1、本章提要本章提要 桩基础是桥梁、港口及高层建筑工程中应用极为广桩基础是桥梁、港口及高层建筑工程中应用极为广泛的一种深基础，通过熟悉桩基础的设计内容和原则，泛的一种深基础，通过熟悉桩基础的设计内容和原则，桩基的分类方法及其适用性。掌握单桩、群桩在竖向荷桩基的分类方法及其适用性。掌握单桩、群桩在竖向荷载下的工作性能、竖向承载力的确定方法及其设计计算。载下的工作性能、竖向承载力的确定方法及其设计计算。 通过桩基础的学习，要求掌握桩基础的基本概念、通过桩基础的学习，要求掌握桩基础的基本概念、荷载传递机理、以及现行规范的经验公式荷载传递机理、以及现行规范的经验公式,确定单桩竖向确定单桩竖向承载力和群桩承
2、载力及沉降计算的方法，熟悉桩基础设承载力和群桩承载力及沉降计算的方法，熟悉桩基础设计与计算的各项内容和方法，了解桩的负摩阻力及水平计与计算的各项内容和方法，了解桩的负摩阻力及水平承载力计算方法，初步具备桩基础设计计算的能力。承载力计算方法，初步具备桩基础设计计算的能力。第一节 概述v桩基础的组成与特点：桩基础的组成与特点：图图3-1 桩基础桩基础1-承台；承台；2-基桩；基桩；3-松软土层；松软土层；4-持力层；持力层；5-墩身墩身桩基础桩承台桩基础桩承台基础基础群桩群桩单桩单桩 桩的作用（1）将荷载传至硬土层或分配到较大的深度范围 以提高承载力。（2）减小沉降，从而也减小沉降差，因此地基强度
3、够，而变形不合要求时亦用。（3）抗拔：用于抗风、抗震、抗浮等；（4）有一定抗水平荷载能力，特别是斜桩；（5）抗液化：深层土不易液化，浅层土液化后，有桩支撑，有助于上部结构的稳定。厂房内堆载，厂房内堆载，使柱下基础倾使柱下基础倾斜，导致柱子斜，导致柱子开裂。可用桩开裂。可用桩基解决。基解决。二、中暑的原因分析人体适宜的外界温度是20-25c,相对湿度为40%-60%，通过以下方式散热：A.A.辐射辐射是散热最好途径。气温15-25c时，辐射散热约占60%，散热最多部位是头部（约50%），其次为手及足部。温度33c时，辐射散热降至零。B. 传导与对流传导与对流通过对流,接触和靠近皮肤的冷空气变暖,
4、变热的热物质分子 离开,而较冷的物质分子则取而代之,逐渐又变热,如此反复进行。水传 导较空气快240倍。C. 蒸发蒸发每蒸发1g水,可散发2.4kj(0.58kcal)的热量。1.人的散热的方式人的散热的方式2.2.中暑中暑的分类的分类vA.热痉挛 人在高温环境中，身体会大量出汗，丢失大量盐分，使血液中的钠含量过低，引起肌肉痉挛. vB.热衰竭 由于水盐的大量丢失,使得有效循环血量明显减少,发生低血容量休克.集体为了散热,心输出量大大增加,使得心血管系统的负荷加重,导致心血管功能不全或周围循环衰竭. vC.日射病：v在烈日的曝晒下，强烈的日光穿透头部皮肤及颅骨引起脑细胞受损，进而造成脑组织的充
5、血、水肿；由于受到伤害的主要是头部，所以，最开始出现的不适就是剧烈头痛、恶心呕吐、烦躁不安，继而可出现昏迷及抽搐。 vD.热射病 是指因高温引起的人体体温调节功能失调，体内热量过度积蓄，从而引发神经器官受损。在中暑的分级中就是重症中暑。该病通常发生在夏季高温同时伴有高湿的天气。这是因为持续闷热会使人的皮肤散热功能下降，而且红外线和紫外线可穿透皮肤直达肌内深层，体内热量不能发散，此时热量集聚在脏器及肌肉组织，引起皮肤干燥、肌肉温度升高、导致汗出不来，进而伤害到中枢神经。继而影响全身各器官组织的功能，患者出现局部肌肉痉挛、高热、无汗、口干、昏迷、血压升高、咳嗽、哮喘、呼吸困难、甚至呼吸衰竭等现象，
