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桩基础

由设置于岩土中的桩和连接于桩顶端的承台组成的基础。桩基础是最古老的基础形式之一。

桩基础是一种承载能力高、适用范围广、历史久远的基础形式。随着生产水平的提高和科学技术的发展,桩基的类型、工艺、设计理论、计算方法和应用范围都有了很大的发展,被广泛应用于高层建筑、港口、桥梁等工程中。

桩是将建筑物的全部或部分荷载传递给地基土并具有一定刚度和抗弯能力的传力构件,其横截面尺寸远小于其长度。而桩基础是由埋设在地基中的多根桩(称为桩群)和把桩群联合起来共同工作的桩台(称为承台)两部分组成。

桩基础的作用是将荷载传至地下较深处承载性能好的土层,以满足承载力和沉降的要求。桩基础的承载能力高,能承受竖直荷载,也能承受水平荷载,能抵抗上拔荷载也能承受振动荷载,是应用最广泛的深基础形式。本章以桩基础为主要内容。 [1]

(1)上部土层软弱不能满足承载力和变形要求,而下部存在较好的土层时.用桩穿越软弱土层,将荷载传递给深部硬土层。

(2)一定深度范围内不存在较理想的持力层,用桩使荷载沿着桩杆依靠桩侧摩阻力渐渐传递。

(3)基础需要承受向上的力,用桩依靠桩杆周围的负摩阻力来抵抗向上的力,即“抗拔桩”。

(4)基础需要承受水平方向的分力时,可用抗弯的竖桩来承担。

(5)地基软硬不均或荷载分布不均,天然地基不能满足结构物对不均匀变形的要求时,可采用桩基础。

(6)浅层存在较好土层,但考虑其他因素,仍采用桩基础,如港口、水利、桥梁工程中结构物基础周围的地基土宜受侵蚀或冲刷时,应采用桩基础;如精密仪器和动力机械设备等对基础有特殊要求时,常用桩基础。

(7)考虑建筑物受相邻建筑物、地面堆载以及施工开挖、打桩等影响,采用浅基础将会产生过量倾斜或沉降时用桩基础。

(8)建筑物下存在不稳定土层,如液化土、湿陷性黄土、季节性冻土、膨胀土等,采用桩基将荷载传递至深部密实稳定土层。

不属于上述情况时,可根据工程实际情况,依据“经济合理、技术可靠”的原则,通过分析对比后确定是否采用桩基础。本章引例所述情况就属于地基软弱的情况,所以,分析论证后采用钢筋混凝土管桩基础。 [1]

桩基础可以是单根桩(如一柱一桩的情况),也可以是单排桩或多排桩。对于双(多)柱式桥墩单排桩基础,当桩外褥枉地而上较高时,桩间以横系梁相连,以加强各桩的横向联系。多数情况下桩基础是由多根桩组成的群桩基础,基桩可全部或部分埋入地基土中。群桩基础巾所有桩的顶部由承台连成一整体,在承台上再修筑墩身或台身及上部结构。

桩基础有许多不同的类型,它们可以从不同的方面按照不同的方法进行分类。如根据承台与地面相对位置的不同,分为低承台与高承台桩基。当桩承台底面位于地面以下时,称为低承台桩基;当桩承台底面高出地面以上时,称为高承台桩基。在房屋建筑中最常用的都是低承台桩基,而高承台桩基常用于港口、码头、海洋工程及桥梁工程中。《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)从以下几个方面对桩进行分类。

1.按承载性状分类

(1)摩擦型桩:

1)摩擦桩:在承载能力极限状态下,桩顶竖向荷载由桩侧阻力承担,桩端阻力小到可忽略不计。

2)端承摩擦桩:在承载能力极限状态下,桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受。

(2)端承型桩:

1)端承桩:在承载能力极限状态下,桩顶竖向荷载由桩端阻力承担,桩侧阻力小到可忽略不计。

2)摩擦端承桩:在承载能力极限状态下,桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受。

由于摩擦桩和端承桩在支承力、荷载传递等方面都有较大的差异,通常摩擦桩的沉降大于端承桩,会导致墩台产生不均匀沉降,因此,在同一桩基础中,不应同时采用摩擦桩和端承桩。

2.按成桩方法分类

(1)非挤土桩:在成桩过程中将相应于桩身体积的土挖出来,因而桩周和桩底土有应力松弛现象,常见的非挤土桩有挖孔桩、钻孔桩等。

(2)部分挤土桩:成桩过程中,挤土作用轻微,桩周土的工程性质变化不大,常见的桩型有预钻孔打入式预制桩、打入式敞口钢管桩等。

(3)挤土桩:在成桩过程中,桩周土被挤开,使土的工程性质与天然状态相比有较大变化,常见的挤土桩有打入或压人的预制混凝土桩、封底钢管桩、混凝土管桩和沉管式灌注桩。

3.按桩径大小分类

(1)小桩:d≤250 mm

(2)中等直径桩:250 mm<d<800 mm;

(3)大直径桩:d≥800mm。 [1]

桩基设计的主要内容如下。

1.桩基形式的合理选择

桩基形式选择合理与否,对高层建筑的安全、功能与造价影响很大。桩基形式的选择,应考虑以下几个方面:

(1)地质条件;

(2)建筑的体型与结构特点;

(3)建筑功能对地下空间利用的方式。

2.持力层与桩长的合理选择

持力层的选择应考虑下列因素:

(1)能提供足够大的单桩承载力;

(2)保证建筑物不产生过大的沉降与差异沉降;

(3)考虑桩基造价;

(4)考虑桩基施工技术的可能性。

3.桩的合理布置

在桩数相同的情况下,在不同布桩方式下,桩基的承载力与所发挥的作用是不一样的。

4.桩基的水平承载能力

高层建筑基底水平剪力和倾覆力矩,主要由地震和风所引起,一般地,地震作用为控制因素。地震引起的基底水平剪力一般不超过高层建筑总重的5%,但仍相当可观。因高层建筑上部结构的重心远高于基础底面,因此还会引起很大的倾覆力矩,在地震区这些作用都必须加以考虑。对高层建筑,地震作用往往成为设计中的控制因素。但在沿海地区,由于海洋风暴的侵扰,风的影响可能甚于地震。对超高层建筑,风引起的基底水平剪力和倾覆力矩可能接近甚至远超过地震引起的结果,成为设计中的控制因素。因此,高层建筑桩基础,必须有足够的抵御水平荷载和倾覆力矩的能力。

5.桩基施工和使用对周围环境的影响

必须考虑技术与经济的合理性。 [2]


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