基礎(chǔ)工程第二一四

第四章樁基礎(chǔ)

第一節(jié)概述

第二節(jié)樁的類型及施工工藝

第三節(jié)豎向荷載下的樁基礎(chǔ)第四節(jié)水平荷載下的樁基礎(chǔ)第五節(jié)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)4/29/20231第四章樁基礎(chǔ)第一節(jié)概述如果建筑場(chǎng)地淺層的土質(zhì)不能滿足建筑物對(duì)地基承載力和變形的要求，而又不適宜采取地基處理措施時(shí)，就要考慮深基礎(chǔ)方案了。深基礎(chǔ)主要有樁基礎(chǔ)、沉井和地下連續(xù)墻等幾種類型，其中以樁基礎(chǔ)應(yīng)用最為廣泛。

樁基礎(chǔ)是最古老的基礎(chǔ)型式之一。智利古文化遺址中發(fā)現(xiàn)的樁距今約有12000年。河姆渡遺址表明，在7000年前，我國已有采用木樁支承房屋的歷史。在漫長的歷史過程中，樁基有了很大的發(fā)展變化，特別是近代以來，樁基從型式到工藝和規(guī)模都有了飛躍發(fā)展。顯現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力和廣闊的發(fā)展前景。4/29/20232樁基礎(chǔ)按承臺(tái)位置可以分為高樁承臺(tái)基礎(chǔ)和低樁承臺(tái)基礎(chǔ)。低樁承臺(tái)的承臺(tái)底面位于地面(或沖刷線)以下；高樁承臺(tái)的承臺(tái)底面位于地面(或沖刷線)以上，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是基樁部分樁身沉入土中，部分樁身外露在地面以上而成為樁的自由長度。樁基礎(chǔ)是通過承臺(tái)把若干根樁的頂部聯(lián)結(jié)成整體，共同承受動(dòng)、靜荷載的一種深基礎(chǔ)，而樁是設(shè)置于土中的豎直或傾斜的基礎(chǔ)構(gòu)件，其作用在于穿越軟弱的壓縮性土層或水中，將樁所承受的荷載傳遞到更硬、更密實(shí)或壓縮性較小的地基持力層上，通常將樁基礎(chǔ)中的樁稱之為基樁。4/29/202334/29/20234高樁承臺(tái)由于承臺(tái)位置較高或設(shè)在施工水位以上，可減少墩臺(tái)的圬工數(shù)量，避免或減少水下作業(yè)，施工較為方便，且更經(jīng)濟(jì)。然而，高樁承臺(tái)基礎(chǔ)剛度較小，在水平力作用下，由于承臺(tái)及基樁露出地面的一段自由長度周圍無土來共同承受水平外力，基樁的受力情況較為不利，樁身內(nèi)力和位移都將大于在同樣水平外力作用下的低樁承臺(tái)，在穩(wěn)定性方面低樁承臺(tái)也較高樁承臺(tái)好。通常對(duì)下列情況，可考慮用樁基礎(chǔ)方案：(1)軟弱地基或某些特殊性土上的各類永久性建筑物，不允許地基有過大沉降和不均勻沉降；4/29/20235(3)對(duì)橋梁、碼頭、煙囪、輸電塔等結(jié)構(gòu)，宜采用樁基以承受較大的水平力和上拔力時(shí)；(4)對(duì)精密或大型的設(shè)備基礎(chǔ)，需要減小基礎(chǔ)振幅、減弱基礎(chǔ)振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響時(shí)；(5)在地震區(qū)，以樁基作為地震區(qū)結(jié)構(gòu)抗震措施或穿越可液化地基時(shí)；(6)水上基礎(chǔ)，當(dāng)施工水位較高或河床沖刷較大，采用淺基礎(chǔ)施工困難或不能保證基礎(chǔ)的安全時(shí)。(2)對(duì)于高重建筑物，如高層建筑、重型工業(yè)廠房和倉庫、料倉等，地基承載力不能滿足設(shè)計(jì)需要時(shí)；4/29/20236第二節(jié)樁的類型及施工工藝一、樁的分類樁按施工工藝可分為預(yù)制樁和灌注樁兩大類。