6、是中暑最严重的一种类型。桩基础的优缺点v优点：优点： 1、具有较高的承载能力与稳定性； 2、减少建筑物整体沉降和不均匀沉降； 3、深水河道中修建桩基础可以避免水下工程，简化施工设备 和技术要求； 4、是克服复杂条件下不良地质现象危害的重要措 施，具有良 好的抗震性能； 5、具有很强的灵活性，对结构体系及荷载变化等有较强的适 应能力，并且设桩也可作为地基处理措施以提高地基的强度及稳定性；v缺点：缺点： 1、施工比浅基础复杂，工程造价较高； 2、以打入等方式设桩存在振动及噪音等环境问题，而以成孔灌注方式设桩常对场地环境卫生带来影响； 3、桩基础的工作机理比较复杂，设计计算方法相对不完善。桩基础的适
7、用范围： 通常对于下列情况，可考虑采用桩基础方案：v荷载较大，地基上部土层软弱，适宜的地基持力层位置较深，采用浅基础或人工地基在技术、经济上不合理时；v河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，如采用浅基础施工困难或不能保证基础安全时；v当地基计算沉降过大或结构物对不均匀沉降敏感时，采用桩基础穿过松软土层，将荷载传到较坚实土层，减少结构物沉降并使沉降较均匀；v当施工水位或地下水位较高时，采用深基础可减小施工困难和避免水下施工；v地震区，在可液化地基中，采用桩基础可增加结构物的抗震能力，桩基础穿越可液化土层并伸入下部密实稳定土层，可消除或减轻地震对结构物的危害。v水平力和上拔力较大时，减少
8、水平位移和倾斜。桩基础设计内容和步骤：1、收集资料；2、选桩型、确定桩的基本尺寸；3、确定单桩承载力；4、确定群桩承载力；5、相关的检算（如桩承载力、承台、墩顶水 平位移等）；6、绘制施工图纸；桩和桩基础的分类 : 承台底面低于 地面（或局部冲刷线）， 或者承台底面位于冻结线以下25cm。 有侧向约束，纵向挠曲、桩 顶位移不计， ：承台底面高于地面（或局部冲刷线），减少墩台圬工数量，避免水下作业，水平力作用下受力不利，稳定性相对低桩承台较差。一、按承台位置分类二、按施工方法分类锤击振动静压螺旋贯入度：1050mm/阵10次锤击1分钟采用无噪音机械压入，多用于地基加固机械成孔人力或机械挖掘钢管挤
9、土成孔三、按桩的设置效应分类预制桩、木桩、沉管灌注桩等在锤击和振动贯入 过程中将桩位处的土体大量排挤开，使土的结构严重扰动破坏，对土的强度和变形性质影响较大，计算中采用原状土扰动后再恢复的强度指标来估算桩的承载力和沉降量。冲击成孔灌注桩、预钻孔打入式预制桩、H型钢桩等，在成桩过程中对桩周土体稍有排挤作用，但土的强度和变形性质变化不大，一般可用原状土测得的强度指标来估算桩的承载力和沉降量。钻孔灌注桩、机挖灌注桩等，在成桩过程中清除孔中土体，桩周土不受排挤作用，并可能向桩孔内移动，使土的抗剪强度降低，桩侧摩阻力有所减小。挤土效应：在饱和软土中进行密集群桩施工将导致：v土中超空隙水压力剧增（可达上覆
