第三章桩基础.ppt

第三章 桩基础,主要内容：桩基础的组成、作用及常用的结构型式；桩基础的分类、构造及施工工艺并对桩基础的质量检验作简要介绍；单桩的承载力问题：包括单桩的轴向承载力、横轴向承载力和负摩阻力问题。,第一节 概述,桩基础的组成与特点：,图3-1 桩基础1-承台；2-基桩；3-松软土层；4-持力层；5-墩身,桩基础桩承台,基桩,群桩,单桩,桩的作用,（1）将荷载传至硬土层或分配到较大的深度范围 以提高承载力。,（2）减小沉降，从而也减小沉降差，因此地基强度够，而变形不合要求时亦用。,桩的作用,（3）抗拔：用于抗风、抗震、抗浮等；（4）有一定抗水平荷载能力，特别是斜桩；（5）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。,桩的作用,所以应用广泛，沿海、内陆地区均用。同基坑支护、地基处理并为基础工程三大热点。桩基古已应用。上海龙华塔，7层，高40.4m,相当于13层楼高,初建于三国东吴时代(AD220-280),重建于宋代AD977年,用木桩,桩周用灰土防腐，是软基上建高层的范例。,桩基础的优缺点,优点：1、具有较高的承载能力与稳定性；2、减少建筑物整体沉降和不均匀沉降；3、深水河道中修建桩基础可以避免水下工程，简化施工设备和技术要求；3、是克服复杂条件下不良地质现象危害的重要措 施，具有良好的抗震性能；4、具有很强的灵活性，对结构体系及荷载变化等有较强的适应能力，并且设桩也可作为地基处理措施以提高地基的强度及稳定性；缺点：1、施工比浅基础复杂，工程造价较高；2、以打入等方式设桩存在振动及噪音等环境问题，而以成孔灌注方式设桩常对场地环境卫生带来影响；3、桩基础的工作机理比较复杂，设计计算方法相对不完善；,桩基础的适用范围：,几乎任何领域，特别是在软弱地基上的建筑物、沿海码头等，通常对于下列情况，可考虑采用桩基础方案：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、经济上不合理时；河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，如采用浅基础施工困难或不能保证基础安全时；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土层，将荷载传到较坚实土层，减少结构物沉降并使沉降较均匀；当施工水位或地下水位较高时，采用浅基础可减小施工困难和避免水下施工；地震区，在可液化地基中，采用桩基础可增加结构物的抗震能力，桩基础穿越可液化土层并伸入下部密实稳定土层，可消除或减轻地震对结构物的危害。水平力和上拔力较大时，如桥梁、码头、烟囱、输电塔等结构物。,桩基础设计内容和步骤：,收集资料；选桩型、确定桩的基本尺寸；确定单桩承载力；确定群桩承载力；相关的检算（如承台、墩顶水平位移等）；绘制施工图纸；,第二节 桩和桩基础的分类,按桩身材料分类,按承台位置高低分类,按受力状态分类,按桩轴方向分类,按施工方法分类,按成桩方法对土层的影响分类,桩基础分类,按桩径大小分类,桩和桩基础的分类,按桩径大小分类,小桩：d250mm,普通桩：250mmd800mm,大直径桩：d800mm,按受力状态分类：抗轴向压力桩 抗拔桩,桩和桩基础的分类,桩和桩基础的分类,：水平力和力矩不大，桩的自由长度不长，桩径较大时使用,斜桩轴向力水平分量,土抗力,平衡外力,桩轴线与竖直线夹角正切值1/8,挖、钻孔灌注桩很少使用，打入桩使用较多。,打入桩的斜抗倾斜度1/3（横：竖）,桩墩：,以单个桩墩代替群桩和承台。,构造要求：直径0.8m,受力特点：断面尺寸较大，具有较高的竖向承载力，可承受较大的水平荷载，扩底桩墩还具有抵抗较大上拔力的能力。,桩和桩基础的分类,按施工方法分类,预制桩,灌注桩,锤击,打入桩,振动,振入桩,静压,压入桩,螺旋,螺旋桩,贯入度：1050mm/阵,10次锤击,1分钟,采用无噪音机械压入，多用于地基加固,机械成孔,钻孔桩,冲孔桩,人力或机械挖掘,挖孔桩,钢管挤土成孔,沉管灌注桩,爆扩桩,管柱,桩和桩基础的分类,：承台底面高于地面（或局部冲刷线），减少墩台圬工数量，避免水下作业，水平力作用下受力不利，稳定性相对低桩承台较差。,按桩身材料分类,木桩,钢桩,混凝土桩,钢筋混凝土桩,预应力钢筋混凝土桩,桩和桩基础的分类,桩和桩基础的分类,挤土桩：预制桩、木桩、沉管灌注桩等在锤击和振动贯入 过程中将桩位处的土体大量排挤开，使土的结构严重扰动破坏，对土的强度和变形性质影响较大，计算中采用原状土扰动后再恢复的强度指标来估算桩的承载力和沉降量。