樁基工程理論與實踐

前言

　　樁基礎(chǔ)可以說是土木工程學科中一個既古老又年輕的領(lǐng)域。我們的祖先在6000多年前就開始采用木樁作為干闌式建筑的支承構(gòu)件，浙江河姆渡遺址考古發(fā)掘出的規(guī)則排列的圓形和矩形木樁就是一個很好的例證，20世紀30年代建造的上海最高建筑——上海國際飯店采用的仍然是木樁基礎(chǔ)。隨著混凝土及鋼鐵材料的出現(xiàn)和制造業(yè)的進步，樁基技術(shù)的發(fā)展突飛猛進，從樁的幾何尺寸到單樁承載力、從成樁工藝與設(shè)備到樁型與應(yīng)用范圍都發(fā)生了巨大的變化，顯示出樁基技術(shù)蓬勃發(fā)展的生機和廣闊的發(fā)展前景。由于樁一土一上部結(jié)構(gòu)問相互作用的極其復雜性，直到現(xiàn)在，樁基工程仍面臨許多需要研究探討的問題。因此，樁基技術(shù)既古老又嶄新。樁基礎(chǔ)取代傳統(tǒng)的基礎(chǔ)形式，大大提升了各類基礎(chǔ)設(shè)施建造的技術(shù)水平、經(jīng)濟水平和效率水平。以往跨越江、河、湖、海的橋基多采用沉箱、沉井、圍堰施工，如今則基本被大直徑灌注樁、預(yù)制樁、鋼樁所取代，長達36公里的世界第一跨海大橋杭州灣大橋等大型橋梁工程以及海上采油平臺、輸油管支架、棧橋等不采用樁基其建造難度簡直不可想象。樁基技術(shù)的衍生促進了相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，形成了相互滲透、相互交融的格局（比如由圓形鉆孔灌注樁到機挖矩形、異形樁，再進一步衍生為地下連續(xù)墻，其功能由豎向承載發(fā)展為側(cè)向支擋與地下永久性墻體結(jié)合）。近十余年來各種新樁型、新工藝、新技術(shù)不斷得到開發(fā)，樁基工程在各類工程建設(shè)領(lǐng)域中的作用也越來越大、越來越突出，樁基工程呈現(xiàn)出了蓬勃發(fā)展的繁榮之勢。由于人們對樁一土一上部結(jié)構(gòu)間的關(guān)系搞得不是很清楚，因此，樁基工程事故屢有發(fā)生，筆者通過多年的研究發(fā)現(xiàn)樁基工程事故的原因主要是設(shè)計失當和施工失控，其更深層次的原因則是對成樁的擠土效應(yīng)缺乏深刻的認識；對土的剪切蠕變、流動特性和擾動效應(yīng)缺乏深刻的認識；對成樁工藝的選擇缺乏深刻的認識。樁基事故多種多樣，要杜絕事故并非不可能，首先設(shè)計者要把握各類土層的特性及各種樁型與成樁工藝的適用條件，切實做到可行、可控、可靠，其次是施工管理者要從土性、土力學基本原理出發(fā)，制定切實可行的實施方案，作到規(guī)范化操作、嚴格管理。樁基礎(chǔ)的設(shè)計不同于天然地基上其他各類基礎(chǔ)的設(shè)計，天然地基土的強度和模量分布是基本確定的，而樁基工程中的單樁承載力、豎向剛度、樁的布置等則是可以調(diào)整的，這樣，就給樁基的設(shè)計優(yōu)化提供了廣闊的空間?，F(xiàn)代高層建筑有兩個發(fā)展趨勢，一是地下空間與地面建筑趨向一體化、主裙連體建筑大量涌現(xiàn)，二是為適應(yīng)大空間和空間分割靈活的使用需求框筒、框剪結(jié)構(gòu)越來越多，這兩類建筑由于體量大、荷載與剛度分布極度不均，因此，其差異變形控制就成為一個關(guān)鍵性的焦點問題，因此，樁基設(shè)計、施工的優(yōu)化問題就顯得越來越重要?！　」P者在多年的樁基工程實踐中，深感樁基工程的風險與不易，只有不斷地積累經(jīng)驗、不斷地深入研究其科學規(guī)律才能把握住樁基工程的脈搏，才能確保樁基工程的順利進行和承載結(jié)構(gòu)的長治久安，鑒于此，不揣淺陋撰寫了此書?！　”緯枪P者在江南大學從事教學、科研和工程實踐活動的經(jīng)驗積累之一，本書的撰寫借鑒了國內(nèi)外大量的實際工程資料，吸收了許多前人及當代人的寶貴經(jīng)驗和認識，也包含了作者對樁基工程的些許感悟和認識，希望本書的出版能有助于樁基工程技術(shù)的發(fā)展與提高，為我國城鄉(xiāng)建設(shè)的健康可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