預(yù)制樁系指借助于專用機(jī)械設(shè)備將預(yù)先制作好的具有一定形狀、剛度與構(gòu)造的樁桿打入、壓入、或振入土中的樁型。主要有以下幾種：

(一)預(yù)制樁的種類預(yù)制鋼筋混凝土樁預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁鋼樁4/29/202371.預(yù)制鋼筋混凝土樁預(yù)制鋼筋混凝土樁最常用的是實(shí)心方樁，該樁型質(zhì)量可靠、制作方便、沉樁快捷，是近幾十年以來我國應(yīng)用最普遍的一種樁型。斷面尺寸從200mm200mm到600mm600mm；樁長在現(xiàn)場(chǎng)制作時(shí)可達(dá)25~30m，在工廠預(yù)制時(shí)一般不超過12m。分節(jié)制作的樁應(yīng)保證樁頭的質(zhì)量，滿足樁身承受軸力、彎矩和剪力的要求。

接樁的方法有：鋼板角鋼焊接、法蘭盤螺栓和硫磺膠泥錨固等。前兩種適用于各類土層，第三種硫磺膠泥適用于軟土。當(dāng)采用靜壓法沉樁時(shí)，常用空心方樁；在軟土層中亦有采用三角形斷面，以節(jié)省材料，增加側(cè)面積和摩阻力。4/29/202382.預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁系將預(yù)制混凝土樁的部分或全部主筋作為預(yù)應(yīng)力張拉鋼筋，采用先張法、后張法對(duì)樁身混凝土施加預(yù)壓應(yīng)力，提高樁的抗沖（錘）擊能力與抗彎能力。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁簡稱為預(yù)應(yīng)力樁。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁與普通鋼筋混凝土樁比較，其強(qiáng)度重量比大，含鋼率低，耐沖擊，耐久性和抗腐蝕性能增高，以及穿透能力強(qiáng)，因此特別適合于用作超長樁（L>50m）和需要穿越夾砂層的情況，所以它們是高層建筑的理想樁型之一，但制作工藝要求較復(fù)雜。4/29/20239預(yù)應(yīng)力樁按其制作工藝分為兩類：一類是普遍立模澆制的，斷面形狀為含內(nèi)圓孔的正方形，稱為預(yù)應(yīng)力空心方樁，或簡稱預(yù)應(yīng)力空心樁；另一類是離心法旋制的，斷面形狀為圓環(huán)形的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁（PrestressedHighStrengthConcreteTube–shapedPiles），簡稱PHC樁。目前常用的預(yù)應(yīng)力空心樁主要有兩種規(guī)格：500×500mm和600×600mm。PHC樁主要有以下幾種規(guī)格：外徑500mm、550mm、800mm、1000mm，壁厚90mm～130mm，樁段長4m至15m，鋼板電焊或螺栓連接，混凝土強(qiáng)度達(dá)C60～C80。4/29/202310鋼樁有兩種：鋼管樁和H形樁。

鋼管樁系由鋼板卷焊而成，常見直徑有406mm、609mm、914mm和1200mm幾種，壁厚通常是按使用階段應(yīng)力設(shè)計(jì)的，約10mm左右。鋼管樁具有強(qiáng)度高、抗沖擊疲勞性能好、貫入能力強(qiáng)、抗彎曲的剛度大，單樁承載力高，便于割接、質(zhì)量可靠、便于運(yùn)輸、沉樁速度快以及擠土影響小等優(yōu)點(diǎn)；但它抗腐蝕性能較差，須做表面防腐蝕處理，且價(jià)格昂貴。因此，在我國一般只在必須穿越砂層或其它樁型無法施工和質(zhì)量難以保證、或必須控制擠土影響、或工期緊迫等情況下及重要工程才選用。

