第三章樁基礎(chǔ)的組成及構(gòu)造

第三章樁基礎(chǔ)第一節(jié)樁基礎(chǔ)的組成、作用及適用條件樁基礎(chǔ)簡(jiǎn)介樁基礎(chǔ)是常用的橋梁基礎(chǔ)類型，是埋于地基土中的若于根樁及將所有樁聯(lián)成一個(gè)整體的承臺(tái)(或蓋梁)兩部分所組成的一種基礎(chǔ)型式。:樁身可以全部或部分埋人地基土中，當(dāng)樁身外露在地面上較高時(shí)，在樁之間還應(yīng)加橫系梁，以加強(qiáng)各樁之間的橫向聯(lián)系。若干根樁在平面排列上可成為一排或幾排，所有樁的頂部由承臺(tái)聯(lián)成一整體。在承臺(tái)上再修筑橋墩、橋臺(tái)及上部結(jié)構(gòu)。樁可以先預(yù)制好，再將其運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)沉人土中;也可以就地鉆孔(或人工挖孔)，然后在孔中澆筑水泥混凝土或置人鋼筋骨架后再澆灌混凝土而成樁。樁基礎(chǔ)的作用將承臺(tái)以上結(jié)構(gòu)物傳來的外力通過承臺(tái)，由樁傳到較深的地基持力層中。承臺(tái)將外力傳遞給各樁并箍住樁頂使各樁共同承受外力。各樁所承受的荷載由樁通過樁側(cè)土的摩阻力及樁端土的抵抗力將荷載傳遞到地基土中優(yōu)點(diǎn)：具有承載力高、穩(wěn)定性好、沉降量小而均勻等特點(diǎn)。在深水河道中，樁基礎(chǔ)可以借樁群穿過水流將荷載傳到地基中，避免(或減少)水下工程，簡(jiǎn)化施工設(shè)備和技術(shù)要求，加快施工速度并改善勞動(dòng)條件。當(dāng)?shù)鼗鶞\層土質(zhì)不良時(shí)，它能穿越淺層土發(fā)揮地基深層土承載力的作用，以滿足橋梁上部結(jié)構(gòu)物荷載的要求。樁基礎(chǔ)主要適用于下列條件:1、荷載較大，地基上部土層軟弱，適宜的地基持力層位置較深，采用淺基礎(chǔ)或人工地基在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上不合理時(shí);2、河床沖刷較大，河道不穩(wěn)定或沖刷深度不易計(jì)算正確，如采用淺基礎(chǔ)施工困難或不能保證基礎(chǔ)安全時(shí);3、當(dāng)?shù)鼗?jì)算沉降過大或結(jié)構(gòu)物對(duì)不均勻沉降敏感時(shí)，采用樁基礎(chǔ)穿過松軟(高壓縮性)土層，將荷載傳到較堅(jiān)實(shí)(低壓縮性)土層，減少結(jié)構(gòu)物沉降并使沉降較均勻。另外樁基礎(chǔ)還能增強(qiáng)結(jié)構(gòu)物的抗震能力;4、當(dāng)建筑物受到較大的水平荷載，需要減少水平位移和傾斜時(shí)５、當(dāng)施工水位或地下水位較高時(shí)，采用其他的深基礎(chǔ)不合理或不經(jīng)濟(jì)時(shí)。6、在地震區(qū)可增加建筑物的抗震性能，減少地震的危害。第二節(jié)樁和樁基拙的

類型與構(gòu)造樁與樁基礎(chǔ)的分類：樁和樁基礎(chǔ)可按承臺(tái)位置、沉入土中的施工方法、受力條件的不同而進(jìn)行分類高樁承臺(tái)基礎(chǔ)和低承臺(tái)基礎(chǔ)1、高樁承臺(tái)基礎(chǔ)是指承臺(tái)底面位于地面(或沖刷線)以上2、低樁承臺(tái)基礎(chǔ)的承臺(tái)底面位于地面(或沖刷線)以下。(一)樁基礎(chǔ)按承臺(tái)位置分類樁基礎(chǔ)按承臺(tái)位置可分為高樁承臺(tái)基礎(chǔ)和低樁承臺(tái)基礎(chǔ)如圖所示。高樁承臺(tái)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：是基樁部分樁身埋人土中，部分樁身外露在地面以上(稱為樁的自由長(zhǎng)度);

