n 优点：优点：符合国情，经济，设备简单，噪音小，场区内各符合国情，经济，设备简单，噪音小，场区内各桩可同时施工，可直接观察地层情况，孔底易清除干净，桩可同时施工，可直接观察地层情况，孔底易清除干净，且桩径大、适应性强。且桩径大、适应性强。n 缺点：缺点：可能遇到流砂、塌孔、缺氧、有害气体、触电和可能遇到流砂、塌孔、缺氧、有害气体、触电和地面掉重物等危险而造成伤亡事故。地面掉重物等危险而造成伤亡事故。n 原理：原理：采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达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，利用钻（冲）孔机具钻土成孔，然后所需深度后再进行扩孔，利用钻（冲）孔机具钻土成孔，然后清除孔底残渣，安装钢筋笼，浇灌混凝土。清除孔底残渣，安装钢筋笼，浇灌混凝土。4.2.3 4.2.3 人工挖孔桩人工挖孔桩67 图图4.10 4.10 人工挖孔桩示例人工挖孔桩示例 68 人工挖孔桩人工挖孔桩人工挖孔桩人工挖孔桩广州市亚洲大酒店广州市亚洲大酒店人工挖孔桩人工挖孔桩扩底桩扩底桩人工挖孔扩孔桩人工挖孔扩孔桩（芝加哥法）（芝加哥法）UK英国英国1.0-3.0 m0.6-0.9 m爆破扩底桩爆破扩底桩内夯式扩底桩内夯式扩底桩200kN钢锤钢锤碎石碎石混凝土混凝土钢筋笼钢筋笼钻扩桩钻扩桩挤扩桩（支盘桩）挤扩桩（支盘桩）多节扩孔桩与直孔桩相比多节扩孔桩与直孔桩相比,承载力大大提高承载力大大提高,沉降小沉降小,技术经济效益显著。技术经济效益显著。77 4.2.5 桩基的质量检测n可能存在的质量问题可能存在的质量问题 预制桩：预制桩：桩位偏差、桩身裂缝过大、断桩等桩位偏差、桩身裂缝过大、断桩等 灌注桩：灌注桩：缩颈、夹泥、断桩、沉渣过厚等。缩颈、夹泥、断桩、沉渣过厚等。n常用质量检测方法常用质量检测方法 开挖检查：开挖检查：只限于对所暴露的桩身进行观察检查。只限于对所暴露的桩身进行观察检查。抽芯检查：抽芯检查：在灌注桩桩身内钻孔，取混凝土芯样进行在灌注桩桩身内钻孔，取混凝土芯样进行观察，看它的连续性。观察，看它的连续性。反射波法：反射波法：测砼的连续性，是否存在孔洞、断桩等。测砼的连续性，是否存在孔洞、断桩等。动测法：动测法：高应变测桩承载力，低应变只能测砼质量。高应变测桩承载力，低应变只能测砼质量。1断桩原因：邻桩施工时，桩距过小，土体因挤压隆起造成已灌完的尚未达到足够强度的混凝土桩断裂；软硬土层传递水平力大小不同，使桩产生剪应力，推挤桩身造成断桩。处理措施：控制桩中心距离3.5d；打桩方法应用跳打法或控制时间法；发现断桩，应拔去后重新补做桩身。4.2.5 桩基的质量检测2缩径桩缩径桩也称瓶颈桩，指桩身某部分桩径缩小原因：拔管时，土体受扰动，产生很高的孔隙水压，桩管拔出后，水压作用于砼桩身；砼和易性差；桩间距过小，受邻桩沉桩时挤压。处理措施：控制拔管速度0.81.2米/分，慢抽密击5070次/分；管内砼必须略高于地面，保持有足够的重压力；有专人测定砼落下情况（浮标法）用复打法处理。