常见桩基础的分类与选用

2010-09-19王建华

地质装备 2010年6期

关键词：管桩桩基础灌注桩

王建华

(中国地质科学院勘探技术研究河北廊坊 065000)

常见桩基础的分类与选用

王建华

(中国地质科学院勘探技术研究河北廊坊 065000)

桩基础是最常用的一种深基础,当地基浅层土质不良,采用浅基础无法满足结构物地基强度、变形及稳定性方面的要求,且又不适宜采取地基处理措施时,往往需要考虑桩基础。本文介绍了目前常见的桩基础分类,并对各类桩基础的适用范围进行了介绍。

桩基础桩的分类桩的适应范围

桩基础在工程中有多方面的应用,就房屋建筑工程而言,桩基础适用于上部土层软弱而下部土层坚实的场地。具体地说,下列情况往往适宜采用桩基础:

(1)高重建筑物下,天然地基承载力与变形不能满足要求时;

(2)地基软弱,且采用地基加固措施技术上不可行或经济上不合理时;

(3)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差异沉降限制的要求时;

(4)地基土性不稳定,如液化土、湿陷性黄土、季节性冻土、膨胀土等,要求采用桩基将荷载传至深部土性稳定的土层时;

(5)建筑物受到相邻建筑物或地面堆载影响,采用浅基础将会产生过量沉降或倾斜时。

桩基已成为软弱地基上高、重建筑物、桥梁、码头、海洋平台等结构的最常用的基础形式。

1 桩基础的分类

桩可按承载性状、使用功能、桩身材料、成桩方法和工艺、桩径大小等进行分类。

1.1 按承载性状分类

1.1.1 摩擦型桩

(1)摩擦桩:竖向荷载下,基桩的承载力以桩侧摩阻力为主,外部荷载主要通过桩身侧表面与土层之间的摩擦阻力传递给周围的土层,桩尖部分承受的荷载很小。主要用于岩层埋置很深的地基。这类桩基的沉降较大,稳定时间也较长。

(2)端承摩擦桩:在极限承载力状态下,桩顶荷载主要由桩侧摩擦阻力承受。即在外荷载作用下,桩的端阻力和侧壁摩擦力都同时发挥作用,但桩侧摩擦阻力大于桩尖阻力。如穿过软弱地层嵌入较坚实的硬粘土的桩。

1.1.2 端承型桩

(1)端承桩:在极限荷载作用状态下,桩顶荷载由桩端阻力承受的桩。如通过软弱土层桩尖嵌入基岩的桩,外部荷载通过桩身直接传给基岩,桩的承载力由桩的端部提供,不考虑桩侧摩擦阻力的作用。

(2)摩擦端承桩:在极限承载力状态下,桩顶荷载主要由桩端阻力承受的桩。如通过软弱土层桩尖嵌入基岩的桩,由于桩的细长比很大,在外部荷载作用下,桩身被压缩,使桩侧摩擦阻力得到部分地发挥。

1.2 按桩的使用功能分类

(1)竖向抗压桩:竖向抗压桩主要承受竖向荷载,是主要的受荷形式。根据荷载传递特征,可分为摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩及端承桩四类。

(2)竖向抗拔桩:主要承受竖向抗拔荷载的桩,应进行桩身强度和抗裂性能以及抗拔承载力验算。

(3)水平受荷桩:港口工程的板桩、基坑的支护桩等,都是主要承受水平荷载的桩。桩身的稳定依靠桩侧土的抗力,往往还设置水平支撑或拉锚以承受部分水平力。

(4)复合受荷桩:承受竖向、水平荷载均较大的桩,应按竖向抗压桩及水平受荷桩的要求进行验算。

1.3 按桩身材料分类

根据桩身材料可分为混凝土桩、钢桩和组合材料桩等。

1.3.1 混凝土桩

混凝土桩是目前应用最广泛的桩,具有制作方便,桩身强度高,耐腐蚀性能好,价格较低等优点。它可分为预制混凝土方桩、预应力混凝土空心管桩和灌注混凝土桩等。

(1)预制混凝土方桩多为钢筋混凝土桩,断面尺寸一般为200mm×200mm～500mm×500mm,单节长十余米,可根据需要将单节桩连接成所需桩长。

(2)预应力混凝土空心管桩为工厂化预制生产,高压蒸汽养护,断面外径尺寸一般为350～600mm,壁厚80～l00mm,单节长十余米,可根据需要将单节桩连接成所需桩长。

(3)灌注混凝土桩是用桩机设备(泥浆护壁钻进、冲孔、旋挖)在施工现场就地成孔,在孔内放置钢筋笼,浇筑混凝土,桩深度和直径可根据受力的需要,由设计确定。

1.3.2 钢桩

由钢管桩和型钢桩组成。钢桩桩身材料强度高,桩身表面积大而截面积小,在沉桩时贯透能力强而挤土影响小,在饱和软粘土地区可减少对邻近建筑物的影响。型钢桩常见有工字形钢桩和 H形钢桩。钢管桩由各种直径和壁厚的无缝钢管制成。由于钢桩价格昂贵,耐腐蚀性能差,应用受到一定的限制。

