土木工程專業(yè)基礎(chǔ)工程3-1 3-2 樁基礎(chǔ)類型及構(gòu)造.ppt

1、第三章樁基礎(chǔ),第一節(jié) 概述 第二節(jié) 樁和樁基礎(chǔ)的類型及構(gòu)造 第三節(jié) 樁基礎(chǔ)的施工 第四節(jié) 單樁承載力 第五節(jié) 基樁內(nèi)力和位移計算 第六節(jié) 群樁基礎(chǔ)的豎向分析及驗(yàn)算 第七節(jié) 樁基設(shè)計,第一節(jié) 概述,如果建筑場地淺層的土質(zhì)不能滿足建筑物對地基承載力和變形的要求、而又不宜采取地基處理措施時，就需要考慮以下部堅(jiān)實(shí)土層或巖層作為持力層的深基礎(chǔ)方案。 樁基礎(chǔ)是應(yīng)用最為廣泛的一類深基礎(chǔ)。 樁基礎(chǔ)：是由基樁和連接于樁頂?shù)某信_共同組成。承臺把樁聯(lián)結(jié)起來并承受上部結(jié)構(gòu)的荷載，然后通過樁傳遞到地基中去。 樁是垂直或微斜埋置于土中的受力桿件，它的橫截面尺寸比長度小得多。其作用是將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞給土層或巖層。 樁基

2、礎(chǔ)設(shè)計也應(yīng)注意滿足地基承載力和變形這兩項(xiàng)基本要求。,一、樁基礎(chǔ)的組成： 樁基礎(chǔ)由樁和承臺兩部分組成。,二、樁基礎(chǔ)的作用：,（1）將荷載傳至硬土層（圖4-1a），或分配到較大的深度范圍 （圖4-1b），以提高承載力。,（2）減小沉降，從而也減小沉降差，故地基強(qiáng)度夠，而變形不合要求時亦用。,（3）抗拔：用于抗風(fēng)、抗震、抗浮等。 （4）有一定抗水平荷載能力，特別是斜樁 （5）抗液化：深層土不易液化，淺層土液化后，有樁支撐，有助于上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。 所以，樁基礎(chǔ)應(yīng)用廣泛，沿海、內(nèi)陸地區(qū)均用。 樁基礎(chǔ)同基坑支護(hù)、地基處理并為土木工程三大熱點(diǎn)。,三.樁基礎(chǔ)的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn) 將荷載傳遞到下部好土層,承載力高 沉降

3、量小 抗震性能好,穿過液化層 承受抗拔(抗滑樁)及橫向力(如風(fēng)載荷) 與其他深基礎(chǔ)比較,施工造價低,缺點(diǎn) 施工環(huán)境影響, 預(yù)制樁施工噪音, 鉆孔灌注樁的泥漿 有下穿工程時,有一定干擾。,四.樁基礎(chǔ)的是適用條件,（1）荷載較大，地基上部土層較軟，適宜的地基持力層位置較深，采用淺基礎(chǔ)或人工地基在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上不合理時； （2）河床沖刷較大，河道不穩(wěn)定或沖刷深度不易計算正確，如采用淺基礎(chǔ)施工困難或不能保證基礎(chǔ)安全時； （3）當(dāng)?shù)鼗嬎愠两颠^大或結(jié)構(gòu)物對不均勻沉降敏感時，如采用樁基礎(chǔ)穿過松軟土層，將荷載傳到較堅(jiān)實(shí)土層，減少結(jié)構(gòu)物沉降并使沉降均勻時； （4）當(dāng)施工水位或地下水位較高時，采用樁基礎(chǔ)可減少施

