第六讲桩基础.pptx

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1、6.0 深基础深基础深基础：位于地基深处承载力较高的土层上，埋置深度大于5m或大于基础宽度的基础，称为深基础，如桩基、地下连续墙、墩基和沉井等。第1页/共107页第2页/共107页桩基础桩基础第3页/共107页第4页/共107页第5页/共107页河河姆姆渡渡遗遗址址第6页/共107页河姆渡遗址河姆渡遗址第7页/共107页第8页/共107页 (1)软弱地基或某些特殊性土上，各类永久性建筑物，不允许地基有过大沉降和不均匀沉降；(2)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；(3)对于高重建筑物，如高层建筑、重型工业厂房和仓库、料仓等，地基承载力不能满足设计需要时；(4)对桥梁、码头

2、、烟囱、输电塔等结构，宜采用桩基以承受较大的水平力和上拔力时；(5)对精密或大型的设备基础，需要减小基础振幅、减弱基础振动对结构的影响时；(6)水上基础，当施工水位较高或河床冲刷较大，采用浅基础施工困难或不能保证基础的安全时。结结构构与与荷荷载载地地基基施施工工桩基础作为承受重荷载建筑物基础，应用范围广。适用条件第9页/共107页为了满足结构物的要求，适应地基的特点，在土木工程结构的实践中形成了各种类型的深基础，其中沉井基础，尤其是重型沉井、深水浮运钢筋混凝土沉井和钢沉井，在国内外已有广泛的应用和发展。如我国的南京长江大桥、天津永和斜拉桥、美国的Stlouis大桥等均采用了沉井基础。目前，在其

3、构造、施工和技术方面我国均已进入世界先进水平，并具有自己独特的特点 沉井基础沉井基础第10页/共107页第11页/共107页沉井基础的特点沉井是一种四周有壁、下部无底、上部无盖、侧壁下部有刃脚的筒形结构物。通常用钢筋混凝土制成。它通过从井孔内挖土，借助自身重量克服井壁摩阻力下沉至设计标高，再经混凝土封底并填塞井孔，便可成为桥梁墩台或其他结构物的基础 第12页/共107页第13页/共107页适用条件当上部荷载较大，结构对基础的变位敏感，而表层地基土的允许承载力不足，做扩大基础开挖工作量大以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层时，采用沉井基础与其他深基础相比较，经济上较为合理时。在山区河流中，虽

4、然浅层土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工的情况岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工围堰时有困难时。总的来说根据经济合理和施工可行的原则，考虑是否采用沉井基础 第14页/共107页沉井基础的类型按沉井施工方法的分类 沉井按不同的下沉方式分为就地制造下沉的沉井与浮运沉井。就地制造下沉的沉井是在基础设计的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基础位置在水中，需先在水中筑岛，再在岛上筑井下沉，如图。在深水地区，筑岛有困难或不经济，或有碍通航，或河流流速大，可在岸边制筑沉井拖运到设计位置下沉，这类沉井叫浮运沉井 第15页/共107页第16页/共107页沉井按外观形状分类

5、 在平面上可分为单孔或多孔的圆形、矩形、圆端沉井及网格形，如图所示。圆形沉井受力好，适用于河水主流方向易变的河流。矩形沉井制作方便，但四角处的土不易挖除，河流水流也不顺。圆端形沉井兼有两者的优点也在一定程度上兼有两者的缺点，是工程中常用的基础类型 按沉井的立面形状 沉井竖直剖面外形主要有竖直式、倾斜式及阶梯式等。采用哪种形式主要视沉井需要通过的土层性质和下沉深度而定 第17页/共107页第18页/共107页按沉井的建筑材料分类混凝土沉井钢混沉井竹筋沉井钢沉井第19页/共107页沉箱基础沉箱基础又称之气压沉箱基础，它是以气压沉箱来修筑的桥梁墩台或其他构筑物的基础。沉箱形似有顶盖的沉井。在水下修筑

