灌注桩选型、讲解

桩基选型与设计 重庆市设计院 主要内容 1 基桩的种类和选型2 桩基础的种类和型式3 桩基础设计4 桩基的选择 1 基桩的种类和选型 1 1桩的起源和发展 1 桩基础是最古老的基础形式 是人类进步史上一笔重要的文化遗产 是人类文明的结晶在中国的起源距今6000 7000年的新石器时代 浙江余姚新石器时代文化遗址人类的起源距今12000 14000年 智利文化遗址2 近 现代桩基的发展19世纪后期 国际上生产了混凝土桩和钢桩 中国在20世纪20年代开始采用钢筋混凝土预制桩和灌注桩 木桩 混凝土桩 钢筋混凝土桩三者并举 20世纪30年代 上海外滩许多大型建筑物采用木桩或木桩上接一段混凝土桩 1943年 当时我国第一高楼 上海国际饭店 83 8m 地下二层 地上22层 采用木桩支撑的最高建筑 1 1桩的起源和发展 1949年后 桩基础大规模应用和发展 20世纪60年代 钻孔灌注桩和爆扩桩迅速发展 为在不同地区 不同土层中应用桩基础提供了可能性 20世纪70年代早期 主要桩型为预制方桩 小型 20世纪70年代后期 引进日本的钢管桩和打桩设备 进入了重力桩型时期 20世纪90年代后 随着机具能力的提高 大直径 超深度灌注桩逐渐推广应用 杭州湾跨海大桥最大桩直径2 8m 深120m 20世纪末期 随着高强度预应力管桩 PHC 的引进 在打桩中占据主导地位 钢桩明显减少 随着工程建设的发展 异形桩迅速发展 桩墙技术 地下连续墙 咬合桩 水泥搅拌桩 劲性水泥土墙 SMW 等 浅层地基的桩基 复合地基的桩工技术与桩基同步发展 1 2桩的分类和选型 1 按材料分 木桩 石桩 混凝土 水泥 桩 钢筋混凝土桩 钢桩2 按成桩条件分 预制桩 主要桩型为钢筋混凝土桩 预应力混凝土管桩 钢桩灌注桩 主要有大直径灌注桩 沉管灌注桩3 按施工时对周围地基土的影响 应力状态 分类挤土桩 打入桩 螺旋桩部分挤土桩或低扰动土桩 打入桩 CFA桩非挤土桩 1 2桩的类型及分类 1 2桩的类型及分类 4 按桩径 设计直径d 大小分类 小直径桩 d 250mm 中等直径桩 250mm d 800mm 大直径桩 d 800mm 5 按桩的使用功能分类 竖向抗压桩 竖向抗拔桩 水平受荷桩 复合受荷桩 承受竖向 水平向荷载均较大的桩 1 3我国现今的桩型体系 1 4桩型选用应遵循的原则 桩型的选择必须经过认真的技术经济分析 且需遵循以下原则 1 必须与地质条件相适应 因地制宜 结合地质条件和当地经验选用 2 选择适宜的桩型 发展不同的相应桩型 与建筑结构匹配 3 桩型选择和桩基工程需符合资源节约型 环境友好型的基本国策 4 桩型选择应着眼于在相同条件下和要求下的先进性 经济 高效 安全和满足工程寿命的要求 5 一种新的桩型的选用必须经过科学实验和工程实践的考验 1 5基桩选型中常见的一些认识问题 1 将嵌岩桩一律视为端承桩 导致将桩端嵌岩深度不必要的扩大 增加成桩难度 延长施工周期 增加工程造价 2 在软土地区使用无须排土排浆的沉管灌注桩 夯扩桩和粉喷桩等 对这类桩得挤土效应或施工质量控制认识不足 3 预制桩的质量稳定性高于灌注桩的概念导致了不少工程事故 4 人工挖孔桩质量稳定可靠的习惯性思维常常与实际不符 低水位非饱和土时质量稳定性较高 高水位饱和土施工隐患大 质量成疑 特别是有淤泥质软土夹层时危险性增大 5 扩底桩用于持力层较好 桩较短的端承型灌注桩 可取得较好的技术经济效益 1 6基桩的发展趋势 1 以数值分析为核心的岩土力学 2 智能化的岩土测试技术 3 开发和维护更好的新桩型 目前占市场主导地位的是打入桩 约占全球桩的50 PHC桩是打入桩中最为流行的一种桩型 钻孔灌注桩适应性强 对周围环境影响小 只要有先进的钻机和钻具 可以不受地层条件的限制 也可满足大直径超深度高承载力的需要 CFA桩 连续螺旋钻孔灌注桩 发展迅速 