,按成桩对土层的影响分类,部分挤土桩：冲击成孔灌注桩、预钻孔打入式预制桩、H型钢桩等，在成桩过程中对桩周土体稍有排挤作用，但土的强度和变形性质变化不大，一般可用原状土测得的强度指标来估算桩的承载力和沉降量。,非挤土桩：钻孔灌注桩、机挖灌注桩等，在成桩过程中清除孔中土体，桩周土不受排挤作用，并可能向桩孔内移动，使土的抗剪强度降低，桩侧摩阻力有所减小。,挤土效应：,在饱和软土中进行密集群桩施工将导致：土中超空隙水压力剧增（可达上覆土压的1.4倍，甚至更高）；地表隆起；浅层土体发生水平位移（影响范围1倍桩长以上）；深层土体位移；先打设的桩被抬起、挤扁，甚至弯曲、断裂。,已有建筑物下沉、局部抬起,结构破坏,临近路面开裂、地下管线位移、破坏,解决方法：,端部开口或半闭口管桩,减少挤土效应,部分挤土桩,例上海某电话局机务大楼，打桩使周边房屋破坏，赔40万。,合理安排打桩顺序,第三节 桩型及其构造,1、构造桩径：一般为0.81.50m。挖孔灌注桩：直径或最小边宽1.20m 沉管灌注桩：直径一般为0.30.6m配筋：配筋率：0.2%0.6%主筋：d 14mm，数量不少于8根 长摩擦桩：根据弯距分布情况分段配筋；短摩擦桩和支撑桩：按最大弯矩配置通筋；按内力计算不需配筋时，需在桩顶3 5m范围内配置构造钢筋；箍筋：d 8mm，中距200 400mm。加强箍筋：d 14mm 18mm，间距2.0m 2.5m 保护层厚度：50mm 灌注桩如果需要嵌入岩层时，嵌入深度根据计算确定，并不得小于0.5m。,一、就地灌注钢筋砼桩的构造、特点及适用条件,2、优点：可适用于各种地层；桩长可随持力层起伏而改变；仅受轴压时，不需配钢筋（需配钢筋笼时，按工作要求布置）；采用大直径钻孔或挖孔灌注桩，单桩承载力高；一般来说，比预制桩经济；施工过程无挤土、无（少）振动、无（低）噪音；（80年代，济南黄河斜拉桥基础桩径1.5m，桩长8288m钻孔灌注桩。）,一、就地灌注钢筋砼桩的构造、特点及适用条件,3、缺点：桩身质量不易控制和保证；桩身直径变化较大，孔底沉积物不易清除干净；大直径灌注桩作承载力试验费用昂贵；一般情况下，不宜用于水下桩基；,一、就地灌注钢筋砼桩的构造、特点及适用条件,缩颈,断裂：初凝期，打临桩或砼离析，强度不足,夹泥,沉渣,单桩承载力变化较大,钻孔灌注桩常识：,一、就地灌注钢筋砼桩的构造、特点及适用条件,常用桩径,桥梁：0.8m 1.0m 1.25m 1.5m,建筑：0.6m 0.8m,普通钢筋砼方桩：实心 空心桩长：现场制作：2530m；工厂预制：12m；断面尺寸：200200mm 600600mm 桥梁常用：350350mm、400400mm砼：C25钢筋：主筋：满足起吊、运输、沉桩、和使用阶段需要需配置通筋 直径：1925mm；根数：一般为8根；配筋率：0.8%箍筋：直径：68mm；间距：100200mm；桩两端加密：50mm 钢筋吊环：直径：2025mm；吊点位置：计算确定保护层厚度：35mm接桩方法：钢板角钢焊接（图3-11）；法兰盘螺栓和硫磺胶泥锚固等；,二、钢筋砼预制桩的构造、特点及适用条件,构造之一 普通钢筋砼方桩,钢筋砼管桩：普通钢筋砼管桩、预应力钢筋砼管桩制造工艺：离心旋转法制造 旋转13分钟高温180度、高压1兆帕蒸养10小时三天出厂通用桩径：400mm、550mm、600mm、800mm、1000mm管壁厚度：80mm、100mm、110mm、130mm管节长度：4 15m砼标号：C25 C40常用管柱直径：1.5m 5.8m特大直径钢筋砼管柱：普通钢筋砼管柱：适用入土深度25m 预应力钢筋砼管柱：适用入土深度25m 特点：能承受较大的振动力，抗裂性能强，武汉长江大桥首先采用。,二、钢筋砼预制桩的构造、特点及适用条件,构造之二 钢筋砼管桩和管柱,定义：预应力钢筋砼桩是预先将钢筋砼桩的部分或全部主筋作预应力张拉，对桩身砼施加预应力，以提高桩的抗冲（锤）击能力和抗弯能力，预应力钢筋砼桩简称预应力桩。