第三节 桩基的分类
桩基根据不同的分类标准可以划分不同的桩型。可按桩身材料、成桩方法、直径、桩端形状、横截面形状、扩底形状、承台设置、挤土情况、功能、用途等方面进行分类。
一、按桩身材料分类
1.木桩
木桩只适用于在地下水位以下地层中,因在这种条件下木桩能抵抗真菌的腐蚀而保持耐久性。随着我国木材资源减少,工程实践中早已趋向于不采用木桩。
2.钢桩
钢桩具有断面可变及挤土效应小外,还具有抗冲击性能好、节头易于处理、运输方便、施工质量稳定等优点。钢桩可根据荷载特征制作成各种有利于提高承载能力的断面,如钢管桩、H形或工字形的钢桩以及箱形截面的钢桩等。钢桩的最大缺点是造价高,一般在深厚软土层上的高层建筑物或海洋石油钻采平台基础中使用。
3.钢筋混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩
钢筋混凝土桩的配筋率一般较低,而混凝土取材方便、价格便宜、耐久性好。钢筋混凝土桩既可预制又可现浇(灌注桩),还可以采用预制和现浇组合,适用于各种地层,成桩直径和长度可变范围大。因此,桩基工程中的绝大部分基桩是钢筋混凝土桩。
预应力钢筋混凝土桩:对桩身主筋施加预拉应力,混凝土受预压应力,从而提高起吊时桩身的抗弯能力和冲击沉桩时的抗拉能力,改善抗裂性能,节约钢材。港口中用得最多的是方形空心预应力混凝土桩,它相比实心桩可节省20%的混凝土用料。
近十多年来,先张法预应力混凝土管桩在港口工程、桥梁工程中获得广泛应用,在我国多数采用室内离心成型、高压蒸养法生产,其混凝土强度等级可达C60~C80。管桩按混凝土强度等级分为预应力混凝土管桩(PC)和预应力高强混凝土管桩(PHC)。
4.组合桩
组合桩结合两种桩型的优势,扬长避短,优势互补,达到提高承载力、减小桩顶沉降、降低造价、方便施工的目的,在实际桩基工程施工中得到广泛的应用。如目前内河港口采用的钢护筒嵌岩桩,主要由两部分组成:一是埋入地层一定深度的钢护筒;二是钢护筒内进入地层更深的钢筋混凝土。钢护筒在施工期间以钢护筒的型式出现,主要作用是作为施工措施,施工完毕后,钢护筒和桩芯钢筋混凝土共同受力,如图1-3-1所示。此外还有锚杆嵌岩桩,利用锚杆嵌入岩体使桩与基岩锚固,如图1-3-2所示。
图1-3-1 钢护筒嵌岩桩
图1-3-2 锚杆筒嵌岩桩
二、按成桩方法分类
1.预制桩
预制桩有钢桩、混凝土或预应力混凝土实心桩、管桩等,预制桩可通过锤击、振动、射水、静压或钻孔埋置的方法沉至所需深度的地基内。
2.灌注桩
采用不同的钻(挖)孔方法,在土中形成一定直径的井孔,达到设计标高后,将钢筋骨架(笼)吊入井孔中,灌注混凝土形成桩基础,如图1-3-3所示。灌注桩包括沉管灌注桩、钻孔灌注桩、冲击成孔灌注桩和人工挖孔桩等。
图1-3-3 钻孔灌注桩施工程序
(a)成孔;(b)下导管和钢筋笼;(c)浇灌水下混凝土;(d)成桩
3.就地搅拌桩
