樁基礎(chǔ)

一、樁基礎(chǔ)及其應(yīng)用樁基礎(chǔ)（簡稱樁基）：樁基礎(chǔ)由樁和承臺(tái)兩部分組成，共同承受靜動(dòng)荷載的一種深基礎(chǔ)。樁：是設(shè)置于土中的具有一定剛度和抗彎能力的豎直或傾斜的柱型基礎(chǔ)構(gòu)件，其橫截面尺寸比長度小得多，它與連接樁頂和承接上部結(jié)構(gòu)的承臺(tái)組成深基礎(chǔ)。承臺(tái)：把若干根樁的頂部聯(lián)結(jié)成整體，把上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載轉(zhuǎn)換、調(diào)整分配于各樁，由穿過軟弱土層或水的樁傳遞到深部較堅(jiān)硬的、壓縮性小的土層或巖層，從而保證建筑物滿足地基穩(wěn)定和變形允許值的要求。樁基礎(chǔ)具有承載力高、穩(wěn)定性好、沉降量小而均勻、抗震能力強(qiáng)、便于機(jī)械化施工、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在工程中得到廣泛的應(yīng)用。

概述

對下述情況，一般可考慮選用樁基礎(chǔ)方案：

①天然地基承載力和變形不能滿足要求的高重建筑物；

②天然地基承載力基本滿足要求、但沉降量過大，需利用樁基減少沉降的建筑物，如軟土地基上的多層住宅建筑，或在使用上、生產(chǎn)上對沉降限制嚴(yán)格的建筑物；

③重型工業(yè)廠房和荷載很大的建筑物，如倉庫、料倉等；

④軟弱地基或某些特殊性土上的各類永久性建筑物；

⑤作用有較大水平力和力矩的高聳結(jié)構(gòu)物（如煙囪、水塔等）的基礎(chǔ)，或需以樁承受水平力或上拔力的其他情況；

⑥需要減弱其振動(dòng)影響的動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)，或以樁基作為地震區(qū)建筑物的抗震措施；

⑦地基土有可能被水流沖刷的橋梁基礎(chǔ)；

⑧需穿越水體和軟弱土層的港灣與海洋構(gòu)筑物基礎(chǔ)，如棧橋、碼頭、海上采油平臺(tái)及輸油、輸氣管道支架等。

二、樁基礎(chǔ)的類型根據(jù)承臺(tái)與地面相對位置的高低，分為：低承臺(tái)樁基和高承臺(tái)樁基。低承臺(tái)樁基：承臺(tái)底面位于地面以下，其受力能好，具有較強(qiáng)的抵抗水平荷載的能力，施工不方便。高承臺(tái)樁基：承臺(tái)底面位于地面以上，且常處于水下，水平受力性能差，但施工方便。可避免水下施工及節(jié)省基礎(chǔ)材料，多用于橋梁及港口工程。

樁基是由樁、土、承臺(tái)共同組成的基礎(chǔ)，應(yīng)結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)考慮三者的共同作用。由于樁基承載力都較高，通常大多數(shù)樁基的首要問題是在于控制其沉降量，因此，樁基設(shè)計(jì)應(yīng)按變形控制設(shè)計(jì)。樁基設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列條件：強(qiáng)度要求：單樁承受豎向荷載不宜超過單樁豎向承載力特征值；變形要求：樁基礎(chǔ)的沉降不得超過建筑物沉降允許值；對于坡地岸邊的樁基應(yīng)進(jìn)行樁基穩(wěn)定性驗(yàn)算。三、樁基設(shè)計(jì)原則四、樁基設(shè)計(jì)內(nèi)容

樁基設(shè)計(jì)包括下列基本內(nèi)容：①樁的類型和幾何尺寸的選擇；②單樁豎向（和水平向）承載力的確定；③確定樁的數(shù)量、間距和平面布置；④樁基承載力和沉降驗(yàn)算；⑤樁身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；⑥承臺(tái)設(shè)計(jì)；⑦繪制樁基施工圖。樁的分類按承載性狀摩擦型樁端承型樁按施工方法預(yù)制樁灌注樁按樁成型效應(yīng)擠土樁部分?jǐn)D土樁按承臺(tái)地面位置非擠土樁低承臺(tái)樁高承臺(tái)樁樁的類型