6、大桥时，若用沉井基础施工有困难，则改用气压沉箱施工，并用沉箱作基础。它是一种较好的施工方法和基础形式。工作原理是：当沉箱在水下就位后，将压缩空气压人沉箱室内部，排出其中的水，这样施工人员就能在箱内进行挖土施工，并通过升降筒和气闸，把弃土外运，从而使沉箱在自重和顶面压重作用下逐步下沉至设计标高，最后用混凝土填实工作室，即成为沉箱基础，如图所示。由于施工过程中通人压缩空气，使其气压保持或接近刃脚处的静水压力，故称为气压沉箱 第20页/共107页第21页/共107页沉箱和沉井一样，可以就地建造下沉，也可以在岸边建造，然后浮运至桥基位置穿过深水定位。当下沉处是很深的软弱层或者受冲刷的河底时，应采用浮运

7、式。我国在深水急流中修建了不少桥梁，已积累了丰富的深水基础工程设计和施工技术。如采用大型管柱基础来取代气压沉箱的施工方法，管柱直径从1.5m发展到5.8m，水下深度达64m。在沉井施工方面，成功地开发了先进的触变泥浆套下沉技术，大幅度地减少了圬工数量，并使下沉速度加快311倍。刚竣工的江阴长江大桥，其支承悬索的北岸锚锭的沉井的平面尺寸达69m51m，埋深58m，是世界上平面尺寸最大的沉井基础。大型深水基础还成功地采用双壁钢围堰内抽水封底并加管柱钻孔的型式，围堰直径达3040m。还广泛地采用和推广了大直径钻孔灌注桩基础，直径1.53.0m，并对更大直径的空心桩研究取得初步成果。如北镇黄河公路桥采

8、用钻孔深度已达到104m。第22页/共107页深基础还有两种类型：地下连续墙和墩基础，它们也是土木工程中常用的基础工程形式。最近在大型基础上已开始大量采用地下连续墙的施工方法。第23页/共107页第24页/共107页第25页/共107页第26页/共107页第27页/共107页第28页/共107页第29页/共107页第30页/共107页第31页/共107页第32页/共107页第33页/共107页第34页/共107页第35页/共107页泥浆配置泥浆测试第36页/共107页成槽开挖第37页/共107页第38页/共107页第39页/共107页钢筋笼制作第40页/共107页钢筋笼起吊第41页/共107页

9、钢筋笼入槽第42页/共107页锁口管吊放 第43页/共107页混凝土浇灌第44页/共107页锁口管起拔第45页/共107页第46页/共107页设置方向周围介质周围介质结构特性 定义定义6.1 桩的定义与分类垂直或微斜垂直或微斜埋置于土岩土岩中的受力杆件杆件基基础构件。础构件。荷载传递至桩周和桩端深层土岩主要承受垂直荷载也可承受水平荷载作用作用基本要素基本要素第47页/共107页桩与基桩桩与基桩桩基础桩基础 设置于土中的竖直或倾斜的柱型构件，在竖向荷载作用下，通过桩土之间的摩擦力（桩侧摩阻力）和桩端土的承载力（桩端阻力）来承受和传递上部结构的荷载。桩基础中的桩称之为基桩 桩与连接桩顶的承台共同组

10、成桩基础，简称桩基。第48页/共107页基基 础础 工工 程程 竖向承载力高；沉降变形量小；具有一定抗水平、抗拉和拔倾覆性能；可穿越不良土层。桩基础功能桩基础功能突突出出优优点点（1）桩支承于坚硬的（基岩、密实的卵砾石层）或较硬的（硬塑粘性土、中密砂等）持力层，具有较高的竖向单桩承载力或群桩承载力。（2）桩基具有很大的竖向单桩刚度（端承桩）或群桩刚度（摩擦桩），在自重或相邻荷载影响下，不产生过大的不均匀沉降，并确保建筑物的倾斜不超过允许范围。（3）凭借较大的单桩侧向刚度（大直径桩）或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力，抵御由于风和地震等引起的水平荷载与力矩荷载，保证建筑物的抗倾覆稳定性。（4

11、）桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩，在地震造成浅部土层液化与震陷的情况下，桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力，从而确保建筑的稳定，且不产生过大的沉陷与倾斜。第49页/共107页桩基础工程应用桩基础工程应用第50页/共107页桩的分类桩的分类桩基分类桩基分类桩和桩基的分类桩基数量承台位置承载性状施工方法设置效应使用功能第51页/共107页桩基础分类桩基础分类桩基础分类桩基础分类桩数桩数桩数桩数n n单单桩桩基基础础群群桩桩基基础础单根桩形式承受或传递上部荷载独立基础2根或以上多根桩群和上部承台组合形式承受或传递上部荷载的基础群桩基础中一根桩称为基桩第52页/共1

