桩的分类 2.docx
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桩的分类2
桩的分类
工程技术的不断发展,新型钢桩和钢筋混凝土桩在工程建设中用途越来越广泛。
而不同的桩型特点亦有不同。
按受力情况分类:
摩擦桩——荷载绝大部分由桩周土的摩擦力承担,而桩端阻力可以忽略不计的桩
基桩
端承摩擦桩——荷载主要由桩身摩擦力承担的桩
端承桩——荷载绝大部分由桩尖支承力来承担,而桩侧阻力可以忽略不计的
摩擦端承桩——荷载主要由桩端阻力承担的桩
按施工方法分类:
机械成孔桩
灌注桩人工挖孔桩
沉管灌注桩
钢筋混凝土桩
基桩预制桩预应力混凝土桩
钢桩
水泥土搅拌桩
搅拌桩
其他化学材料搅拌桩
按桩的外型尺寸分类
长桩
基桩
短桩
中长桩
变截面桩
按沉桩方法预制桩可分为打入桩、压入桩、振动沉入桩、旋入桩等。
预制桩按材料可分为普通钢筋混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩。
按桩截面形状又可分为实心桩和空心桩,圆形桩和方形桩、异形桩等。
接桩的方法有钢板角钢焊接,法兰盘加螺栓联结,硫磺胶泥锚固以及机械联结(如插入楔块、销钉联结)等。
混凝土灌注桩按施工方法可分为振动沉管灌注桩、弗朗克桩、钢套管旋入冲抓成孔灌注桩、泥浆护壁成孔灌注桩、预压孔打入灌注桩、预压孔打入混凝土桩以及钻扩孔混凝土灌注桩等。
弗朗克桩在欧洲流行甚广,我国也有用此法施工的工程。
这种方法适用于松散砂、砾及超固结粘土,桩身直径30~60cm,桩长10~24m,管心锤重25~50kN,落距3~5m,单桩容许承载力可达1500kN。
旋转钢管下沉成孔的灌注桩,在钢管底部装有经过淬火的钢齿,可沉入至页岩或砂岩层,直径可达1.5米。
钢管用法兰盘联接,预压孔打入混凝土桩是介于打入桩和灌注桩之间的一种桩型。
其施工步骤是先将钢制的传力杆打入土中0.5~1.0m,然后拔出钢传力杆,往孔中灌注混凝土或砂浆,再将一根预制的钢筋混凝土桩置于孔中,打到预定深度,这种桩的承载力高于普通桩。
钻孔扩底灌注桩,国内外都已广泛地应用,用于住宅及高层建筑。
由机械成孔,直径一般为0.6~2.5m,可一直钻到坚硬密实土层或基岩,但在有砂或粉砂的地下水位以下钻孔时,需要套管,有时将套管留在土中,或用膨润土泥浆护壁。
为增加桩端承载力,常在超固结粘土中设置扩大头,扩大头直径约为桩身直径的2~3倍。
对于打入桩,在砂土地基上打桩,将桩周边砂挤密,挤密区内砂土的内摩擦角增大。
对于中密或密实的砂,在打桩时会引起地表隆起。
对于较松散的砂,打桩初期地表要下沉,每侧下沉扩展的范围距离相当于桩长。
在粘性土中打桩也会引起桩周土的重塑,抗剪强度会有临时的降低,降低值可达到20%~50%。
打桩后,抗剪强度会逐渐提高,有时甚至会超过原来的强度。
打入桩使土内摩擦角相应增大,可通过标准贯入试验确定桩侧摩阻力。
在粘土中打桩也会引起地表面隆起,总隆起量大约相当于群桩总体积的一半。
在深基坑内,打桩会引起坑底隆起。
因周围侧向位移受到限制,基坑的隆起量就比较大。
为减少隆起量,应在开挖前打桩(但需送桩,会降低打桩效率)。
浅埋的筏板基础和不同桩长的摩擦桩,都可用于软粘土层。
补偿筏基由于施工时挖除土方量与上部结构重量相同,因而土中应力影响范围较小,基础沉降甚小。
而长摩擦群桩由于有可能影响范围较大,引起地基的沉降变形量也大,这种情况下桩基础并不一定比浅筏基础方案好。
因此应进行方案比较。
在粘土中的摩擦群桩中,桩间距一般不少于3D。