套管CFA介于传统钻孔灌注桩和CFA之间 4 成 沉 桩工艺与设备更趋现代化 与旋挖式钻机相比 全套管全回转液压钻机正在迅速发展5 试桩和测桩的信息化检测技术 1 7几种新型的灌注桩 1 钻孔挤扩多支盘灌注桩技术挤扩支盘桩是在普通钻孔灌注桩的基础上发展起来的 20世纪80年代未期发明了用于支盘挤扩成型的液压设备 适用于水上水下各种环境及各种地质条件 使挤扩支盘桩成为一种普遍适用的新技术 岩石扩底钻头 1 7几种新型的灌注桩 2 钻孔扩底灌注桩技术钻孔扩底灌注桩施工时当柱状钻头钻到设计持力层后 采用特殊的扩底机械和钻头 通过加压撑开钻头的扩孔刀刃使之旋转切削地层 从而扩大钻孔灌注桩的底部 钻孔扩底灌注可以充分利用桩底岩土层承载力高的特点 从而大大提高单桩承载力 节约造价 可视旋挖扩底桩是其中一种 1 7几种新型的灌注桩 3 钻孔灌注桩后压浆技术钻孔灌注桩桩侧的泥皮过厚和桩底沉渣过厚 在钻孔灌注桩施工过程中 在钢筋笼上设置桩底压浆管和桩侧压浆管 等混凝土达到一定强度 从压浆管压入高压水泥浆使桩侧泥皮和桩底沉渣得到加固 后注浆后的单桩承载力提高30 100 4 钻孔复合桩技术采用钻孔的方法植入钢筋混凝土预制桩 先在预定的位置钻孔 然后将接好的钢筋混凝土预制桩放入钻孔中心 将注浆管插入桩底把高压水泥浆压入桩与钻孔的空隙中 等水泥浆凝固后就形成一个钻孔复合桩 设计时桩身质量全部由预制桩承担 灌注桩的桩身缩颈 离析 甚至断桩问题如何得到根本解决 桩身质量绝对可靠 二 桩基础的种类和型式 2 1桩基概述 1 深基础 埋深较大 以下部坚实土层或岩层作为持力层的基础 2 桩基 桩与连接桩顶和承接上部结构的承台组成的深基础 3 基桩 群桩中的单桩 4 承台 将各桩联成一整体 把上部结构传来的荷载转换 调整分配于各桩 由桩传到深部较坚硬的 压缩性小的土层或岩层 5 适用 当浅层土质不满足承载力和变形要求 不适宜采取地基处理方法 2 2桩基的种类 1 按桩的数量和受力划分单桩基础 采用一根桩 以承受上部结构 柱 荷载的基础群桩基础 由2根以上桩组成的基础复合桩基 由桩和承台底地基共同承担荷载的桩基2 按承台与地面相对位置分 低承台桩基 承台底面位于地面以下 多用于工业与民用建筑高承台桩基 承台底面高出地面 多用于桥梁 水利 2 2桩基的种类 2 3桩基础的适用范围 1 天然地基承载力和变形不能满足要求的高重建筑物 2 承载力基本满足要求 但沉降量过大 需利用桩基础减少沉降的建筑物 3 重型工业厂房和荷载很大的建筑物 4 软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑 5 作用有较大水平力和力矩的高耸结构物的基础或需以桩承受水平力或上拔力的其他情况 6 需要减弱其振动影响的动力机器基础 或以桩基作为地震区建筑物的抗震措施 7 地基土有可能被水冲刷的桥梁基础 8 需穿越水体和软弱土层的港湾与海洋建筑物基础 3 桩基础设计 3 1桩基设计原则 桩基是由桩 土和承台共同组成的基础 设计时应考虑三者共同作用 各部作用起多大 取决于桩变形 桩基按极限状态设计法设计 应满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求 建筑桩基分三个安全等级 3 2桩基设计的基本内容 1 桩的类型及几何尺寸的选择 2 单桩竖向 和水平向 承载力的确定 3 确定桩的数量 间距和平面布置 4 桩基承载力和沉降验算 5 桩身结构设计 6 承台设计 7 绘制桩基施工图 3 3桩基础的分析计算 1 所有桩基础都应进行承载能力计算 计算内容包括 按使用功能 受力特征进行竖向 压 拔 和水平承载力计算 不宜超过承载力特征值 某些条件下群桩基础宜考虑桩 土 承台共同作用 桩身及承台进行承载力计算 桩身露出地面或桩侧为可液化土 极限承载小于50KPa 或不排水抗剪强度小于10KPa 