【高大钊】《建筑桩基技术规范》2008版讲解（上）（2008.9济南）.ppt

1、建筑桩基技术规范2008版本讲解（上）,同济大学 高大钊 2008年8月济南,内 容,桩基础的功能和工程意义 规范修订的技术背景 规范修改的主要内容 规范增加的新内容 规范删节的内容 新规范章节内容概要,要 求,1. 了解建筑桩基技术规范的变化； 2. 结合工程勘察工作的需要，了解桩基设计的内容、设计参数的工程应用以及探明地质条件对桩基设计的作用； 3. 扩大知识面，充实基础设计的知识。,桩基础的功能和工程意义,桩基础是应用比较广泛的一种基础类型，也是最古老的基础之一 。 桩是将建筑物的荷载（竖向的和水平的）全部或部分传递给地基土（或岩层）的具有一定刚度和抗弯能力的传力构件， 桩基础一般由承台

2、将若干根桩的顶部联结成整体，以共同承受荷载的一种深基础。,今天桩基础已成为高层建筑、大型桥梁、深水码头和海洋石油平台等工程最常用的基础形式。 在施工技术进步、桩型开发应用和设计理论研究等各方面至今仍然异常活跃，显示出桩基础具有强大的生命力和非常广阔的发展前景。,桩基础分为高桩承台和低桩承台两大类：,桩具有多种独特的功能,通过桩的侧面和土的接触，将荷载传递给桩周土体；或者将荷载传给深层的岩层、砂层或坚硬的粘土层；从而获得很大的承载能力以支承重型建筑物； 对于液化的地基，为了在地震时仍保持建筑物的安全，通过桩穿过液化土层，将荷载传给稳定的不液化土层；,桩基具有很大的竖向刚度，因而采用桩基础的建筑物

3、，沉降比较小，而且比较均匀，可以满足对沉降要求特别高的上部结构的安全需要和使用要求; 桩具有很大的侧向刚度和抗拔能力，能抵抗台风和地震引起的巨大水平力、上拔力和倾覆力矩，保持高耸结构物和高层建筑的安全； 改变地基基础的动力特性，提高地基基础的自振频率，减小振幅，保证机械设备的正常运转。,桩基规范修订的技术背景,我国的桩基工程经历了一个发展的历史过程。 现代意义上的桩基，大约在19世纪后期开始采用，距今已有100多年的历史。 在20世纪初期，上海和沿海的城市开始建造10层至20余层的高层建筑，都是采用桩基础的。,1929年上海沙逊大厦（现和平饭店）桩基施工,20世纪中页，许多工业建筑开始采用桩基

4、础，那时主要是预制桩，从公路桥梁上开始采用钻孔灌注桩，随后在建筑部门也开始推广应用。 20世纪80年代开始了高层建筑、大型桥梁的建设，桩基工程开始了全新的发展阶段。超大直径的超长桩对设计理论、施工方法和检测方法都提出了新的要求。,大直径钻井工程施工和开发能力上升到一个新的水平，主要表现在大直径工程桩施工和钻机的研制与开发。 从长江到钱塘江，十几个大桥的超大直径工程桩的施工，比较有代表性的长江大桥有荆沙大桥、武汉白沙州大桥、鄂黄大桥、润杨大桥、苏通大桥、钱塘江四桥、六桥、东海大桥、跨海大桥、上海长江大桥。 大直径工程钻机从GF-150 GYD-600已形成系列产品，最大扭矩达32t-m。,196

5、3年我国第一本地方标准，上海地基基础设计规范颁布，对于单桩承载力的确定，桩基沉降的计算作出了规定。 1974年，我国第一本全国的地基基础设计规范，规定了单桩承载力的确定方法，但没有对桩基沉降的计算作出规定。,1980年，工业与民用建筑灌注桩基础设计与施工规程颁布，这本规程规定了单桩承载力的确定方法，提出了计算桩基沉降的要求，但没有规定具体的计算方法。 1994年，在灌注桩规程的基础上，编制了建筑桩基技术规范JGJ94-94，总结了80年代的桩基工程的经验。 从编制建筑桩基技术规范以来的十余年间，我国的桩基工程技术又经历了飞速的发展过程。,增加的内容,减少差异沉降和承台内力的变刚度调平设计 桩基

6、耐久性规定 后注浆灌注桩承载力计算与施工工艺 软土地基减沉复合疏桩基础设计,考虑桩径因素的Mindlin应力解计算单桩、单排桩和疏桩基础的沉降 抗压桩和抗拔桩桩身承载力计算 长螺旋钻孔压灌混凝土后插钢筋笼灌注桩施工方法 预应力混凝土空心桩承载力计算与沉降,调整的内容,基桩和复合基桩承载力设计取值与计算 单桩側阻力和端阻力经验参数 嵌岩桩嵌岩段側阻和端阻综合经验系数 等效作用分层总和法计算桩基沉降经验系数 钻孔灌注桩孔底沉渣厚度控制标准,新规范章节内容概要,1. 总则 2. 术语与符号 3. 基本设计规定 3.1 一般规定 3.2 基本资料 3.3 桩的选型与布置 3.3 特殊条件下的桩基 3.

7、4 耐久性规定,4. 桩基构造 4.1 基桩构造 4.2 承台构造 5. 桩基计算 5.1 桩顶作用效应计算 5.2 桩基竖向承载力计算 5.3 单桩竖向极限承载力 5.4 特殊条件下桩基竖向承载力验算,5.5 桩基沉降计算 5.6 软土地基减沉复合疏桩基础 5.7 桩基水平承载力与位移计算 5.8 桩身承载力与裂缝控制计算 5.9 承台计算 6. 灌注桩施工 6.1 施工准备 6.2 一般规定 6.3 泥浆护壁成孔灌注桩,6.4 长螺旋钻孔压灌桩 6.5 沉管灌注桩和内夯沉管灌注桩 6.6 干作业成孔灌注桩 6.7 灌注桩后注浆 7. 混凝土预制桩与钢桩施工 7.1 混凝土预制桩的制作 7.