低承臺(tái)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：是基樁則全部埋人土中(樁的自由長(zhǎng)度為零)。高樁承臺(tái)基礎(chǔ)特點(diǎn)高樁承臺(tái)基礎(chǔ)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)圬工數(shù)量，可避免或減少水下作業(yè)，施工較為方便。大直徑鉆孔灌注樁，樁的剛度、強(qiáng)度都較大，因而高樁承臺(tái)在橋梁基礎(chǔ)工程中也得到廣泛應(yīng)用。高樁承臺(tái)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(zhǎng)度周圍無土體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)要好。低樁承臺(tái)要比高樁承臺(tái)美觀(二)按施工方法分類主要的是灌注樁和沉樁、管注基礎(chǔ)。1.灌注樁基礎(chǔ)

1、用鉆(沖)孔機(jī)械在土體中先鉆成樁孔，然后在孔內(nèi)放人鋼筋骨架，灌注樁身混凝土而成鉆孔灌注樁，最后在樁頂澆筑承臺(tái)(或蓋梁)，稱為灌注樁基礎(chǔ)。特點(diǎn)：是施工設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，適用于各種砂性土、粘性土，也適用于碎、卵石類土層和巖層。但對(duì)于淤泥及可能發(fā)生流沙或有承壓水的地基，施工較為困難，常常易發(fā)生塌孔或埋鉆等情況。一般鉆孔灌注樁人土深度由幾米至幾百米。挖孔灌注樁依靠人工(用部分機(jī)械配合)在地基中挖出樁孔，然后與鉆孔樁一樣灌注混凝土成樁稱為挖孔灌注樁。適用：無水或滲水量小的地層，或地形狹窄、山坡陡峻處施工對(duì)可能發(fā)生流沙或含厚的軟粘土層施工較困難，需要加強(qiáng)孔壁支撐確保安全特點(diǎn)：不受設(shè)備和地形限制，施工簡(jiǎn)單?？咳斯ね谕?，樁徑較大，一般大于1.4m沉管灌注樁施工工藝：鋼套筒沉入土中成孔適用：黏性土，砂性土，砂土地基常用尺寸：60cm以下優(yōu)點(diǎn)：避免流沙、塌孔、泥漿的排渣等弊端缺點(diǎn)：容易造成縮頸現(xiàn)象灌注樁的優(yōu)點(diǎn)：１、噪聲和震動(dòng)：2、任意樁長(zhǎng)：３：穿透軟硬土層，將樁端放在堅(jiān)硬的圖層或者嵌入巖石；４、配筋率低（和打入樁比）

2.沉樁基礎(chǔ)將打入樁及振動(dòng)下沉樁和靜壓樁均稱為沉樁基礎(chǔ)。打入樁是通過錘擊(或以高壓射水輔助)將各種預(yù)先制好的樁(主要是鋼筋混凝土實(shí)心樁或管樁，打入地基內(nèi)達(dá)到所需要的深度而成為樁基礎(chǔ)。適用：樁徑較小(直徑在0.60m以下)，地基土質(zhì)為砂性土、軟塑性粘土、粉土、細(xì)砂以及松散的不含大卵石或漂石的碎卵石類土質(zhì)。靜力壓樁在軟塑性土質(zhì)中也可以用重力將樁壓人土中稱為靜力壓樁。這種壓樁施工方法免除了錘擊打人的振動(dòng)影響，是在軟土地區(qū)，特別是在不允許有強(qiáng)烈振動(dòng)的條件下建造樁基的一種適用的施工方法。振動(dòng)下沉樁振動(dòng)下沉樁是將大功率的振動(dòng)打樁機(jī)安裝在樁頂(預(yù)制的鋼筋混凝土樁或鋼管樁)，利用振動(dòng)力以減少土對(duì)樁的阻力，使樁沉入土體中。適用于樁徑較大、土的抗剪強(qiáng)度振動(dòng)時(shí)有較大降低的砂土等地基。預(yù)制樁的特點(diǎn)：穿透性：震動(dòng)、噪聲：擠土效應(yīng)：預(yù)制樁質(zhì)量好：增加了摩阻力：常會(huì)因?yàn)榇虿坏皆O(shè)計(jì)標(biāo)高而截樁，造成浪費(fèi)造價(jià)高：3.管柱基礎(chǔ)將預(yù)制好的大直徑(直徑1---5m左右)鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管柱(實(shí)質(zhì)上是一種巨型的管柱，每節(jié)長(zhǎng)度根據(jù)施工條件決定，一般采用4m,8m或l0m，接頭用法蘭盤和螺栓連接)，用大型的振動(dòng)沉樁錘沿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)將樁沿垂直向振動(dòng)下沉到基巖(一般以高壓射水和吸泥機(jī)配合幫助下沉)，然后在管柱內(nèi)鉆巖成孔，下放鋼筋骨架籠，灌注混凝土，將管柱與巖層牢固連接形成管柱基礎(chǔ)需要大型的設(shè)備，深水基礎(chǔ)，不受季節(jié)限制一般公路橋梁中很少采用。(三)按基礎(chǔ)的受力條件分類結(jié)構(gòu)物荷載通過樁基礎(chǔ)傳遞給地基。垂直荷載一般由樁底土層抵抗力和樁側(cè)與土產(chǎn)生的摩阻力來支承;