一、按樁的承載性狀和豎向受力分類

——摩擦型樁和端承型樁摩擦型樁：樁頂豎向荷載由樁側(cè)阻力和端阻力共同承擔(dān)，但樁側(cè)阻力分擔(dān)較多荷載。當(dāng)樁頂豎向荷載絕大部分由樁側(cè)阻力承擔(dān)，端阻力很小時(shí)，稱為摩擦樁。下列情況可按摩擦樁考慮：1、樁的長徑比很大，樁端分擔(dān)的荷載很小；2、樁端下無較堅(jiān)實(shí)的土層；3、樁底有較厚虛土和殘?jiān)墓嘧叮?、打入鄰樁使先前設(shè)置的樁上抬，樁端脫空。

端承型樁：

樁頂豎向荷載由樁側(cè)阻力和樁端阻力共同承受，但樁端阻力分擔(dān)荷載較多的樁。這類樁的側(cè)摩阻力雖屬次要，但不可忽視。主要由樁端阻力分擔(dān)荷載，而側(cè)阻力很小可以忽視不計(jì)時(shí)的樁稱為端承樁。下列情況可按端承型樁考慮：1、樁的長徑比較小（l/d≤10），樁穿過軟土層，樁端位于硬土層。2、當(dāng)樁嵌入完整或較完整巖層時(shí)稱為嵌巖樁。12/28

二、按樁的施工方法分類：——預(yù)制樁和灌注樁（一）預(yù)制樁

1、定義：指借助于專用機(jī)械設(shè)備將預(yù)先制作好的具有一定形狀、剛度與構(gòu)造的樁桿打入、壓入或振入土中去的樁型。

2、預(yù)制樁的種類：據(jù)制樁材料不同，主要有木樁、混凝土預(yù)制樁和鋼樁。1）混凝土預(yù)制樁一般為配筋率較低（0.3~1.0%）的鋼筋混凝土樁。截面形狀：方形、圓形等，普通實(shí)心方樁截面尺寸：300~500mm。制作方式：工廠預(yù)制，每節(jié)長度小于12m，現(xiàn)場預(yù)制25~30m，沉樁時(shí)現(xiàn)場連接到所需長度。特點(diǎn)：可方便地按所需長度、斷面形狀與尺寸進(jìn)行制作（制作方便），材料易得，質(zhì)量可控制與檢驗(yàn)，強(qiáng)度高、剛度大，采用廣泛。配筋主要受起吊、運(yùn)輸、吊立、沉樁等各階段的應(yīng)力控制，用鋼量較大。

2）預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁為減少混凝土預(yù)制樁的鋼筋用量、提高樁的承載力和抗裂性，可采用預(yù)應(yīng)力混凝土樁。

預(yù)應(yīng)力混凝土樁是指將鋼筋混凝土樁的部分或全部主筋作為預(yù)應(yīng)力張拉鋼筋，采用先張法或后張法對樁身混凝土施加預(yù)壓應(yīng)力，以減小樁身混凝土的錘擊拉應(yīng)力和彎拉應(yīng)力，提高樁的抗沖（錘）擊能與抗彎能力。其特點(diǎn)為：強(qiáng)度高、抗裂性好。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁采用先張法預(yù)應(yīng)力工藝和離心成型法制作。樁的下端設(shè)置十字型樁尖、圓錐型樁尖或開口型樁尖。3）鋼樁工程常用的鋼樁有H型鋼樁以及下端開口或閉口的鋼管樁等。