8、2 混凝土预制桩的起吊、运输和堆放 7.3 混凝土预制桩的接桩 7.4 锤击沉桩,7.5 静压沉桩 7.6 钢桩（钢管桩、H型桩及其他异形钢桩）施工 8. 承台施工 8.1 基坑开挖与回填 8.2 钢筋和混凝土施工,9. 桩基工程质量检查及验收 9.1 一般规定 9.2 施工前检验 9.3 施工检验 9.4 施工后检验 9.5 基桩及承台工程验收资料,附录A 桩型与成桩工艺选择 附录B 预应力空心桩基本参数 附录C 考虑承台（包括地下墙体）、基桩协同工作和土的弹性抗力作用计算水平荷载的桩基 附录D Boussinesq（布西奈斯克）解的附加应力系数和平均附加应力系数 附录E 桩基等效沉降系数的

9、计算系数,附录F 考虑桩径影响的Mindlin（明德林）解应力影响系数 附录G 按倒置弹性地基梁计算砌体墙下条形桩基承台梁 附录H 锤击沉桩锤重的选用,各章内容重点,第一章 总则,规范编制的目的、适用范围、设计施工原则以及与其他规范的衔接。 桩基设计与施工应综合考虑工程地质和水文地质条件、上部结构类型、使用功能、荷载特征、施工技术条件与环境，重视地方经验，因地制宜；注重概念设计，合理选择桩型、成桩工艺和承台形式，优化布桩，节约资源；强化施工质量控制与管理。,第二章 术语,1. 桩基 由设置于岩土中的桩和与桩顶联结的承台共同组成的基础或由柱与桩直接联结的单桩基础。 2. 复合桩基 由桩基和承台下

10、地基土共同承担荷载的桩基础,3. 基桩 桩基础中的单桩 4. 复合基桩 单桩及其对应面积的承台底地基土组成的复合承载基桩 5. 减沉复合疏桩基础 软土地基天然地基承载力基本满足要求的情况下，为减小沉降采用疏布摩擦型桩的复合桩基,6. 单桩竖向极限承载力标准值 单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载 7. 极限側阻力标准值 相应于桩顶出现极限荷载时，桩身側表面所发生的岩土阻力 8. 极限端阻力标准值 相应于桩顶出现极限荷载时，桩端所发生的岩土阻力,9. 单桩竖向承载力特征值 单桩竖向极限承载力标准值除以安全系数后的承载力值单桩容许承载力 10. 变刚度调平

11、设计 考虑上部结构形式、荷载和地层分布以及相互作用效应，通过调整桩径、桩长、桩距等改变基桩支承刚度分布，以使建筑物沉降趋于均匀、承台内力降低的设计方法,11. 承台效应系数 竖向荷载下，承台底地基土承载力的发挥率 12. 负摩阻力 桩周土由于自重固结、湿陷、地面荷载作用等原因而产生大于基桩的沉降所引起的对桩表面的向下摩阻力 13. 下拉荷载 作用于单桩中性点以上的负摩阻力之和,14. 土塞效应 敞口管桩沉桩过程中土体涌入管内形成的土塞，对桩端阻力的发挥程度的影响效应 15.灌注桩后注浆 灌注桩成桩后一定时间，通过预设于桩身内的注浆导管及与之相连的桩端、桩侧注浆阀注入水泥浆，使桩端、桩侧土体（包

12、括沉渣和泥皮）得到加固，从而提高单桩承载力，减小沉降,16. 桩基等效沉降系数 弹性半无限体中群桩基础按Mindlin解计算沉降量与按等代墩基Boussinesq解计算沉降量之比，用以反映Mindlin解应力分布对计算沉降的影响,第三章 基本设计规定,3-1 两类极限状态 3-2 桩基设计等级划分 3-3 桩基承载力计算和稳定性验算 3-4 桩基变形计算 3-5 桩基设计采用的作用效应、抗力,3-6 变刚度调平设计 以上各点为3.1节一般规定的内容 3-7 基本资料 3-8 桩的选型与布置 3-9 特殊条件下的桩基 3-10 耐久性规定,3-1 两类极限状态,承载力极限状态：桩基达到最大承载能

13、力、整体失稳或发生不适于继续承载的变形。 正常使用极限状态：桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值。,明确了两种极限状态的区别 桩基的承载力计算是承载力极限状态的验算，设计表达式的抗力是单桩极限承载力除以安全系数，荷载为承载力极限状态的荷载效应基本组合的荷载分项系数取为1.0，即荷载的标准组合。,3-2 桩基设计等级划分,划分建筑桩基设计等级旨在界定桩基设计的复杂程度、计算内容和应采取的相应措施。 桩基设计等级是根据建筑物规模、体型和功能特征、场地地质与环境的复杂程度，以及由于桩基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度划分为三个等级。,甲类建筑有三种情况： （1）

14、和（2）都是重要的或高层建筑，选择承载力高、布桩比较灵活、性能比较稳定的桩型，严格控制桩基的整体稳定与倾斜； （3）和（4）主要控制差异沉降，布桩有利于调整不均匀沉降； （5）和（6）主要考虑控制因场地因素带来的桩基不稳定性。,3-3 桩基承载力计算和稳定性验算,1. 应根据桩基的使用功能和受力特征分别进行桩基的竖向承载力计算和水平承载力计算； 2. 应对桩身和承台结构承载力进行计算；对于桩侧土不排水抗剪强度小于10kPa且长径比大于50的桩应进行桩身压屈验算；对于混凝土预制桩应进行吊装、运输和锤击作用进行桩身承载力验算；,3. 当桩端平面以下存在软弱下卧层时，应进行软弱下卧层承载力验算； 4

15、. 对位于坡地、岸边的桩基应进行整体稳定性验算； 5. 对于抗浮、抗拔桩基，应进行基桩和群桩的抗拔承载力验算； 6. 对于抗震设防区的桩基应进行抗震承载力验算。,3-4 桩基变形计算,哪些桩基需要计算变形？ 1. 设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基； 2. 设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均匀或桩端以下存在软弱土层的建筑桩基； 3. 软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础,用什么方法计算？ 等代实体基础法 传统的分层总和法，用Boussinesq理论计算应力，用修正系数进行修正； 单桩、单排桩的沉降计算，根据产生沉降的不同原因，采用不同的理论计算应力。,3-5 桩基设计采用