10、土压的1.4倍，甚至更高）；v地表隆起；v浅层土体发生水平位移（影响范围1倍桩长以上）；v深层土体位移；v先打设的桩被抬起、挤扁，甚至弯曲、断裂。已有建筑物下沉、局部抬起结构破坏临近路面开裂、地下管线位移、破坏端部开口或半闭口管桩减少挤土效应部分挤土桩合理安排打桩顺序抗轴向压力桩 抗拔桩四、按受力状态分类受力特点沉降特点适用范围端承桩端承桩（柱桩）（柱桩）桩底支撑在岩层或硬土层上，一般不计侧摩擦力小上部荷载大，摩擦桩承载力不够，有沉降要求摩擦桩摩擦桩桩主要依靠桩侧土的摩阻力支撑在各压缩性土层大岩层埋置深，饱和软土地基，松砂地基端承摩擦桩端承摩擦桩桩底支撑力和桩侧摩阻力同时发挥作用较小综合考虑桩
11、长，软土层厚，持力层刚度确定五、按桩轴方向分类：水平力和力矩不大，桩的自由长度不长，桩径较大时使用斜桩轴向力水平分量土抗力平衡外力桩轴线与竖直线夹角正切值1/8挖、钻孔灌注桩很少使用，打入桩使用较多。桩墩：以单个桩墩代替群桩和承台。直径0.8m断面尺寸较大，具有较高的竖向承载力，可承受较大的水平荷载，扩底桩墩还具有抵抗较大上拔力的能力。第三节 桩型及其构造v1、构造、构造v桩径：桩径：一般为0.81.50m。v 挖孔灌注桩：挖孔灌注桩：直径或最小边宽1.20mv 沉管灌注桩：沉管灌注桩：直径一般为0.30.6mv配筋：配筋率：配筋：配筋率：0.2% 0.6%v 主筋：主筋：d 16mm，数量不
12、少于8根v 长摩擦桩：根据弯距分布情况分段配筋；v 短摩擦桩和支撑桩：按最大弯矩配置通筋；v 按内力计算不需配筋时，需在桩顶3 5m范围内配置构造钢筋；v 箍筋：箍筋： d 8mm，中距200 300mm。v 加强箍筋：加强箍筋： d 16mm 32mm，间距2.0m 2.5mv 保护层厚度：保护层厚度： 60mmv 灌注桩如果需要嵌入岩层时灌注桩如果需要嵌入岩层时，嵌入深度根据计算确定，并不得小于0.5m。一、钢筋砼灌注桩 可适用于各种地层； 桩长可随持力层起伏而改变； 仅受轴压时，不需配钢筋（需配钢筋笼时，按工作要求布置）； 采用大直径钻孔或挖孔灌注桩，单桩承载力高； 一般来说，比预制桩经
13、济； 施工过程无挤土、无（少）振动、无（低）噪音；（80年代，济南黄河斜拉桥基础桩径1.5m，桩长8288m钻孔灌注桩。）缩颈断裂：初凝期，打临桩或砼离析，强度不足夹泥沉渣v（一）、普通钢筋砼方桩：（一）、普通钢筋砼方桩：实心 空心v桩长：桩长：现场制作：2530m； 工厂预制：12m；v断面尺寸：断面尺寸：200200mm 600600mmv 桥梁常用：350350mm 、400400mmv砼：砼：C25v钢筋：钢筋：主筋：主筋：满足起吊、运输、沉桩、和使用阶段需要需配置通筋通筋 直径： 1925mm；根数：一般为8根；配筋率： 0.8%箍筋：箍筋：直径：68mm；间距：100200mm；桩
