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深基础详细讲解(桩基础与沉井)

467 2021-04-16 10:11:09

一、桩基础

桩是竖立或微倾斜的基础构造,它的横截面尺寸比长度小得多(墩则相对于桩长度来说长度较小,截面尺寸较大),桩是被埋置土中,把作用于上部结构的荷载和力传递给地基土 (基岩)。桩基础一般情况下属于深基础类型。在解决基础问题时,通常在下列情况下采用桩基础∶

1.当具有可靠承载力的土(岩)层埋藏于较大深度时; 2.直接在结构物下面的土层有可能被侵蚀、冲刷时; 3.当上部结构把很重的集中荷载传递给基础时;

4.当上部结构传递下来是非常大的竖向以及(或者)水平荷载时; 5.建(构)筑物对不均匀沉降非常敏感时; 6.位于河岸、滨海等处的建(构)筑物; 7.地下水位很高时。

桩的类型很多,因此应据建筑结构的类型、荷载性质,桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层土类,地下水位、施工环境、施工设备、施工经验,制桩材料供应条件等,选择经济合理、安全使用的桩型和成桩工艺。

岩土工程

本节所讨论的是专指在已选定采用桩基础情况下的岩土工程勘察,不包含基础方案选择与论证的勘察内容。

1.桩基础工程岩土工程勘察的任务和内容

桩基础岩土工程勘察应结合场地工程地质条件,针对工程性质及桩型的选定,突出重点,以满足设计、施工需要为主要原则,具体来说应是∶

(1)查明场地各层岩土的类型、深度、分布、工程特性和变化规律;

(2)当采用基岩作为桩的持力层时,应查明基岩的岩性、构造、岩面变化、风化程度,确定其坚硬程度、完整程度和基本质量等级,判定有无洞穴、临空面、破碎岩体或软

弱岩层;

(3)查明水文地质条件,评价地下水对桩基设计和施工的影响,判定水质对建筑材料的腐蚀性;

(4)查明不良地质作用,可液化土层和特殊性岩土的分布及其对桩基的危害程度,并提出防治措施的建议;

(5)评价成桩可能性,论证桩的施工条件及其对环境的影响。

查明基岩的构造,包括产状、断裂、裂隙发育程度以及破碎带宽度和充填物等,除通过钻探、井探手段外,尚可根据具体情况辅以地表露头的调查测绘和物探等方法。除此外,尚应查明基岩的风化程度及其厚度,确定基岩的坚硬程度、完整程度和基本质量等级。这对干选择基岩为桩基持力层时是非常必要的。查明持力层下—定深度范围内有无洞穴、临空面、破碎岩体或软弱岩层,对桩的稳定也是非常重要的。再者,打入预制桩和挤十成桩的灌注桩的振动、挤十对周围既有建筑物、道路、地下管线设施和附近精密仪器设备基础等带来的危害及其噪声等公害,故评价成桩可能性也是非常必要的。

2.勘探点布置

由于桩基绝大多数用于高层及重大建筑物,其单位荷载大,在设计上只允许较小的不均匀沉降,为满足设计中验算地基强度和变形需要,勘察中要求查明拟建建筑物范围内地层分布规律、均匀性,勘探点应布置在柱列线位置上,群桩应据建筑物的体型布置在建筑物轮廓的角点、中心和周边位置上。勘探点的间距取决于岩、土条件的复杂程度。因桩基础设计最为疑惑的是持力层层面起伏情况及性状不明,因此勘探点的布置应以能控制持力层层面坡度、厚度、岩土性状为原则,间距可为 10~30m,但相邻勘探点的持力层层面高差应小于 2m,如果层面高差或坡度大于 10% 或岩土性状变化较大时,则应适当加密,当岩土条件复杂时每个柱下单桩和大口径桩,可布置1个勘探点。

(1)初勘阶段可根据拟建场地形状按网格状和梅花形布置勘探孔,对高架道路、桥梁等线形工程可沿拟选轴线布置勘探孔。勘探孔间距随场地复杂程度而定,一般为 50~200m。

(2)详勘阶段应根据建、构筑物的平面形状,在建、构筑物(高架道路、桥梁等架空工程的桩基承台)中心、角点或周边布置勘探孔。

勘探孔的间距取决于岩土条件的复杂程度。根据北京、上海、广州、深圳、成都等许多地区的经验,桩基持力层为一般黏性土、砂卵石或软土,勘探孔的间距多数在 12~35m之间。桩基设计,特别是预制桩,最为担心的就是持力层起伏情况不清。而造成截桩或接桩。为此,应控制相邻勘探孔揭露的持力层层面坡度、厚度以及岩土性状的变化。勘探孔间距如下∶