16、的作用效应、抗力,1. 确定桩数和布桩时，应采用传至承台底面的荷载效应标准组合；相应的抗力应采用基桩或复合基桩承载力特征值； 2. 计算荷载作用下的桩基沉降和水平位移时，应采用荷载效应准永久组合；计算水平地震作用、风载作用下的桩基水平位移时，应采用水平地震作用、风载效应标准组合；,3. 验算坡地、岸边建筑桩基的整体稳定性时，应采用荷载效应标准组合；抗震设防区应采用地震作用效应和荷载效应的标准组合； 4. 在计算桩基结构承载力、确定尺寸和配筋时，应采用传至承台顶面的荷载效应基本组合。当进行承台和桩身裂缝控制验算时，应分别采用荷载效应标准组合和荷载效应准永久组合；,5. 桩基结构设计安全等级，结构

17、设计使用年限和结构重要性系数。应按现行有关建筑结构规范的规定采用，除临时性建筑外，重要性系数不应小于1.0； 6. 对桩基结构进行抗震验算时，其承载力调整系数应按现行建筑抗震设计规范的规定采用。,3-6 变刚度调平设计,是新规范的一个亮点 上部结构与地基基础共同作用原理工程应用的一种设计思路 主要提出一种概念设计的方法,变刚度调平设计是与传统设计原则不同的设计概念。 传统桩基设计的原则，同一建筑物下采用相同截面、相同长度的桩，一般等距离布桩，桩基的刚度是等刚度的。,基本概念： 等刚度的桩基，按等桩长、等桩径、等间距的布桩，其结果是： 沉降是中间大，四周小，形成碟形沉降盆； 桩的反力是中间小，四

18、周大，形成马鞍形反力分布。,变桩距、变桩径或变桩长都可以达到变刚度的目的,变刚度调平概念设计,变刚度调平概念设计的目的为了减小差异变形、降低承台内力和上部结构次应力，以节约资源，提高建筑物使用寿命，确保正常使用功能。,对于主群楼连体建筑，当高层主体采用桩基时，裙房（含纯地下室）的地基或桩基的刚度宜相对弱化，可采用天然地基、复合地基、疏桩或短桩基础；,对于框架核心筒结构高层建筑桩基，应加强核心筒区域桩基刚度（如适当增加桩长、桩径、桩数、采用后注浆等措施），适当弱化核心筒外围桩基刚度；,对于框架核心筒结构高层建筑天然地基满足要求的情况下，宜于核心筒区域设置增强刚度、减小沉降的摩擦型桩；,对于大体量

19、筒仓、储罐的摩擦型桩基，宜按内强外弱原则布桩；,变长度布桩使底板沉降均匀化,3-7 基本资料,三个方面的资料：勘察文件、场地与环境资料、建筑物资料； 对勘察的附加要求： 勘探点的间距：端承型桩，1224m； 摩擦型桩，2035m；单桩基础每桩一点；,勘探深度： 控制孔数量，1/31/2; 甲级：3个，乙级：2个； 控制孔深度，穿透压缩层； 一般孔深度，桩端平面下35倍桩径；且不得小于3m，大直径桩为5m。 嵌岩桩，控制孔35倍桩径，一般孔13倍桩径。,3-8 桩的选型与布置,1. 基桩分类 1.1 按承载性状分： 摩擦型桩：摩擦桩、端承摩擦桩； 端承型桩：端承桩、摩擦端承桩；,1.2 按成桩方

20、法分： 非挤土桩 部分挤土桩 挤土桩 1.3 按桩径分： 小直径桩：d250mm 中等直径桩：250mmd 800mm 大直径桩：d800mm,桩型选择的经济分析,基桩选型误区,（1）凡嵌岩桩必为端承桩 （2）挤土沉管灌注桩用于高层建筑 （3）预制桩质量稳定性高于灌注桩 （4）灌注桩不适当地扩底 （5）人工挖孔桩质量可靠,凡嵌岩桩必为端承桩,为了提高端阻力，将嵌岩深度尽量加大，导致施工工期延长，造价了提高，但却并没有提高多少单桩承载力。 其原因是对嵌岩桩的承载机理产生误解，将所有嵌岩桩都作为端承桩考虑。,嵌岩桩是在端承桩的基础上发展起来的，在基岩埋藏深度不深的地区，常将桩嵌入基岩一定的深度，在

21、计算嵌岩桩承载力时，过去常忽略覆盖层的侧阻力，将嵌岩桩作为直接传递荷载给基岩的受压柱看待，荷载全部由桩端承担。但是，大量实测资料表明，嵌岩桩的端阻力所占的比例很小。,嵌岩桩可采用机械钻孔或人工挖孔方法成孔，将桩嵌入岩体内一定的深度。嵌岩部分的嵌固力是嵌岩桩的承载力高于端承桩的主要原因，是研究嵌岩桩的核心问题。嵌入基岩部分的桩与基岩的相互作用比较复杂，嵌岩段的嵌固力与底部的端阻力发挥的过程是不同的。实测资料说明，当嵌岩深度为3倍桩径时，桩的嵌固力与端阻力可以得到很好的配合，可以用最少的工程量获得最佳的承载效果，因此称为最佳嵌岩深度。,在嵌岩桩承载力计算时，如何考虑桩侧摩阻力是一个有争议的问题。一

22、种意见认为嵌岩桩的端阻力很小，构成嵌岩桩承载力的主要是侧摩阻力；另一种意见认为桩侧土的摩阻力在总承载力中所占的比例较小，一般不超过10%左右，在大约10m厚的土层中，桩侧土的摩阻力所占的比例更低，因此没有必要计入。,嵌岩桩的端阻力在总承载力中所占的比例不高这是已为大量实测阻力所证明了的，也是得到公认的事实。但分析的角度不同，得到的观点也会有差异。根据国内外150根嵌岩桩的实测资料（其中国内39根，国外111根；无覆盖层20根，有覆盖层130根，长度L=3.055.0m，直径d=0.58.0m，L/d =163.7），给出了嵌岩桩在竖向荷载下端阻分担荷载比与桩的长径比之间的关系。,当L/d从1增