特点：（与普通砼桩比较）1、强度重量比高；2、含钢率低；3、耐冲击、耐久性和耐腐蚀性好；4、穿透能力强；5、制作工艺复杂；,二、钢筋砼预制桩的构造、特点及适用条件,构造之三 预应力钢筋砼桩,适用情况：1、超长桩（L50m）2、需要穿过夹砂层是高层建筑的理想桩型之一制作方法：普通立模浇制：预应力空心方桩 常用规格：500500mm、600600mm 离心法制作：圆环型的高强预应力管桩，简称PHC桩 常用规格：外径：d500mm、550mm、800mm、1000mm 壁厚：90 130mm 桩段长：4 15m 砼标号：C60 C80,二、钢筋砼预制桩的构造、特点及适用条件,构造之三 预应力钢筋砼桩（续）,1、桩单位面积承载力较高，预制桩属挤土桩，打入土层使松软土挤密，提高承载力；2、桩身质量易于保证和控制；3、易于在水中施工；4、桩身砼密度大，抗腐蚀性能强；5、施工效率高目前，钢筋砼桩应用广泛，是主要研究对象。,二、钢筋砼预制桩的构造、特点及适用条件,钢筋砼预制桩的优点：,1、单价较灌注桩高，配筋按起吊、运输、打桩应力设计，配筋率高，用钢量大，较长则接头用钢量大；2、一般锤击、振动法下沉，施工噪音大，污染环境，静压（受设备、环境限制）；3、挤土桩：隆起，使已就位桩上浮；4、受起吊设备能力限制，单长桩不过长10米左右，接头处是薄弱环节，垂直度影响承载力；5、不易穿透较厚坚硬土层，辅以其它设施，射水，钻孔；6、现场接桩、截桩困难；,二、钢筋砼预制桩的构造、特点及适用条件,钢筋砼预制桩的缺点：,1、不需考虑噪音污染、振动影响的环境；2、持力层上覆盖土层为软弱地层，无坚硬夹层；3、水下桩基工程；4、大面积打桩工程，工作效率高；,二、钢筋砼预制桩的构造、特点及适用条件,钢筋砼预制桩的适用范围：,1、基本类型 钢管桩 H型钢桩 钢轨桩 螺旋钢桩,三、钢桩的构造类型、特点及适用条件,2、钢管桩：常用桩径：4001000mm 常见桩径：406mm、609mm、914mm、1200mm壁 厚：有效厚度腐蚀厚度 一般壁厚10mm左右 按使用阶段应力计算确定 使用年限内管壁腐蚀厚度（表31）节段长度：12 15m优点：强度高，抗疲劳冲击性能好；设计灵活性大，壁厚、桩径选择范围大；便于割接，桩长容易调节，质量可靠，运输方便；贯入能力强，沉桩速度快，挤土影响小；抗弯刚度大，单桩承载力高；,三、钢桩的构造类型、特点及适用条件,缺点：用钢量大，成本昂贵(造价是混凝土的3-4倍)；抗腐蚀性能差，需做表面防腐处理(2mm)适用情况：必须穿越沙层；必须控制挤土影响；工期紧迫；其它桩型无法施工或质量难以保证；重要工程；实际应用：宝钢高炉、金茂大厦用钢管桩,三、钢桩的构造类型、特点及适用条件,三、钢桩的构造类型、特点及适用条件,端部构造：开口桩 闭口桩“土蕊”、“土塞”砂层,3、H型桩：系一次扎制成型，与钢管桩相比：优点：挤土效应更小穿透性能更强；割焊与成桩更快捷；缺点：侧向刚度较弱，打桩时桩身容易向刚度较弱的方向倾斜，甚至产生施工弯曲。钢筋砼桩或预应力钢砼桩H型桩尖组合桩 能顺利穿过夹块石的土层，也能嵌入风化层。,三、钢桩的构造类型、特点及适用条件,构造：杉木或松木桩顶铁箍桩尖铁桩靴 桩径：140mm260mm 桩长：4m 8m优点：自重小，便于加工、运输，打桩设备简单缺点：承载能力小；在干湿交替环境中极易腐烂；适用条件：某些加固工程或能就地取材的临时性工程中适用；在淡水中耐久性好，一般应打入地下水位以下0.5m。,四、木桩的构造、特点及适用条件,承台类型：,五、承台（盖梁）的构造及桩与承台的联结,承台类型,独立形,条形,环形,井格形,板形,箱形,沉井形,板式承台构造要求：最小尺寸：桥墩（台）底部尺寸襟边尺寸最大尺寸：混凝土承台：满足刚性角要求 钢筋砼承台：由力学检算确定形状：与墩（台）形状相符（矩形、圆形、圆端形）厚度：1.5m（一般1.5m3.0m）砼标号：C15（一般C15C25）钢筋构造：后讲,五、承台（盖梁）的构造及桩与承台的联结,五、承台（盖梁）的构造及桩与承台的联结,桩与承台的联结：,600mm,不破桩头的桩埋入承台长度h规定：d 1.2m h d(或边长),布置位置：在承台底部桩顶平面上布置一层钢筋网。钢筋数量：每米宽度内1200150m钢筋直径：1418注：钢筋网在越过桩顶钢筋处不截断，并应与桩顶主筋连接，钢筋两端弯起锚固。桩之间设置了横向联系时，横系梁不作受力计算，只需按横截面的0.1%配置构造钢筋。,五、承台（盖梁）的构造及桩与承台的联结,承台钢筋布置：,第四节 桩基础的施工,主要内容：钻孔灌注桩的施工方法和设备；挖孔灌注桩、沉管灌注桩及各种沉桩的施工方法；桩基质量检测,一、钻孔灌注桩的施工,测定桩位,准备工作,钻机就位,钻孔,清孔,放钢筋笼,灌注水下混凝土,测定桩位,制备泥浆,泥浆循环排渣,钻孔灌注桩施工工艺流程,1、准备场地：平整场地，以便安装钻架进行钻孔。