文档介绍：第八章桩基础设计
第一节概述
在建筑工程中,当地基浅层土质不良,无法满足建筑物对地基变形和强度方面的要求时,可选深层较为坚实的土层或岩层作为持力层,用深基础来传递荷载。深基础主要有桩基础(国内桩基础深度已达120m,直径超过5m;小的仅70~80mm)、沉井和地下连续墙等几种基本类型。其中,桩基础以其有效、经济等优点使用最为广泛,常应用于工业与民用建筑、桥梁、港口等工程中。
桩基础是一种历史悠久的基础型式。在我国古代,隋朝的郑州超化寺,五代的杭州湾大海堤以及南京的石头城和上海的龙华塔等,都成功地使用了桩基。例如:上海市区龙华塔,,建于宋代(公元977年),地基为淤泥质土,采用14×18cm的方桩,由于桩间充填三合土,至今已有一千多年历史,保存完好。在近代,随着生产水平的提高和科学技术的发展,桩的种类和型式、施工机具和施工工艺以及桩基础理论和设计方法,都有很大的演进和发展。
桩基础,简称桩基,通常由桩体与连接桩顶的承台组成,见图8-1。当承台底面低于地面以下时,承台称为低桩承台,相应的桩基础称为低承台桩基础,如图8-l(a)。当承台底面高于地面时,承台称为高桩承台,相应的桩基础称为高承台桩基础,如图8-l(b)。工业与民用建筑多用低承台桩基础。
(a)低承台桩基础(b)高承台桩基础
图8-1 桩基础
一、桩基础的适用范围
一般对下述情况可考虑选用桩基础方案:
(1)地基的上层土质太差而下层土质较好;地基软硬不均或荷载不均,不能满足上部结构对不均匀变形的要求。
(2)地基软弱,采用地基加固措施不合适;地基土性质特殊,如存在可液化土层、自重湿陷件黄土、膨胀土及季节性冻土等。
(3)除承受较大垂直荷载外,尚有较大偏心荷载、水平荷载、动荷载或周期性荷载作用。电杆、水塔、烟囱等。需
要减弱动荷载振动影响的动力机器基础,或以桩基础作为地震区建筑物的抗震措施。
(4)上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感;建筑物受到大面积地面超载的影响。
(5)地下水位很高,采用其他基础形式施工困难;位于水中的构筑物的某础,如桥梁、码头、钻采平台等。
(6)需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。
(7)土层中存在障碍物(块石、未风化岩脉、金属等)而又无法排除时。
由于桩基础能够承受比较大而且复杂的荷载形式,适宜各种地质条件,因而在对基础沉降有严格要求的高层建筑、重型工业厂房、高耸的构筑物等情况下成为比较理想的基础选型。
但也有些缺点:造价高,施工复杂,打入桩存在振动及噪声等环境问题,灌注桩给场地环境卫生带来影响。
二、桩基础的类型
(一)按承载性状分类
建筑规范根据桩侧、桩端岩土的物理力学性质以及桩的尺寸和施工工艺不同,桩侧与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比例的特点,将桩分为摩擦型桩和端承型桩两大类和四个亚类。如图8-2所示。
图8-2 摩擦型桩和端承型桩
(a)摩擦桩;(b)端承摩擦桩;(c)摩擦端承桩;(d)端承桩
l摩擦型桩
在竖向极限荷载作用下,桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力承受的桩称为摩擦型桩。根据桩侧阻力分担荷载的比例,摩擦型桩又分为摩擦桩和端承摩擦桩两类。
(1)摩擦桩。桩顶极限荷载绝大部分由桩侧阻力承担,桩端阻力可忽略不计。例如:桩的长径比很大,桩顶荷载只通过桩身压缩产生的桩侧阻力传递给桩周土,桩端土层分担荷载很小;桩端无较坚实的持力层;桩端出现脱空的打入等。
(2)端承摩擦桩。指桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担,但桩侧阻力分担荷载较大。当桩的长径比不很大,桩端持力层为较坚实的粘性土、粉土和砂类土时,除桩侧阻力外,还有一定的桩端阻力。这类桩在桩基中占比例很大。
2端承型桩
端承型桩是指在竖向极限荷载作用下,桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承受,桩测阻力相对于桩端阻力可忽略不计。根据桩端阻力分担荷载的比例,又可分为端承桩和摩擦端承桩两类。
(1)端承桩。桩顶极限荷载绝大部分由桩端阻力承担,桩侧阻力可忽略。桩的长径比较小(一般小于10),桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中、微风化及新鲜基岩中。
(2)摩擦端承桩。桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担,但桩端阻力分担荷载较大。通常桩端进入中密以上的砂类、碎石类土层中或位于中、微风化及新鲜基岩顶面o这类桩的侧阻力虽属次要,但不可忽略。
此外,当桩端嵌入岩层一定深度,称为嵌岩桩。
(二)按使用功能分类
当上部结构完工后,承台下部的桩不但要承受上部结构传递下来的竖向荷载,还担负着由于风和振动作用引起的水平力和力矩,保证建筑物的安全稳定;根据桩在使用状态下的抗力性能和工作机理,把桩分为四类:
(1)竖向抗压桩:主要承受竖向荷载的桩;
(2)竖向抗拔桩:主要承受向上拔荷载的桩;
(3)水平受荷桩:主要承受水平方向上