內(nèi)容概要

　　《樁基工程理論與實踐》從實用的角度，較系統(tǒng)、較全面地闡述了樁基工程的基本理論和技術(shù)(包括樁基工程的特點與基本要求、樁基工程巖土勘察、樁基工程設(shè)計、樁基工程施工、樁基工程檢測等內(nèi)容)，給出了一些典型范例，對樁基工程建設(shè)活動和相關(guān)科學研究工作具有一定的指導意義和參考價值?！　　稑痘こ汤碚撆c實踐》可供建設(shè)領(lǐng)域各級政府主管部門(比如建設(shè)、交通、鐵路、水利、礦山、航運等)工作人員、工程勘察工作者、土木工程設(shè)計人員、土木工程施工人員、土木工程企業(yè)管理人員作為工作或?qū)W習中的參考，《樁基工程理論與實踐》也可作為樁基工程的工具書使用，還可作為土木工程專業(yè)研究生或高年級學生的課外輔助教材或閱讀材料。

書籍目錄

第1章 樁基工程概述1.1 樁基的構(gòu)造與特點1.2 樁基工程的分類與施工工藝1.2.1 灌注樁1.2.2 打入樁1.2.3 植入式基樁1.2.4 負摩擦樁1.2.5 試樁1.2.6 樁頭處理1.2.7 樁基礎(chǔ)施工的質(zhì)量要求第2章 樁基工程巖土勘察2.1 巖石和土的基本特征2.1.1 土的分類及基本特征2.1.2 巖石的分類與基本特征2.2 巖石和土的承載力2.2.1 普朗德爾和賴斯納極限承載力2.2.2 太沙基極限承載力2.2.3 漢森和魏錫克極限承載力2.2.4 地基容許承載力和地基承載力特征值2.3 樁基工程巖土勘察的特點與要求第3章 樁基工程設(shè)計3.1 樁基設(shè)計的基本要求3.2 樁的選型與布置3.3 樁頂?shù)淖饔眯?yīng)3.3.1 樁基豎向承載力確定的基本原則3.3.2 基樁豎向承載力的取值規(guī)定3.4 樁基的豎向承載力與豎向位移3.4.1 樁基豎向承載力的基本設(shè)計要求3.4.2 確定單樁豎向承載力的靜載試驗方法3.4.3 確定單樁豎向承載力的經(jīng)驗算法3.4.4 基樁豎向承載力特征值的計算過程3.4.5 基于引力場的摩擦樁單樁豎向承載力計算方法3.5 樁基的水平承載力與水平位移3.5.1 水平荷載下樁的失效與變形機理3.5.2 樁的水平靜載試驗方法3.5.3 樁基水平承載力的理論計算方法3.5.4 樁基m法的實用程式化計算3.5.5 樁基水平承載力特征值實用計算方法的計算原則3.6 樁身的承載力與抗裂性能3.6.1 鋼筋混凝土樁的構(gòu)造要求3.6.2 樁身承載力估算公式3.6.3 軸心受壓樁的樁身壓曲的經(jīng)驗計算方法3.6.4 偏心受壓樁正截面受壓承載力的經(jīng)驗計算3.6.5 打入式鋼管樁的樁身局部壓曲經(jīng)驗驗算3.6.6 其他3.7 群樁承載力與位移3.7.1 群樁基礎(chǔ)的豎向理論分析3.7.2 群樁基礎(chǔ)承載力的理論驗算3.8 大直徑樁和嵌巖樁的承載力3.8.1 