1、基礎工程電 話： E-mail:第 06 講16.1 樁的定義與分類6.2 樁的設計原則6.3 單樁豎向抗壓承載力6.4 樁基負摩阻力6.5 樁基抗拔承載力6.6 基樁水平承載力6.7基樁內部穩定驗算6.8樁基內力和位移計算主要內容6.0 深基礎26.0 深基礎深基礎：位于地基深處承載力較高的土層上，埋置深度大于5m或大于基礎寬度的基礎，稱為深基礎，如樁基、地下連續墻、墩基和沉井等。 34樁基礎567河姆渡遺址8河姆渡遺址910 (1) 軟弱地基或某些特殊性土上，各類永久性建筑物，不允許地基有過大沉降和不均勻沉降； (2) 在地震區，以樁基作為地震區結構抗震措施或穿越可液化地基時； (3) 對

2、于高重建筑物，如高層建筑、重型工業廠房和倉庫、料倉等，地基承載力不能滿足設計需要時； (4) 對橋梁、碼頭、煙囪、輸電塔等結構，宜采用樁基以承受較大的水平力和上拔力時； (5) 對精密或大型的設備基礎，需要減小基礎振幅、減弱基礎振動對結構的影響時； (6) 水上基礎，當施工水位較高或河床沖刷較大，采用淺基礎施工困難或不能保證基礎的安全時。 結構與荷載地基施工樁基礎作為承受重荷載建筑物基礎，應用范圍廣。適用條件11為了滿足結構物的要求，適應地基的特點，在土木工程結構的實踐中形成了各種類型的深基礎，其中沉井基礎，尤其是重型沉井、深水浮運鋼筋混凝土沉井和鋼沉井，在國內外已有廣泛的應用和發展。如我國的

3、南京長江大橋、天津永和斜拉橋、美國的Stlouis大橋等均采用了沉井基礎。目前，在其構造、施工和技術方面我國均已進入世界先進水平，并具有自己獨特的特點 沉井基礎1213沉井基礎的特點沉井是一種四周有壁、下部無底、上部無蓋、側壁下部有刃腳的筒形結構物。通常用鋼筋混凝土制成。它通過從井孔內挖土，借助自身重量克服井壁摩阻力下沉至設計標高，再經混凝土封底并填塞井孔，便可成為橋梁墩臺或其他結構物的基礎 1415適用條件當上部荷載較大，結構對基礎的變位敏感，而表層地基土的允許承載力不足，做擴大基礎開挖工作量大以及支撐困難，但在一定深度下有好的持力層時，采用沉井基礎與其他深基礎相比較，經濟上較為合理時。在山

4、區河流中，雖然淺層土質較好，但沖刷大，或河中有較大卵石不便樁基礎施工的情況巖層表面較平坦且覆蓋層薄，但河水較深；采用擴大基礎施工圍堰時有困難時。總的來說根據經濟合理和施工可行的原則，考慮是否采用沉井基礎 16沉井基礎的類型按沉井施工方法的分類 沉井按不同的下沉方式分為就地制造下沉的沉井與浮運沉井。就地制造下沉的沉井是在基礎設計的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基礎位置在水中，需先在水中筑島，再在島上筑井下沉，如圖。在深水地區，筑島有困難或不經濟，或有礙通航，或河流流速大，可在岸邊制筑沉井拖運到設計位置下沉，這類沉井叫浮運沉井 1718沉井按外觀形狀分類 在平面上可分為單孔或多孔的圓形、矩

5、形、圓端沉井及網格形，如圖所示。圓形沉井受力好，適用于河水主流方向易變的河流。矩形沉井制作方便，但四角處的土不易挖除，河流水流也不順。圓端形沉井兼有兩者的優點也在一定程度上兼有兩者的缺點，是工程中常用的基礎類型 按沉井的立面形狀 沉井豎直剖面外形主要有豎直式、傾斜式及階梯式等。采用哪種形式主要視沉井需要通過的土層性質和下沉深度而定 1920按沉井的建筑材料分類混凝土沉井鋼混沉井竹筋沉井鋼沉井21沉箱基礎沉箱基礎又稱之氣壓沉箱基礎，它是以氣壓沉箱來修筑的橋梁墩臺或其他構筑物的基礎。沉箱形似有頂蓋的沉井。在水下修筑大橋時，若用沉井基礎施工有困難，則改用氣壓沉箱施工，并用沉箱作基礎。它是一種較好的施