H型鋼樁的橫截面大都呈正方形，截面尺寸為200×200mm~360×410mm，翼緣和腹板的厚度為9~26mm。H型鋼樁貫人各種土層的能力強(qiáng)，對樁周土的擾動(dòng)亦較小。由于H型鋼樁的橫截面面積較小，因此能提供的端部承載力并不高。特點(diǎn)：鋼樁的穿透能力強(qiáng)，自重輕、錘擊沉樁的效果好，承載能力高，無論起吊、運(yùn)輸或是沉樁、接樁都很方便。但鋼樁的耗鋼量大，成本高，抗腐蝕性能較差，須做表面防腐蝕處理，目前我國只在少數(shù)重要工程中使用。

預(yù)制樁的沉樁方式主要有錘擊法沉樁、振動(dòng)法沉樁及靜壓法沉樁。1）錘擊法（打樁）沉樁系采用蒸汽錘、柴油錘、液壓錘等，依靠沉重的錘芯自由下落以及部分包含液壓產(chǎn)生的沖擊力，將樁體貫入土中，直至設(shè)計(jì)深度。適用于地基土為松散的碎石土（不含大卵石或漂石）、砂土、粉土以及可塑粘性土的情況。

缺點(diǎn)：會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)、擠土和噪聲，引起鄰近建筑物或地下管線的附加沉降或隆起，妨礙人們的正常生活與工作。

措施：施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對鄰近建筑物和地下管線的變形監(jiān)測與施工控制，并采取周密的防護(hù)措施。適用于松軟土地質(zhì)條件和較空曠的地區(qū)。17/28

2）振動(dòng)法沉樁憑借放置于樁頂?shù)恼駝?dòng)錘使樁產(chǎn)生振動(dòng)，從而使樁周土體受擾動(dòng)或液化，強(qiáng)度和阻力大大降低，于是樁體在自重和動(dòng)力荷載作用下沉入土中。適用于可塑狀的粘性土和砂土，對受振動(dòng)時(shí)土的抗剪強(qiáng)度有較大降低的砂土地基和自重不大的鋼樁，沉樁效果更好。選用時(shí)應(yīng)考慮其振動(dòng)、噪聲和擠土效應(yīng)。

3）靜壓法沉樁

采用液壓或機(jī)械方法對樁頂施加靜壓而將樁壓入土中設(shè)計(jì)標(biāo)高。施工過程中無振動(dòng)和噪聲。適宜在軟土地帶城區(qū)施工。但應(yīng)注意，其擠土效應(yīng)仍不可忽略，亦應(yīng)采取防擠措施。靜壓樁機(jī)壓樁力一般約為800kN至5000kN，最大壓樁力已達(dá)8000kN。19/28

沉管灌注樁鉆孔灌注樁挖孔灌注樁爆破灌注樁灌注樁（二）灌注樁指在工程現(xiàn)場通過機(jī)械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成的樁孔內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁。灌注樁的橫截面呈圓形，可以做成大直徑和擴(kuò)底樁。

優(yōu)點(diǎn)：省去了預(yù)制樁的制作、運(yùn)輸、吊裝和打入等工序，樁不承受這些過程中的彎折和錘擊應(yīng)力，節(jié)省了鋼材和造價(jià)。同時(shí)更能適應(yīng)基巖起伏變化劇烈的地質(zhì)條件（適應(yīng)性強(qiáng)）。