土层中的细长桩尚应进行桩身压屈验算 对混凝土预制桩尚应按施工阶段 吊装 运输 锤击作用进行强度验算柱端平面以下存在的软下卧层时应验算软弱下卧车层承载力 对位于坡地 岸边的桩基应进行桩基稳定性验算 按现行抗震设计规范规定进行抗震验算 3 3桩基础的分析计算 2 下列桩基应进行变形验算 桩端持力层为软弱土的一 二级桩基以及桩端持力层为粘土 粉土或存在软弱下卧层一级建筑桩基 应验算沉降并考虑上部结构与基础共同作用 沉降不超过建筑沉降允许值 受水平荷载较大或对水平变位要求严格的一级建筑桩基应验算水平位移 3 下列桩基应进行桩身和承台抗裂和裂缝宽度验算 根据使用条件要求混凝土不得出现裂缝的桩基应进行抗裂验算 使用上需限制裂缝宽度的桩基应进行裂缝宽度验算 4 建于软土上的一 二级建筑桩基施工过程和使用期间必须进行沉降观测直到稳定 3 4桩的布置 1 对柱基宜采用一柱一桩 在结构设置变形缝处 也可两柱合用一桩 但宜上部柱合力作用点与桩中心重合 2 置于岩石上的非挤土桩基 桩间净距不宜小于0 5m 3 群桩可采用三角形 矩形 梅花形等布置方式 其中心宜与上部荷载合力作用点重合 并使群桩在受水平力和力矩较大方向有较大抗弯截面模量 4 对于剪力墙下多桩基础 宜将桩布置于纵横墙相交处或墙下 对单排桩的条形承台 当承台侧向无支承长度过长时 应在适当部位增设垂直于承台的连系梁 3 4桩的布置 5 柱 剪力墙采用椭园桩基础时 宜使桩中心和柱 剪力墙的形心重合 6 地下室钢筋混凝土挡墙下桩基础应在桩顶设置垂直于挡墙的连系梁或板 7 桩嵌入完整岩石的深度不宜小于0 2m 对于倾斜岩面 宜将岩面整平 3 5特殊条件下的桩基 1 斜坡 边坡上桩基设计原则 新建斜坡 边坡上的建筑桩基工程应与建筑边坡工程统一规划 同步设计 合理确定施工顺序 对建于边坡的桩基 不得将桩支承于边坡潜在的滑动体上 桩端进入潜在滑裂面以下稳定岩土层内的深度应能保证桩基的稳定 且宜采取有效措施避免桩基础承担的竖向荷载传至边坡支护结构 建筑桩基与边坡应保持一定的水平距离 建筑场地内的边坡必须是完全稳定的边坡 当有崩塌 滑坡等不良地质现象存在时 应进行整治 确保其稳定性 桩基础邻近边坡边缘时 应考虑边坡的变形对地基承载力降低和桩基础变形加大的不利影响并对建筑物基础地基稳定性进行验算 3 5特殊条件下的桩基 距离边坡位置较近的桩基 宜进入边坡坡脚以下 位于填方边坡桩基 存在岩石外倾软弱结构面的边坡桩基 应验算最不利荷载效应组合下桩基的整体稳定性和基桩的水平承载力 斜坡上的桩基 宜根据完整岩面的倾斜度适当加大嵌岩深度 桩基之间宜设置连系梁 外露桩基桩身配筋应按上部结构柱构造 承担较大水平荷载的斜坡上桩基 确定嵌岩深度时 应验算斜坡处岩体的抗剪承载力 嵌岩段岩体存在外倾结构面时 应验算外倾结构面以上岩体的抗滑稳定性 建筑跨越边坡形成吊脚楼时 应加强边坡桩基础与吊层结构间的整体性 3 5特殊条件下的桩基 2 洞室附近桩基设计原则 位于洞室地基上的桩基 应严格执行 动态设计 信息化施工 应对洞室地基进行稳定性评价 对洞室围岩岩体结构面的不利组合 应进行局部稳定性验算 并采取措施避免洞室因局部岩体的失稳而危及洞室地基的整体稳定性 当洞室顶板为完整岩石且顶板厚度较大 桩基础直接放置在其上时 应验算桩端下顶板岩体的的抗冲切承载力 当桩端下洞室的顶板厚度较小或桩端下顶板岩体的抗冲切承载力不能满足时 桩端应落至洞室底板 且桩基在洞穴室及相关部份宜按柱构造 3 5特殊条件下的桩基 按洞室形态和顶板完整程度 可将顶板岩体视作梁 板 拱 壳等自承重结构进行结构力学分析和验算 对地基承载力 变形及稳定性有不利影响的洞室 应综合分析后采取封填加固 衬砌加固 贯穿式顶撑 锚杆锚固 锚喷支护 结构跨越等措施 洞室旁边桩基础进入稳定地基时 宜采取有效措施避免桩基础承担的竖向荷载传至洞室 3 5特殊条件下的桩基 3 