23、加至20时，Qp/Qu自100%随L/d增大而递减至大约30%；当L/d从20增大至 63.7时，Qp/Qu一般不会超过30，其中大部分桩的Qp/Qu在20以下，不少桩在5以下。与此相对应，桩的侧阻力（严格地说应包括侧阻力和嵌固力）大约在L/d 1020时开始起主要作用，随L/d增大而增大， Qs/Qu一般保持在70以上，大部分在以上80%，不少桩在95%以上。,嵌岩桩的长度也越来越长，长径比越来越大，嵌岩桩的性状离端承桩也越来越远； 嵌入基岩部分的桩与基岩的相互作用比较复杂，嵌岩段的侧阻力与底部的端阻力发挥的过程是不同的。 嵌岩桩的端阻力在总承载力中所占的比例不高这是已为大量实测阻力所证明了

24、的，也是得到公认的事实。,包括嵌固力在内的侧阻力占很大比例的原因有三点: 1)较长的桩受荷后桩身的弹性压缩量比较大，桩土之间相对位移也比较大，足以使侧阻得以发挥； 2)由于施工工艺的限制，桩底沉渣很难清除干净，桩愈长，沉渣愈难清除，沉渣的压实使桩身位移，提供了侧阻发挥的条件； 3)由于岩石与桩的连接是脆性的，在比较小的位移条件下嵌固段的阻力就可以达到峰值，而且先于土的侧阻力得到发挥，嵌固深度愈深，端阻力的比例愈低。,预制桩质量稳定性高于灌注桩,由于预制桩在工厂中预制，桩身质量肯定比灌注桩易于控制，易于保证； 但预制桩的主要问题发生在沉桩过程中，从而影响桩基的质量，甚至周围环境，产生工程事故。,

25、由于沉桩的挤土效应，形成浮桩事故； 由于持力层顶面标高起伏过大，不能按设计要求沉入预定标高，影响单桩承载力的发挥，产生截桩、接桩等问题。 桩的截面尺寸和桩长的可调性差，单桩承载力可调范围小，难于实现变刚度调平设计。,案 例,采用桩基的高层建筑倾斜超标事故案例 某综合楼管桩基础，因持力层顶面标高变化过大，造成沉桩困难或承载力不满足设计要求的案例,采用桩基的高层建筑倾斜超标事故,建筑物基本资料,两幢24层的办公大楼，共用一个筏板基础，筏板基础平面面积1692m2，筏板厚2m，埋深5m，选用0.45m0.45m28m预制钢筋混凝土方桩。桩端持力层为砂质粉土夹粉砂，Es11MPa。 1#楼平面面积为2

26、7m24m，桩数256根；2#楼平面面积为37m21m，桩数248根。,1993年12月开始压桩，到1994年6月完成504根桩的压桩，其中141根桩未压到设计标高而截短0.5m1.5m。其中，1#楼截桩61根，占23.8；2#楼截桩80根，占32.2。 1995年11月结构封顶，沉降基本保持均匀沉降，平均沉降速率1#楼0.170mm/d，2#楼0.201mm/d； 1996年6月，沉降大增，平均沉降速率1#楼0.358mm/d，2#楼0.415mm/d，,倾斜：1#楼1.5，2#楼1.9，沉降已为结构到顶时的23倍； 其间，屋顶水箱注水，地下室浇注0.8m厚的混凝土， 1#楼从1.5 发展至

27、1.8、2.2； 2#楼从1.9发展至2.3、2.9。 至1999年1月，观测到最大沉降达305.4mm，最大沉降速率为0.177mm/d，最大倾斜为4.20。,原因分析,1. 分别计算沉降，1#楼最终沉降304mm，2#楼最终沉降266mm； 2. 共用桩筏基础计算沉降，最终沉降480mm； 3. 截桩的影响。,综合楼桩基工程施工质量事故,综合楼为框架结构，桩基础，主体建筑地上八层，地下一层，建筑面积8000m2。 设计桩型为预应力管桩。地下室部位的桩径采用600mm，单桩承载力设计值为1100kN；边跨的桩径采用400mm，单桩承载力设计值为600kN。600mm的桩长分别采用11m、13

28、m和15m。,预制桩用于持力层起伏很大地质条件的问题,承载力不满足设计要求,桩打不到 设计标高,桩布置于独立承台下，承台下的桩数一般为五七桩。 压桩施工过程中由施工单位提出，经设计单位同意，改变了61根桩的长度，其中30根桩增加1m，22根减少2m，9根减少3m。 经检测单位检测了3根桩，其中，600mm直径的桩检测了2根，109#符合设计要求；88#桩不符合要求；400mm直径的桩检测了181#桩不符合设计要求。,认为是浮桩，采取复打措施。 对复打以后的桩检测了2根，其中70#桩符合设计要求，92#桩不符合要求。 复打以后在桩身发现裂缝，对裂缝进行了处理。 采用补桩的措施，补了9根冲抓桩。

29、桩基工程自2001年6月27日开始至2002年5月17日最后一次检测结束，历时350天，接近一整年。,引发本案的主要原因是桩基工程的施工时间从一个月左右拖到接近一年的时间，影响了这个建筑物的后续施工和整个工期。,静压法施工中，最终压力与入土深度的关系，不同位置的桩的实际桩顶标高的起伏与持力层顶面标高起伏的密切相关性，说明达不到设计深度的原因是地层的起伏；勘察单位没有加密勘探孔，没有采用静力触探探明持力层顶面标高的起伏；在这样的地层条件下，采用预制桩的方案是错误的，必然造成压桩施工时桩顶标高的失控；,场地下卧基岩面起伏很大，采用了PHC桩，尽管按照勘察报告的剖面采用了几种不同的桩长，但还是发生很

30、多桩打不到设计标高，有的桩承载力达不到要求的数值，耽搁了工期，造成了烂尾的工程和法律诉讼。 教训： 没有根据地质条件选择合适的桩型，PHC桩用得不是地方。,灌注桩不适当地扩底,对支承在岩石上的桩，认为扩底可以增大端部的抗力。但当岩石的强度高于混凝土强度时，没有必要扩底。 桩侧土层如果比较好，扩底使桩侧摩阻力受到损失，结果是得不偿失。 如果采用挤压等办法扩底，在软弱土层中，不仅不能提高承载力，反而造成桩侧、桩端土体的破坏，造成事故。,采用桩基的高层建筑整体爆破拆除,某栋新建的18层住宅楼，在结构封顶以后由于建筑物桩基整体失稳，导致该楼发生严重倾斜，其顶端倾斜的水平位移达2884mm。为根除工程质