4、工難度和避免水下施工； （5）地震區(qū)，在可液化地基中，采用樁基礎(chǔ)可增加結(jié)構(gòu)物的抗震能力，樁基礎(chǔ)可穿越可液化土層并伸入到下部密實(shí)穩(wěn)定土層，可消除或減輕地震對結(jié)構(gòu)的危害。,第二節(jié) 樁和樁基礎(chǔ)的類型及構(gòu)造,（1）按基樁數(shù)量可分 單樁基礎(chǔ)：采用單根樁的形式以承受和傳遞上部結(jié)構(gòu)荷載的獨(dú)立樁基礎(chǔ)稱單樁基礎(chǔ)。 群樁基礎(chǔ)：由2根或以上的多根樁組成樁群，由承臺將樁群在上部聯(lián)結(jié)成一個整體，建筑物的荷載通過承臺分配給各根樁，樁群再把荷載傳給地基，稱群樁基礎(chǔ)。群樁基礎(chǔ)中的單樁稱基樁。（大多數(shù)情況如此）,群樁,單樁,（2）根據(jù)承臺與地面的相對位置，一般可分為低承臺樁基和高承臺樁基。 當(dāng)承臺底面位于土中時，稱低承臺樁基；

5、在一般房屋建筑和水工建筑物中最常用。 當(dāng)承臺底面高出土面以上時，稱高承臺樁基；常用于橋梁工程、港口碼頭及海洋工程中。,承臺:將幾個樁結(jié)合起來傳遞荷載 1.低承臺樁基 承臺在地面以下, 承臺本身可承擔(dān)部分荷載 2.高承臺樁基 承臺在地面以上,橋樁,碼頭,棧橋,按承臺位置分類,低承臺樁基,高承臺樁基,（3）按材料分：木、鋼、鋼筋混凝土,木樁水位以上耐久性差，強(qiáng)度低，我國森林資源不足，應(yīng)少用,鋼樁本身強(qiáng)度高，易加工，接頭容易，運(yùn)輸方便，但造價是混凝土的3-4倍，用于海洋平臺及陸上重要工程，如寶鋼高爐、金茂大廈用鋼管樁。,鋼砼樁取材方便，價格便宜，耐久性好，可預(yù)制、現(xiàn)澆，尺寸易調(diào)，適用性強(qiáng)，故應(yīng)用廣泛

6、，是主要研究對象。,（4）按樁的使用功能分 1.豎向抗壓樁主要承受豎向下壓荷載（簡稱豎向荷載）的樁，應(yīng)進(jìn)行豎向承載力計算，必要時還需計算樁基沉降，驗(yàn)算軟弱下臥層的承載力以及負(fù)摩阻力產(chǎn)生的下拉荷載。 2.豎向抗拔樁主要承受豎向上拔荷載的樁，應(yīng)進(jìn)行樁身強(qiáng)度和抗裂計算以及抗拔承載力驗(yàn)算。 3.水平受荷樁要承受水平荷載的樁，應(yīng)進(jìn)行樁身強(qiáng)度和抗裂驗(yàn)算以及水平承載力和位移驗(yàn)算。 4.復(fù)合受荷樁承受豎向、水平荷載均較大的樁，應(yīng)按豎向抗壓（或抗拔）樁及水平受荷樁的要求進(jìn)行驗(yàn)算。,（5）按承載性狀分類 淺基礎(chǔ)是把上部荷載通過基底擴(kuò)散到地基中去；而樁基除通過樁端阻力擴(kuò)散外，還在豎向以樁側(cè)摩阻力的方式對上部荷載進(jìn)行

7、擴(kuò)散。 由于樁的尺寸、施工方法、樁側(cè)和樁端地基土的物理力學(xué)性質(zhì)等因素的不同，樁側(cè)和樁端所分擔(dān)荷載的比例是不同的。根據(jù)分擔(dān)荷載的比例而把樁分為摩擦型樁和端承型樁。,1、摩擦型樁：在豎向極限荷載作用下，樁頂荷載全部或主要由樁側(cè)阻力承擔(dān)的樁基。根據(jù)樁側(cè)阻力分擔(dān)荷載的比例，摩擦型樁又分為摩擦樁和端承摩擦樁。 摩擦樁：當(dāng)軟土層很厚，樁端達(dá)不到堅(jiān)硬土層或巖層上時，則樁頂?shù)臉O限荷載主要靠樁身與周圍土層之間的摩擦力來支承，樁尖處土層反力很小，可忽略不計。具體有： 樁的長徑比很大；樁端下無較堅(jiān)實(shí)的持力層；樁底殘留虛土或沉渣的灌注樁；樁端出現(xiàn)脫空的打入樁等。 端承摩擦樁：樁頂極限荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承擔(dān)，