水平荷載一般由樁和樁側(cè)土水平抗力來支承，因此，根據(jù)樁的受力條件基樁可分為:

1.柱樁與摩擦樁

柱樁或端承樁：埋在土中的樁，在承受軸向荷載后，樁四周的土與樁側(cè)間將產(chǎn)生摩擦力，同時(shí)樁尖處的土對(duì)樁還存在樁尖反力。作用在樁上的軸向荷載應(yīng)與樁側(cè)摩阻力與樁尖反力之和相平衡，當(dāng)樁尖支承在堅(jiān)硬的巖層上時(shí)，荷載主要通過樁身直接傳到樁尖下的巖層中去，這時(shí)樁側(cè)摩阻力相對(duì)樁尖反力很小，可忽略不計(jì)，這種樁稱為柱樁或端承樁;如圖所示。柱樁承載力較大，較安全可靠，基礎(chǔ)沉降也小，摩擦樁

摩擦樁：當(dāng)樁完全埋于較軟弱的分散土中時(shí)，荷載主要是通過樁側(cè)與土之間的摩擦作用傳到樁尖以上處面積較大的土層中去，這時(shí)樁側(cè)摩阻力和樁尖反力均需考慮，這種樁稱為摩擦樁。巖層埋置很深，就需要采用摩擦樁。摩擦樁：判斷摩擦樁的幾種情況：1、無持力層或不擴(kuò)底2、長(zhǎng)徑比大和端部荷載小3、樁距小，樁數(shù)多，有上涌現(xiàn)象柱樁與摩擦樁2.豎直樁和斜樁

現(xiàn)已廣泛采用的大直徑鉆(挖)孔灌注樁具有一定的抗彎和抗剪強(qiáng)度，因此，樁基礎(chǔ)常全部采用堅(jiān)直樁。拱型橋墩臺(tái)等結(jié)構(gòu)物樁基礎(chǔ)往往需設(shè)斜樁以承受上部結(jié)構(gòu)傳來的較大水平推力，減小樁身彎矩、剪力和整個(gè)基礎(chǔ)的側(cè)向位移。