3吊脚桩指桩底部混凝土隔空或混凝土混入泥砂而形成软弱夹层原因：桩靴打坏挤入管内，拔管时，桩靴未及时脱离桩管；桩靴与桩管连接不密实，泥、砂流入；活瓣桩靴拔管到一定高度才张开，砼下落。处理措施：控制砼桩靴强度；活瓣桩靴应在抽管时注意砼下落情况。拔管开始500mm范围，可翻插几下；已灌砼时，用复打法处理。桩靴桩靴一般是打桩过程中加在桩尖上的，一般为钢靴，桩靴的作用：为了保护桩尖；二是为了打桩方便，因为桩靴的强度很大，容易切入土层中，特别是比较坚硬的土层，加上桩靴打入效果很好。有两种构造，一种是开口，在沉管时套以钢筋混凝土预制桩尖，拔管时，桩尖留在桩底土中；另一种是管端带有活瓣桩尖，其构造如图示，沉管时，桩尖活瓣合拢，灌注混凝土及拔管时活瓣打开。1.桩靴桩靴可分为钢筋混凝土预制桩靴和活瓣式桩靴两种如图如图2.18、2.19、2.20图 2.18 预制桩尖图图 2.20桩尖埋设桩尖埋设4 灌注桩的桩头处理灌注桩的桩头处理灌注桩养护完毕，砼达到规定强度，要把桩头打掉1米左右。原因：（1）砼浇灌时石子先下沉，产生离析，桩头部分基本上是浮浆，强度达不到要求；（2）将桩中的钢筋打出与承台钢筋连接，以形成整体；（3）统一桩顶标高。(一一)按承台按承台 (二二)材料材料(三三)形状形状(四四)承载机理承载机理:摩擦桩、端承桩摩擦桩、端承桩(五五)按尺寸：按尺寸：小直径、中等直径、小直径、中等直径、大直径大直径(六六)施工方法：施工方法：预制、预制、灌注灌注4.桩基础桩基础桩的分类总结桩的分类总结88 2 桩基设计内容及设计原则nGB50007-2002：基于基于正常使用极限状态正常使用极限状态的概率的概率设计原则设计原则 nJGJ94-94：采用以概率理论为基础的采用以概率理论为基础的极限状态极限状态设计法设计法，并按极限状态设计表达式计算，并按极限状态设计表达式计算，考虑考虑桩基的两种极限状态桩基的两种极限状态，即，即承载能力极限状态承载能力极限状态、正常使用极限状态正常使用极限状态。并根据桩基损坏所造成的。并根据桩基损坏所造成的后果的严重性分为后果的严重性分为3个个等级。等级。桩基础设计原则：桩基础设计原则：901.1.桩基的竖向承载力（抗压和抗拔）、水平承载力计算桩基的竖向承载力（抗压和抗拔）、水平承载力计算 2.2.桩端平面以下的软弱下卧层验算桩端平面以下的软弱下卧层验算 3.3.桩基抗震承载力计算桩基抗震承载力计算 4.4.承载及桩身结构计算（包括预制桩吊运和锤击过程中的强承载及桩身结构计算（包括预制桩吊运和锤击过程中的强度验算、桩身屈曲稳定计算）度验算、桩身屈曲稳定计算）n 所有桩基均应进行承载能力极限状态计算所有桩基均应进行承载能力极限状态计算 n 桩基尚应进行变形验算桩基尚应进行变形验算 1.1.桩端持力层为软弱土的一、二级建筑物（竖向沉降）桩端持力层为软弱土的一、二级建筑物（竖向沉降）2.2.桩端持力层为粘性土、粉土或存在软弱下卧层的一级建筑桩桩端持力层为粘性土、粉土或存在软弱下卧层的一级建筑桩基（竖向沉降）基（竖向沉降）3.3.承受较大水平荷载或对水平变位要求严格的一级建筑桩基承受较大水平荷载或对水平变位要求严格的一级建筑桩基（水平变位）（水平变位）桩基础设计计算内容如下：桩基础设计计算内容如下：91 3 竖向荷载作用下单桩的工作性状l承载机理承载机理 荷载荷载桩压缩桩压缩侧摩阻消耗荷载侧摩阻消耗荷载桩底阻力。