8、但樁側(cè)阻力分擔(dān)荷載較大。具體有： 樁的長徑比不很大，樁端持力層為較堅(jiān)實(shí)的粘性土、粉土和砂類土?xí)r。這類樁所占比例很大。,2、端承型樁：在豎向極限荷載作用下，樁頂荷載全部或主要由樁端阻力承擔(dān)的樁基?？煞譃槎顺袠逗湍Σ炼顺袠?。 端承樁：樁穿過軟弱土層，樁端支承在堅(jiān)硬土層或巖層上時，則樁頂極限荷載主要靠樁尖處堅(jiān)硬巖土層提供的反力來支承，樁側(cè)摩擦力很小，可以忽略不計。具體有： 樁的長徑比較小，樁端設(shè)置在密實(shí)砂類、碎石類土層中或位于中、微風(fēng)化及新鮮基巖層中的樁。 摩擦端承樁：樁頂極限荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承擔(dān)，樁端阻力分擔(dān)荷載較大，樁側(cè)阻力屬次要，但不可忽略。具體有： 樁端進(jìn)入中密以上的砂層、碎石類

9、土層中或位于中、微風(fēng)化及新鮮基巖頂面時。,（6）按施工方法分：預(yù)制樁和灌注樁。 預(yù)制樁（沉樁） 制作：1）現(xiàn)場預(yù)制；2）工廠預(yù)制。 常用材料：木樁、鋼樁、混凝土預(yù)制樁 （含預(yù)應(yīng)力混凝土樁）。 施工方法：錘擊、震動、靜壓或旋入等。,混凝土預(yù)制樁構(gòu)造,橫截面：方樁、圓樁。 普通實(shí)心方樁：截面邊長300-500mm，樁長25-30m，工廠預(yù)制分節(jié)長12m，沉樁時現(xiàn)場連接。接頭常用鋼板、角鋼焊接，或鋼板垂直插頭加水平銷連接，并涂瀝青防腐。 預(yù)應(yīng)力混凝土樁：常用管樁。采用先張法預(yù)應(yīng)力工藝和離心成型法制作。經(jīng)高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)的為PHC管樁，強(qiáng)度大于C80；未經(jīng)高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)的為PC管樁（強(qiáng)度C60-C80）

10、。,混凝土預(yù)制樁特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：截面形狀、尺寸和樁長可在一定范圍內(nèi)選擇，承載能力較高、耐久性好、質(zhì)量較易保證、施工速度快。 缺點(diǎn)：自重大，配筋較灌注樁多，需大能量的打樁設(shè)備，施工中多需接長或截短，工藝較復(fù)雜。,鋼樁：1）下端開口或閉口的鋼管樁、2）H型鋼樁。一般鋼管樁直徑為250-1200mm。 優(yōu)點(diǎn)：穿透能力強(qiáng)，自重小，錘擊沉樁效果好，承載能力高，起吊、運(yùn)輸、沉樁、接樁方便，施工速度快。 缺點(diǎn)：耗鋼量大，成本高，易銹蝕。 木樁：松木、杉木或橡木制成，樁徑為160-260mm，樁長4-6m，樁頂鋸平并加鐵箍，樁尖削成錐形。 特點(diǎn)：制作和運(yùn)輸方便、打樁設(shè)備簡單，用于應(yīng)急加固工程或能就地取材的臨時工