12、07页桩基础分类桩基础分类桩基础分类桩基础分类承台承台承台承台承承台台地地面面相相对对位位置置承台承台类型类型高承台桩基础低承台桩基础第53页/共107页高桩承台：承台底面位于地面(或冲刷线)以上，低桩承台：底面位于地面(或冲刷线)以下。高承台桩基础由于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，避免或减少水下作业，施工较为方便，且更经济。然而，高承台桩基础刚度较小，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承台桩基础，在稳定性方面低承台桩基础也较高承台桩基础更好。第54页/共

13、107页基桩分类基桩分类基桩分类基桩分类使用功能使用功能使用功能使用功能竖竖向向抗抗压压桩桩竖竖向向抗抗拔拔桩桩水水平平受受荷荷桩桩复复合合受受荷荷桩桩第55页/共107页基桩分类基桩分类基桩分类基桩分类承载性能承载性能承载性能承载性能摩摩擦擦型型桩桩端端承承型型桩桩摩擦桩端承摩擦桩端承桩l/d 10摩擦端承桩第56页/共107页木桩钢筋混凝土桩基桩分类基桩分类材料材料钢桩组合桩第57页/共107页就地灌注不同桩身材料的桩及其构造就地灌注钢筋混凝土桩第58页/共107页钢筋混凝土预制桩第59页/共107页钢桩l木桩第60页/共107页承台（盖梁)及桩与承台的联结第61页/共107页基桩分类基桩

14、分类设置效应设置效应挤土桩部分挤土桩非挤土桩第62页/共107页饱和软土中挤土效应饱和软土中挤土效应第63页/共107页 沉桩过程中，桩周土体受到径向挤压和竖向剪切作用，桩侧一定范围内土的应力应变状态变化土体结构、密度及含水量改变，导致土的物理力学性质也发生改变。灵敏粘土易产生软化，从桩两侧挤出地表，土体隆起较大；非灵敏粘土如硬粘土、细砂和粗砂等土层，隆起量小得多。高灵敏度软粘土中产生较高的超孔隙水压力，大幅度降低了土体中的有效应力；对已打入土中的桩产生挤压，使其桩顶偏位、桩身挠曲、向上浮（拔）起；土体垂直隆起和水平位移，波及到沉桩范围外一定距离，对周围环境产生危害；沉桩后超孔隙水压力消散，桩

15、周土体再固结导致附加沉降，土与承台脱离，可引起周围建筑物附加不均匀下沉；同时当压缩量大于桩尖下沉量时，桩侧受到负摩阻力作用。挤土效应挤土效应第64页/共107页小桩 d 250mm普通桩 250 d 800mm大直径桩 d 800mm 基桩分类基桩分类桩径、桩长桩径、桩长深长桩：桩长 40m 超常桩：桩长 50m 基桩分类基桩分类施工方法施工方法预制桩灌注桩打入桩(锤击桩）振动下沉桩静力压桩钻孔、挖孔灌注桩沉管灌注桩爆扩桩第65页/共107页桩的施工工艺预预预预制制制制桩桩桩桩 预制桩系指借助于专用机械设备将预先制作好的具有一定形状、刚度与构造的桩杆打入、压入、或振入土中的桩型。预制桩的预制桩

16、的种类种类预制钢筋混凝土桩；预应力钢筋混凝土桩；钢桩：钢管桩和H形桩。第66页/共107页第67页/共107页第68页/共107页灌灌灌灌注注注注桩桩桩桩 灌注桩系指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成的桩孔内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。灌注桩分为：沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几大类。成孔方成孔方法法第69页/共107页第70页/共107页第71页/共107页钻孔灌注桩准备场地；埋置护筒；制备泥浆；安装钻机或钻架；钻孔；清孔及吊装钢筋骨架（钢筋笼）；灌注水下混凝土第72页/共107页第73页/共107页第74页/共107页第75页/共107页第76页/共