当墩台位于无水岸滩时：钻架位置处应整平夯实，清除杂物，挖换软土；场地有浅水时：采用土或草袋围坝筑岛；场地为深水或陡坡时：可用木桩或钢筋混凝土桩搭设支架，安装施工平台支承钻机；深水中在水流较平稳时，也可将施工平台架设在浮船上，就位锚固稳定后在水上钻孔；,钻孔灌注桩的施工第二工序：准备工作,2、埋置护筒：护筒作用：固定桩孔位置；保护孔口，防止塌孔；保持桩孔内水压。,钻孔灌注桩的施工第二工序：准备工作,构造要求：护筒内径比钻头直 径稍大，旋转钻增大0.10.2m，冲击或冲抓钻增大0.20.3m,钻孔灌注桩的施工,第二工序：准备工作,护筒类型:,护筒埋设方式：,钻孔灌注桩的施工,第二工序：准备工作,护筒埋设要求：(1)护筒平面位置应埋设正确，偏差不宜大于50mm；(2)护筒顶标高高出地下水位和施工最高水位1.52.0m，在无水地层钻孔，因护筒顶部设有溢浆口，因此筒顶也应高出地面0.20.3m；(3)护筒底应低于最低水位0.10.3m。深水下沉埋没的护筒应下沉至稳定深度，入土深度：粘性土0.51.0m，砂性土 34m；(4)下埋式及上埋式护筒挖坑不宜太大，一般比护筒直径大0.61.0m，护筒四周夯填密实的粘上护筒底应埋置在稳定的粘土层中，否则也应换填粘土并夯密实，厚度一般为0.5m。,钻孔灌注桩的施工第二工序：准备工作,3、制备泥浆：泥浆作用：（1）护壁；（2）携渣；（3）冷却；泥浆制作要求：比重：1.11.3 粘度：10 25s 含砂率：6 调制泥浆的粘土塑性指数：15,钻孔灌注桩的施工第二工序：准备工作,钻架安装要求：平稳，不发生位移、倾斜和沉陷。,钻孔灌注桩的施工第三工序：钻机就位,1、钻孔方法和钻具旋转钻成孔冲击钻成孔冲抓锥成孔,钻孔灌注桩的施工第四工序：钻孔,泥浆循环排渣分为正循环排渣和反循环排渣,钻孔灌注桩的施工第四工序：钻孔旋转钻成孔,1、钻头；2、泥浆循环方向；3、沉淀池；4、泥浆池；5、泥浆泵；6、泥浆笼头；7、钻杆；8、钻机回转装置；,1、钻头、2、新泥浆流向；3、沉淀池；4、砂石泵；5、泥浆笼头；6、钻杆；7、钻机回转装置；8、混合液流向；,钻头：,钻孔灌注桩的施工第四工序：钻孔旋转钻成孔,钻孔灌注桩的施工第四工序：钻孔旋转钻成孔,钻头：,适用范围：旋转钻进成孔的施工方法受到机具和动力的限制，一般适用于较细、软的土层，如各种塑状的粘性土、砂土、夹少量粒径小于100200mm的砂卵土层。对于坚埂土层或岩层，可采用牙轮旋转钻头。,钻孔灌注桩的施工第四工序：钻孔旋转钻成孔,成孔原理：利用钻锥(重为1035kN)不断地提锥、落锥（每冲击一次旋转一个角度）反复冲击孔底土层，把土层中的泥砂、石块挤向四壁或打成碎渣，钻渣悬浮于泥浆中，利用掏渣筒取出。重复过程钻进成孔。适用范围：适用于含有漂卵石、大块石的土层及岩层，也能用于其它土层，成孔深度一般不超过50m。,钻孔灌注桩的施工第四工序：钻孔冲击钻成孔,成孔原理：靠冲锤自重（1020kN）冲下使抓土瓣锥尖张开插入土层，由卷扬机提升锥头收拢抓土瓣将土抓出，弃土后继续冲抓钻进成孔。适用范围：适用于粘性土、砂性土以及夹有碎卵石的砂砾土层，成孔深度小于30m。,钻孔灌注桩的施工第四工序：钻孔冲抓钻成孔,常见质量问题及处理方法：塌孔：如发生塌孔，应探明塌孔位置，将砂和粘土混合物回填到塌孔位置以上12m，如塌孔严重，应全部回填，等回填物沉积密实后再重新钻孔。缩孔：处理时可用钻头反复扫孔，以扩大孔径。斜孔：处理时可在偏斜处吊住钻头，上下反复扫孔，直至把孔位校直；或在偏斜处回填砂粘土，待沉积密实后再钻。,钻孔灌注桩的施工第四工序：钻孔,钻孔注意事项：（1）始终要保持钻孔护筒内水位要高出筒外11.5m的水位差和护壁泥浆的要求，以起到护壁固壁作用，防止坍孔；（2）应根据土质等情况控制钻进速度、调整泥浆稠度，以防止坍孔及钻孔偏斜、卡钻和旋转钻机负荷超载等情况发生；（3）钻孔宜一气呵成，不宜中途停钻以避免坍孔；（4）钻孔过程中加强对桩位、成孔情况的检查，终孔时应对桩位、孔径、形状、深度、斜度及孔底土质等情况进行检验，合格后立即清孔、吊放钢筋笼，灌注混凝土。,钻孔灌注桩的施工第四工序：钻孔,钻孔达到要求的深度后要清除孔底沉渣，以防止灌注桩沉降过大、承载力降低，这个过程称为清孔。清孔方法：1、抽浆清孔：适用于孔壁不易坍塌，各种钻孔方法的柱桩和摩擦桩。2、掏渣清孔：适用于冲抓、冲击成孔的摩擦桩。3、换浆清孔：适用于各类土层的摩擦桩。清孔要求：浇注砼前孔底500mm以内的泥浆比重小于1.25，含砂率8，粘度28s。