大直徑樁的承載力3.8.2 嵌巖樁的承載力3.9 樁與土的相互作用3.9.1 樁土間荷載的傳遞機理3.9.2 豎向荷載作用下單樁的內(nèi)力、側(cè)摩阻力和位移分布3.9.3 單樁荷載傳遞的影響因素3.9.4 樁端阻力和樁側(cè)阻力的深度效應(yīng)3.10 抗拔樁的抗拔承載力3.11 樁基的耐久性3.11.1 樁基結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別3.11.2 影響樁基結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的機理分析3.11.3 設(shè)計使用年限50年的樁基結(jié)構(gòu)混凝土耐久性要求3.11.4 樁身裂縫控制3.12 樁基抗震設(shè)計3.13 承臺設(shè)計3.13.1 樁基承臺的理論分析3.13.2 樁基承臺的實用設(shè)計計算方法3.1 4樁基沉降的實用計算方法3.14.1 樁基沉降計算的基本規(guī)定3.14.2 豎向荷載作用下的單樁沉降計算實用方法3.14.3 群樁沉降計算的實用方法3.14.4 軟土地區(qū)減沉復合疏樁基礎(chǔ)實用設(shè)計方法第4章 灌注樁4.1 灌注樁的類型和施工要求4.2 灌注樁混凝土配合比設(shè)計4.2.1 原料選擇與下料4.2.2 原材料的質(zhì)量要求4.2.3 混凝土的質(zhì)量要求4.3 鉆孔壓漿灌注樁4.3.1 鉆孔壓漿灌筑樁的施工機具設(shè)備及對材料的要求4.3.2 鉆孔壓漿灌筑樁的施工工藝4.3.3 鉆孔壓漿灌筑樁施工注意事項4.4 泥漿護壁成孔灌注樁4.4.1 材料及主要機具4.4.2 作業(yè)條件4.4.3 工藝流程4.4.4 質(zhì)量保證措施4.5 振動沉管灌注樁4.5.1 振動沉管灌筑樁的施工原理4.5.2 振動沉管灌筑樁對機具設(shè)備及材料要求4.5.3 振動沉管灌筑樁的施工工藝4.5.4 振動沉管灌筑樁施工常見問題及預(yù)防處理方法4.6 錘擊沉管灌筑樁.4.6.1 錘擊沉管灌筑樁的施工機具設(shè)備及對材料的要求4.6.2 錘擊沉管灌筑樁的施工4.7 套管夯擴灌筑樁4.7.1 套管夯擴灌筑樁的施工機具設(shè)備4.7.2 套管夯擴灌筑樁的施工工藝4.8 人工挖孔和挖孔擴底灌筑樁¨4.8.1 挖孔及挖孔擴底灌筑樁的構(gòu)造要求4.8.2 挖孔及挖孔擴底灌筑樁的施工機具設(shè)備及對材料的要求4.8.3 挖孔及挖孔擴底灌筑樁的施工工藝4.8.4 挖孔及挖孔擴底灌筑樁施工中地下水與流砂的處理方法4.8.5 挖孔及挖孔擴底灌筑樁施工的護壁厚度計算4.8.6 挖孔及挖孔擴底灌筑樁施工中的常見問題及預(yù)防處理方法4.9 沖擊鉆成孔灌筑樁4.9.1 沖擊成孔灌筑樁施工的主要機具設(shè)備4.9.2 沖擊成孔灌筑樁施工工藝4.9.3 