桩底阻力。l土对桩的支撑力土对桩的支撑力 桩侧摩阻力和桩端阻力：何种为主，与桩身压缩量桩侧摩阻力和桩端阻力：何种为主，与桩身压缩量有关。有关。桩的桩的荷载传递机理荷载传递机理实质上就是实质上就是桩侧摩阻力桩侧摩阻力与与桩桩端阻力端阻力逐步发挥的过程逐步发挥的过程。n 桩的荷载传递机理桩的荷载传递机理单桩承载力的构成单桩承载力的构成桩侧阻力桩侧阻力桩端阻力桩端阻力 桩土桩土相互作用相互作用 3 竖向荷载作用下单桩的工作性状n 桩的荷载传递机理桩的荷载传递机理竖向承载力竖向承载力QQ的组成的组成:摩阻力所需位移很小摩阻力所需位移很小端阻力需要较大位移端阻力需要较大位移摩阻力先于端阻力发挥摩阻力先于端阻力发挥上部土层摩阻力先于下部土层发挥上部土层摩阻力先于下部土层发挥不同阶段二者分担比不同不同阶段二者分担比不同Q/kNQsQpQS/mmQs 桩侧摩阻力桩侧摩阻力Qp 桩端阻力桩端阻力n 单桩竖向承载力的组成单桩竖向承载力的组成（转（转9696）n单桩轴向应力及位移的分布单桩轴向应力及位移的分布图：桩土体系荷载传递图：桩土体系荷载传递图：桩土体系荷载传递图：桩土体系荷载传递n土的刚度及桩身刚度对桩承载性状的影响土的刚度及桩身刚度对桩承载性状的影响4）桩的长径比：长径比过大，影响桩端阻力的发挥，设计时不宜使桩长径比太大。桩端的作用大大减弱甚至消失。1）桩底土和桩周土的刚度比 影响桩的承载性状，越大，则经由桩底传递的荷载越大3）桩底直径D越大，则桩底传递的荷载越大。桩底土越硬，2）桩身相对刚度越大，则经由桩底传递的荷载越大。（不讲）（不讲）（不讲）（不讲）n桩侧摩阻力和桩端阻力桩侧摩阻力和桩端阻力l桩侧摩阻力桩侧摩阻力桩侧摩阻力桩侧摩阻力 QQs s产生的原因产生的原因产生的原因产生的原因：桩土的相对位移：桩土的相对位移：桩土的相对位移：桩土的相对位移桩对土的位移桩对土的位移桩身的压缩桩身的压缩l桩端阻力桩端阻力桩端阻力桩端阻力QQp p产生的原因：产生的原因：桩端土压缩桩端土压缩土的极限端阻力影响因素：土的极限端阻力影响因素：土的性质、下卧层、土的性质、下卧层、持力层密度、上覆荷载等持力层密度、上覆荷载等。（转（转104104）（1）产生原因：产生原因：桩端土压缩（2）端阻深度效应端阻深度效应 端承力与深度有关，存在临界深度端阻的临界深度端阻的临界深度当桩端入土深度小于某一临界值时，极限端阻随深度增加，而大于该深度后则保持恒值不变，这一深度称为端阻的临界深度临界深度。端阻的临界厚度端阻的临界厚度当桩端持力层下存在软弱下卧层时、且桩端与软弱下卧层的距离小于某一厚度时，桩端阻力将受软弱下卧层影响而降低，这一厚度称端阻的临界厚度临界厚度。(3)土的极限端阻力影响因素土的极限端阻力影响因素 土的性质、下卧层、持力层密度、上覆荷载等。l桩端阻力桩端阻力桩端阻力桩端阻力QQp p（不讲）（不讲）（不讲）（不讲）小结小结1.单桩轴向荷载传递的过程是桩侧摩阻力桩侧摩阻力和桩端阻力桩端阻力发挥的过程。2.