31、量隐患，在采取工程补救措施无效后，对该楼实施整体定向爆破拆除。 成为桩基严重事故的第一例。,建筑物体型为十字形的点式楼，基础底面积约800m2，地上18层，地下1层，总高度56.6m，钢筋混凝土剪力墙结构，基础采用夯扩桩基础，设计桩径480mm，施工桩长1620m，桩端持力层粉细砂，桩端进入持力层约0.8m。 工程于1995年1月进行桩基施工，共完成336根夯扩桩。1995年4月初开始开挖基坑土方，9月中旬完成主体工程结构封顶，11月底完成室外装修和部分室内装修。,地貌属长江一级阶地，地势平坦，表层填土，其下为9.414.4m的厚层淤泥及2.22.4m的淤泥质粘土，有机质含量达30，再下为 稍

32、密中密的粉细砂。 在这样的地质条件下，能否采用夯扩桩呢？当年，正是夯扩桩风行的年代，这个案例给了最好的说明。,事故概况： 1995年12月3日，突然发现建筑物向东北方向明显倾斜。建筑物顶端的水平位移470mm，在东北方向的沉降量55mm，而西南方向仅沉5mm。,采取抢救措施，在沉降量小的一侧加载500吨，在沉降量大的一侧挖土卸载，还进行了粉喷桩和注浆加固，并打了7根锚杆静压桩。 建筑物在12月21日突然转向西北方向倾斜，至12月25日，建筑物顶端的水平位移已达2884mm，整栋建筑物的重心偏移了1442mm。 决定于12月26日爆破拆除。,事故原因分析： 1. 桩型用错了，在厚层淤泥中不能采用

33、夯扩桩，把土层的结构都破坏了，将工程桩挤歪了。 2. 基坑开挖时未分层挖土，桩发生偏移。 3. 172根桩的偏位超过允许偏差，最大偏位达1700mm。 4. 底板的标高抬高2m，在倾斜的桩上接长，形成偏心的桩轴力。 5. 形成了不稳定的机动体系。,人工挖孔桩质量可靠,一般认为人工挖孔桩的质量易于控制，但不适当地采用人工挖孔桩存在隐患： 用于水位以下，边挖土边降水，细颗粒流失，地面下沉，护壁脱落，乃至影响环境； 在软土中挖孔，导致土体失稳。,挖孔桩降水引发的工程事故,胶印机车间于1986年建成使用，于1991年10月发现建筑物开裂，南侧与主楼连接处产生最大缝宽为2 3mm的裂缝；东山墙门洞处出现

34、斜裂缝，缝宽8 10mm，最大缝宽12 15mm；北侧墙体出现较多的发丝缝。车间内部圆柱上部出现水平环状缝，缝宽1 2mm，屋面板变形，工字梁与屋面板连接焊缝拉脱，梁侧面混凝土保护层拉裂掉块；东山墙边柱下沉40 50mm，变化最快时以1 2mm/d的速率发展，胶印机基础倾斜，无法校正水平，致使胶印机不能正常工作。,位于胶印机车间北面的某大厦基础工程桩施工时，在未作基坑围护的情况下，进行人工挖孔灌注桩的施工。由于地下水位很高，挖孔时需进行降水，但全面开挖挖孔灌注桩就形成了群井降水的局面，使降水深度一般为10 25m，最大达30m左右，降水漏斗见图。地下水位下降使周围地基土排水固结，迫使胶印机车间

35、中的摩擦桩和浅基础下沉。施工降水是使本来就十分脆弱的结构无法承受如此大的不均匀沉降，这是引起胶印机车间结构性开裂的直接原因。,桩的布置,桩的最小中心距 桩的布置依据的原则 桩端进入持力层的深度 低承台桩的布置,桩的最小中心距,排列基桩时，宜使桩群承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合； 使基桩受水平力和力矩较大方向有较大的截面抗弯模量； 对于桩箱基础、剪力墙结构桩筏（含平板和梁板式承台）基础，宜将桩布置在墙下； 对于框架核心筒结构应按荷载分布考虑相互影响，将相对桩集中布置于核心筒区域；,应选择较硬土层作为桩端持力层。桩端全截面进入持力层的深度，对于黏性土、粉土不宜小于2d，砂土不宜小于1.5

36、d，碎石土不宜小于1d。 当存在软弱下卧层时，桩端以下硬持力层厚度不宜小于3d。,对于 嵌岩桩，嵌岩深度应综合荷载、上覆土层、基岩、桩径、桩长诸因素确定；对于倾斜的完整和较完整岩的全断面深度不宜小于0.4d且不小于0.5m，对于倾斜度大于30的中风化岩，宜根据倾斜度及岩石的完整性适当加大嵌岩深度；对于嵌入平整、完整的坚硬岩和较硬岩的深度不宜小于0.2d且不小于0.2m。,桩的平面布置有如下几种情况： 在框架结构的柱下,通常在承台下设置若干根桩，构成独立承台的桩基础或一柱一桩基础； 当荷载较大时，在框架柱列之间常联以基础梁，沿梁的轴线方向布置排桩，构成梁式的承台桩基础；,低承台桩的布置,上部为剪

37、力墙结构，则可在墙下设置排桩，但因桩径一般大于剪力墙厚度，故需要设置构造性的过渡梁； 若在筏板承台下布桩，如果桩数不多，可按柱网轴线布置，使板不承受桩的冲剪作用，只承受水的浮力和有限的土反力； 如荷载比较大需要布桩较多时，沿轴线布置桩可能有困难，则可以在筏板下满堂布桩 ； 采用箱形基础时，可满堂布桩，或按柱网轴线布桩。,3-9 特殊条件下的桩基,根据地基与土性的特殊性，合理选择桩型、成桩工艺，确保成桩质量、承载力和整体稳定性；采取有效措施，控制桩基变形，确保正常使用状态。 1. 软土地基桩基 2. 湿陷性黄土地区桩基 3. 季节性冻土和膨胀土地基的桩基,4. 岩溶地区桩基 5. 坡地、岸边桩基

