桩基础

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摘要桩是竖直或微倾斜的基础构件,是横截面尺寸比长度小得多的杆状受力构件。桩基础是由设置于岩土中的桩和与桩顶连接的承台共同组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩基础。桩基础一般通过承台把上部结构所承受的荷载与作用传递给桩身,并通过桩身传递给桩四周的土体以及桩端以下的土体。桩的长度主要取决于...

桩基础

桩是竖直或微倾斜的基础构件,是横截面尺寸比长度小得多的杆状受力构件。桩基础是由设置于岩土中的桩和与桩顶连接的承台共同组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩基础。桩基础一般通过承台把上部结构所承受的荷载与作用传递给桩身,并通过桩身传递给桩四周的土体以及桩端以下的土体。桩的长度主要取决于地质情况,常见的桩身长度从几米到几十米深不等,在长江中下游地区,如上海,一些建筑桩基础的桩长甚至超过了100m。

桩基础应用

相对于浅基础而言,桩基础利用和发挥了更大深度土体的承受荷载能力,能够适应大荷载高层建筑的建造需要,成为目前高层以及超高层建筑的最主要基础类型,同时也是公路、铁路等桥梁的主要基础形式。

桩基础是现阶段广泛使用的主要基础形式之一,它具有承载力高、沉降小、制作灵活方便、机械化程度高和适用条件广泛等优点。下列情况的建筑可以考虑采用桩基础。

(1)地基上部土太差,下部土较好;上部结构对于不均匀沉降较敏感,或者承受不均匀荷载。

(2)地基土层软弱,不适合采用地基加固处理。

(3)承受周期荷载作用,或者在承载的竖向荷载很大的同时还作用有较大的水平荷载。

(4)场地地下水位置较高,使用其他基础类型施工不便。

(5)具有较大历史价值,需要保存的年限较长。

桩基础等级划分

《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)(以下简称《桩基规范》)规定,桩基础应按下列两类极限状态设计。

(1)承载能力极限状态。桩基达到最大承载能力、整体失稳或发生不适于继续承载的变形。

(2)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。

根据建筑规模、功能特征、对差异变形的适应性、场地地基和建筑物体型的复杂性以及由于桩基问题可能造成建筑破坏或影响正常使用的程度,《桩基规范》把桩基设计分为表所列的3个设计等级。

设计等级 建筑类型
甲级 (1)重要的建筑;
(2)30
层以上或高度超过100m的高层建筑;
(3)
体型复杂且层数相差超过10层的高低层(含纯地下室)连体建筑;
(4)20
层以上框架-核心筒结构及其他对差异沉降有特殊要求的建筑;
(5)
场地和地基条件复杂的7层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑;
(6)
对相邻既有工程影响较大的建筑
乙级 除甲级、丙级以外的建筑
丙级 场地和地基条件简单、荷载分布均匀的7层及7层以下的一般建筑

桩基础设计方法

收集了必要的设计基础资料后,桩基础设计按照以下步骤完成相关设计内容。

(1)桩的类型与桩几何尺寸选择。

(2)确定单桩竖向及水平方向承载力。

(3)确定桩的数量,并进行平面布局。

(4)桩基础承载力验算,必要时进行沉降变形验算。

(5)桩身结构设计。

(6)承台结构设计。

(7)绘制基础施工图。

桩基础设计原则

桩基础设计应该保证桩基承载力的要求,控制桩基的变形在规范规定的范围内。

(1)按照《桩基规范》,桩基础应根据具体条件分别进行下列承载能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按吊装、运输和锤击作用进行桩身承载力验算;对于钢管桩应进行局部压屈验算。

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)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计算。

6)对于抗震设防区的桩基应进行抗震承载力验算。

(2)《桩基规范》规定,下列建筑桩基应进行沉降计算,沉降变形应该满足表的要求。

变形特征 允许值
砌体承重结构基础的局部倾斜 0.002
各类建筑相邻柱(墙)
基的沉
降差
框架、框架-剪力墙、框架-核心筒结构 0.002lo
砌体墙填充的边排柱 0.0007lo
当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构 0.005lo
单层排架结构(柱距为6m)桩基的沉降量/mm 120
桥式吊车轨面的倾斜(按不调整
轨道考虑)
纵向 0.004
横向 0.003
多层和高层建筑的整体倾斜 Hg≤24 0.004
24<H≤60 0.003
60<H≤100 0.0025
Hg≥100 0.002
高耸结构桩基的整体倾斜 Hp≤20 0.008
20<Hg≤50 0.006
50<H,≤100 0.005
100<Hg≤150 0.004
150<Hg≤200 0.003
200<Hg≤250 0.002
高耸结构基础的沉降量/mm H≤100 350
100<Hg≤200 250
200<Hg≤250 150
体型简单的剪力墙结构高层建筑
桩基最大沉降量/mm
200

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平面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。

桩基础施工方法

1.沉入桩基础

(1)施工方法的适用范围

施工方法 适用范围
锤击沉桩 宜用于砂类土、黏性土
振动沉桩 宜用于锤击沉桩效果较差的密实的黏性土、砾石、风化岩
射水沉桩 在密实的砂土、碎石土、砂砾的土层中用锤击法、振动沉桩法有困难时,可采用射水作为辅助手段进行沉桩施工。在黏性土中应慎用射水沉桩;在重要建筑物附近不宜采用射水沉桩
静力压桩 宜用于软黏土(标准贯入度N<20)、淤泥质土
钻孔埋桩 宜用于黏土、砂土、碎石土,且河床覆土较厚的情况

(2)施工要求。

①沉桩顺序。密集桩群自中间向两个方向或四周对称施打;根据基础的设计标高,宜先深后浅;根据桩的规格,宜先大后小,先长后短。

②终止锤击:以控制桩端设计高程为主,贯入度为辅。2.钻孔灌注桩基础

钻孔灌注桩按照成桩方式进行划分,可分为:泥浆护壁成孔桩、干作业成孔桩、沉管成孔灌注桩及爆破成孔。具体内容。

钻孔灌注桩基础成桩设备及适用土质

成桩方式 成桩设备 适用土质
泥浆护壁成孔桩 正循环回转钻 黏性土、粉砂、细砂、中砂、粗砂,含少量砾石、卵石(含量少于20%)的土、软岩
反循环回转钻 黏性土、砂类土,含少量砾石、卵石(含量少于20%,粒径小于钻杆内径的2/3)的土
冲抓钻、冲击钻、
旋挖钻
黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层
潜水钻 黏性土、淤泥、淤泥质土及砂土
干作业成孔桩 长螺旋钻孔 地下水位以上的黏性土、砂土及人工填土非密实的碎石类土、强风化岩
钻孔扩底 地下水位以上的坚硬、硬塑的黏性土及中密以上的砂土风化岩层
人工挖孔 地下水位以上的黏性土、黄土及人工填土
沉管成孔桩 夯扩 桩端持力层为埋深不超过20m的中、低压缩性黏性土、粉土、砂土和碎石类土
振动 黏性土、粉土和砂土
爆破成孔 地下水位以上的黏性土、黄土碎石土及风化岩

桩基础和独立基础区别

桩基础和浅基础是土木工程中两种常用的基础形式,它们在结构的承载方式和使用范围上存在一些差异。

承载方式:桩基础是通过深入地下的桩杆将结构的荷载传递到更深的土层或岩石层,以增加基础的稳定性。而浅基础则是将荷载直接传递给浅层土壤。

施工难度和成本:由于桩基础需要进行钻孔、灌注混凝土等复杂的施工工序,因此施工难度和成本通常较高。而浅基础则相对简单,施工难度和成本更低。

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