地基與基礎(chǔ)工程SoilMechanicsandFoundationEngineering本章小結(jié)樁體樁基礎(chǔ)（樁基）連接樁頂?shù)某信_(tái)低樁承臺(tái)高樁承臺(tái)當(dāng)承臺(tái)底面低于地下地面以下時(shí)低承臺(tái)樁基礎(chǔ)高承臺(tái)樁基礎(chǔ)當(dāng)承臺(tái)底面高于地面時(shí)相應(yīng)基礎(chǔ)相應(yīng)基礎(chǔ)低承臺(tái)樁基礎(chǔ)高承臺(tái)樁基礎(chǔ)二、樁基礎(chǔ)的類型（一）按承載性狀分類摩擦型樁端承型樁樁側(cè)和樁端阻力的大小以及它們分擔(dān)荷載的比例有很大差異原由按照不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑樁基礎(chǔ)分類，是為了全面地認(rèn)識(shí)樁基礎(chǔ)，以便在樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與施工中根據(jù)不同的條件和要求，選擇不同的樁型和成樁工藝。（三）按樁身材料分類（1）混凝土樁預(yù)制樁灌注樁（2）鋼樁（3）組合材料樁現(xiàn)場(chǎng)采用機(jī)械或人工挖掘成孔，就地澆灌混凝土成樁。工廠或現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制成型的混凝土樁主要有鋼管樁和H型鋼樁借用兩種材料組合成的樁（四）按成樁方法分類根據(jù)成樁方法和擠土效應(yīng)非擠土樁部分?jǐn)D土樁擠土樁（五）按樁徑大小分類（1）小樁：d≤250mm；（2）中等直徑樁：250mm＜d＜800mm（3）大直徑樁：d≥800mm三、樁的施工工藝簡(jiǎn)介（一）預(yù)制樁1、預(yù)制樁種類（1）鋼筋混凝土樁（2）預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁（3）鋼樁2、預(yù)制樁的施工工藝（1）錘擊式（2）靜壓式（3）振動(dòng)式在工廠（或者現(xiàn)場(chǎng)）預(yù)制成樁以后再運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，在設(shè)計(jì)樁位處以沉樁機(jī)械沉至地基土中設(shè)計(jì)深度的施工方法的樁（二）灌注樁（1）沉管灌注樁沉管放籠灌注拔管（2）鉆孔灌注樁（3）挖孔灌注樁在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)樁位處的地基巖土層中以機(jī)械或者人工成孔至設(shè)計(jì)深度，再吊放鋼筋骨架、澆搗混凝土的施工方法的樁

序成樁工藝與土類排數(shù)不少于3排并且樁數(shù)不少于9根的摩擦型樁其它情況1打入式敞口管樁和Ｈ型鋼樁3．5ｄ3．0ｄ2擠土預(yù)制樁3．5ｄ3．0ｄ3擠土灌注樁穿越非飽和土3．5ｄ3．0ｄ4穿越飽和軟土4．0ｄ3．5ｄ5非擠土和部分?jǐn)D土灌注樁3．0ｄ2．5ｄ6擴(kuò)底灌注樁不宜＜1、5Ｄ；并且當(dāng)Ｄ＞2.0ｍ時(shí)不宜＜1.0Ｄ＋1.0ｍ7沉管夯擴(kuò)灌注樁2.0D8各類樁4～6ｄ以控制沉降為目的（四）樁及樁基礎(chǔ)的構(gòu)造要求1、樁的最小中心距2、擴(kuò)底灌注樁的擴(kuò)底直徑，不應(yīng)大于樁身直徑3倍。3、樁底進(jìn)入持力層的深度為樁身直徑的1～3倍。序樁型混凝土強(qiáng)度等級(jí)