沖擊成孔灌筑樁施工中常見問題及預(yù)防處理方法4.10 回轉(zhuǎn)鉆成孔灌筑樁4.10.1 回轉(zhuǎn)鉆成孔灌筑樁的施工機具設(shè)備4.10.2 回轉(zhuǎn)鉆成孔灌筑樁的施工工藝4.10.3 回轉(zhuǎn)鉆成孔灌筑樁施工中的常見問題及防治處理方法4.11 潛水電鉆成孔灌筑樁4.11.1 潛水電鉆成孔灌筑樁施工的機具設(shè)備4.11.2 潛水電鉆成孔灌筑樁的施工工藝4.12 擠擴多分支承力盤灌筑樁與多支盤灌筑樁4.12.1 擠擴多分支承力盤（或多支盤）灌筑樁的構(gòu)造與布置4.12.2 擠擴多分支承力盤（或多支盤）灌筑樁的單樁承載力計算4.12.3 擠擴多分支承力盤（或多支盤）灌筑樁的擠擴原理與施工機具設(shè)備4.12.4 擠擴多分支承力盤（或多支盤）灌筑樁的施工工藝4.12.5 擠擴多分支承力盤（或多支盤）灌筑樁施工注意事項4.12.6 擠擴多分支承力盤（或多支盤）灌筑樁施工質(zhì)量控制第5章 混凝土預(yù)制樁5.1 混凝土預(yù)制樁的類型與制作5.2 先張法預(yù)應(yīng)力管樁5.2.1 先張法預(yù)應(yīng)力管樁的規(guī)格與特點5.2.2 先張法預(yù)應(yīng)力管樁的打（沉）樁工藝5.2.3 先張法預(yù)應(yīng)力管樁打（沉）樁常見問題及預(yù)防處理措施5.2.4 先張法預(yù)應(yīng)力管樁的施工質(zhì)量控制5.3 混凝土預(yù)制樁的起吊運輸和堆存5.4 混凝土預(yù)制樁的接樁與拔樁5.5 混凝土預(yù)制樁的沉（打）樁5.5.1 施工準備5.5.2 打（沉）樁程序5.5.3 吊樁定位5.5.4 打（沉）樁5.5.5 打（沉）樁質(zhì)量控制5.5.6 打（沉）樁控制貫入度的計算方法5.5.7 打（沉）樁施工驗收5.5.8 幾種特殊的打（沉）樁方法5.5.9 混凝土預(yù)制樁打（沉）樁施工常見問題及預(yù)防處理辦法5.5.1 0混凝土預(yù)制樁打（沉）樁施工對周圍環(huán)境的影響與預(yù)防5.6 靜力壓樁5.6.1 機械靜力壓樁5.6.2 錨桿靜力壓樁法5.7 常用樁基施工機械設(shè)備的性能5.7.1 樁基施工樁錘的類型與特點5.7.2 樁基施工常用樁錘的主要技術(shù)性能5.7.3 樁基施工樁架的類型與特點5.7.4 樁基灌筑樁施工常用鉆孔機械的類型與特點第6章 鋼樁6.1 鋼樁的類型與制作6.2 鋼樁的焊接與切割6.2.1 鋼樁的接樁方法6.2.2 鋼管樁的切割6.2.3 鋼管樁樁蓋的焊接6.2.4 鋼管樁樁端與承臺的連接6.3 鋼樁的沉樁6.3.1 打樁機械的選擇6.3.2 鋼管樁的打樁工藝6.3.3 鋼管樁施工常見問題及預(yù)防處理方法6.3.4 鋼管樁施工驗收與質(zhì)量要求……第7章 承臺施工第8章 樁基檢測第9章 樁基工程范例參考文獻

