第8章 桩基础与深基础

桩基础具有承载力高、稳定 性好、沉降量小而均匀，能承受 一定的水平荷载和上拔力、可以 提高地基基础的刚度、改变其自 振频率、提高建筑物的抗震能力、 耗材少、便于机械化施工，适应 性强等突出特点。 桩基础与其它深基础相比较， 其适用范围最广。在深水中，可 避免水下作业，简化施工设备和 技术要求，加速施工速度并改善 劳动条件。
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。
柱下独立承台桩 基础
墙下承台桩基础
柱下条形承台桩 基础
井格承台桩 基础
筏板承台 桩基础
环形承台 桩基础
箱形承台 桩基础
４. 桩的质量检验 桩基础属于地下隐蔽工程，尤其是灌注桩，很易 出现缩颈、夹泥、断桩或沉渣过厚等多种形式的质量 缺陷，影响桩身结构完整性和单桩承载力，因此必须 进行施工监督、现场记录和质量检测，以保证质量， 减少隐患。
优点: 钢管桩具有强度高、抗冲击疲劳性能好、贯入 能力强、抗弯曲的刚度大，单桩承载力高，便于割 接、质量可靠、便于运输、沉桩速度快以及挤土影响 小等。
缺点：抗腐蚀性能较差，须做表面防腐蚀处理，且价 格昂贵。因此，在我国一般只在必须穿越砂层或其它 桩型无法施工和质量难以保证、或必须控制挤土影响、 或工期紧迫等情况下及重要工程才选用。 H型钢桩系一次轧制成型，与钢管桩相比，其挤土效 应更弱，割焊与沉桩更便捷、穿透性能更强。
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。
8.4
8.5
桩基础设计
深基础
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。
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桩基础设计
深基础
8.2 桩和桩基的分类
为满足各类结构物的要求，适应地基的 特点，随着科学技术的发展，在工程实践中 已形成了各种类型的桩基础，它在本身构造 和桩土相互作用性能上都有各自的特点。 为了在设计和施工时更好地发挥桩基础 的特点，我们来了解桩的类型：
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。
(2)部分挤土桩：
沉桩时对桩周土体有部分排挤作用，但土的强度和变形 性质变化不大。一般底端开口的管桩、部分挤土灌注桩、预 钻孔打入式预制桩属于此类桩。
(3)挤土桩 采用锤击、振动等沉桩方法把桩打入土中，将桩 位处的土大量的挤开，因而使桩周土的土结构受到严 重扰动破坏。挤土灌注桩、挤土预制桩属于此类桩。
(3) 钢桩： 主要有钢管桩、H型钢桩以及使用量小的钢轨桩。
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～1200㎜。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。 钢桩有两种：钢管桩和H形桩 钢管桩系由钢板卷焊而成，常见直径有406mm，609mm、 914mm和1200mm几种，壁厚通常是按使用阶段应力设计的， 约10mm左右。
（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
虽然桩基础的优点较多，但不是任何条件下 都能适用。 当上层软弱土层很厚，桩端不能达到坚实土 层时，就需要用较多、较长的桩来传递荷载，这时 的桩基础沉降量较大，稳定性也较差；桩通过较好 土层而将荷载传到下卧软弱层，则将使桩基的沉降 量增加。在这种情况下不宜采用桩基。
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；
对于柱下单桩或大直径灌注桩工程，保证桩身质
量就更为重要。目前已有多种桩身结构完整性的检测 技术，下列几种较为常用。
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。
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。
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。
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。
单桩类型
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：桩基的承台底面位于地面以上。
低承台桩比高承台桩受力性能好，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。
6 按桩径大小分类
(1)小桩：d≤250mm，小桩多用于基础加固和复合桩基础。
(2)中等直径桩：250mm＜d＜800mm，此类桩在工业与民用
建筑物中大量使用。 (3)大直径桩：d≥800mm，通常用于高重型建筑物基础。
横断面
３.桩基础采用类型：
结合上部结构和建设场地的情况， 桩基础可采用以下各种类型；
(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。
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. 深基础的特点
施工方法较复杂 地基承载力高 要使用特殊、专门的施工 机械 技术较复杂
造价较高
工期长
大型ห้องสมุดไป่ตู้用沉槽机械
3.桩基础的适用性
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。