基础工程设计原理4桩基础1

4. 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 的施工工况控制的，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。 灌注桩的优点是省去了预制桩的制作、运 输、吊装和打入等工序，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。 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。
3. 沉桩能力与承载力 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。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 沉桩能力的限制，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。 钻孔灌注桩直径可大至 1 ～ 2m ，桩长可达 100m ，可适用于各种地层，桩端不仅可进入微 风化基岩而且可扩底，挖孔灌注桩直径更可扩大 至2～3m，因此单桩的总承载能力大，单桩极限 承载力可达15000kN以上。
它是最早出现的现场灌注桩，其施工程序一般包括 四个步骤：沉管、放笼、灌注、拔管，如图所示。沉管 灌注桩的优点是在钢管内无水环境中沉放钢筋笼混凝土 ，从而为桩身混凝土的质量提供了保障。 夯扩灌注桩是在锤击沉管灌注桩的机械设备与施工 方法的基础上加以改进，增加一根内夯管，按照一定的 施工工艺，采用夯扩的方式将桩端现浇混凝土扩大成大 头形的一种桩型，通过扩大桩端截面积和挤密地基土， 使桩端土的承载力有较大幅度的提高：同时桩身混凝土 在柴油锤和内夯管的压力作用下成型，避免了 “ 缩颈 ” 现 象，使桩身质量得以保证。
第四章 桩基础
第一节 概述 第二节 桩的类型及施工工艺 第三节 竖向荷载下的桩基础 第四节 水平荷载下的桩基础 第五节 桩基础的设计
第一节 概述
一、采用深基础的原因及其分类
1、采用深基础的原因： 若建筑场地浅层土体不能满足建筑物对地基承载 力、变形或稳定性的要求、而又不宜采取地基处 理措施时，就需要考虑以下部坚实土层或岩层作 为持力层的深基础方案。 2、深基础的常见类型 桩基础、沉井、沉箱、地下连续墙等。 桩基础是其中应用最为广泛的一类深基础。
二、各类桩的主要特点
1．振动、噪声 预制桩、沉管灌注桩在用 锤击 或 振动 法下沉 时,施工噪音和振动大,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。 2．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。
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。 H型钢桩的不足之处是侧向刚度较弱，打桩时桩身 易向刚度较弱的一侧倾斜，甚至产生施工弯曲。在这种 情况下，采用钢筋混凝土或预应力混凝土桩身加H型钢 桩尖的组合桩则是一种性能优越的桩型。 实践证明这种组合桩能顺利穿过夹块石的土层，亦 能嵌入N63.5>50的风化岩层。
③ 钢桩
④ 预制桩的施工工艺
预制桩的施工工艺 包括制桩与沉桩两部 分，沉桩工艺又随沉 桩机械而变， 主要有 三种：锤击式、静压 式和振动式。
振动沉H形 钢桩
汽锤沉方桩
汽锤沉PHC 管桩
接桩
沉桩结束桩机移位
静压桩施工
压桩机设备
吊桩就位
吊桩就位
压桩过程
压桩过程局部
压入土中的桩
沉桩结束的桩
目前常用的预应力空心桩主要有两种规格：500×500mm和 600×600mm。 PHC桩主要有以下几种规格：外径φ400mm、φ500mm、 φ600mm、φ800mm、φ1000mm，壁厚90mm～130mm，桩段长 4m至15m，钢板电焊或螺栓连接，混凝土强度达C60～C80 。
② 预制钢筋混凝土桩
三、桩基础的主要功能