17、107页第77页/共107页挖孔灌注桩：无水、少水的密实土层，桩的直径或边长不小于1.4m，孔深一般不超过20米。开挖、提升出土、排水、支撑、立模板、吊装钢筋笼、灌注混凝上等作业。第78页/共107页第79页/共107页 大直径锤击沉管灌注桩是指沉管直径560mm700mm的锤击沉管灌注桩，其桩靴和桩管沉到设计的深度后，在桩管内下入钢筋笼，灌注砼，尔后开启振动锤和桩机卷扬机，边振动边将桩管拔起而成桩。大直径锤击沉管灌注桩第80页/共107页 “全夯式扩底灌注桩”成桩工艺及技术，是采用双管套合，沉管达到设计的最后贯入度要求后，抽出内管，在外管内灌注砼，然后插入内管并锤击内管，使外管内的砼挤出管外

18、形成扩大头，再浇灌并锤击桩身砼，使其形成密实、扩大的砼桩身。单桩承载力比同类型普通桩提高1.53.0倍。第81页/共107页第82页/共107页水中桩基础的施工为了适应水中施工的环境必然要增添浮运沉桩及有关的设备和采用水中施工的特殊方法。常用的浮运沉桩设备是将桩架安设在驳船或浮箱组合的浮体上，或使用专用的打桩船有时配合使用定位船、吊船等。在组合的船组中备有混凝土工厂、水泵、空气压缩机、动力设备、龙门吊或履带吊车及塔架等施工机具设备。所用设备可根据采用的施工方法和施工条件选择确定。第83页/共107页浅水中桩基施工浅水中桩基施工：围堰修筑法，即先筑围堰，后沉基桩的方法。深水中施工深水中施工：笼架

19、围堰和吊箱等施工方法。(1)在导向船上拼制围笼，拖运至墩位，将围笼下沉、接高、沉至设计标高，用锚船(定位船)或抛锚定位(2)在围笼内插打定位桩(可以是基础的基桩也可以是临时桩或护筒)，并将围笼固定在定位桩上；退出导向船 (3)在围笼上搭设工作平台安置钻机或打桩设备(4)沿围笼插打钢板桩，组成防水围堰；(5)完成全部基桩的施工(钻孔灌注桩或打入桩)；(6)用吸泥机吸泥，开挖基坑；(7)基坑经检验后，灌注水下混凝土封底；(8)待封底混凝土达到规定强度后，油水修筑承台和墩身直至出水面(9)拆除围笼，拔除钢板桩。第84页/共107页第85页/共107页第86页/共107页第87页/共107页第88页/

20、共107页第89页/共107页第90页/共107页第91页/共107页第92页/共107页第93页/共107页第94页/共107页各类桩的主要特点各类桩的主要特点各类桩的主要特点各类桩的主要特点 振动、噪声振动、噪声 预制桩、沉管灌注桩在锤击或振动法下沉时，施工噪音大，污染环境，不宜在居住区周围使用。预制桩用静压法施工可消除噪音污染，是城区预制桩的主要施工方法。钻孔桩的施工过程振动、噪音小，是城区建筑的常用桩型。第95页/共107页 预制钢筋混凝土桩等挤土桩，具有如下危害：饱和软土中，密集桩群施工，引起超静水孔隙水压力剧增，可达上覆土重1.4倍，甚至更高；地表隆起，桩区内50m，隆起总体积约为

21、桩入土体积40；浅层土体水平位移和深层土体位移，影响范围分别达10倍桩径和1倍桩长以上。上述作用导致先打设桩被抬起、偏移，至弯曲或断裂。控制沉桩挤土效应是市区选用预制桩的前提。控制和减轻沉桩挤土影响的方法：设置防振沟、挤土井、预钻孔、排水砂井、控制沉桩速度以及调整打桩流程等。挤土效应挤土效应 钻孔灌注桩、挖孔灌注桩为非挤土桩，对邻近建筑物及地下管线危害很小。端部开口或半闭口管桩为部分挤土桩，但端部“土塞”的承载力较封闭式桩小。“土塞”效应第96页/共107页 受设备能力的限制，单节预制桩长度在30m以内，更长时需接桩。预制钢筋混凝土桩不易穿透较厚的坚硬地层，沉桩困难时需采用射水辅助振动沉桩法。