当桩群的破坏方式从块体破坏转为桩破坏时,其桩间距应大于最佳桩距。
改变桩距尺寸,必然要影响承台尺寸。
加大桩距可减少桩数,但承台尺寸却要增加,这也会影响整个桩基础的工程造价。
在群桩施工中,易造成桩偏离中心线,还需注意到打桩时土体之间相挤压造成隆起及断桩等问题。
如果桩尖持力层岩层的层理面倾斜得很陡,并有张开的横向节理时,端承桩承载力的取值应慎重对待。
桩基承载力包括单桩承载力和群桩承载力,单桩承载力又根据承受荷载状态的不同,分为竖向受压桩、抗拔桩、以及承受水平方向力的桩。
位于粘性土地基中的摩擦群桩还应考虑群桩效应问题。
总之,根据不同建筑荷载要求及场地条件,可使用不同桩型,一些新桩型的发展,又有力地推动了上部结构的发展,为建筑结构的设计提供了许多可选择的方案
桩的分类
桩可按荷载机理、材料、形状、直径(或断面)、长度、使用性能及桩端支承情况等多种范畴进行分类,本节主要涉及以下3种分类方法。
1 按材料分类
桩按材料可分为木桩、钢筋混凝土桩、钢桩及组合材料桩等。
其中,钢筋混凝土桩又可分为普通钢筋混凝土桩(简称RC桩,混凝土强度等级为C15~C40);预应力钢筋混凝土桩(简称PC桩,混凝土强度等级为C40~C80)和预应力高强度混凝土桩(简称PHC桩,混凝土强度等级不低于C80)。
钢桩又可分为钢管桩、钢板桩和H型钢桩。
组合材料桩中有钢管外壳加混凝土内壁的合成桩等。
2 按形状分类
桩按形状可分为圆形桩(实心圆断面桩、空心圆断面桩和管桩)、角形桩(三角形桩、四角形桩、六角形桩、八角形桩、外方内圆空心桩及外方内异形空心桩等)、异形桩(十字形桩、X形桩、楔形桩、扩底桩、桩身扩大桩、树根形桩、梯形桩、锥形桩、T形桩及波纹形锥形桩等)、螺旋桩、带扩大头的钢筋混凝土预制桩、多节桩、多分支承力盘桩、DX桩、凹凸形灌注桩等。
1.1.3 按施工方法分
桩按施工方法可分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩3大类型。
再细分,桩的施工方法超过300种。
施工方法的变化、完善、更新可以说是日新月异。
桩的部分施工类型如图1所示。
以埋入式桩为例,图中仅列出3大类,实际上细分可有60种以上类型;泥浆护壁法钻孔扩底灌注桩的成孔方法亦有40种以上。
图1 桩的施工类型
在面向21世纪之际,桩基础施工技术发展中至少有以下一些动向值得人们关注:
1 桩的尺寸向长、大方向发展
基于高层、超高层建筑物承载的需要,桩径越来越大,桩长越来越长。
欧美及日本的钢管桩长度已达100m以上,桩径超过2500mm;上海金茂大厦钢管桩桩端进入地面下80m的砂层,桩径为914.4mm;温州地区静压式钢筋混凝土预制桩长度已达70m以上,桩断面达600mm×600mm;郑州某工程反循环钻成孔灌注桩直径为1000~1100mm,桩长77.6m;南京长江二桥主塔墩基础反循环钻成孔灌注桩直径为3000mm,深度150m;厦门某工程人工挖孔桩长度为73m,桩径1.8m。
2 桩的尺寸向短、小方向发展
基于老城区改造、老基础托换加固、建筑物纠偏加固、增层以及补桩等需要,小桩及锚杆静压桩技术日趋成熟。
小桩(又称为微形桩或IM桩)实质上是小直径压力注浆桩,桩径为70~250mm,桩长为8~20m。
锚杆静压桩的断面为200mm×200~300mm×300mm;桩段长度取决于施工净空高度和机具情况,为1.0~3.0m,桩入土深度3~30m。
3 向攻克桩成孔难点方向发展
以日本为例,成立由64家基础公司组成的岩层削孔技术协会,研究开发出20余种大直径岩层削孔工法,其中长螺旋钻进成孔法3种、回转钻进成孔法5种、冲击钻进成孔法7种以及全套管回转掘削法9种。