四、桩基础的特点
优点：
¾ ¾ ¾ ¾ ¾
将荷载传递到下部好土层，承载力高； 沉降量小且均匀； 抗震性能好，穿过液化层； 可承受抗拔(抗滑桩)及横向力(如风载荷)等复杂荷载； 便于机械化施工，速度快、质量易控制。
缺点：
¾
¾
施工对环境影响；
造价相对较高。
五、桩基础的应用
(1) 水上建筑物/构筑物，采用浅基础施工困难或不能保 证安全时； (2) 深持力层、高地下水位，浅基础无法满足变形或稳定 要求。 (3) 承受较大水平力和上拔力等复杂荷载时：如桥梁、码 头、烟囱、输电塔等构筑物基础； (4) 抗震地基，如场地浅层存在液化土层； (5) 对沉降非常敏感的建筑物/构筑物，如精密或大型设 备基础；
（2）灌注桩
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。 依照成孔方法不同，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。 ① 钻（冲）孔灌注桩 钻孔灌注桩(简称钻孔桩)与冲孔灌注桩(简称冲孔桩) 是指在地面用机械方法取土成孔的灌注桩，其施工顺序 如图所示。 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。
4、按桩身横断面和纵断面形状：
横断面
5、按成桩对周围土体的挤压作用
（1）非挤土桩：干作业法（螺旋钻孔、人工挖
孔）、泥浆护壁法（钻孔）、套管护壁法；
（2）部分挤土桩：部分挤土灌注桩（冲孔）、
预钻孔打入式预制桩、打入式敞口桩（管桩、H型 钢桩、钢管桩）；
（3）挤土桩：挤土灌注桩（沉管灌注桩、内夯
灌注桩）、挤土预制桩（打入或静压）
① 预制钢筋混凝土桩
② 预应力钢筋混凝土桩
预应力钢筋混凝土桩系将预制混凝土桩的部分或全部主
筋作为预应力张拉钢筋，采用先张法、后张法对桩身 混凝土施加预压应力，提高桩的抗冲（锤）击能力与 抗弯能力。预应力钢筋混凝土桩简称为预应力桩。 特点：与普通钢筋混凝土桩比较，强度重量比大、含 钢率低、耐冲击、耐久性和抗腐蚀性能增高、穿透能 力强，特别适合用作超长桩（L>50m）和需穿越夹砂 层情况。 是高层建筑的理想桩型之一，但制作工艺要求较复杂。
（1）端承型桩： 通常桩不长，桩端土坚硬 端承桩：在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受，桩 侧摩擦力忽略不计； 摩擦端承桩：在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由桩端阻力 承受。 （2）摩擦型桩：桩端无坚硬土层，或桩非常长。 纯摩擦桩：在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩侧阻力承受， 桩端阻力忽略不计； 端承摩擦桩：在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由桩侧阻力 承受。
7、按施工工艺
按施工工艺分为预制桩和灌注桩两大类。
（1）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。主要有以下几种：
①预制钢筋混凝土桩 ②预应力钢筋混凝土桩 ③钢桩：钢管桩、H形桩等。
① 预制钢筋混凝土桩
预制钢筋混凝土桩最常用的是实心方桩。 特点：质量可靠、制作方便、沉桩快捷。 我国应用最普遍的一种桩型 断面尺寸：200mm×200mm~600mm×600mm； 桩长：分节制作，在现场制作时每节可达25~30m，在 工厂预制时一般不超过12m。 接桩的方法：钢板角钢焊接、法兰盘螺栓和硫磺胶泥 锚固等。前两种适用于各类土层，第三种硫磺胶泥适用 于软土。
6、按桩径大小
按桩的断面(直径）的大小： 大直径桩：d≥80cm; 桩承载力较高。多为大直径钢管桩、钻（冲、 挖）孔灌注桩。 中等直径桩：25cm<d<80cm 在工业与民用建筑物中大量使用，成桩方法 和工艺繁多 小桩：d ≤ 25 cm 多用于基础加固（树根桩或锚杆静压桩）及 复合桩基础
五、桩基础的应用
木桩和石桩基础
西安灞桥（1834年清道光14年）
木桩基础
上海河南路桥木桩基础（1923年）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
六、桩基础的类型

根据承台位置，可分为高桩承台基础和低桩承台基础。

高桩承台基础：桩身上部露出地面而承台底面位于地面
（或冲刷线）以上的桩基。其结构特点是基桩有部分桩身 沉入土中，而部分桩身外露在地面以上（ 成为桩的自由长 度）。桥梁、码头桩基多为高承台桩基础。
二、基本概念