,钻孔灌注桩的施工第五工序：清孔,吊放钢筋笼注意事项：吊放钢筋笼前：检查孔底深度是否符合要求，孔壁有无妨碍钢筋笼吊放和正确就位的情况。吊放钢筋笼时：应避免钢筋笼碰撞孔壁并保证钢筋笼外砼保护层厚度，随时校正钢筋笼位置。钢筋笼达到设计标高后，牢固定位于孔口。钢筋笼吊放完毕后：再次进行孔底检查，有时须进行二次清孔，达到要求后即可灌注水下混凝土。,钻孔灌注桩的施工第六工序：吊放钢筋笼,水下混凝土浇注最常用的是导管法,钻孔灌注桩的施工第七工序：灌注水下混凝土,钢导管构造：内径：0.20.4m 壁厚：3 4mm 节段长度：一般节长：1 2m 末端节长：3 4m隔水栓构造要求：材料：木球、砼球、沙袋等 直径：较导管内径小20 30mm，能在导管内自由滑动,钻孔灌注桩的施工第七工序：灌注水下混凝土,漏斗和储料槽最小容量：,钻孔灌注桩的施工第七工序：灌注水下混凝土,：导管初次埋深开始时导管离孔底的距离(m)；,：孔内砼高度 时，导管内砼柱与导管外水压平衡 所需高度(m)，；,：孔内水面到砼面的水柱高度(m)；,：孔内水（或泥浆）及砼的容重；,：导管及桩孔直径(m)；,漏斗放置位置要求：漏斗顶端至少应高出桩顶(桩顶在水面以下时应比水面)3m，以保证在灌注最后部分砼时，管内砼能满足顶托管外砼及其上面的水或泥浆重力的需要。砼材料要求：强度：C20（比设计砼配合比高20）坍落度：180220mm 水泥用量：360kN/立方 水灰比：0.5 0.6 含砂率：宜为4045，宜采用中砂 粗骨料粒径：不宜大于40mm，且不得大于钢筋间最小净距的13 保护层厚度：50mm,钻孔灌注桩的施工第七工序：灌注水下混凝土,灌注水下砼注意事项：1、混凝土拌合必须均匀，尽可能缩短运输距离和减小颠簸，防止混凝土离析而发生卡管事故；2、灌注砼必须连续作业，一气呵成，避免任何原因的中断灌注，因此混凝土的搅拌和运输设备应满足连续作业的要求，孔内混凝土上升到接近钢筋笼架底处时应防止钢筋笼架被砼顶起；3、在灌注过程中要随时测量和记录孔内砼灌注标高和导管入孔长度，提管时控制和保证导管埋入砼面内有35m深度。防止导管提升过猛，管底提离砼面或埋入过浅，而使导管内进水造成断桩夹泥，同时也要防止导管埋入过深，而造成导管内砼压不出或导管被砼埋住凝结，不能提升，导致中止浇灌而造成断桩；4、灌注的桩顶标高应比设计值预加一定的高度，此范围的浮浆和混凝土应凿除，以确保桩顶混凝土的质量，预加高度一般为0.5m，深桩应酌量增加。施工flash(1、2),钻孔灌注桩的施工第七工序：灌注水下混凝土,适用范围：适用于无水或少水的较密实的各类土层，桩的直径1.4m，孔深20m。施工工序：开挖桩孔 设置护壁和支撑 现浇混凝土护圈 沉井护圈 钢套管护圈 吊装钢筋笼 灌注桩身砼,二、挖孔灌注桩的施工,挖孔灌注桩的施工,人工开挖：边开挖，边衬砌开挖注意事项：流砂、缺氧(10m)、送风优点：(1)质量比钻孔桩容易保证；(2)直接鉴别、检查土质情况，弥补和纠正勘查工作不足。(3)直接测定控制桩身与桩底的直径和形状，克服了隐蔽性。(4)造价低；缺点：开挖不能过深,三、沉管灌注桩的施工,成桩原理：沉管成孔灌注桩是利用锤击或振动方法将带有桩尖（桩靴）的桩管（钢管）沉入土中成孔。当桩管打到要求深度后，放人钢筋骨架，边浇筑混凝土，边拔出桩管而成桩。施工工艺：就位沉钢管放钢筋笼浇筑混凝土拔钢管,沉管灌注桩的施工,拔管速度控制在1.5m/分钟内，软土中控制在0.8m/分钟内，每拔起0.5m，停拔振动片刻，防止管内砼被吸住上拉缩颈。,桩靴：分为钢筋混凝土预制桩靴和活瓣式桩靴两种,沉管灌注桩的施工,预制砼桩靴,活瓣式桩靴,沉管灌注桩的施工,成孔：常用的成孔机械有振动沉管机和锤击沉桩机 群桩基础或桩中心距小于335倍的桩径，应制定合理的施工顺序，以免影响相邻桩的质量。混凝土浇筑与拔管：为确保灌注桩的承载力，拔管可分别采用单打法，复打法。,沉管灌注桩的施工,常见质量问题及处理方法断桩：断桩主要是由于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。缩颈桩：缩颈桩也称缩孔桩、瓶颈桩，指桩身某部分桩径缩小。吊脚桩：是指桩底部混凝土隔空或混凝土混入泥砂而形成软弱夹层。施工flash(3、4、5、6),四、打入桩的施工,打入桩的施工工艺：,桩机就位,吊桩,打桩,接桩,打桩,截桩,送桩,打入桩的施工吊桩,桩在起吊时，吊点应符合设计规定。吊点位置的选择随桩长而异，并应符合起吊弯矩最小的原则。