单桩轴向荷载传递的过程分析。3.桩的侧阻和端阻都随深度呈线性增大桩的侧阻和端阻都随深度呈线性增大,但具有深度效应但具有深度效应。4.随着桩顶荷载的逐级增加，桩截面的轴力、位移和桩侧摩阻力不断变化。5.桩端阻力桩端阻力的发挥不仅滞后于滞后于桩侧阻力桩侧阻力，而且其充分发挥所充分发挥所需的桩底位移值比桩侧摩阻力到达极限所需的桩身截面需的桩底位移值比桩侧摩阻力到达极限所需的桩身截面位移值大得多。位移值大得多。6.桩长桩长对荷载的传递有重要的影响.99 n 桩侧摩阻力影响因素桩侧摩阻力影响因素 土的性质：土的性质：如抗剪强度如抗剪强度(c,j j)决定摩阻力的可能最大值决定摩阻力的可能最大值 桩土相对位移桩土相对位移 决定摩阻力的发挥程度决定摩阻力的发挥程度 时间因素：时间因素：土的固结随土的固结随 t 增加向下部转移增加向下部转移 决定摩阻力发决定摩阻力发挥的时间挥的时间 桩的刚度：桩的刚度：影响桩周应力的分布。影响桩周应力的分布。土中的应力状态：土中的应力状态：主要指侧向压力主要指侧向压力 施工方法：施工方法：a)挤土桩；挤土桩；b)非挤土桩。非挤土桩。3.1 桩的荷载传递机理100 图图a a 压屈破坏压屈破坏图图b b 整体剪切破坏整体剪切破坏图图c c 刺入破坏刺入破坏n压屈破坏压屈破坏：沉降量很小，桩端阻为主，桩身材料控制承载力，沉降量很小，桩端阻为主，桩身材料控制承载力，超长摩擦桩和嵌岩桩（端承桩）都可能发生这种破坏；超长摩擦桩和嵌岩桩（端承桩）都可能发生这种破坏；n整体剪切整体剪切：沉降量较大，桩端阻力为主，桩端桩侧土控制承沉降量较大，桩端阻力为主，桩端桩侧土控制承载力，当桩底压力超过持力层承载力时发生这种破坏。打入式载力，当桩底压力超过持力层承载力时发生这种破坏。打入式短桩、钻孔短桩属于此类；短桩、钻孔短桩属于此类；n刺入破坏刺入破坏：沉降量大，桩侧阻为主，桩顶容许沉降控制承载沉降量大，桩侧阻为主，桩顶容许沉降控制承载 力，是均质土中摩擦桩的破坏形式。力，是均质土中摩擦桩的破坏形式。3.2 单桩的破坏模式 (1)(1)屈曲破坏屈曲破坏(桩身材料破坏）桩身材料破坏）l荷载-沉降(Q-S)关系曲线特征：呈“急进破坏”的陡降型陡降型l破坏模式特点：当桩底支承在坚硬的土层或岩层上，桩周土层极为软弱，桩身无约束或侧向抵抗力。桩在轴向荷载作用下，如同一细长压杆出现纵向挠曲破坏，其沉降量很小，具有明确的破坏荷载（P252图5a)l桩的承载力取决于桩身的材料强度。l穿越深厚淤泥质土深厚淤泥质土层中的小直径端承桩小直径端承桩或嵌岩桩嵌岩桩，细长的细长的木桩木桩等多属于此种破坏。(2)整体剪切破坏整体剪切破坏荷载-沉降(Q-S)关系曲线的特征：呈“急进破坏”的陡降陡降型型破坏模式特点：当具有足够强度的桩穿过较软弱的土层，达到较硬持力层时，且桩的长度不大时，由于桩底上部土层不能阻止滑动土楔的形成，桩底土体形成滑动面而出现整体剪切破坏。此时桩的沉降量较小，桩侧摩阻力难以充分发挥，主要荷载由桩端阻力承受，呈现明确的破坏荷载(图5b)。桩的承载力主要取决于桩端土的支承力。一般打入式短桩、钻扩短桩等均属于此种破坏。