14、两端加密50mmv 钢筋吊环：钢筋吊环：直径： 2025mm；吊点位置：计算确定v保护层厚度：保护层厚度：35mmv接桩方法：接桩方法：钢板角钢焊接（图3-11）；法兰盘螺栓和硫磺胶泥锚固等；二、钢筋砼预制桩v钢筋砼管桩：钢筋砼管桩：普通钢筋砼管桩、预应力钢筋砼管桩v制造工艺：制造工艺：离心旋转法制造 旋转13分钟高温180度、高压1兆帕蒸养10小时三天出厂v通用桩径：通用桩径：400mm、 550mm、 600mm、 800mm、 1000mmv管壁厚度：管壁厚度： 80mm、 100mm、 110mm、 130mmv管节长度：管节长度：4 15mv砼标号：砼标号：C25 C40v常用管柱直
15、径：常用管柱直径：1.5m 5.8mv特大直径钢筋砼管柱：特大直径钢筋砼管柱： 普通钢筋砼管柱：适用入土深度25m 预应力钢筋砼管柱：适用入土深度25mv 特点：特点：能承受较大的振动力，抗裂性能强，武汉长江大桥首先采用。v定义：定义：预应力钢筋砼桩是预先将钢筋砼桩的部分或全部主筋作预应力张拉，对桩身砼施加预应力，以提高桩的抗冲（锤）击能力和抗弯能力，预应力钢筋砼桩简称预应力桩。v特点特点：（与普通砼桩比较）v 1、强度重量比高；v 2、含钢率低；v 3、耐冲击、耐久性和耐腐蚀性好；v 4、穿透能力强；v 5、制作工艺复杂；v适用情况：适用情况：v 1、超长桩（L50m）v 2、需要穿过夹砂层
16、是高层建筑的理想桩型之一v制作方法：制作方法：v 普通立模浇制：普通立模浇制：预应力空心方桩v 常用规格： 500500mm、 600600mmv 离心法制作：离心法制作：圆环型的高强预应力管桩，简称PHC桩v 常用规格： 外径：d500mm、550mm、800mm、1000mmv 壁厚： 90 130mmv 桩段长： 4 15mv 砼标号：C60 C80v1、桩单位面积承载力较高，预制桩属挤土桩，打入土层使松软土挤密，提高承载力；v2、桩身质量易于保证和控制；v3、易于在水中施工；v4、桩身砼密度大，抗腐蚀性能强；v5、施工效率高v目前，钢筋砼桩应用广泛，是主要研究对目前，钢筋砼桩应用广泛，
17、是主要研究对象。象。1、基本类型、基本类型v 钢管桩v H型钢桩v 钢轨桩三、钢桩的构造类型、特点及适用条件v优点：优点： 强度高，抗疲劳冲击性能好； 设计灵活性大，壁厚、桩径选择范围大； 便于割接，桩长容易调节，质量可靠，运输方便； 贯入能力强，沉桩速度快，挤土影响小； 抗弯刚度大，单桩承载力高；v缺点：缺点： 用钢量大，成本昂贵(造价是混凝土的造价是混凝土的3-4倍倍)； 抗腐蚀性能差，需做表面防腐处理(2mm)v适用情况：适用情况： 必须穿越沙层； 必须控制挤土影响； 工期紧迫； 其它桩型无法施工或质量难以保证； 重要工程；v构造：构造： 杉木或松木桩顶铁箍桩尖铁桩靴 桩径：140mm2
18、60mm 桩长：4m 8mv优点：优点： 自重小，便于加工、运输，打桩设备简单v缺点：缺点： 承载能力小； 在干湿交替环境中极易腐烂；v适用条件：适用条件： 某些加固工程或能就地取材的临时性工程中适用； 在淡水中耐久性好，一般应打入地下水位以下0.5m。四、木桩承台类型：承台类型：五、承台（盖梁）的构造及桩与承台的联结承台类型独立形条形环形井格形板形箱形沉井形v板式承台构造要求：板式承台构造要求：v最小尺寸：最小尺寸：桥墩（台）底部尺寸襟边尺寸v最大尺寸：最大尺寸：混凝土承台：满足刚性角要求v 钢筋砼承台：由力学检算确定v形状：形状：与墩（台）形状相符（矩形、圆形、圆端形）v厚度：厚度：1.5