3.鋼樁4/29/202311

H型鋼樁系一次軋制成型，與鋼管樁相比，其擠土效應(yīng)更弱，割焊與沉樁更便捷、穿透性能更強(qiáng)。H型鋼樁的不足之處是側(cè)向剛度較弱，打樁時(shí)樁身易向剛度較弱的一側(cè)傾斜，甚至產(chǎn)生施工彎曲。在這種情況下，采用鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土樁身加H型鋼樁尖的組合樁則是一種性能優(yōu)越的樁型。實(shí)踐證明這種組合樁能順利穿過夾塊石的土層，亦能嵌入N63.5>50的風(fēng)化巖層。4/29/202312預(yù)制樁的施工工藝包括制樁與沉樁兩部分，沉樁工藝又隨沉樁機(jī)械而變，主要有三種：錘擊式、靜壓式和振動(dòng)式。

錘擊法的施工參數(shù)是不同深度的累計(jì)錘擊數(shù)和最后貫入度；壓樁法的施工參數(shù)是不同深度的壓樁力。它們包含著樁身穿過土層的信息，在相似場(chǎng)地中積累了一定施工經(jīng)驗(yàn)后，可根據(jù)這些施工參數(shù)預(yù)估單樁承載力的大小，樁尖是否達(dá)到了持力層的位置。如果場(chǎng)地內(nèi)不同區(qū)域之間施工參數(shù)出現(xiàn)明顯變化，將預(yù)示著地基不均勻；個(gè)別樁施工參數(shù)出現(xiàn)明顯變化時(shí)，可能是樁遇到了障礙物或樁身已損壞，因此設(shè)計(jì)確定的沉樁控制標(biāo)準(zhǔn)，有時(shí)要求設(shè)計(jì)標(biāo)高和錘擊貫入度雙重控制。4.預(yù)制樁的施工工藝4/29/202313

灌注樁系指在工程現(xiàn)場(chǎng)通過機(jī)械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成的樁孔內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁。依照成孔方法不同，灌注樁分為：沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和挖孔灌注樁等幾大類。（二）灌注樁的種類

鉆孔灌注樁(簡稱鉆孔樁)與沖孔灌注樁(簡稱沖孔樁)是指在地面用機(jī)械方法取土成孔的灌注樁，其施工順序如圖所示。主要分三大步：成孔、沉放鋼筋籠、導(dǎo)管法澆灌水下混凝土成樁。1.鉆（沖）孔灌注樁4/29/2023144/29/202315

人工挖孔灌注樁簡稱挖孔樁，是先用人力挖土形成樁孔，在向下掘進(jìn)的同時(shí)，將孔壁襯砌以保證施工安全，清理完孔底后，澆灌混凝土。水下鉆孔樁成孔過程中，通常采用具有一定重度和粘度的泥漿進(jìn)行護(hù)壁，泥漿不斷循環(huán)，同時(shí)完成攜土和運(yùn)土的任務(wù)。兩者區(qū)別僅在于前者以旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔，后者以沖擊鉆機(jī)成孔。這種成孔工藝可穿過任何類型地層，樁長可達(dá)100m。施工過程無擠土、無（少）振動(dòng)、無（低）噪音，環(huán)境影響較小，在城市建設(shè)中獲得了越來越廣泛的運(yùn)用。2．人工挖孔灌注樁4/29/2023164/29/202317這種方法可形成大尺寸的樁，滿足了高層建筑對(duì)大直徑樁的迫切需求，適合我國勞動(dòng)力成本較低的國情，成本較低，對(duì)周圍環(huán)境也沒有影響。因此，很快在全國推廣開來，成為一些地區(qū)高層建筑樁基礎(chǔ)的一種常用樁型。挖孔樁因?yàn)橹睆捷^大，相應(yīng)的樁長較小，也稱作墩。護(hù)壁可有多種方式，現(xiàn)在多用混凝土現(xiàn)澆，整體性和防滲性更好。3．沉管灌注樁和夯擴(kuò)樁