(3)刺入破坏刺入破坏(Q-S)Q-S)关系曲线特征关系曲线特征：这是均质土中摩擦桩的破坏形式,荷载沉降(Q-S)关系曲线为呈“渐进破坏渐进破坏”的缓变型的缓变型曲线，无明显拐点，极限荷载难以判断.(图 5c)当桩周土的抗剪强度较高时，荷载沉降(Q-S)关系曲线可能为陡降型可能为陡降型，有明显拐点，桩的承载力主要取决于桩周土的强度桩周土的强度。破坏模式特点破坏模式特点：当桩的入士深度较大或桩周土层抗剪强度较均匀时，桩在轴向荷载作用下将出现刺入破坏，如图c所示。此时桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承受，桩端阻力极微，桩的沉降量较大。一般情况下的钻孔灌注桩钻孔灌注桩多属于此种情况。104 n定义定义：桩周土相对于桩身下沉时产生的摩阻力。桩周土相对于桩身下沉时产生的摩阻力。桩侧负摩阻力 正摩擦正摩擦负摩擦负摩擦 桩侧摩阻力示意图桩侧摩阻力示意图（参考（参考P245）105 l桩侧大范围降低地下水，如大桩侧大范围降低地下水，如大面积抽水，基坑降水等面积抽水，基坑降水等 l桩侧地面大面积堆载；桩侧地面大面积堆载；l桩身穿越较厚松散填土、自重桩身穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层；相对较硬土层；l冻土区升温引起桩侧土沉陷。冻土区升温引起桩侧土沉陷。n 产生负摩阻力的条件产生负摩阻力的条件图图4.4.6 6 住宅楼建于有新填土的住宅楼建于有新填土的斜坡上斜坡上 桩侧负摩阻力106 n 中性点中性点中性点中性点：桩土相对位移为零处桩侧摩阻力为零处。桩土相对位移为零处桩侧摩阻力为零处。在某深度处桩周土与桩截面沉降相等；在某深度处桩周土与桩截面沉降相等；或两者无相对位移发生；或两者无相对位移发生；或其摩阻力为零。或其摩阻力为零。特点：特点：在中性点处桩身轴力达到最大值。在中性点处桩身轴力达到最大值。桩侧负摩阻力107 n中性点位置还与时间因素、环境因素、地质条件等有关，中性点位置还与时间因素、环境因素、地质条件等有关，精确计算有困难，目前采用经验估算法精确计算有困难，目前采用经验估算法:nl0桩周变形土层下限深度，即软弱压缩层厚度。桩周变形土层下限深度，即软弱压缩层厚度。n 自桩顶算起的中性点深度自桩顶算起的中性点深度。（可查表11.9按计算）n 中性点位置的确定中性点位置的确定l中性点的位置中性点的位置取决于取决于桩桩土间的相对位移：土间的相对位移：l当桩侧压缩变形大，桩地当桩侧压缩变形大，桩地下土层坚硬，抗下沉量小，下土层坚硬，抗下沉量小，中性点下移；中性点下移；l反之，中性点位置上移。反之，中性点位置上移。图：图：有负摩阻力时的荷载传递有负摩阻力时的荷载传递桩侧的负摩阻力负摩阻力的计算n负摩阻力产生的下拉荷载计算：负摩阻力产生的下拉荷载计算：（P246P246）下拉荷载下拉荷载下拉荷载下拉荷载QQg gn n：（11.1311.13）中性点以上第中性点以上第i i层土的厚度（层土的厚度（mm）；）；桩身周长（桩身周长（mm）；）；中性点以上第中性点以上第i i层土桩负摩阻力标准值，按下式计算：层土桩负摩阻力标准值，按下式计算：桩周第桩周第i