6、工方法和基礎形式。工作原理是：當沉箱在水下就位后，將壓縮空氣壓人沉箱室內部，排出其中的水，這樣施工人員就能在箱內進行挖土施工，并通過升降筒和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重和頂面壓重作用下逐步下沉至設計標高，最后用混凝土填實工作室，即成為沉箱基礎，如圖所示。由于施工過程中通人壓縮空氣，使其氣壓保持或接近刃腳處的靜水壓力，故稱為氣壓沉箱 2223沉箱和沉井一樣，可以就地建造下沉，也可以在岸邊建造，然后浮運至橋基位置穿過深水定位。當下沉處是很深的軟弱層或者受沖刷的河底時，應采用浮運式。我國在深水急流中修建了不少橋梁，已積累了豐富的深水基礎工程設計和施工技術。如采用大型管柱基礎來取代氣壓沉箱的施工

7、方法，管柱直徑從1.5m發展到5.8m，水下深度達64m。在沉井施工方面，成功地開發了先進的觸變泥漿套下沉技術，大幅度地減少了圬工數量，并使下沉速度加快311倍。剛竣工的江陰長江大橋，其支承懸索的北岸錨錠的沉井的平面尺寸達69m51m，埋深58m，是世界上平面尺寸最大的沉井基礎。大型深水基礎還成功地采用雙壁鋼圍堰內抽水封底并加管柱鉆孔的型式，圍堰直徑達3040m。還廣泛地采用和推廣了大直徑鉆孔灌注樁基礎，直徑1.53.0m，并對更大直徑的空心樁研究取得初步成果。如北鎮黃河公路橋采用鉆孔深度已達到104m。 24深基礎還有兩種類型：地下連續墻和墩基礎，它們也是土木工程中常用的基礎工程形式。最近在

8、大型基礎上已開始大量采用地下連續墻的施工方法。 25262728293031323334353637泥漿配置泥漿測試38成槽開挖394041鋼筋籠制作42鋼筋籠起吊43鋼筋籠入槽44鎖口管吊放 45混凝土澆灌46鎖口管起拔4748設置方向周圍介質結構特性 定義6.1 樁的定義與分類垂直或微斜埋置于土巖中的受力桿件基礎構件。荷載傳遞至樁周和樁端深層土巖主要承受垂直荷載也可承受水平荷載作用基本要素49樁與基樁樁基礎 設置于土中的豎直或傾斜的柱型構件，在豎向荷載作用下，通過樁土之間的摩擦力（樁側摩阻力）和樁端土的承載力（樁端阻力）來承受和傳遞上部結構的荷載。樁基礎中的樁稱之為基樁 樁與連接樁頂的承臺

9、共同組成樁基礎，簡稱樁基。 50基 礎 工 程 豎向承載力高；沉降變形量小；具有一定抗水平、抗拉和拔傾覆性能；可穿越不良土層。樁基礎功能突出優點（1）樁支承于堅硬的（基巖、密實的卵礫石層）或較硬的（硬塑粘性土、中密砂等）持力層，具有較高的豎向單樁承載力或群樁承載力。 （2）樁基具有很大的豎向單樁剛度（端承樁）或群樁剛度（摩擦樁），在自重或相鄰荷載影響下，不產生過大的不均勻沉降，并確保建筑物的傾斜不超過允許范圍。 （3）憑借較大的單樁側向剛度（大直徑樁）或群樁基礎的側向剛度及其整體抗傾覆能力，抵御由于風和地震等引起的水平荷載與力矩荷載，保證建筑物的抗傾覆穩定性。 （4）樁身穿過可液化土層而支承于

10、穩定的堅實土層或嵌固于基巖，在地震造成淺部土層液化與震陷的情況下，樁基憑靠深部穩固土層仍具有足夠的抗壓與抗拔承載力，從而確保建筑的穩定，且不產生過大的沉陷與傾斜。 51樁基礎工程應用52樁的分類樁基分類樁和樁基的分類樁基數量承臺位置承載性狀施工方法設置效應使用功能53樁基礎分類樁數n單樁基礎群樁基礎單根樁形式承受或傳遞上部荷載獨立基礎2根或以上多根樁群和上部承臺組合形式承受或傳遞上部荷載的基礎群樁基礎中一根樁稱為基樁54樁基礎分類承臺承臺地面相對位置承臺類型高承臺樁基礎低承臺樁基礎55高樁承臺：承臺底面位于地面(或沖刷線)以上，低樁承臺：底面位于地面(或沖刷線)以下。高承臺樁基礎由于承臺位置較