沉管灌注樁又稱套管成孔灌注樁，這類灌注樁是采用振動(dòng)沉管打樁機(jī)或錘擊沉管打樁機(jī)，將帶有活瓣式樁尖、或錐形封口樁尖，或預(yù)制鋼筋混凝土樁尖的鋼管沉入土中，然后邊灌注混凝土、邊振動(dòng)或邊錘擊、邊拔出鋼管而形成灌注樁。該方法具有施工方便、快捷，造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，是國內(nèi)目前采用得較為廣泛的一種灌注樁。4/29/202318沉管灌注樁是最早出現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)灌注樁，其施工程序一般包括四個(gè)步驟：沉管、放籠、灌注、拔管，如圖所示。沉管灌注樁的優(yōu)點(diǎn)是在鋼管內(nèi)無水環(huán)境中沉放鋼筋籠混凝土，從而為樁身混凝土的質(zhì)量提供了保障。

夯擴(kuò)灌注樁是在錘擊沉管灌注樁的機(jī)械設(shè)備與施工方法的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，增加一根內(nèi)夯管，按照一定的施工工藝，采用夯擴(kuò)的方式將樁端現(xiàn)澆混凝土擴(kuò)大成大頭形的一種樁型，通過擴(kuò)大樁端截面積和擠密地基土，使樁端土的承載力有較大幅度的提高：同時(shí)樁身混凝土在柴油錘和內(nèi)夯管的壓力作用下成型，避免了“縮頸”現(xiàn)象，使樁身質(zhì)量得以保證。4/29/2023194/29/202320預(yù)制樁、濫沉管灌注扣樁在錘擊憲或振動(dòng)法臺(tái)下沉?xí)r，湖施工噪音概大，污染站環(huán)境，不戲宜在居住冰區(qū)周圍使莫用。預(yù)制樁膜用靜壓壞法施工煙可消除旅噪音污拋染，是辯城區(qū)預(yù)相制樁的頂主要施呀工方法偷。鉆孔樁的蔑施工過程蓋振動(dòng)、噪射音小，是倚城區(qū)建筑濁的常用樁足型。2．?dāng)D土臘效應(yīng)鉆孔灌膜注樁、按挖孔灌其注樁為非擠土樁，對(duì)鄰近春建筑物及套地下管線雷危害很小忌。端部開口駐或半閉口拌管樁為部分?jǐn)D土低樁，但端末部“土勺塞”的仆承載力癥較封閉割式樁小水。“土塞宏”效應(yīng)二、各禿類樁的艷主要特耀點(diǎn)及比趁較1．振哪動(dòng)、噪花聲4/24圖/202視321預(yù)制鋼孫筋混凝惡土樁、傍沉管灌席注樁（績無論打憂入、壓懇入或振杠入）均域?qū)儆跀D土樁。擠土樁飼的危害靜：在飽爽和軟土懷中進(jìn)行理密集樁判群施工檢將使土漲中超靜輸水孔隙殼水壓力貴劇增(祥例如達(dá)料上覆土隆重的1粱.4倍雨，甚至漁更高)赤、地表瘦隆起(草例如樁績區(qū)內(nèi)5蠻0m，隆起仍總體積珠約為樁份入土體擋積的4物0％)拋、淺層薯土體水悄平位移路(影響抵范圍達(dá)桿1倍樁信長以上場(chǎng))、深廉層土體卵位移、撿先打設(shè)諸的樁被席抬起和抱擠偏及踩至彎曲已和斷裂鳴。