缺點(diǎn)：成樁過程完全在地下“隱蔽”完成。施工過程中的許多環(huán)節(jié)把握不當(dāng)則會(huì)影響成樁質(zhì)量。

1、沉管灌注樁

沉管灌注樁是指采用錘擊沉管打樁機(jī)或振動(dòng)沉管打樁機(jī)，將套上預(yù)制鋼筋混凝土樁尖或帶有活瓣樁尖（沉管時(shí)樁尖閉合，拔管時(shí)活瓣張開以便澆灌混凝土）的鋼管沉入土層中成孔，然后邊灌注混凝土、邊錘擊或邊振動(dòng)邊拔出鋼管并安放鋼筋籠而形成的灌注樁。錘擊沉管灌注樁的常用直徑（指預(yù)制樁尖的直徑）為300~500mm，振動(dòng)沉管灌注樁的直徑一般為400~500mm。沉管灌注樁樁長常在20m以內(nèi)，可打至硬塑粘土層或中、粗砂層。優(yōu)點(diǎn)：在鋼管內(nèi)無水環(huán)境中沉放鋼筋籠和澆灌混凝土，為樁身混凝土的質(zhì)量提供了保障。缺點(diǎn)：一是提管速度過快會(huì)造成縮頸、夾泥、甚至斷樁；二是沉管過程中產(chǎn)生擠土效應(yīng)除產(chǎn)生與預(yù)制樁類似的影響處，還可能使混凝土尚未結(jié)硬的鄰樁被剪斷。對策：控制提管速度，并振動(dòng)樁管，不讓管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，提高樁身混凝土的密實(shí)度并保持其連續(xù)性；采用“跳打”順序施工，待混凝土強(qiáng)度足夠時(shí)再在它的近旁施打相鄰樁。

機(jī)器就位沉管澆混凝土撥管、振動(dòng)機(jī)器就位安鋼筋籠，澆混凝土成型

2、鉆孔灌注樁：指各種在地面用機(jī)械方法取土成孔的灌注樁。目前，樁徑為600或650mm的鉆孔灌注樁，國內(nèi)常用回轉(zhuǎn)機(jī)具成孔，樁長10~30m；1200mm以下的鉆（沖）孔灌注樁在鉆進(jìn)時(shí)不下鋼套筒，而是采用泥漿保護(hù)孔壁以防塌孔，清孔（排走孔底沉渣）后，在水下澆灌混凝土。更大直徑（1500-3000mm）的鉆（沖）孔樁一般用鋼套筒護(hù)壁，所用鉆機(jī)具有回旋鉆進(jìn)、沖擊、磨頭磨碎巖石和擴(kuò)大樁底等多種功能，鉆進(jìn)速度快，深度可達(dá)80m。步驟：成孔、沉放導(dǎo)管和鋼筋籠、澆灌水下混凝土成樁。優(yōu)點(diǎn)：施工過程無擠土、無振動(dòng)、噪聲小，對鄰近建筑物及地下管線危害較小，且樁徑不受限制，是城區(qū)高層建筑常用樁型。缺點(diǎn)：泥漿沉淀不易清除，以至使其端部承載力不能充分發(fā)揮，并造成較大沉降。措施：孔底夯填碎石消除淤泥沉淀或樁底注漿，置換與加固沉淀泥漿。

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3、挖孔灌注樁

挖孔樁可采用人工或機(jī)械挖掘成孔，每挖深0.9~1.0m，就現(xiàn)澆或噴射一圈混凝土護(hù)壁（上下圈之間用插筋連接），然后安放鋼筋籠，灌注混凝土而成。人工挖孔樁的樁身直徑一般為800~2000mm，最大可達(dá)3500mm。當(dāng)持力層承載力低于樁身混凝土受壓承載力時(shí)，樁端可擴(kuò)底，視擴(kuò)底端部側(cè)面和樁端持力層土性情況，擴(kuò)底端直徑與樁身直徑之比D/d不宜超過3，最大擴(kuò)底直徑可達(dá)4500mm。