11、程。,灌注樁：直接在設(shè)計樁位處成孔，然后在孔內(nèi)下放鋼筋籠（或直接插筋、或省去鋼筋），再澆灌混凝土而成的樁。 橫截面呈圓形，可做成大直徑和擴(kuò)底樁。 保證承載力關(guān)鍵：樁身的成型及混凝土質(zhì)量。 常用：沉管灌注樁、鉆（沖）孔灌注樁、挖孔樁、爆擴(kuò)樁等。,沉管灌注樁,利用錘擊或振動等方法沉管成孔，然后澆灌混凝土，拔出套管。 一般分單打、復(fù)打和反插法三種。,錘擊沉管灌注樁：常用樁徑300-500mm，樁長20m以內(nèi)，可打至硬塑粘土層或中、粗砂層。 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單、打樁進(jìn)度快、成本低。但易發(fā)生縮頸現(xiàn)象。 振動沉管灌注樁：鋼管底端帶活瓣樁尖，或套預(yù)制混凝土樁頭。樁徑一般400-500mm。粘性土中，穿透能力比錘

12、擊沉管灌注樁稍差，承載力也稍低。,內(nèi)擊式沉管灌注樁（弗朗基樁）：先在豎起的鋼套筒內(nèi)放進(jìn)約1m高的混凝土或碎石，用吊錘在套筒內(nèi)錘打，形成“塞頭”。以后錘打時，塞頭帶動套筒下沉。至設(shè)計標(biāo)高后，吊住套筒，澆灌混凝土并繼續(xù)錘擊，使塞頭脫出筒口，形成擴(kuò)大的樁端，其直徑可達(dá)樁身直徑的2-3倍，當(dāng)樁端不再擴(kuò)大而使套筒上升時，開始澆注樁身混凝土（若需配筋時先吊放鋼筋籠），同時邊拔套筒邊錘擊，直至達(dá)到所需高度為止。 優(yōu)點(diǎn):是混凝土密實(shí)且與土層緊密接觸，同時樁頭擴(kuò)大，承載力較高，效果較好，但穿越厚砂層能力較低，打入深度難掌握。,鉆（沖）孔灌注樁,鉆（沖）孔灌注樁：用鉆機(jī)鉆土成孔，然后清除孔底殘?jiān)?，安放鋼筋籠，澆灌

13、混凝土。（有的鉆機(jī)鉆頭帶擴(kuò)孔刀刃旋轉(zhuǎn)切土擴(kuò)大樁孔，澆灌混凝土形成擴(kuò)大樁端。 鉆機(jī)：螺旋鉆機(jī)、沖擊鉆機(jī)、沖抓鉆機(jī)、回轉(zhuǎn)鉆機(jī)等。 國內(nèi)鉆（沖）孔灌注樁多用泥漿護(hù)壁，泥漿選用膨脹土或高塑性粘土現(xiàn)場加水拌制。常用樁徑800mm、1000mm、1200mm等。 優(yōu)點(diǎn)：入土深，能進(jìn)入巖層，剛度大，承載力高，樁身變形小，水下施工方便。 缺點(diǎn)：質(zhì)量取決于成孔和水下灌注混凝土質(zhì)量，質(zhì)量不易保證。,挖孔樁：人工或機(jī)械挖掘成孔，逐段邊開挖邊支護(hù)，達(dá)所需深度后再擴(kuò)孔、安裝鋼筋籠及澆灌混凝土而成。 內(nèi)徑一般應(yīng)大于800mm，開挖直徑大于1000mm，護(hù)壁厚大于100mm，分節(jié)支護(hù)，每節(jié)高500-1000mm，可用混凝土