就地搅拌桩是利用搅拌和高压将需要处理的地基土和固化剂拌和,通过固化剂的水化、离子交换、团粒化、硬凝等反应就地加固软土形成桩基。常见的有水泥土搅拌桩和石灰土搅拌桩,前者是利用水泥或水泥砂浆作为固化剂,通过特制的搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌,产生的一系列物理化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的完整桩体,搅拌桩的施工流程如图1-3-4所示。后者是以石灰作为固化剂,通过特制的搅拌机械,使土体和石灰进行充分拌合,形成具有整体性好,水稳定性好和一定强度的石灰土桩施工方法,石灰土搅拌桩有深层搅拌法和高压喷射法,高压喷射注浆法适用于超深基坑的止水帷幕桩,可分为旋喷、定喷和摆喷3种形式,如图1-3-5所示。定喷和摆喷两种方法通常用于基坑防渗、改善地基土的水流性质和稳定边坡等工程,旋喷法较为常用。
图1-3-4 深层搅拌法施工过程
(a)定位;(b)沉入到底部;(c)喷浆搅拌(上升);(d)重复搅拌(下沉);(e)重复搅拌(上升);(f)完毕
图1-3-5 高压喷射注浆的3种形式
1—桩;2—射流;3—冒浆;4—喷射注浆;5—板;6—墙
三、按直径分类
当桩基直径d不大于250mm时,为小直径桩;d在250~800mm范围时为中直径桩;d不小于800mm时为大直径桩。
四、按桩端形状分类
按桩端形状,预制打入桩可分为尖底桩、平底桩;预应力管桩可分为闭口桩、开口桩;沉管灌注桩可分为有桩尖、无桩尖、夯扩桩;钻孔桩可分为尖底、平底、扩底桩。
五、按横截面形状分类
按桩基横截面形状可分为:方桩、圆桩、管桩、三角形桩、工字型、H形桩、X形桩、Y形桩、T形桩、十字形桩、长方形桩、外方内圆空心桩、外方内异形空心桩、多角形桩等。
六、按扩底形状分类
按扩底形状可分为:炸扩桩、夯扩桩、人工扩底桩、机械扩底桩、注浆桩等。
七、按承台设置分类
按承台设置可分为高承台桩、低承台桩,如图1-3-6所示。若桩身全部埋入土中,承台底面与土体接触,则称为低承台桩基,一般的建筑物桩基础、船坞桩基础都采用低承台桩;当桩身上部露出地面而承台底面位于地面以上,则称为高承台桩基,港口工程中高桩码头桩基础、桥梁桩基础等一般为高承台桩基。
八、按挤土情况分类
1.挤土桩
挤土桩指打入或压入的预制桩、封底钢管桩、混凝土管桩等。
图1-3-6 按桩台相对位置分类的桩基
(a)低桩承台;(b)高桩承台
2.部分挤土桩
部分挤土桩指打入小截面的H型和I型钢桩、钢板桩、开口钢管、螺旋桩等。
3.非挤土桩
非挤土桩指挖孔、钻孔桩、预钻孔埋桩等。
九、按桩的功能分类
按桩的功能可分为抗轴向压的桩、抗横向压的桩、抗拔桩和复合受荷桩。
1.抗轴向压的桩
抗轴向压的桩主要包括摩擦桩、端承摩擦桩、端承桩、摩擦端承桩,如图1-3-7所示。
图1-3-7 端承桩与摩擦桩
(a)端承桩;(b)摩擦桩
1—桩;2—承台;3—上部结构
2.抗横向压的桩(水平承载桩)
港口码头中的板桩,如图1-3-8所示。基坑的支护桩、靠船桩、抗滑桩等都是主要承受作用在桩上的水平荷载。
图1-3-8 板桩码头
3.抗拔桩
抗拔桩主要靠桩身与土层的摩擦力来承受作用在桩上的拉拔荷载,如板桩墙后的锚桩,高层建筑多层地下室设置的抗浮桩,抗拔桩的抵抗力主要是桩侧摩阻力。
4.复合受荷桩
复合受荷桩指所受的竖向、水平荷载均较大的桩,如图1-3-9所示应按竖向抗压(或抗拔)桩及水平受荷桩的要求进行验算。
十、按桩的用途分类
按用途可以分为:基础桩、围护桩、试锚桩、试成孔桩、标志桩、抗滑桩,如图1-3-10所示。
图1-3-9 复合受荷桩
图1-3-10 按桩的用途分类
(a)围护桩;(b)抗滑桩