38、 6. 抗震设防桩基 7. 可能出现负摩阻力的桩基 8. 抗拔桩基,1. 软土地基桩基,选择合适的持力层； 考虑因自重固结、场地填土、地面大面积堆载、降低地下水位等引起的桩侧负摩阻力对基桩的影响； 考虑挤土桩的挤土效应对环境的影响，采取相应的措施； 先沉桩后开挖基坑时，控制挖土顺序、一次挖土深度，防止土体侧移。,沉桩的挤土效应,在软土地区将预制桩沉入土体时，饱和土体受到挤压，孔隙水压力上升，如果排水条件不好，沉桩速率过快，就会累积过高的孔隙水压力，产生下列各种挤土效应： 1. 施工场地地面产生隆起，挟带已经沉到标高的桩上浮，将多节桩的接头拉断，上节桩上浮，形成断桩事故；,2. 造成周围建筑物、

39、构筑物的不均匀的隆起或下沉，产生倾斜或结构开裂，造成地下管线的变形和断裂，影响周围环境； 3. 增大建筑物的工后沉降，使底板和土体表面脱空。,案 例,某高层建筑群的预制桩大比例浮桩、断桩，采取注浆加固的案例,软土地区的一个住宅小区，有7幢高层建筑的预制桩产生浮桩，在接桩部位拉断，拉断的比例很高。复打时的下沉量很大。,本项目的断桩具有如下特点： （1）断桩的比例高，而且呈集中成片地出现； （2）每幢建筑物最后一批施工的桩基本上都没有出现断桩现象； （3）边桩在较大的挤压力作用下，向外侧发生较大偏位； （4）3、9、13楼桩基采用同样的施工方法，但为了保护河岸而采取较慢的施工速度，结果未出现断桩问

40、题。,采用注浆补强措施，在已经浇筑的底板上钻了1800个注浆孔。 注浆材料采用32.5级普通硅酸盐水泥浆，水灰比0.5，掺入0.2的木质素磺酸钙，使浆液具有早强性能。注浆压力取0.3MPa，上部注浆压力取0.2MPa，流量控制在15L/min左右。注浆时应对边同时以相同的压力，相同的提升速度对称注浆。 化了200万处理的费用，工期延长了半年。,用静力触探检测加固效果，要求比贯入阻力提高50。,原因分析： 1. 设计方面的问题：采用400400mm的预制桩，桩的截面过大，桩的截面面积之和与基底面积之比大于3.0，挤土效应严重。 2. 施工的问题：打桩速度过快，一天沉桩数量大于15套，最多时到20

41、套，接头焊接时间过短。 3. 桩的质量问题：接头处的连接钢板采用旧钢板，型号不一，与焊条型号无法配合。 4. 建设方在选择设计单位、工程管理和采购方面的过失。,挤土效应的防治措施,1. 用桩数量适当 挤土的控制性因素： 入土桩的截面与建筑物底面积之比 Ap/Af 5挤土非常严重 35挤土严重 3挤土一般,2. 控制沉桩速率 沉桩速度810套/天 保护建筑物与沉桩区的安全距离 大于1倍桩长 3. 合理安排沉桩流程 4. 采用防挤沟、应力释放孔等措施,沉桩孔压的现场实测研究,1.研究设置应力释放孔的作用 2.在应力释放孔两侧量测孔隙水压力 3.研究孔压消散的过程 4.研究孔压与距离的关系,测点布置

42、,孔压的时间过程,应力释放孔两侧的孔压,典型应力释放孔两侧超静孔隙水压力典型对比曲线,孔压消散的固结过程,孔压随距离衰减,几点归纳,1.可以用孔隙水压力量测来研究沉桩的挤土作用 2.应力释放孔可以减少挤土作用，降低孔隙水压力 3.孔隙水压力呈抛物线形分布 4.在距离超过桩长以后，孔隙水压力就比较小了,基坑开挖对桩基的影响,1. 开挖基坑的卸荷作用，使桩土上浮，增大桩基的沉降； 2. 一次挖土太深，形成土层的高差过大，软土在压力差作用下产生流动，使桩产生过大的偏位； 3. 围护结构的变形或坑底土层的塑性流动，桩顶产生过大位移；,2. 湿陷性黄土地区桩基,湿陷性黄土地区的桩基，由于土的自重湿陷对桩

43、基产生负摩擦力，非自重湿陷性土由于浸水削弱了桩侧摩阻力，承台底的抗力也随之消减，导致基桩的承载力降低。为了确保基桩承载力的安全可靠性，基桩应穿透湿陷性黄土层，桩端应支承在压缩性低的粘性土、粉土、中密和密实砂土及碎石类土层。,在湿陷性黄土地基中，单桩极限承载力的不确定性较大，故设计等级为甲级、乙级建筑桩基的单桩极限承载力的确定，强调以浸水载荷试验的结果为主要依据。 在自重湿陷性黄土地基中的单桩极限承载力，应视浸水可能性、桩端持力层的性质、建筑桩基设计等级等因素考虑负摩擦力对承载力的影响。,3. 季节性冻土和膨胀土中的桩基,桩长的要求： 桩端进入冻结线或膨胀土的大气影响急剧层以下的深度应满足抗拔稳

44、定性验算要求，且不得小于4倍桩径及1倍扩大端直径，最小深度应大于1.5m。 施工方法选择： 为减小和消除冻胀或膨胀对建筑物桩基的作用，宜采用钻、挖孔（扩底）灌注桩。,确定基桩竖向极限承载力时，除不计入冻胀、膨胀深度范围内的桩侧阻力外，还应考虑地基土的冻胀、膨胀作用，验算桩基的抗拔稳定性和桩身受拉承载力。 为了消除桩基受冻胀或膨胀作用的危害，可在冻胀或膨胀深度范围内，沿桩周及承台作隔冻、隔胀处理。,4. 岩溶地区桩基,在岩溶地区设计桩基应考虑基岩表面起伏大，溶沟、溶槽或溶洞比较发育，无风化覆盖层等特点，应把握三方面的要求：,一是桩型和工艺选择时宜采用有利于嵌岩的钻、冲孔灌注桩；二是应控制嵌岩最小