,打入桩的施工打桩,桩锤,坠锤：锤重220kN，打桩效率低，每分钟打数次，适用于打木桩 或小直径的钢筋砼桩。,单汽动锤：锤重10100kN，每分钟2040次，冲程为1.5m左右，适用于打钢桩或钢筋砼桩。,双汽动锤：锤重310kN，每分钟百次以上，冲程为数百毫米，打 桩效率高，一次冲击动能小，适用于打较轻的钢筋砼桩、钢 板桩，还可用于拔桩。,振动锤：适用于直径较大的管柱。,柴油锤：锤重2072kN，每分钟5060次，冲 程为1.8 2.3m，适用于钢桩或钢筋砼桩。,桩锤应根据地质条件、桩的类型、桩的长度、桩身结构强度、桩群密集程度以及施工条件等因素来确定，其中尤以地质条件影响最大。当桩锤重大于桩重的的152倍时，沉桩效果较好。,打入桩的施工打桩,桩架：作用：装吊桩锤、插桩、打桩、控制桩锤的上下方向。常用类型：钢桩架 桩架的选择应考虑桩锤类型、桩的长度和施工现场的条件等因素。,打入桩的施工接桩,打入桩的施工,打桩过程中常见的问题（1）桩顶、桩身被打坏。（2）桩位偏斜。（3）桩打不下。（4）一桩打下邻桩升起。,打入桩的施工,打桩注意事项：1、合理安排打桩顺序；2、打桩前检查桩位、桩的垂直度或倾斜度；3、开始时轻击慢打，逐渐增大锤击的冲击能量；4、打桩过程中记录贯入度（在一定程度上反映桩的承载力），对特大桥和地质条件复杂的大、中桥，打桩开始前进行试桩和静载试验；5、打桩过程中随时观测打桩情况，防止桩基的偏移，并做好打桩记录；6、每打一根桩应一次连续完成，避免中途停顿过久，否则因桩周摩阻力的恢复增加沉桩的困难：7、接桩要使上下下两节桩对准接准，接头必须牢固，焊接时要注意焊接质量，宜用两人双向对称同时电焊。以免产生不对称的收缩，焊完待冷却后再打桩，以免热的焊缝遇到地下水而开裂；8在建筑物靠近打桩场地或建筑物密集地区打桩时，需观测地面变位情况注意打桩对周围建筑物的影响。,五、静压桩施工,施工程序：测量定位压桩机就位吊桩、插桩桩身对中调直静压沉桩接桩沉桩接桩 沉桩送桩终止压桩截桩,六、射水沉桩法施工,射水法沉桩又称水冲法沉桩，是将射水管附在桩身上，用高压水流束将桩尖附近的土体冲松液化，以减少土对桩端的正面阻力，同时水流及土的颗粒沿桩身表面涌出地面，减少了土与桩身的摩擦力，使桩借自重（或稍加外力）沉入土中。射水法沉桩的特点是：当在坚实的砂土中沉桩，桩难以打下或久打不下时，使用射水法可防止将桩打断，或桩头打坏；比锤击法可提高工效24倍，节省时间，加快工程进度。本法最适用于坚实砂土或砂砾石土层上的支承桩，在粘性土中亦可使用。,七、植桩法沉桩施工,植桩法沉桩是在沉桩部位按设计要求的孔径和孔深先用钻机钻孔，钻出的土体排出地面外运，在孔内再插入预制钢筋混凝土桩，然后采用锤击或振动锤打入法，将桩打入设计持力层标高 植打桩顺序为：先打长桩，后打短桩；先打外围桩，后打中间桩，以防止土体位移对四周建筑物及各种设施造成的影响。,八、水中桩基础施工,水中基础施工分为浅水基础施工和深水基础施工水上打桩设备：若水深在34m左右，可搭便桥或脚手架 若水较深，不宜采用上述形式，改铁驳船 若大而深的江河中，则需专用打桩船,水中桩基础施工,水中打桩：如何解决桩在水中的定位问题？测量平台定位 木笼法定位、导向 围囹定位、导向,水中桩基础施工深水中桩基础施工围堰法,施工工序：,适用范围：深水中的低桩承台基础或承台墩身有相当长度需要在水下施工。,拼装围囹 打定位桩打钢板桩基桩施工开挖基坑灌注砼封底修筑承台和墩身拆除围囹和钢板桩,水中桩基础施工深水中桩基础施工吊箱法,吊箱法：吊箱是悬吊在水中的箱形围堰，基桩施工时用作导向定位，基桩完成后封底抽水，灌注砼承台。适用范围：深水中的高桩承台桩基施工,水中桩基础施工深水中桩基础施工吊箱法,施工工序：,水中桩基础施工深水中桩基础施工套箱法,适用范围：完成全部基桩施工后，修建高桩承台基础的水中承台施工工序：基桩施工吊桩套箱围堰打定位桩浇注封底砼施工承台和墩身,水中桩基础施工深水中桩基础施工沉井结合法,施工工序：,适用范围：(1)水底河床基岩裸露或卵石、漂石土层钢板桩围堰无法插打时；(2)水深流急的河道上为了使钻孔灌注桩在静水中施工时；,桩基施工质量检验,质量问题：缩颈、断桩、沉渣、夹泥、蜂窝研究意义：1、灌注桩存在有害缺陷的根桩率在国外约占510，在国内则达10 20。2、全国1/2桩的承载力低估10，导致每年浪费4万根。