建筑工程桩的分类

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摘 要:桩基础随着结构形式、使用功能、施工技术及方法、承载能力等的不同而有多种分类.分类的目的在于明确各种桩基础的特点.

关 键 词:建筑;工程;桩;分类

在技术可行、经济可行和施工可行的基础上选用合适的桩基础类型.现根据桩径、桩体材料、使用功能、施工方法、成桩对土层的影响等对桩进行分类.

1.根据成桩直径分类

桩按桩直径的大小可分为大直径桩、中等直径桩、小桩三类.大直径桩在设计中因考虑侧阻力的松弛效应与端阻力的尺寸效应,通常用于高重型建筑物基础.中等直径桩桩成桩方法和工艺繁杂,长期以来在工业与民用建筑中大量使用.小桩施工机械和场地及施工方法一般较为简单.在地基托换、支护结构、抗浮、多层住宅地基处理等工程中得到广泛应用.

2.根据桩体材料分类

桩按桩身材料可分为混凝土桩、木桩、钢桩和组合桩等.

2.1混凝土桩

预制混凝土桩多为钢筋混凝土桩,可以在工厂中生产,也可在场地附近预制.桩断面形式可以是方形、圆形等;也有实心或空心桩.其长度受到运输能力的限制,单节长度可达十余米.桩基要求长桩时,可将单节桩连续成所需的桩长.灌注桩是直接在所设计的桩位处用机械成孔,然后在孔内加放钢筋笼后再浇灌混凝土而成.灌注桩的横截面呈圆形,可以做成大直径桩和扩底桩.


2.2木桩

木材制桩从古代至20世纪初均有大量应用,随着现代建筑的发展,木桩因其长度小不利用接桩、承载力较低,以及材料自身强度的有限性和在变化的工程环境中易腐烂等缺点,在基础工程中受到很大的限制,只在少数工程中因地制宜地采用.

2.3钢桩

按照断面形状可分为钢管桩、钢板桩、型钢和组合断面桩.其穿透能力强、自重轻、沉桩效果好、承载能力高,无论是起吊、运输还是接桩都很方便;且挤土少,对地层扰动有限.但钢桩的耗钢量较大,工程成本较高,抗腐蚀性较差,在设计与施工中需做特殊考虑.

2.4组合桩

组合桩在指整个桩长范围内有两种或两种以上的材料组成的桩.这类桩种类很多,一般依据特定的工程条件及荷载条件而设计.比如在作为抗滑桩时,在混凝土中加入大型工字钢承受水平荷载;在用深层搅拌法制作的水泥墙中插入型钢,形成地下连续墙.另外一种复合材料夯扩桩则是在桩端夯入块石,其上浇注干硬性混凝土,再浇注钢筋混凝土桩身.

3.根据使用功能分类

3.1承压桩

承压桩指主要承受竖向受压荷载的桩,这类桩通常是垂直设置的,应进行竖向荷载承载力计算,必要时还需计算桩基沉降,验算软弱下卧层的承载力及负摩阻力产生的下拉荷载.根据土体提供的侧摩阻力与端阻力的相对比例,可分为摩擦桩、端承桩和端承摩擦桩及摩擦端承桩三类.

3.2抗拔桩

抗拔桩指主要承受竖向上拔荷载的桩,应进行桩身强度和抗裂验算以及抗拔承载力验算,其抗拔力主要有土对桩向下的侧摩阻力和桩体自重来提供.抗拔桩在高耸构筑物、地下抗浮结构以及码头水工等结构物中有较多的应用,另外在单桩竖向静载试验中使用的锚桩也承受拉拔荷载.

3.3水平荷载桩

水平荷载桩指主要承受地震力、风力及波浪力等水平荷载的桩,应进行桩身强度和抗裂验算以及水平荷载力和位移验算.这类桩的抗力通常由桩身强度、桩侧土体的水平侧限强度及桩顶的锚固方式决定,并以有限的水平变形量作为桩基础水平承载能力的控制条件.对于港口码头、输电塔架等结构物,有时为了更有效地抵抗水平荷载,可设斜桩或叉桩.

4.根据施工方法分类

桩按施工方法可分为预制桩和灌注桩两大类.

4.1预制桩

预制桩的长度比较灵活,只受制桩设备能力限制,但可以分段制作然后在沉桩过程中接桩;其断面材料类别也有很大的灵活性,预制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,硫黄胶泥锚固以及机械联结等.

常用的预制混凝土桩的主要优点是承载力高,对于松散土层,由于挤土效应可使承载力提高;由于桩身混凝土密度大,抗腐蚀性能强;桩身质量易于保证和控制,制作方便,并能根据需要制作不同尺寸、不同形状的截面和长度,且施工不受地下水的影响;成桩速度快,不存在泥浆排放问题,特别适于大面积施工.缺点是费用比灌注桩高,采用锤击沉桩市噪声大、对周围扰动大,由于挤土效应会引起地面隆起等问题.

4.2灌注桩

灌注桩是指在施工现场桩位处先成桩孔,然后在孔位内设置钢筋笼,再灌注混凝土而形成的桩.灌注桩无需像预制桩那样的制作、运输及设桩过程,因而比较经济,但施工技术较复杂,成桩质量控制比较困难.

灌注桩的主要优点是可适用于各种地层,桩长、桩径可灵活调整;费用比预制桩低.缺点是成桩质量不易控制和保证,容易形成断桩、缩颈、沉渣、混凝土灌注出现蜂窝或夹泥等质量问题;对于泥浆护臂灌注桩,存在泥浆排放造成的环境污染问题.

4.2.1沉管灌注桩.沉管灌注桩是指采用锤击沉管打桩机或振动沉管打桩机,将套上预制钢筋混凝土桩尖或带有活瓣桩尖的钢管沉入土层中成孔,然后边灌注混凝土,边锤击或边振动边拔出钢管并安放钢筋笼而形成的灌注桩.这种桩施工设备简单,沉桩进度快,成本低,但很易产生缩颈等质量问题.

4.2.2钻孔灌注桩.各种钻孔灌注桩在施工时都要把桩孔位置处的土排出地面,然后清除孔底残渣,安放钢筋笼,最后浇灌混凝土.

4.2.3挖孔桩.挖孔桩可采用人工或机械挖掘成孔,挖孔桩的优点是可直接观察地层情况,孔底易清除干净,设备简单,噪声小,适应性强,比较经济.缺点是孔内空间小,劳动条件差,存在安全隐患等.

4.2.4爆扩灌注桩.爆扩灌注桩是指就地成孔后,在孔底放入包并灌注适量混凝土后,用爆扩孔底,再安放钢筋笼,灌注桩身混凝土而成的桩.爆扩灌注桩适应性强,除新填土外,其他各种地层均可用,最适宜在黏土中成形并支承在坚硬密室土层上的情况.

5.根据成方法对土层的影响分类

不同成桩方法对周围土层的排挤和扰动不同,都将直接影响到桩的承载能力、成桩质量及周闱环境.根据成桩对土层的影响可分为挤土桩、部分挤土桩、非挤土桩三类.

5.1挤土桩

这类桩在沉桩过程中,或沉入钢套管的过程中,周围土体因受到桩体的挤压作用,使得土中超孔隙水压力增长,土体发生隆起,对周围环境造成严重的损害,如相邻建筑物的变形开裂,市政管线断裂造成水或煤气的泄漏等,因此,在大中城市的建成区已严格限制挤土桩的施工.

6.结语

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.

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