章節(jié)摘錄

　　樁基礎(chǔ)是一種既古老又現(xiàn)代，在高層建（構(gòu)）筑物和重要土木工程結(jié)構(gòu)中被大量、廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)形式?！　‰S著人類和惡劣自然環(huán)境的抗爭，遠古的治水活動得以大規(guī)模開展，為了堵水人們先將圓木打入水中的泥里，豎立的圓木之間再搭設(shè)橫木和填筑土石，使木質(zhì)的樁基有了工程意義。為了躲避猛獸的襲擊，人們將多根木頭鉛直打入土中，在打入土中的木頭上綁上新的木頭接高，接高的木頭高度合適后，人們將木頭的頂端用橫木密集地連接起來建成了原始房屋的底板，繼續(xù)斜向搭接木頭建成了原始房屋的屋蓋，屋蓋上鋪上草建成了原始房屋的防雨的屋面層，這時真正意義上的樁基就形成了。有史記載，我們的祖先在6000多年前就開始使用木樁作為橋梁和建（構(gòu)）筑物的基礎(chǔ)（木樁成為干闌式建筑的支承構(gòu)件），浙江河姆渡遺址考古發(fā)掘出的規(guī)則排列的圓形和矩形木樁就是一個典型的例證。另外，還有秦代的渭橋、隋朝鄭州的昭化寺、五代時的杭州灣大海堤、南京的石頭城、上海的龍華塔等。20世紀30年代建造的當時上海的最高建筑上海國際飯店采用的仍然是木樁基礎(chǔ)?！　‰S著近代科學技術(shù)的進步，混凝土和鋼鐵材料的出現(xiàn)以及制造業(yè)的進步使樁基技術(shù)的發(fā)展突飛猛進，從樁的幾何尺寸到單樁承載力，從成樁工藝與設(shè)備到樁型與應(yīng)用范圍，都發(fā)生了巨大的發(fā)展變化，顯示出樁基技術(shù)蓬勃發(fā)展的生機和廣闊的發(fā)展前景。樁基礎(chǔ)取代傳統(tǒng)的基礎(chǔ)形式，大大提升了各類基礎(chǔ)設(shè)施建造的技術(shù)、經(jīng)濟和效率水平（比如以往跨越江、河、湖、海的橋基多采用沉箱、沉井、圍堰施工，現(xiàn)在則多采用大直徑灌注樁、預(yù)制樁和鋼樁，長36km的世界第一跨海大橋杭州灣大橋等大型橋梁工程、海上采油平臺、輸油管支架、棧橋等不采用樁基其建造難度簡直不可想象）。樁基技術(shù)的進步也促進了相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，形成了不同領(lǐng)域相互滲透、相互交融的格局（比如由圓形鉆孔灌注樁到機挖矩形、異形樁，再進一步發(fā)展成為地下連續(xù)墻，其功能也由豎向承載發(fā)展為側(cè)向支擋與地下永久性墻體結(jié)合。又如復合地基領(lǐng)域，將各種柔性樁增強體引入剛性樁增強體，形成剛性樁復合地基，進而發(fā)展為剛性、柔性樁結(jié)合；長短樁結(jié)合的復合地基，拓寬了復合地基的適用范圍和設(shè)計優(yōu)化思路）。目前，樁的種類、樁基的形式、樁基的施工工藝和設(shè)備以及樁基的理論與設(shè)計方法都有了極大的進步與發(fā)展，應(yīng)用最為廣泛的鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)（預(yù)制樁、鉆孔灌注樁）在工業(yè)與民用建筑、橋梁、鐵路、水利、機場、港工等各工程領(lǐng)域隨處可見，上海浦東88層、高420.5m的金貿(mào)大廈的樁基礎(chǔ)的入土深度已超過80m，樁基礎(chǔ)事實上已經(jīng)成為松軟深厚地基上高層建筑的主要基礎(chǔ)形式。盡管如此，樁基工程仍面臨許多未弄清的、需要進一步研究與探討的問題?！　痘A(chǔ)常被歸類為深基礎(chǔ)。當上部建（構(gòu)）筑物荷載較大、適合于作持力層的土層埋藏較深、用天然淺基礎(chǔ)或僅作簡單的地基加固仍無法滿足要求時，人們就不得不采用深基礎(chǔ)方案。深基礎(chǔ)主要包括樁基礎(chǔ)、沉井和地下連續(xù)墻等，深基礎(chǔ)中樁基礎(chǔ)的應(yīng)用最為廣泛。豎向承載的樁基礎(chǔ)的功能是通過樁身側(cè)壁摩阻力和樁端阻力將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到深處的地基上，以解決淺基礎(chǔ)承載力不足和變形較大的地基問題。樁基礎(chǔ)又稱樁基，是指由設(shè)置于巖土中的樁和與樁頂聯(lián)結(jié)的承臺共同組成的群樁基礎(chǔ)或由柱與樁直接聯(lián)結(jié)的單樁基礎(chǔ)。

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