检测方法：开挖检测法 钻芯取样法检测法 声波透射法 动力检测法 静力试桩法,桩基施工质量检验,检测内容：(1)桩的几何受力条件检测(2)桩身质量和完整性检测(3)桩身强度检测(4)单桩承载力检测,桩基施工质量检验桩的几何受力条件检测,桩基施工质量检验桩的几何受力条件检测,桩基施工质量检验桩身质量和完整性检测,预制桩检测内容：主筋间距、箍筋间距、吊环位置与露出桩表面的高度、桩顶钢筋网片位置、桩尖中心线、桩的横截面尺寸和桩长、桩顶平整度及其与桩轴线的垂直度、钢筋保护层厚度等。灌注桩检测内容：钻孔成孔与清孔、钢筋笼制作与安装、水下砼配制与灌注,桩基施工质量检验桩身质量和完整性检测之超声波法,基本原理：在桩的一侧通过发射探头将电能转换为机械能，发出超声波(频率在20kHz以上)穿透砼桩，然后在桩的另一例，通过接收探头将此超声波接收后又还原为电信号，将此信号放大，即可在示波器上显示，声波的历时则由数码显示器给出。由于超声波所穿透的砼厚度(或距离)为已知，根据超声波脉冲发出和到达的时间，即可算出在混凝土中传播的声速。由声速可直接判断桩身砼的质量，砼越密实，声速值越大；相反，砼越松散，或声波脉冲路径中有孔洞、裂缝或离析等，则声速就会减小，由此可以检验桩身混凝土的质量和完整性。,桩基施工质量检验桩身质量和完整性检测之时域法（反射波法）,原理：在时间域上研究分析桩的振动曲线，通常是通过对桩的瞬态激振后，研究桩顶振动速度随时间的变化曲线，从而判断桩的质量。瞬态激振最简便的方法就是用手锤或力棒敲击桩顶，同时通过安装在桩顶的速度(或加速度)传感器，获得上述振动曲线。这种方法比较简便，成本低，所以在工程界中应用较广泛。,桩基施工质量检验桩身质量和完整性检测之钻孔取芯法,在桩体上钻孔取芯的方法比较直观，它不仅可以了解灌注桩的完整性，查明桩底沉碴厚度以及桩端持力层的情况，而且还是检验灌注桩混凝土强度的唯一可靠的方法。由于钻孔取芯法需要在工程桩的桩身上钻孔，不属于无损检测，通常适用于直径不小于800 mm的混凝土灌注桩上。灌注桩钻孔取芯检测的取芯数目视桩径和桩长而定。通常至少每1.5m应取1个芯样，沿桩长均匀选取。在钻孔取芯以后，桩上留下的孔洞应及时进行修补，修补时宜用高于桩原来强度等级的混凝土来填充。由于钻孔孔径较小，填补的泥凝土不易振捣密实，故应采用坍落度较大的混凝土浇注，以保证其密实性。,桩基施工质量检验桩身强度检测,检测内容：桩身砼的抗压强度检测方法：预留试块做抗压试验 成桩后：回弹法或超声回弹法,桩基施工质量检验单桩承载力检测之静载法,原理：静载试验法即在桩顶逐级施加轴向荷载，直至桩达到破坏状态为止，并在试验过程中测量每级荷载下不同时间的桩顶沉降，根据沉降与荷载及时间的关系，分析确定单桩轴向容许承载力。P-S曲线明显转折点法 S-logt法（沉降速率法）,桩基施工质量检验单桩承载力检测之时域法,时域法检测桩的承载力在我国应用较广泛，它是利用对桩顶的冲击，根据桩顶在时域上的振动曲线来确定单桩的承载力。根据激振桩顶的设备不同，可分为动参数法、球击法和水电效应法。,第五节 单桩承载力,单桩承载力：定义：单桩在荷载（轴向力、横轴向力、弯距）作用下，地基土和桩自身的强度、变形、稳定性能满足结构正常使用的要求。,桩的两种极限状态,桩基承载力极限状态：1、超过最大承载力 2、产生不适于继续承载的变形 3、桩基发生整体失稳桩基正常使用极限状态：变形、耐久性等。,一、单桩轴向荷载传递机理和特点1、荷载传递过程及土对桩的支撑力,桩顶位移桩身弹性压缩桩底土层压缩,P=PS+PPPP的发挥程度与位移值有关：粘性土：25d；砂性土：(810)dPS的发挥与桩与土间的相对位移有关：粘性土：4 6mm；砂性土：610mm支撑桩桩侧摩擦力的发挥：一般长度支撑桩 较长支撑桩摩擦桩桩底支撑反力的发挥：一般土层上的摩擦桩 桩长很大的摩擦桩,桩身轴力随深度减小,2、桩侧摩阻力的影响因素及其分布,桩侧摩阻力的影响因素：桩土间的相对位移；土的性质；桩的刚度；时间因素；土中应力状态；桩的施工方法；,桩侧摩阻力的分布,计算假定：打入桩：地面处为零，沿桩的入土深度呈线性分布钻孔灌注桩：沿桩身均匀分布,3、桩底阻力的影响因素及深度效应,影响因素：土的性质、持力层上覆荷载、桩径、桩底作用力、时间、桩底端进入持力层深度深度效应：定义：桩底阻力随着桩的入土深度，特别是进入持力层的深度而变化。,4、单桩在轴向受压荷载作用下的破坏模式,1、屈曲破坏：小直径端承桩，细长木桩2、整体剪切破坏：一般的打入式短3、刺入破坏：钻孔灌注桩,单桩承载力的确定,确定因素：桩本身材料强度；土层的支承能力；上部结构的容许变形值；确定方法：三者同时兼顾，并取最小值。