11、高或設在施工水位以上，可減少墩臺的圬工數量，避免或減少水下作業，施工較為方便，且更經濟。 然而，高承臺樁基礎剛度較小，在水平力作用下，由于承臺及基樁露出地面的一段自由長度周圍無土來共同承受水平外力，基樁的受力情況較為不利，樁身內力和位移都將大于在同樣水平外力作用下的低承臺樁基礎，在穩定性方面低承臺樁基礎也較高承臺樁基礎更好。 56基樁分類使用功能豎向抗壓樁豎向抗拔樁水平受荷樁復合受荷樁57基樁分類承載性能摩擦型樁端承型樁摩擦樁端承摩擦樁端承樁l/d10摩擦端承樁58木樁鋼筋混凝土樁基樁分類材料鋼樁組合樁59就地灌注不同樁身材料的樁及其構造就地灌注鋼筋混凝土樁60鋼筋混凝土預制樁61鋼樁木樁62

12、承臺（蓋梁)及樁與承臺的聯結63基樁分類設置效應擠土樁部分擠土樁非擠土樁64飽和軟土中擠土效應65 沉樁過程中，樁周土體受到徑向擠壓和豎向剪切作用，樁側一定范圍內土的應力應變狀態變化土體結構、密度及含水量改變，導致土的物理力學性質也發生改變。靈敏粘土易產生軟化，從樁兩側擠出地表，土體隆起較大；非靈敏粘土如硬粘土、細砂和粗砂等土層，隆起量小得多。 高靈敏度軟粘土中產生較高的超孔隙水壓力，大幅度降低了土體中的有效應力； 對已打入土中的樁產生擠壓，使其樁頂偏位、樁身撓曲、向上浮（拔）起； 土體垂直隆起和水平位移，波及到沉樁范圍外一定距離，對周圍環境產生危害； 沉樁后超孔隙水壓力消散，樁周土體再固結導

13、致附加沉降，土與承臺脫離，可引起周圍建筑物附加不均勻下沉；同時當壓縮量大于樁尖下沉量時，樁側受到負摩阻力作用。擠土效應66小樁 d250mm普通樁 250d800mm大直徑樁 d800mm 基樁分類樁徑、樁長深長樁：樁長40m 超常樁：樁長50m 基樁分類施工方法預制樁灌注樁打入樁(錘擊樁）振動下沉樁靜力壓樁鉆孔、挖孔灌注樁沉管灌注樁爆擴樁67樁的施工工藝預制樁 預制樁系指借助于專用機械設備將預先制作好的具有一定形狀、剛度與構造的樁桿打入、壓入、或振入土中的樁型。 預制樁的種類預制鋼筋混凝土樁；預應力鋼筋混凝土樁；鋼樁：鋼管樁和H形樁。686970灌注樁 灌注樁系指在工程現場通過機械鉆孔、鋼管

14、擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成的樁孔內放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁。 灌注樁分為：沉管灌注樁、鉆孔灌注樁和挖孔灌注樁等幾大類。成孔方法717273鉆孔灌注樁準備場地；埋置護筒；制備泥漿；安裝鉆機或鉆架；鉆孔；清孔及吊裝鋼筋骨架（鋼筋籠）；灌注水下混凝土747576777879挖孔灌注樁：無水、少水的密實土層，樁的直徑或邊長不小于1.4m，孔深一般不超過20米。開挖、提升出土、排水、支撐、立模板、吊裝鋼筋籠、灌注混凝上等作業。8081 大直徑錘擊沉管灌注樁是指沉管直徑560mm700mm的錘擊沉管灌注樁，其樁靴和樁管沉到設計的深度后，在樁管內下入鋼筋籠，灌注砼，爾后開啟振動錘和樁機卷揚機

15、，邊振動邊將樁管拔起而成樁。 大直徑錘擊沉管灌注樁82 “全夯式擴底灌注樁”成樁工藝及技術，是采用雙管套合，沉管達到設計的最后貫入度要求后，抽出內管，在外管內灌注砼，然后插入內管并錘擊內管，使外管內的砼擠出管外形成擴大頭，再澆灌并錘擊樁身砼，使其形成密實、擴大的砼樁身。單樁承載力比同類型普通樁提高1.53.0倍。 8384水中樁基礎的施工為了適應水中施工的環境必然要增添浮運沉樁及有關的設備和采用水中施工的特殊方法。 常用的浮運沉樁設備是將樁架安設在駁船或浮箱組合的浮體上，或使用專用的打樁船有時配合使用定位船、吊船等。在組合的船組中備有混凝土工廠、水泵、空氣壓縮機、動力設備、龍門吊或履帶吊車及塔