這將遙造成各蹤蝶種危害輛，包括愧原有建喪筑物下雀沉或局本部抬起誓以致結(jié)濱構(gòu)損壞腦，鄰近基路面開搞裂以及蛇地下管磁線位移全或破壞束?？刂瞥翗督鈹D土效應(yīng)轎是市區(qū)選呼用預(yù)制樁忙的前提，不控制和減足輕沉樁擠躺土影響的復(fù)方法：設(shè)址置防振溝敞、擠土井竟、預(yù)鉆孔湯、排水砂綁井、控制導(dǎo)沉樁速度黎以及調(diào)整呆打樁流水掘等。4/24搬/202走322受設(shè)備能滑力的限制飲，單節(jié)預(yù)妨制樁的長冤度不能過踢長，一般輩在30m鐵以內(nèi)，更鍵長時(shí)需接照樁。預(yù)制恨鋼筋混凝渡土樁不易貫穿透較厚洪的堅(jiān)硬地自層，沉樁依困難時(shí)需栽采用射水拔輔助振動(dòng)牧沉樁法。著由于節(jié)長荒規(guī)格無法雪臨時(shí)變更跡，沉樁無拋法達(dá)到設(shè)玩計(jì)標(biāo)高時(shí)淡，就不得噴不截樁。豎因此除鋼抵樁、嵌巖膨樁外，受但沉樁能力沙的限制，洗預(yù)制混凝加土樁、沉尊管灌注樁征樁徑、樁惹長不可太薄大，單樁潑極限承載咽力一般不乘超過60校00kN州。鉆孔灌注拖樁直徑可沉大至1～尾2m，樁冷長可達(dá)1微00m，漠可適用于遺各種地層無，樁端不邀僅可進(jìn)入互微風(fēng)化基椅巖而且可己擴(kuò)底，挖艙孔灌注樁灘直徑更可餓擴(kuò)大至2吹～3m，鎖因此單樁雞的總承載鞭能力大，植單樁極限庭承載力可什達(dá)150誼00kN歐以上。3.瞞沉樁粘能力與三承載力4/24池/202猴323預(yù)制樁藝的配筋仔往往是排由搬運(yùn)明起吊和武錘擊時(shí)聽的施工飄工況來腿控制的針，遠(yuǎn)遠(yuǎn)廁超過正刊常工作協(xié)荷載對(duì)班強(qiáng)度的粱要求，艇因此樁湖身混凝受土標(biāo)號(hào)盞高、含替筋率高除，主筋扯要求通劈燕長配置元，用鋼扣量大。灌注樁絕的優(yōu)點(diǎn)以是省去澡了預(yù)制缸樁的制鏡作、運(yùn)樸輸、吊纖裝和打誼入等工燥序，樁訂不承受儉這些過蘭程中的宣彎折和彼錘擊應(yīng)窩力，從普而節(jié)省魯了鋼材攏和造價(jià)抽。僅承憶受軸向左壓力時(shí)賄，按工旗作荷載蠅要求通亭常只在欣上部配竹筋，混嚇凝土不世用接頭蒼，節(jié)約厭了鋼的延用量，淡也不需址使用高腹標(biāo)號(hào)混品凝土，密一般情草況下，伸比預(yù)制款樁經(jīng)濟(jì)崇。4.施梯工應(yīng)力與蟻配筋量4/24梯/202閱324預(yù)制樁糧――接劑頭常形績成樁身著的薄弱民環(huán)節(jié)，頂沉樁的吧擠土效按應(yīng)可使逗先打入速的樁被齊抬起，斧如果接黨樁不牢絕固，可竭使上下恒兩節(jié)樁白脫開。沉管灌注菌樁――擠睛土效應(yīng)可頓能使混凝啦土尚未結(jié)鐮硬的鄰樁咬被剪斷，蘇對(duì)策是采將取“跳打主”順序施鉤工，待混塵凝土強(qiáng)度銜足夠時(shí)再弓在它的近弓旁施打相馬鄰樁