1.3.3 组合材料桩

组合材料桩是指一根桩由两种以上材料组成的桩。如钢管混凝土桩或上部为钢管下部为混凝土的桩。

1.4 按成桩方法分类

一般分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩3类。

(1)非挤土桩(也称非排土桩)。是指成桩过程中桩周土体基本不受挤压的桩。在成桩过程中,将与桩体积相同的土挖出,因而桩周围的土很少受到扰动。这类桩主要有干作业法、泥浆护壁法和套管护壁法钻挖孔灌注桩,或钻孔桩、井筒管桩和预钻孔埋桩等。

(2)部分挤土桩(也称少量排土桩)。这类桩在设置过程中,由于挤土作用轻微,故桩周土的工程性质变化不大。这类桩主要有打入的截面厚度不大的工字型和 H型钢桩、开口钢管桩和螺旋钻成孔桩等。

(3)挤土桩(也称排土桩)。在成桩过程中,桩周围的土被挤密或挤开,使桩周围的土受到严重扰动,土的原始结构遭到破坏,土的工程性质发生很大变化。挤土桩主要有打入或压入的混凝土方桩、预应力管桩、钢管桩和木桩,另外沉管式灌注桩也属于挤土桩等。

1.5 按桩径大小分类

(1)小桩:d≤250mm;

(2)中等直径桩:250mm

(3)大直径桩:d≥800mm。

1.6 按承台底面的相对位置分类

(1)高承台桩基:由于结构设计上的需要,群桩承台底面有时设在地面或局部冲刷线之上,这种桩基称为高承台桩基。这种桩基在桥梁、港口等工程中常用;

(2)低承台桩基:凡是承台底面埋置于地面或局部冲刷线以下的桩基称为低承台桩基。房屋建筑工程的桩基多属于这一类。

此外,工程桩的类型还有夯扩桩、碎石桩、CFG桩、沉管灌注桩等。

2 桩基础类型的选择

基础桩具承载力高,沉降量小且均匀沉降速率缓慢等特点。

桩基础由桩及承台组成,且承台均为钢筋混凝土低桩成台,桩分为混凝土现场灌注桩和混凝土预制桩。灌注桩包括沉管桩、钻(冲)孔桩、人工挖孔桩、钢管护壁机械成孔桩,内击式沉管灌注桩;预制桩包括方桩、预应力方桩及预应力管桩等。

桩分为摩擦型桩和端承型桩。摩擦型桩指桩顶竖向荷载由桩侧摩阻力,或由桩侧摩阻力与桩端阻力共同承担;端承桩指桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承担。桩型选择应根据工程地质情况、结构类型及荷载大小、施工环境及施工机械等综合确定。

桩基础类型的选择应根据工程性质、地质情况、施工条件、施工对环境的影响以及综合经济效益诸因素进行比较择优采用。

(1)当浅部地层较软弱时,地基承载力或变形不能满足承载力设计要求时,虽可采用浅基础,但不经济时可采用桩基础。

(2)应选择较硬土层或岩层作为桩端持力层。桩端进入持力层深度,对于粘性土、粉土、砂土、全风化、强风化软质岩等,不宜小于2d,对于卵石、碎石土、强风化硬质岩等,不宜小于1d。桩端进入中、微风化岩的嵌岩桩,桩全断面嵌入岩层的深度不宜小于0.5m。嵌入灰岩或其他微风化硬质岩时,嵌岩深度可适当减少,但不宜少于0.2m。

(3)桩周围存在可液化土层时,基桩应予穿过,进入稳定土层的深度应由计算确定。

(4)岩溶地区的桩基不宜采用直接支承于基岩面上的预制桩。岩溶地区目前采用CM桩三维高强复合地基处理岩溶地基基础。C桩可采用钻孔灌注桩、沉管桩、长螺旋压灌桩、预应力管桩;M桩可采用深层搅拌桩(干法和湿法)、高压旋喷、低标号现浇桩。

(5)当地层不存在淤泥、砂层,地下水贫乏、补给源不丰富时,也可采用人工挖孔桩和扩大头人工挖孔桩,但孔深不超过25 m。

(6)当地层存在淤泥、砂层时,可采用深层搅拌桩、预应力管桩。预应力管桩可承受垂直荷载、水平荷载、抗拔力以及机器震动动力作用,由单根、双根或多根桩组成,桩顶设承台,把各桩连成整体,将上部结构的荷载传递给桩。

(7)管桩适用于非抗震和抗震防烈度6～8度的地区。管桩基础宜选择强风化岩或全风化岩、坚硬黏性土、密实砂土等岩土层作为桩端持力层。

综上,目前高层建筑桩基础进入稳定中、微风化岩的嵌岩桩包含:钢筋混凝土桩、钢管;作为摩擦桩或软土复合地基加固的桩包含:预应力管桩、砂(碎)石桩、木桩、灰土桩等。

典型桩基础类型及应用条件见表1。