16、架等施工機具設備。所用設備可根據采用的施工方法和施工條件選擇確定。85淺水中樁基施工：圍堰修筑法，即先筑圍堰，后沉基樁的方法。深水中施工：籠架圍堰和吊箱等施工方法。(1)在導向船上拼制圍籠，拖運至墩位，將圍籠下沉、接高、沉至設計標高，用錨船(定位船)或拋錨定位(2)在圍籠內插打定位樁(可以是基礎的基樁也可以是臨時樁或護筒)，并將圍籠固定在定位樁上；退出導向船 (3)在圍籠上搭設工作平臺安置鉆機或打樁設備(4)沿圍籠插打鋼板樁，組成防水圍堰；(5)完成全部基樁的施工(鉆孔灌注樁或打入樁)；(6)用吸泥機吸泥，開挖基坑；(7)基坑經檢驗后，灌注水下混凝土封底；(8)待封底混凝土達到規定強度后，油水

17、修筑承臺和墩身直至出水面(9)拆除圍籠，拔除鋼板樁。8687888990919293949596各類樁的主要特點 振動、噪聲 預制樁、沉管灌注樁在錘擊或振動法下沉時，施工噪音大，污染環境，不宜在居住區周圍使用。 預制樁用靜壓法施工可消除噪音污染，是城區預制樁的主要施工方法。 鉆孔樁的施工過程振動、噪音小，是城區建筑的常用樁型。 97 預制鋼筋混凝土樁等擠土樁，具有如下危害： 飽和軟土中，密集樁群施工，引起超靜水孔隙水壓力劇增，可達上覆土重1.4倍，甚至更高； 地表隆起，樁區內50m，隆起總體積約為樁入土體積40； 淺層土體水平位移和深層土體位移，影響范圍分別達10倍樁徑和1倍樁長以上。 上述作

18、用導致先打設樁被抬起、偏移，至彎曲或斷裂。 控制沉樁擠土效應是市區選用預制樁的前提。 控制和減輕沉樁擠土影響的方法：設置防振溝、擠土井、預鉆孔、排水砂井、控制沉樁速度以及調整打樁流程等。擠土效應 鉆孔灌注樁、挖孔灌注樁為非擠土樁，對鄰近建筑物及地下管線危害很小。端部開口或半閉口管樁為部分擠土樁，但端部“土塞”的承載力較封閉式樁小。 “土塞”效應98 受設備能力的限制，單節預制樁長度在30m以內，更長時需接樁。 預制鋼筋混凝土樁不易穿透較厚的堅硬地層，沉樁困難時需采用射水輔助振動沉樁法。 由于節長規格無法臨時變更，沉樁無法達到設計標高時，就不得不截樁。 因此除鋼樁、嵌巖樁外，受沉樁能力限制，預制

19、混凝土樁、沉管灌注樁樁徑、樁長不可太大，單樁極限承載力一般不超過6000kN。 沉樁能力與承載力 鉆孔灌注樁直徑可大至12m，樁長可達100m，適用各種地層，樁端不僅可進入微風化基巖，且可擴底，挖孔灌注樁直徑更可擴大至23m。 因此單樁的總承載能力大，單樁極限承載力可達15000kN以上。99江蘇廣電城工地3840噸樁基靜載檢測現場 100深長鉆孔灌注樁L120m/D250cm101 灌注樁的優點是省去了預制樁的制作、運輸、吊裝和打入等工序，樁不承受這些過程中的彎折和錘擊應力，從而節省了鋼材和造價。僅承受軸向壓力時，按工作荷載要求通常只在上部配筋，混凝土不用接頭，節約了鋼的用量，也不需使用高標

20、號混凝土，一般情況下，比預制樁經濟。施工應力與配筋量 預制樁的配筋往往是由搬運起吊和錘擊時的施工工況來控制的，遠遠超過正常工作荷載對強度的要求，因此樁身混凝土標號、含筋率高，主筋要求通長配置，用鋼量大。 102 預制樁接頭常形成樁身的薄弱環節，沉樁的擠土效應可使先打設的樁被抬起，如果接樁不牢固，可使上下兩節樁脫開。 沉管灌注樁擠土效應可能使混凝土尚未結硬的鄰樁被剪斷，對策是采取“跳打”順序施工，待混凝土強度足夠時再在它的近旁施打相鄰樁。 與預制樁相比，灌注樁樁身的混凝土質量不易控制和保證，在地下、水下灌注混凝土過程中容易出現斷樁、縮頸、露筋和夾泥的現象。其中挖孔樁的施工質量比鉆孔樁有保證，但其挖土和澆灌混凝土