45、深度，以确保倾斜基岩上基桩的稳定；三是当基岩的溶蚀极为发育，溶沟、溶槽、溶洞密布，岩面起伏很大，且上覆土层厚度较大时，考虑到嵌岩桩桩长的变异性过大，嵌岩施工难以实现时，可采用较小桩径（500mm700mm）密布非嵌岩桩并后注浆，形成整体性和刚度都很大的块体基础。,岩溶发育场地的桩基勘察,在岩溶发育的场地当以基岩作为桩端持力层时，应按柱位布孔，同时应辅以各种有效的地球物理勘探手段，以查明拟建场地范围及有影响地段的各种岩溶洞隙和土洞的位置、规模、埋深、岩溶堆积物的性状和地下水特征。 对于岩溶、断层破碎带地区，勘探孔需穿过溶洞、或断层破碎带进入稳定地层，进入深度宜需满足3d，并不小于5m。,工程实例

46、,昆明三聚磷酸钠厂址位于岩溶洼地内，覆盖层为红粘土，层厚1040m，基岩为岩溶化的白云岩。主要车间引进德国成套设备，厂房高50余米，车间内配置许多重型设备和管道，按工艺要求，沉降差不得大于0.001。 钻孔灌注桩能嵌入基岩，稳定性好，沉降量小，沉降差能满足工程要求，是比较适合于本工程要求的基础型式。主要车间柱基础采用单桩，设备基础采用群桩基础。,地质条件,表部的红粘土层，上部呈硬塑可塑状态，下部与岩石交界面附近呈类似牙膏状的软塑状态。偶见小土洞。下伏基岩为二迭系茅口组白云岩，青灰色，细晶结构，厚层块状构造，大部含方解石细脉或条块。除岩溶发育部位以及与岩溶伴生的不规则风化夹层外，多呈中等风化和微

47、风化状态，致密坚硬，岩石单轴抗压强度为80100MPa，是桩基的持力层。,根据初勘的控制性钻孔探查结果，在深度60m处仍遇到垂高为0.6m的溶洞，这一情况说明岩溶的发育深度与当地侵入基准面有关。因此，要想在岩面以下不太深的范围内找到统一标高且溶蚀微弱的稳定持力层是不可能的。 在岩体内部，于岩面以下10m范围内，沿北东向陡倾角张节理形成了以缝隙状为主、兼有侧向溶蚀扩展的串珠状洞隙，这是这个场地岩体内部规模较大的岩溶形态。,勘察的重点,岩溶地基的勘察，主要解决岩溶地基的稳定性评价。稳定性评价可分为场地稳定性评价和单个基础的稳定性评价。桩基勘察是在完成场地稳定性评价之后进行的，重点是评价在桩基荷载的

48、作用下，桩周岩溶岩体的稳定性。,桩端持力层的特点,碳酸盐类岩石作为桩端持力层，与其他类型的岩石相比，有两个方面的重要区别：一是岩面起伏变化较大；二是岩体内部存在分布位置难以准确确定的洞穴。因此，桩端进入岩面以下还不能认为是安全可靠的，岩面以下还可能存在不稳定的岩溶形态，需要在勘察时逐个位置查清，并采取措施避免岩溶对桩基稳定性的不利影响。,勘察的理念,勘察的目的是在确定的桩位上顺着桩径的垂直投影寻找稳定桩端持力层的具体标高。在场地稳定性得到保证的前提下，那怕是支承在一根石牙上，周围都是软弱土层，岩柱处于单轴受压状态，碳酸盐类岩石也有足够的强度支承桩的荷载。问题的实质是要把上述柱体的岩溶情况搞清楚

49、，也就是说，勘察要有针对性，那种遍地开花、普遍探查，试图用某种方法完全查清整个场地岩溶地基内岩溶的大小和位置以及岩面的起伏情况，都是没有实际意义的，也是徒劳的。,对大口径嵌岩灌注桩基础，无论对岩面起伏的研究或者是对桩底洞穴的探查，都要求对具体桩位进行工作，钻孔的布置应消除网度的概念，而应一桩一孔，个别地质条件复杂的部位应适当增加。,查明持力层顶面标高和厚度。 1) 对于直接建造在基岩上的重大建筑物一柱一桩基础和重大设备基础，只要持力面以下有5m厚的连续完整岩体，且溶洞顶板的厚度为洞径2倍以上时，其安全是可以保证的。因此，对于不存在大厅式溶洞的场地，钻入持力面以下5m深度的完整岩体可以作为重大建

50、筑物勘察钻孔深度的控制基数。本工程在持力面以上一般存在溶蚀显著的石牙起伏带和强风化带，因此钻孔深度取为岩面以下8.0m。,2) 若持力面以下5.0m范围内遇有小型溶洞，溶孔密集带，强风化夹层等强度较低的软弱夹层，钻孔深度视具体情况适当加深。若岩面平坦，且表部强风化层厚度不大，钻孔深度可适当减小。 3) 当桩位于溶槽、溶沟或竖向溶蚀裂隙近旁，桩侧存在临空面时，勘探孔的深度应能查明出露沟底以上的倾斜软弱结构面。,确定嵌岩标高的几个原则,1) 桩位勘探孔未发现洞隙，基岩面起伏不大，岩石坚硬完整，是可靠的桩位，桩端应穿过强风化带，保证持力面置于完整的基岩上。 2) 桩位勘探孔未发现洞隙，岩面起伏不大，

51、但岩体内存在强风化夹层、泥化夹层、溶孔密集带、节理密集带等软弱夹层，则桩端不能置于这些软弱夹层上，而应视夹层的特征，对桩端标高进行调整。,3) 桩位位于宽度小于桩径的竖向溶蚀裂隙中，桩端务必穿过强烈溶蚀带，嵌入完整的基岩。 4) 桩位勘探孔穿过单层或多层溶洞时，应按顶板岩层的不同性状分别进行溶洞顶板稳定性验算，按验算结果确定嵌岩标高。当溶洞顶板具有5.0m以上厚度的连续完整岩体，且场地又不存在大厅式溶洞时，可直接将桩端置于溶洞顶板之上，不需要进行稳定性验算。 5) 桩位位于竖向溶蚀裂隙、溶槽、溶沟近旁，地基岩体侧向存在临空面，若地基岩体中具有倾向临空面方向的软弱结构面，应进行地基抗滑稳定性验算