,二、单桩轴向容许承载力按土的支承力的确定,（一）用静载试验确定单桩轴向容许承载力试验方法：逐级加载读取沉降时间、沉降值绘制P-S曲线或S-logt曲线观察曲线确定单桩轴向容许承载力,用静载试验确定单桩轴向容许承载力,加载：等级加载：破坏荷载的1/101/15 递变加载：开始阶段：1/2.5 1/5 终了阶段：1/101/15测读沉降时间和沉降值 每级加载后的第一个小时，按2、5、15、30、45、60min测读一次，以后每隔30min测读一次，直至沉降稳定。沉降稳定规定：砂性土：0.1mm/30min 粘性土：0.1mm/1h,单桩容许承载力：,某工程采用砼钻孔灌注桩，桩径为0.8m，桩长2028m不等，为了检验工程桩的承载力，采用静荷载试验。考虑到工程桩的使用要求，只允许加载到6500kN（设计荷载为4000kN）,单桩轴向容许承载力按土的支承力的确定,1、摩擦桩,钻（挖）孔灌注桩的容许承载力计算公式：,管柱的容许承载力计算公式：,单桩受拉容许承载力计算公式(组合、或作用时),打入桩的容许承载力计算公式：,基本公式：,（二）按设计规范经验公式确定单桩轴向容许承载力,按设计规范经验公式确定单桩轴向容许承载力,2、支撑桩,：根据岩石破碎程度、清孔情况等因素而定的系数,单桩轴向容许承载力按土的支承力的确定（三）按静力触探法确定单桩轴向容许承载力,原理：将触探仪的探头压入土中测得探头的贯入阻力，按经验公式计算单桩容许承载力。,单桩轴向容许承载力按土的支承力的确定（四）按动测试桩法确定单桩轴向容许承载力,原理：给桩顶施加动荷载，量测桩土系统相应信号，分析计算桩的性能和承载能力。分类：,锤击贯入法,原理：贯入度在一定程度上反映土对桩的支承能力试验方法：逐级加载量测动荷载和相应的贯入度绘制Pded曲线或logPd ed 曲线观察曲线确定单桩轴向容许承载力,打桩公式法,原理：在锤击作用下，桩的贯入度与土对桩的阻力之间存在一定的关系，这种关系用公式表示出来就称为打桩公式法。应用情况：确定打桩公式的影响因素很多，因此打桩公式种类繁多，而且都是通过引入经验数值或假设来建立公式，所以用打桩公式来确定桩的承载能力精度不高，目前很少应用。,三、单桩横轴向容许承载力的确定,横向力：风、地震、车辆制动荷载、船舶及漂浮物的撞击力、水中结构受风浪荷载等决定单桩横轴向容许承载力的因素：土层的支承能力；桩本身材料强度；上部结构横向容许变形值；,单桩横轴向容许承载力的确定（一）横向荷载作用下桩的破坏机理和特点,刚性桩：桩径较大，入土深度较小或周围土层松软，桩的刚度远大于土层刚度弹性桩：桩径较小，入土深度较大或周围土层较坚实，桩的相对刚度较小。,单桩横轴向容许承载力的确定（二）单桩横向容许承载力的确定方法,1、单桩水平静载试验：试验装置：试验方法：单向多循环加卸载法 慢速连续加载法2、分析计算法,临界荷载与极限荷载的确定,临界荷载：桩身受拉区砼开裂退出工作前的荷载极限荷载：超过最大承载能力、产生不适于继续承载的变形或桩基发生整体失稳时的荷载,四、按桩身材料强度确定单桩承载力,说明：1、砼结构设计规范公路桥规 2、旧公路桥规现行公路桥规,按桩身材料强度确定单桩承载力,桩的计算模型：轴心受压构件 偏心受压构件,1、公路桥规：钢筋砼桩，当配有普通箍筋时，在轴心受压情况下截面强度验算公式：,：结构重要性系数；,：轴向压力组合设计值；,：轴压构件稳定系数；,：砼轴心抗压强度设计值；,：钢筋抗压强度设计值；,：全部纵向钢筋的截面面积；,：构件截面面积，当纵向配筋率3%时，取；,2、公路桥规：钢筋砼桩，当采用螺旋式或焊接环式间接钢筋时，在轴心受压情况下截面强度验算公式：,当间接钢筋的换算截面积AS0不小于全部纵筋截面积的25，间距不大于80mm及dcor/5（dcor为构件截面核心部分直径），构件长细比l0/d48（d为构件截面直径）时，正截面抗压承载力按下式计算：,：构件核心部分截面面积；,：纵向受压钢筋的抗压强度设计值；,：纵向受压钢筋的全部截面面积；,：间接钢筋抗拉强度设计值；,：间接钢筋的换算截面面积；,：间接钢筋影响系数，砼强度等级在C50以下时，取2.0，当为 C55、C60、C65、C70时分别取1.95、1.90、1.85、1.80；,：单根间接钢筋的截面面积；,：沿构件轴线方向间接钢筋的螺距或间距；,3、公路桥规：沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋砼偏心受压构