填土地基桩基础设计原则 对需要大面积填土的建筑场地 宜先填土并保证填土的密实性 对新近填土的建筑场地 宜先采用强夯等措施夯实地基 对填土土坡建筑场地 宜先实施边坡支挡结构 抗拔桩基设计时应根据桩基所处的环境类别和相应裂缝控制等级 验算桩身的抗裂和裂缝宽度 4 桩基的选择 4 1桩基的选择原则 1 选择桩型和工艺时 应对建筑物的特征 建筑结构类型 荷载性质 桩的使用功能 建筑物的安全等级等 地形 工程地质条件 穿越土层 桩端持力层岩土特性 水文地质条件 地下水类别 地下水位标高 施工机械设备 施工环境 施工经验 各种桩施工法的特征 制桩材料供应条件 造价以及工期等进行综合性研究分析后 并进行技术经济分析比较 最后选择经济合理 安适宜的桩型和成桩工艺 4 1桩基的选择原则 2 桩基选型应当考虑以下因素地质条件上部结构类型荷载特征施工技术条件与环境环境因素造价因素工期因素安全因素 4 2按地质条件确定桩型时 1 对于砂层或硬土层 岩层埋深较浅的地质情况 可优先选择灌注桩 2 淤泥质土层较厚的地质情况不适宜采用灌注桩 以免造成缩径夹泥等现象 应选择能保证桩身质量和成型的预制桩 3 在石灰岩作持力层 上软下硬 软硬突变 等地质条件下 不宜采用预应力管桩施工 4 土层及软岩可适用于旋转挤压灌注桩 5 冲孔灌注桩一般适用粘土 粉土 砂土 填土 部分卵石 碎石土及风化岩层 能穿透旧基础 建筑垃圾及大孤石等障碍物 4 2按地质条件确定桩型时 6 螺旋钻机钻孔 适用于一般粘土层 砂土及人工填土地基 不适于淤泥质土 对于含建筑垃圾的杂填土层 大卵石层 成孔难度大 7 旋挖钻机一般适用粘土 粉土 砂土 填土 部分卵石 碎石土及岩层 8 沉管灌注桩宜用于黏性土 粉土和砂土 9 持力层为岩基可选择钻孔灌注桩或人工挖孔桩 其它桩型很难进入岩层 4 2按地质条件确定桩型时 10 岩溶地区选择桩型 首先考虑有无办法避开复杂地质环境 其次考虑能否分散载荷到溶岩上 最后才是选择 一桩一柱 的桩型 当上覆土层足够深和能提供高桩侧摩阻力的黏土层时 可选择合适的单桩承载力和桩径 采用摩擦桩 不触及基岩 从而避开岩溶 如基岩埋藏较浅或上覆土层无法提供有效的桩侧阻力 只能按端承桩设计桩基时 就应该考虑分散上部结构的荷载减少溶洞塌的风险 采用低承载力的群桩加局部或整体筏板的做法 在溶岩浅埋 地下水又不丰富时 可选择挖孔桩 但应做好超前钻探 探明下卧溶洞的分布 承载力不能取大 岩溶地区地下水较丰富 采用灌注桩较难保证桩身质量时 应优先考虑采用预制桩和预应力管桩 岩溶地区地质复杂 岩面高低变化极大 且溶洞内多有填充物 尚无可靠的物探办法能充分探明地下岩溶的分布以规避桩底存在溶洞的风险 应慎用一柱一桩 4 3按上部结构类型确定桩型时 1 砖混 框架 框剪 框筒 全剪力墙 全筒 排架 刚架等结构形式及其不同的长高比具有不同的刚度 整体性及其对地基变形的不同适应能力 2 不同的桩型成桩工艺 桩端持力层 桩的长径比 排列与布置等 具有不同的竖向和水平承载力与变形性状 4 4按荷载类型确定桩型时 荷载特征或作用特征是指荷载的动静态 恒载与可变荷载的大小 偶然荷载的大小 竖向压 拔荷载的大小 竖向荷载的偏心距 水平荷载的大小及其变化特征 上述这些因素都将制约桩的竖向 水平承载力要求以及桩基的工作性状 结构设计人员应根据建筑物荷载的不同 确定出合适的单桩承载力 若单桩承载力过大 则会加大桩长 桩径 造成施工困难 增加投资 反之单桩承载力过小 则会增加桩的数量 而且往往不能充分发挥地基潜力 4 4按施工条件确定桩型时 1 静压预制桩 桩身质量有保证 施工速度快 无噪音 适合在市区施工 但对于粉砂层埋藏较大或有较厚的夹层时 其桩端不易达到理想的持力层 施工设备占用空间大 对于边桩要求桩外侧有一定的宽度 所以成本较高 2 打入式预制桩 主要有预制方桩和预应力管桩 预制方桩强度高 不易断桩 离