52、。,溶洞顶板稳定性评价,溶洞顶板稳定性评价可分为定性评价和定量评价两种。定性评价完全取决于工程师的经验。定量评价目前尚无完备的方法，可以运用一些简化的力学方法，如视顶板为梁板、无铰拱等假定的基础上的近似计算。也可以用弹性理论的方法求溶洞周边的应力场，计算孔边切向应力，并与岩石的强度进行比较的方法计算稳定性系数。,5. 坡地、岸边桩基,坡地、岸边建筑桩基的设计，关键是确保其整体稳定性，一旦失稳既影响建筑物自身的安全，也会波及相邻建筑物。新建坡地、岸边的建筑桩基工程应与建筑边坡工程统一规划，同步设计，确定合理的施工顺序。,考虑整体稳定性涉及三个方面的问题： 一是建筑物场地必须是稳定的，如果存在软弱

53、土层或岩土界面等潜在的滑移面，必须将桩支承于稳定岩土层以下足够深度，并验算桩基的整体稳定性和基桩的水平承载力。 二是建筑物桩基外缘与坡顶必须保持一定的水平距离，同时边坡必须是稳定的，如有崩塌、滑坡等不良地质作用存在，应按现行建筑边坡工程技术规范（GB50330）的要求进行整治，使其符合稳定性的要求， 三是成桩过程中不能产生挤土效应。,6.抗震设防桩基,桩基较其他类型基础具有更好的抗震性能，设计时尚应注意下列几个问题： 桩进入液化土层以下稳定土层的全截面长度，应按计算确定，对于碎石土，砾、粗、中砂，密实粉土，坚硬粘性土尚不应小于35d。,承台和地下室侧墙周围的回填应采用灰土、级配砂石、压实性较好

54、的素土分层夯实或灌注素混凝土。 当承台周围为可液化土或地基承载力特征值小于40kPa（或不排水抗剪强度小于15kPa）的软土，且桩基水平承载力不满足计算要求时，可将承台外每侧1/2承台宽度范围内的土进行加固。,7.可能出现负摩阻力的桩基,对于由填土引起的负摩阻力，宜在桩基施工前先进行填土，并保证填土的密实性，应根据填料及下卧层的性质采取不同的措施，对低水位的场地应采用分层填土分层辗压或分层强夯，压实系数不小于0.94；为加速固结，对软土场地在填土前应预设塑料排水板等排水措施，待填土的场地基本稳定以后再成桩。,引起负摩阻力的室内的大面积堆载常见于仓库、炼钢、轧钢车间，为防止堆载对桩基产生负摩阻力

55、，可对堆载地基进行加固处理，或对堆载的相邻桩基采用刚性排桩隔离，或对受负摩阻力影响的预制桩采取表面涂层措施以隔离负摩阻力的作用。,对于由湿陷性产生的负摩阻力，可采用强夯、挤密土桩等措施处理，以消除土层的湿陷性，有效防止产生负摩阻力。 对于挤土沉桩，应采取消减超孔隙水压力、控制沉桩速率等措施，减少工后孔隙水压力消散所产生的负摩阻力。,3-8.抗浮桩基,裙房和地下车库多属于超补偿基础，需要考虑抗浮问题。抗浮措施有多种方式，包括在地下室底板上配重（如素混凝土或钢渣混凝土压重）、设置抗浮桩。 对抗浮桩，应根据环境类别及水土对混凝土的腐蚀性强弱、钢筋种类对腐蚀的敏感性和荷载作用时间等因素确定抗拔桩的裂缝

56、控制等级。,对于严格要求不出现裂缝的一级裂缝控制等级，应设置预应力筋；对于一般要求不出现裂缝的二级裂缝控制等级，宜设置预应力筋。 对于三级裂缝控制等级，应进行桩身裂缝宽度计算，确定配筋率，确定是否需要采用预应力等。 当桩基对抗拔承载力要求较高时，可采用桩侧后注浆、扩底等技术措施。,3-10 桩基耐久性规定,结构耐久性问题 环境类别 耐久性机理分析 耐久性要求 桩身裂缝控制,结构的耐久性 在设计确定的环境作用和维修、使用条件下，结构构件在规定的期限内保持其适用性和安全性的能力。 设计使用年限 在设计确定的环境作用和维修、使用条件下，作为结构耐久性设计依据并具有一定保证率的目标使用年限。,环境类别

57、,影响混凝土耐久性的机理分析,二类环境： 主要指碳化引起的钢筋锈蚀环境，不存在冻融和盐、酸等化学物质的作用，主要考虑的环境因素是湿度、温度和CO2与O2的供给程度。 如果相对湿度较高，混凝土始终处于湿润的饱水状态，则空气中的CO2难以扩散到混凝土体内，碳化就不能进行或非常缓慢地进行。,如果相对湿度很低，混凝土比较干燥，虽然CO2能够比较顺利地通过孔隙向混凝土内部迁移，但混凝土因缺水而缺少氢氧化钙，这是发生碳化反应的必要物质，故碳化很难进行。 钢筋锈蚀是一种电化学过程，要求混凝土有一定的电导率。当混凝土内部的相对湿度低于70时，碳化引起的钢筋锈蚀就会因混凝土的电导率太低而很难进行。,钢筋锈蚀的电

58、化学过程需要有水和O2的参与。当混凝土处于水下或接近饱和时， O2难以扩散到钢筋的表面，锈蚀因缺氧而难以发生。 所以，最易发生钢筋碳化锈蚀的环境是干湿交替，在这种环境条件下，我国现行混凝土设计规范所规定的保护层最小厚度和最大水胶比，都难以满足设计使用年限50年的适用性要求。,低水胶比的混凝土保护层甚为密实，水、 CO2与O2都不易从混凝土表面渗透或扩散到内部，内部的混凝土也处于比较干燥的状态，相应的电导率比较低，所以能有效地保护钢筋免受锈蚀。,设计使用年限50年的桩基结构混凝土耐久性要求,桩身裂缝控制,第四章 桩基构造,4-1 基桩构造 4-2 承台构造,4-1 基桩构造,1. 灌注桩 （1）配筋率 0.650.20 受水平荷载桩，不小于812 抗压桩和抗拔桩，不小于610,（2）配筋长度 1）端承型桩和位于坡地岸边的基桩应沿桩身等截面或变截面通长配筋； 2）桩径大于600mm的摩擦型桩配筋长度不应小于2/3桩长