19、m（一般1.5m3.0m）v砼标号：砼标号： C15 （一般C15C25）v钢筋构造：钢筋构造：后讲600mm不破桩头的桩埋入承台长度h规定：d 1.2m h d(或边长)v布置位置：布置位置：在承台底部桩顶平面上布置一层钢筋网。v钢筋数量：钢筋数量：v 每米宽度内1200150mv钢筋直径：钢筋直径： 1418v注：注：钢筋网在越过桩顶钢筋处不截断，并应与桩顶主筋连接，钢筋两端弯起锚固。v 桩之间设置了横向联系时，桩之间设置了横向联系时，横系梁不作受力计算，只需横系梁不作受力计算，只需按横截面的按横截面的0.1%配置构造钢配置构造钢筋。筋。钻（冲、磨）孔灌注桩钻（冲、磨）孔灌注桩图3.4 钻
20、孔灌注桩施工程序挖孔灌注桩挖孔灌注桩v3)挖孔桩 图3.5 人工挖孔桩示例挖孔灌注桩挖孔灌注桩混凝土混凝土:标号不低于标号不低于C20号，对仅承受竖直力的基桩可用号，对仅承受竖直力的基桩可用C15号号(但水下灌注的混凝但水下灌注的混凝土仍不应低于土仍不应低于C20号号)。桩内钢筋桩内钢筋:应按照内力和抗裂性的要求布设。长摩擦桩要分段配筋。短摩擦桩和柱应按照内力和抗裂性的要求布设。长摩擦桩要分段配筋。短摩擦桩和柱桩按桩身最大弯矩通长均匀配筋。桩顶桩按桩身最大弯矩通长均匀配筋。桩顶35m内设置构造钢筋，孔内钢筋不设弯钩。内设置构造钢筋，孔内钢筋不设弯钩。钢筋骨架有一定的刚性钢筋骨架有一定的刚性,便
21、于吊装及保证主筋受力后的纵向稳定，主筋不宜过细过便于吊装及保证主筋受力后的纵向稳定，主筋不宜过细过少少(直径不宜小于直径不宜小于14mm，每根桩不宜少于，每根桩不宜少于8根根)。箍筋应适当加强，箍筋直径一般。箍筋应适当加强，箍筋直径一般不小于不小于8mm，中距为，中距为200400mm。对于直径较大的桩或较长的钢筋骨架，可在。对于直径较大的桩或较长的钢筋骨架，可在钢筋骨架上每隔钢筋骨架上每隔2.02.5m设置一道加强箍筋设置一道加强箍筋(直径为直径为14l8mm)。钢筋保护层厚度。钢筋保护层厚度一般不应小于一般不应小于50mm。钻、挖孔桩的柱桩根据桩底受力情况如需嵌入岩层时，嵌。钻、挖孔桩的柱
22、桩根据桩底受力情况如需嵌入岩层时，嵌入深度可根据受力情况计算确定，并不得小于入深度可根据受力情况计算确定，并不得小于0.5m。 back根据抗压桩在竖向荷载下桩土相互作用的特点，达到承载能力极限状根据抗压桩在竖向荷载下桩土相互作用的特点，达到承载能力极限状态时桩侧阻力与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比，将桩分为摩擦型态时桩侧阻力与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比，将桩分为摩擦型桩和端承型桩两大类和桩和端承型桩两大类和4个亚类。个亚类。3.2.43.2.4按承载性状分类按承载性状分类3.2.4按承载性状分类按承载性状分类3.2.5 3.2.5 按桩的设置效应分类按桩的设置效应分类本讲小结本讲小结v桩基础：概念适用性类型及适用条件v作业：阅读教材及参考书；预习下一讲内容，3.5单桩承载力。