挖孔樁的樁身長度宜限制在30m內(nèi)。當(dāng)樁長L≤8m時(shí)，樁身直徑（不含護(hù)壁）不宜小于0.8m；當(dāng)8m＜L≤15m時(shí)，樁身直徑不宜小于1.0m；當(dāng)15m＜L≤20m時(shí)，樁身直徑不宜小于1.2m;當(dāng)樁長L＞20m時(shí)，樁身直徑應(yīng)適當(dāng)加大。工藝特點(diǎn)：現(xiàn)多用現(xiàn)澆混凝土護(hù)壁。適用環(huán)境：適用于粘性土和地下水位較低，含水砂層易引起流砂坍孔；優(yōu)點(diǎn)：一是直觀性，可在開挖面直接鑒別和檢驗(yàn)孔壁和孔底的土質(zhì)情況；二是能直能測定與控制樁身與樁底的直徑及形狀等，克服“隱蔽性”；三是干作業(yè)，挖土和澆灌混凝土都是在無水環(huán)境下進(jìn)行，避免了泥水對樁身質(zhì)量和承載力的影響；四是施工過程對周圍沒有擠土影響；五是不必采用大型機(jī)械、造價(jià)低，但需注意安全。4、爆擴(kuò)灌注樁爆擴(kuò)灌注樁是指就地成孔后，在孔底放人炸藥包并灌注適量混凝土后，用炸藥爆炸擴(kuò)大孔底，再安放鋼筋籠，灌注樁身混凝土而成的樁。爆擴(kuò)樁的樁身直徑一般為200~350mm，擴(kuò)大頭直徑一般取樁身直徑的2~3倍，樁長一般為4~6m，最深不超過10m。這種樁的適應(yīng)性強(qiáng)，除軟土的新填土外，其他各種地層均可用，最適宜在粘土中成型并支承在堅(jiān)硬密實(shí)土層上的情況。我國常用灌注樁的適用范圍見下頁表預(yù)制樁制作成品預(yù)制樁

人工挖孔灌注樁成孔等待下放的鋼筋籠

（三）按樁的成型方式效應(yīng)分類：

——擠土樁、部分?jǐn)D土樁和非擠土樁樁的成型方式（打入或鉆孔成樁等）不同，樁周土受到的擠土作用也很不相同。擠土作用會(huì)引起樁周土的天然結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀態(tài)和性質(zhì)產(chǎn)生變化，從而影響樁的承載力，這種變化與土的類別、性質(zhì)特別是土的靈敏度、密實(shí)度和飽和度有密切關(guān)系。對摩擦型樁，成樁后的承載力還隨時(shí)間呈一定程式的增長，一般來說，初期增長速度較快，隨后逐級變緩，一段時(shí)間后則趨于某一極限值。根據(jù)成樁方法對樁周土層的影響，樁可分為擠土樁、部分?jǐn)D土樁和非擠土樁三類。（1）擠土樁(也稱排土樁)：這類樁在設(shè)置過程中，樁周土被擠開，使土的工程性質(zhì)與天然狀態(tài)比較，發(fā)生較大變化。擠土樁主要包括打入或壓入預(yù)制混凝土樁、封底鋼管樁和混凝土管樁和沉管式的灌注樁等；擠土樁的成樁效應(yīng):①粘性土：表現(xiàn)為樁側(cè)土受到擠壓、擾動(dòng)、重塑，產(chǎn)生超孔隙水壓力，飽和粘性土中，可能會(huì)因鄰近土體產(chǎn)生橫向位移和豎向隆起而使臨近先打入的樁被推移或被抬起，或?qū)︵徑慕Y(jié)構(gòu)物造成重大影響。隨后超孔隙水壓力消散、產(chǎn)生再固結(jié)和觸變恢復(fù)。擠土效應(yīng)將使樁周土產(chǎn)生壓縮增強(qiáng)效應(yīng)，使側(cè)阻力提高。但壓縮增強(qiáng)效應(yīng)有限，與土的強(qiáng)度、模量、泊松比有關(guān)。②砂土：非密實(shí)砂土中的擠土樁，樁周土因側(cè)向擠壓而趨于密實(shí)，土的相對密實(shí)度提高。擠密范圍樁側(cè)可達(dá)3~5.5倍樁徑，樁端可達(dá)2.5~4.5倍樁徑。樁群的樁周土擠密效應(yīng)更為顯著。從而使樁的承載力提高。

（2）部分?jǐn)D土樁(也稱少量排土樁)：這類樁在設(shè)置過程中，由于擠土作用輕微，故樁周土的工程性質(zhì)變化不大。這類樁主要有打入的截面厚度不大的工字型和