桩：是设置于土中的竖直或倾斜的基础构件。 桩基础：是通过承台把若干根桩的顶部连接成整 体，共同承受动、静荷载的一种深基础，简称桩基。 单桩基础：采用一根桩（通常为大直径桩）以承受 和传递上部结构（通常为柱）荷载的基础。 群桩基础：由2根以上基桩组成的桩基础。 基桩：群桩基础中的单桩。 穿越软弱的高压缩性土层或水，将建筑物荷载传递 到地下较深处工程性质更好的地基土层上，以满足 地基承载力、变形和稳定性的要求。
人工挖孔桩
优点：可形成大尺寸的桩，满足了高层建筑对大直径桩的 迫切需求，适合我国劳动力成本较低的国情，成本较低， 对周围环境也没有影响。成为一些地区高层建筑桩基础的 一种常用桩型。护壁可有多种方式，现在多用混凝土现 浇，整体性和防渗性更好。 缺点：挖土存在安全问题，挖深有限，最忌在含水砂层中 开挖。 ③沉管灌注桩和夯扩桩 沉管灌注桩又称套管成孔灌注桩，这类灌注桩是采用 振动沉管打桩机或锤击沉管打桩机，将带有活瓣式桩尖、 或锥形封口桩尖，或预制钢筋混凝土桩尖的钢管沉入土中 ，然后边灌注混凝土、边振动或边锤击、边拔出钢管而形 成灌注桩。该方法具有施工方便、快捷，造价低的优点， 是国内目前采用得较为广泛的一种灌注桩。
预制钢筋混凝土桩、沉管灌注桩（无论打入 、压入或振入）均属于挤土桩。 挤土桩的危害：在饱和软土中进行密集桩群 施工将使土中超静水孔隙水压力剧增、地表隆起 、浅层土体水平位移 ( 影响范围达 1 倍桩长以上 ) 、深层土体位移、先打设的桩被抬起和挤偏及至 弯曲和断裂。这将造成各种危害，包括原有建筑 物下沉或局部抬起以致结构损坏，邻近路面开裂 以及地下管线位移或破坏。 控制和减轻沉桩的挤土影响的方法：设置防 振沟、挤土井、预钻孔、排水砂井、控制沉桩速 度以及调整打桩流水等。
埋设护筒
制作钢筋笼
钻孔
吊放钢筋笼
浇注混凝土
螺旋钻（干法）
螺旋钻
螺旋钻（干法）
螺旋钻
水下钻孔桩成孔过程中，通常采用具有一定重度和粘 度的泥浆进行护壁，泥浆不断循环，同时完成携土和运土 的任务。两者区别仅在于前者以旋转钻机成孔，后者以冲 击钻机成孔。 优点：这种成孔工艺可穿过任何类型地层，桩长可达 100m。施工过程无挤土、无（少）振动、无（低）噪音 ，环境影响较小，在城市建设中获得了越来越广泛的运用 。 ②人工挖孔灌注桩 人工挖孔灌注桩简称挖孔桩，是先用人力挖土形成桩 孔，在向下掘进的同时，将孔壁衬砌以保证施工安全，清 理完孔底后，浇灌混凝土。
③ 钢桩
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 φ 406mm 、 φ 609mm 、 φ 914mm 和 φ 1200mm 几种，壁厚通常是按使用阶 段应力设计的，约10mm左右。 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优点；但它抗腐蚀性 能较差，须做表面防腐蚀处理，且价格昂贵。

低桩承台基础：桩身全部埋于土中，承台底面与土体接
触的桩基。建筑桩基通常为低承台桩基础。
第二节 桩的类型及施工工艺
一、桩的分类
1、 按桩的承载性状
2、按桩的使用功能 3、按桩身材料 4、按桩身横断面和纵断面形状： 5、按成桩方法（是否挤土） 6、按桩径大小 7、按施工工艺
1、按承载性状分类
Q= Qp+Qs
端承型桩
摩擦型桩
2、按桩的使用功能
（1）竖向抗压桩（抗压桩）：主要承受竖向下压 荷载 （2）竖向抗拔桩（抗拔桩）：主要承受竖向上拔 荷载 （3）水平受荷桩：主要承受水平荷载 （4）复合受荷桩：竖向、水平荷载均较大
3、按桩身材料：
木桩 混凝土桩 钢筋混凝土桩：普通钢筋混凝土、预应力钢筋 混凝土(离心预制)、高强钢筋混凝土 钢管桩 型钢桩 组合材料桩
分类：预应力桩按其制作工艺分为两类：
一类是普遍立模浇制的，断面形状为含内圆孔的正方形， 称为预应力空心方桩； 另一类是离心法旋制的，断面形状为圆环形的高强预应力 管桩（Prestressed High Strength Concrete Tube –shaped Piles）， 简称PHC桩。
规格：