国内也有不少单位成功地研究开发出岩层钻进成孔法及大三石层(大卵砾石层、大抛石层和大孤石层)钻进成孔法。
4 向低公害工法桩方向发展
筒式柴油锤冲击式钢筋混凝土预制桩虽然具有桩身质量较可靠、施工速度快及承载力高等优点,但由于其施工时噪声高、振动大和油污飞溅(三者统称为一次公害)等缺点,在城区的住宅群及公共建筑群等施工中受到很大限制,为此静压式钢筋混凝土预制桩施工技术在国内得到业主的青睐,国外已显现出用液压打桩锤取代筒式柴油锤的趋势。
泥浆护壁法钻、冲孔灌注桩在地下水位高的软土地区虽然被较广泛地采用,但由于泥浆的使用使施工现场不文明,泥浆排除(称为二次公害)的困难,成为施工者头痛之事。
因此钻斗钻成孔灌注桩,因其干取土作业加之所使用的稳定液由专用的仓罐贮存,现场较为文明,在日本建筑业界此类桩型已成为泥浆护壁灌注桩的主力桩型,国内此类桩型的采用亦日趋增多。
贝诺特灌注桩由于环保效果好(噪声低、振动小、无泥浆污染与排放)、施工现场文明,在海内外广泛采用,我国香港地区此类桩型的市场份额约占45%,昆明、温州及北京地区10余个工程已成功地采用此类桩型。
5 向扩孔桩方向发展
北京地区普通直径钻孔扩底灌注桩(桩身直径0.3~0.4m、扩底直径0.8~1.2m)的静载试验结果表明,与相同桩身直径的直孔桩相比,前者的极限荷载为后者的1.7~7.0倍,前者的单位桩体积的极限荷载为后者的1.4~3.0倍。
大直径钻(挖)孔扩底桩具有承载力高、成孔后出土量少、承台面积小等显著优点,在国内外得到广泛应用。
我国的钻孔扩底桩种类有20种以上,日本的大直径钻扩桩工法近30种。
扩孔的成型工艺除钻扩外,还有爆扩、夯扩、振扩、锤扩、压扩、冲扩、注扩、挤扩和挖扩等种类。
6 向异型桩方向发展
为了提高单桩承载力(桩侧摩阻力和桩端阻力)国内外大量发展异型桩。
广义地说,异型桩包括横向截面异化桩和纵向截面异化桩。
挤扩多分支承力盘桩是由桩身、分支、分承力盘和桩根等部分组成的纵横断面均异化的异型桩,其单位桩体积的极限荷载为相应的直孔桩的2倍以上。
7 向埋入式桩方向发展
钢筋混凝土预制桩和钢桩的设桩工艺有打入式、压入式(静压式)和埋入式3种。
前面提到筒式柴油锤冲击式(打入式)施工中存在一次公害。
打入式和压入式设桩工艺在施工中产生挤土效应,使地基土隆起和水平挤动,不同程度地对邻近建筑物和地下管线产生不良影响。
为了消除一次公害和挤土效应,日本在近20多年来开发出埋入式桩工法,共有60余种。
所谓埋入式桩工法是将预制桩沉入到钻成的孔中后,采取某些手段增强桩承载力的工法的总称。
北京地区采用的植桩法,即先用长螺旋钻成孔,穿过硬夹层或可液化层,然后将预制桩放入孔内,最后锤击沉桩使桩端进入设计要求的持力层。
8 向组合式工艺桩方向发展
由于承载力的要求、环境保护的要求及工程地质与水文地质条件的限制等,采用单一工艺的桩型往往满足不了工程要求,实践中经常出现组合式工艺桩。
例如,钻孔扩底灌注桩有成直孔和扩孔两个工艺;桩端压力注浆桩有成孔成桩与成桩后向桩端地层注浆两个工艺;预钻孔打入式预制桩有钻孔、注浆、插桩及轻打(或压入)等工艺。
9 向高强度桩方向发展
随着对打入式预制桩的要求越来越高,诸如高承载力、穿透硬夹层、承受较高的打击应力及快速交货等要求,RC桩便满足不了上述要求,故PC桩和PHC桩使用越来越多。
10 向多种桩身材料方向发展
以灌注桩为例,桩身材料种类亦出现多样化趋势,如普通混凝土、超流态混凝土、无砂混凝土及微膨胀混凝土等。
打入式桩亦有组合材料桩,如钢管外壳加混凝土内壁的合成桩。