22、由于节长规格无法临时变更，沉桩无法达到设计标高时，就不得不截桩。因此除钢桩、嵌岩桩外，受沉桩能力限制，预制混凝土桩、沉管灌注桩桩径、桩长不可太大，单桩极限承载力一般不超过6000kN。沉桩能力与承载力沉桩能力与承载力 钻孔灌注桩直径可大至12m，桩长可达100m，适用各种地层，桩端不仅可进入微风化基岩，且可扩底，挖孔灌注桩直径更可扩大至23m。因此单桩的总承载能力大，单桩极限承载力可达15000kN以上。第97页/共107页江苏广电城工地3840吨桩基静载检测现场 第98页/共107页深长钻孔灌注桩L120m/D250cm第99页/共107页 灌注桩的优点是省去了预制桩的制作、运输、吊装和打入

23、等工序，桩不承受这些过程中的弯折和锤击应力，从而节省了钢材和造价。仅承受轴向压力时，按工作荷载要求通常只在上部配筋，混凝土不用接头，节约了钢的用量，也不需使用高标号混凝土，一般情况下，比预制桩经济。施工应力与配筋量施工应力与配筋量 预制桩的配筋往往是由搬运起吊和锤击时的施工工况来控制的，远远超过正常工作荷载对强度的要求，因此桩身混凝土标号、含筋率高，主筋要求通长配置，用钢量大。第100页/共107页 预制桩接头常形成桩身的薄弱环节，沉桩的挤土效应可使先打设的桩被抬起，如果接桩不牢固，可使上下两节桩脱开。沉管灌注桩挤土效应可能使混凝土尚未结硬的邻桩被剪断，对策是采取“跳打”顺序施工，待混凝土强度

24、足够时再在它的近旁施打相邻桩。与预制桩相比，灌注桩桩身的混凝土质量不易控制和保证，在地下、水下灌注混凝土过程中容易出现断桩、缩颈、露筋和夹泥的现象。其中挖孔桩的施工质量比钻孔桩有保证，但其挖土和浇灌混凝土都必须在无水环境下进行。质量稳定性质量稳定性第101页/共107页 钻（冲）孔灌注桩桩是在钻进过程中，用泥浆防止孔壁坍塌，并藉泥浆的循环将孔内碎渣带出孔外，成孔过程中会使孔壁松弛并吸附泥皮、孔底沉淀钻渣，影响桩的承载能力。但在严格的管理、成熟的工艺前提下，可使这类缺点的影响得到有效控制。克服这一缺点的措施有：保证清孔质量，一般要求在沉放钢筋笼前后各进行一次清孔，孔底沉渣厚度控制在10cm以内；

25、孔底夯填碎石消除淤泥沉淀或采用后压浆施工工艺，通过预埋注浆管在沉桩后进行桩底注浆，使桩底沉渣、桩侧泥皮得以置换并加固；利用机械削土方法或夯挤方法做成葫芦串式的多级扩径桩；或创造一个在无水环境下浇注混凝土的条件，例如套管护壁干取土施工工艺。第102页/共107页桩基施工质量检验桩的几何受力条件检验桩身质量检验桩身强度与单桩承载力检验第103页/共107页4.2桩的设计原则桩的设计原则 桩基达到建筑物正常使用变形限制或耐久性能的某项限值。桩基极限状态分类承载能力极限状态ULTUltimate Limit State）桩基达到最大承载能力，或不适用继续承载的变形或变位。正常使用极限状态SLSServiceability Limit State第104页/共107页第105页/共107页承载力极承载力极限状态计限状态计算算桩基计算与验算桩基计算与验算桩基计算与验算桩基计算与验算变形验变形验算算抗裂或裂抗裂或裂缝宽度验缝宽度验算算桩基承载力软弱下卧层整体稳定性抗震桩基结构承载力桩基沉降桩基水平位移桩身承台 桩端持力层为软弱土的一、二级建筑物以及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的沉降验算，并宜考虑上部结构与桩基的相互作用；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的水平变位验算。第106页/共107页感谢您的观看！第107页/共107页