14、預(yù)制塊或磚砌筑，樁身長度宜限制在40m以內(nèi)。 優(yōu)點(diǎn)：可直接觀察地層情況，孔底易清除干凈，設(shè)備簡單，噪音小，各樁可同時施工，樁徑大、適應(yīng)性強(qiáng)，較經(jīng)濟(jì)。 缺點(diǎn)：挖孔存在塌方、缺氧、有害氣體、觸電等危險，易造成安全事故，難控制流砂現(xiàn)象。 爆擴(kuò)樁：對各類灌注樁，可在孔底預(yù)先放置適量的炸藥，在灌注混凝土后引爆，使樁底擴(kuò)大呈球形，以增加樁底支承面積而提高樁的承載力。,人工挖孔樁,（7）按設(shè)置效應(yīng)分類 樁的設(shè)置方法不同，樁周土所受的排擠作用也不相同。排擠作用使土的天然結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀態(tài)和性質(zhì)發(fā)生很大變化，從而影響樁的承載力和變形性質(zhì)。統(tǒng)稱為樁的擠土效應(yīng)。 按擠土效應(yīng)分為：非擠土樁 、部分?jǐn)D土樁 、擠土樁 。,非

15、擠土樁：鉆（沖或挖）孔灌注樁、機(jī)挖井形灌注樁及機(jī)動洛陽鏟成孔灌注樁等。這類在成樁過程中基本對樁相鄰?fù)敛划a(chǎn)生擠土效應(yīng)的樁，稱為非擠土樁。其設(shè)備噪音較擠土樁小，而廢泥漿、棄土運(yùn)輸?shù)瓤赡軙χ車h(huán)境造成影響。 部分?jǐn)D土樁：沖擊成孔灌注樁、預(yù)鉆孔打入式預(yù)制樁、H型鋼樁、開口鋼管樁和開口預(yù)應(yīng)力混凝土管樁等。當(dāng)擠土樁無法施工時，可采用預(yù)鉆小孔后打較大尺寸預(yù)制或灌注樁的施工方法，也可打入敞口樁。對樁周土稍有排擠作用，但土的強(qiáng)度和變形性質(zhì)變化不大，一般可用原狀土測得的強(qiáng)度指標(biāo)來估算樁的承載力和沉降量。 擠土樁：實(shí)心的預(yù)制樁、下端封閉的管樁、木樁以及沉管灌注樁等。擠土樁除施工噪音較大外，不存在泥漿及棄土污染問題

16、，當(dāng)施工質(zhì)量好，方法得當(dāng)時，其單方混凝土材料所提供的承載力較非擠土樁及部分?jǐn)D土樁高。樁位處土體大量被排擠，土的結(jié)構(gòu)嚴(yán)重擾動破壞，對土的強(qiáng)度及變形性質(zhì)影響較大。,（8） 按樁徑大小分為： 1.小樁樁徑d250mm。由于樁徑小，施工機(jī)械，施工場地及施工方法一般較為簡單。小樁多用于基礎(chǔ)加固（樹根樁或錨桿靜壓樁）及復(fù)合樁基礎(chǔ)。 2.中等直徑樁樁徑250mmd800mm。這類樁長期以來在工業(yè)與民用建筑物中大量使用，成樁方法和工藝繁多。 3.大直徑樁樁徑d800mm。近年來的發(fā)展較快，應(yīng)用范圍逐漸增大。因?yàn)闃稄酱笄覙抖诉€可以擴(kuò)大，因此，單樁承載力較高。此類樁除大直徑鋼管樁外，多數(shù)為鉆、沖、挖孔灌注樁。,補(bǔ)充：各種樁的比較,（1）振動噪聲：預(yù)制樁、沉管灌注樁在用錘擊或振動法下沉?xí)r，施工噪音大，污染環(huán)境；預(yù)制樁用靜壓法施工可消除噪音污染；鉆孔樁在施工過程中產(chǎn)生的振動、噪音較小。 （2）擠土效應(yīng)：預(yù)制鋼筋混凝土樁、沉管灌注樁均屬擠土樁，會造成各種危害；鉆孔灌注樁、挖孔灌注樁為非擠土樁，對鄰近建筑物及地下管線危害小。 （3）沉樁能力：除鋼樁、嵌巖樁外，受沉樁能力限制，預(yù)制混凝土樁、沉管灌注樁樁徑、樁長不可太大，單樁極限承載力一般不超過6000kN；鉆孔灌注樁直徑可大至12m，樁長可達(dá)100m，適用于各種地層；