①对端承桩宜为 12~24m,相邻勘探孔揭露的持力层层面高差宜控制为1~2m;当相邻两个勘察点揭露出的桩端持力层层面坡度大于10%或持力层起伏较大、地层分布复杂时,应根据具体工程条件适当加密勘探点。

②对摩擦桩宜为 20~35m;当地层条件复杂,影响成桩或设计有特殊要求时,或者遇到土层的性质或状态在水平方向分布变化较大,或存在可能影响成桩的土层时,应适当加密勘探点。

③复杂地基的一柱一桩工程,宜每柱设置勘探孔。

④单栋高层建筑以及跨径≥100m 的桥梁主墩承台,或面积大于 400m²的承台,勘探孔不应少于4个。

3.勘探点深度

由设计要求对勘探深度的要求,既要满足选择持力层的需求,又要满足计算基础沉降的需求。因此,对勘探孔有控制性孔和一般性孔(包括钻探取土孔和原位测试孔)之分。勘探孔深度的确定如下∶

(1)一般性勘探孔的深度应达到预计桩长以下 3~5d(d 为桩径),且不得小于 3m;对大直径桩,不得小于 5m;

(2)控制性勘探孔深度应满足下卧层验算要求;对需验算沉降的桩基,应超过地基变形计算深度;控制性勘探孔宜占勘探孔总数的 1/3~1/2;对高层建筑,每栋至少应有 1个控制性勘探孔;对甲级的建筑桩基,场地至少应布置 3 个控制性勘探孔,对乙级的建筑桩基,场地至少应布置 2 个控制性勘探孔;

(3)钻至预计深度遇软弱层时,应予加深;在预计勘探孔深度内遇稳定坚实岩土时,可适当减小;

(4)对嵌岩桩,应钻入预计嵌岩面以下 3~5d,并穿过溶洞、破碎带、到达稳定地层;

(5)在岩溶、断层破碎带地区,应查明溶洞、溶沟、溶槽、石笋等的分布情况,钻孔应钻穿溶洞或断层破碎带进入稳定土层,进入深度应满足上述控制性钻孔和一般性钻孔,的要求;

(6)对可能有多种桩长方案时,应根据最长桩方案确定。 

4.测试与试验

对于桩基础的稳定性评价所需指标在许多方面不同于一般的基础评价要求,因此室内土工试验仅作常规的试验已无法满足要求,目前常做的有三轴剪切试验、无侧限抗压强度试验、高压固结试验等,具体的试验项目应根据场地的岩土特性、桩基下卧层性质,结合工程性质及对沉降控制的要求等确定。每—主要十层均应采取不少干 6 件的十样,或原位测试不少于 6 次,但对于支承在坚硬土层或岩层上的端承桩或摩擦端承桩,桩端以上土层的土试样或原位测试可适当减少。

三轴试验的不排水抗剪强度 cu值,或无侧限抗压强度 g,主要用于估算桩侧摩擦阳力、验算桩持力层和下卧层强度。据经验,桩侧极限摩擦阻力近似等于 c,值。而桩端持力层和下卧层的验算要求是桩基础底部有效附加应力应小于或等于桩端持力层和下卧层的允许有效附加压力,因此桩端持力层和桩端下压缩层深度内存在黏性土 (特别是软弱黏性十),则应做三轴不排水剪切试验或无侧限抗压试验。对干压缩试验应尽可能考虑十的应力历史的影响,固结试验的最终压力应大于桩端下附加压力和自重应力之和,提出完整的 e-lgp曲线,获取先期固结压力、压缩指数 C。回弹指数 C. 等,用干地基固结沉降的计算方法来计算桩沉降量。对于基岩作桩端持力层,应采取岩样进行单轴于燥极限抗压强度和饱和极限抗压强度试验,对岩石进行分类和评价,确定承载能力,必要时还应进行浸水软化试验,判定岩石抗风化、耐水没的能力。对软岩和极软岩,可进行天然湿度的单轴抗压强度试验。对无法取样的破碎和极破碎的岩石,宜进行原位测试。对需估算沉降的桩基工程,应进行压缩试验,最大压力应大于上覆自重压力与附加压力之和。

原位测试可以获得钻探取样而无法获得的指标参数,以满足桩基础设计和施工的需要。然而由于各地区地质条件差异,难以统一规定原位测试手段,恰当的做法是根据地区经验和地质条件选择合适的原位测试手段与钻探配合进行,积累和建立选择评价桩基础持力层、估算单桩极限承载力,分析沉降可能性等方面的有价值的经验和估算方法。例如,上海地区的软土地基条件,静力触探已成为桩基勘察中必不可少的测试手段,成都、北京等地区的卵石层地层中,重型动力触探为选择持力层起到了很好的作用。

《高层建筑岩土工程勘察规程》JGJ 72—2004 对于桩基岩土工程勘察也提出相应的技术要求。