序樁型配筋率1灌注樁應(yīng)≮Ｃ20１灌注樁宜≮0.2—0.65%（小直徑樁取高值）2預(yù)制樁應(yīng)≮Ｃ30２打入式預(yù)制樁宜≮0.8%3預(yù)應(yīng)力樁應(yīng)≮Ｃ403靜壓式預(yù)制樁宜≮0.6%5、樁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)該符合下表要求。6、樁的配筋率應(yīng)該符合下表要求。4、布置樁位時(shí)宜使樁基承載力合力點(diǎn)與豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值組合合力作用點(diǎn)重合7、配筋長(zhǎng)度序樁身主筋級(jí)別、樁的受力特點(diǎn)、樁型、樁身主筋伸入承臺(tái)長(zhǎng)度1Ⅰ級(jí)鋼筋不宜＜30d2Ⅱ級(jí)鋼筋不宜＜35d3抗拔樁基40d4一柱一大徑樁柱子縱筋插入樁身≥錨固長(zhǎng)度注：表中d為樁身主筋直徑。8、樁身主筋伸入承臺(tái)的長(zhǎng)度二、樁與樁基礎(chǔ)的構(gòu)造1、就地灌注鋼筋混凝土樁的構(gòu)造鉆(挖)孔樁是采用就地灌注的鋼筋混凝土樁，樁身常為實(shí)心斷面，混凝土標(biāo)號(hào)不低于C20，對(duì)僅承受豎直力的樁基礎(chǔ)可用C15(但水下混凝土仍不應(yīng)低于C20)。2、鉆孔樁設(shè)計(jì)直徑一般為0.80一1.50m，挖孔樁的直徑或最小邊寬度不宜小于1.20m。灌注鋼筋混凝土樁的構(gòu)造主筋不宜過細(xì)過少(直徑不宜小于14mm)，每根樁不宜少于8根，主筋凈距不宜小于5cm。主筋若需焊接，焊接長(zhǎng)度應(yīng)符合規(guī)定，箍筋直徑一般不小于8mm，中距為20一40cm。對(duì)于直徑較大的樁或較長(zhǎng)的鋼筋骨架，可在鋼筋骨架上每隔2.0一2.5m設(shè)置一道加勁箍筋(直徑為14一18mm),如圖所示。鉆(挖)孔樁的柱樁根據(jù)樁底受力情況如需要嵌人巖層時(shí)，嵌人深度不得小于0.5m,2.鋼筋混凝土預(yù)制樁沉樁(打人樁和振動(dòng)下沉樁)采用預(yù)制的鋼筋混凝土樁，有實(shí)心的圓樁和方樁(少數(shù)為矩形樁)，有空心的管樁，另外還有管柱(用于管柱基礎(chǔ))。鋼筋混凝土預(yù)制樁方樁橫斷面為20cmx20cm－50cmx50cm，樁身混凝土標(biāo)號(hào)不低C25，主筋直徑一般為12－25mm，主筋凈距不小于5cm;箍筋直徑為6一8mm，其間距一般不大于40cm(在兩端處間距宜減小，一般為5cm)。樁頂處，為了承受直接的錘擊應(yīng)設(shè)鋼筋網(wǎng)加固，為了便于吊運(yùn)，應(yīng)在樁頂預(yù)設(shè)吊耳，一般由直徑為20一25mm的圓鋼制成，混凝土標(biāo)號(hào)不低于C25，如圖所示。管柱用鋼量較大，公路橋梁工程中很少采用木樁在盛產(chǎn)木材地區(qū)修筑或搶修橋梁以及建造施工便橋時(shí)，常采用木樁是用挺直的杉木或松木做成樁徑(稍頭)一般為140一260mm，樁長(zhǎng)為4一8m。木樁樁頂應(yīng)加設(shè)鐵箍，以保護(hù)樁頂不被打裂，樁尖削成棱錐形，常加鐵樁靴，以便打入。(二)樁的布置和間距樁基礎(chǔ)內(nèi)基樁的布置應(yīng)根據(jù)荷載、地基土質(zhì)、基樁承載力等決定。采用大直徑鉆孔灌注樁的中小橋梁常用單排式，如圖所示;在大型橋梁或水平推力較大時(shí)，則采用多排式(行列式或梅花式)，如圖所示。單排式、多排式(行列式或梅花式)樁中心距摩擦樁中心距不得小于2.5倍成孔直徑，支撐或嵌固在巖層上的柱樁不得小于2.0倍的成孔直徑樁的最大中心距一般也不超過5一6倍樁徑。打人樁的中心距不應(yīng)小于樁徑(或邊長(zhǎng))的3倍，管柱的中心距一般為管柱外徑的2.5一3.0倍(摩擦樁)或2.0倍(柱樁)。用振動(dòng)法沉人砂土內(nèi)的樁，在樁尖處的中心距不應(yīng)小于樁徑的4.0倍。邊樁外側(cè)到承臺(tái)邊緣的距離為了避免承臺(tái)邊緣距樁身過近而發(fā)生破裂，邊樁外側(cè)到承臺(tái)邊緣的距離：對(duì)于樁徑小于或等于lm的樁不應(yīng)小于0.5倍樁徑且不小于250mm;對(duì)于樁徑大于lm的樁不應(yīng)小于0.3倍樁徑并不小于500mm

(三)承臺(tái)的構(gòu)造承臺(tái)的平面尺寸和形狀應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)(墩臺(tái)身)底部尺寸和形狀以及基樁的平面布置而定，一般采用