毕业设计(论文)-南京市桥北污水处理场办公楼桩基础设计.doc

本科生毕业设计本科生毕业设计(论文论文)南京市桥北污水处理场办公楼桩基础设计南京市桥北污水处理场办公楼桩基础设计 学学 院院：专业名称专业名称：年级班级：年级班级：学生姓名：学生姓名：指导教师：指导教师：二二一一四四年年 x 月月 x 日日 -1-毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 专业班级 学生姓名 一、题目 南京市桥北污水处理场办公楼桩基础设计 二、起止日期 年 月 日至 年 月 日 三、主要任务与要求 主要任务：1.根据场地的工程地质条件及勘察报告，对场地进行工程地质评价，进而提出该办公楼的桩基础设计。2.根据建筑物上部荷载及形式，确定桩的类型及技术指标并对其承载力进行验算。3.根据桩的布置，确定承台的尺寸，并对承台的抗剪、抗冲切、抗弯和局部受压进行验算。4.对桩的吊装进行验算，计算桩的沉降，并对桩基的合理性进行验算。要求：1.认真详细地搜集与桩基础设计有关的文献资料和规范。2.根据有关文献资料和规范进行桩基础设计的具体工作。3.设计篇幅在 30000 字左右，设计过程科学合理，满足相关规范的要求。指 导 教 师 职称 学 院 领 导 签字（盖章）年 月 日 -2-毕业设计（论文）评阅人评语毕业设计（论文）评阅人评语 题目 南京市桥北污水处理场办公楼桩基础设计 评 阅 人 职称 工作单位 年 月 日 -3-毕业设计（论文）评定书毕业设计（论文）评定书 题目 南京市桥北污水处理场办公楼桩基础设计 指 导 教 师 职称 年 月 日 -4-毕业设计（论文）答辩许可证毕业设计（论文）答辩许可证 答辩前向毕业设计答辩委员会（小组）提交了如下资料：1、设计（论文）说明 共 60 页 2、图纸 共 4 张 3、指导教师意见 共 1 页 4、评阅人意见 共 1 页 经审查，专业 班 同学所提交的毕业设计（论文），符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，达到毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计（论文）答辩。指导教师 签字（盖章）年 月 日 根据审查，准予参加答辩。答辩委员会主席（组长）签字（盖章）年 月 日 -5-毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议 学院（系）专业 班 同学的毕业设计（论文）于 年 月 日进行了答辩。根据学生所提供的毕业设计（论文）材料、指导教师和评阅人意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）做出如下决议。一、毕业设计（论文）的总评语 二、毕业设计（论文）的总评成绩：三、答辩组组长签名：答辩组成员签名：答辩委员会主席：签字（盖章）年 月 日 毕业设计（论文）摘 要 I 摘摘 要要 随着我国经济建设的发展，楼层的发展越来越高，对基础的发展要求也越来越高。基础工程包括建筑物的地基与基础的设计与施工，为了保证建筑物的正常使用与安全，地基与基础必须具有足够的强度和稳定性，变形也应在允许范围之内。根据地层变化情况、上部结构的要求、荷载特点和施工技术水平，可采用不同类型的地基和基础。本文以南京市桥北污水处理厂办公楼桩基础设计为例，依据南京市苏杰岩土勘察设计有限公司提供的勘查报告，深入了解了工程建筑区的地形地貌、地质构造、水文地质条件、岩土力学性质和物理地质现象等工程地质条件，对拟建工程场区进行评价，并提出岩土力学指标的建议值和该办公楼桩基础设计指标。首先根据工程地质条件、岩土力学指标建议值和上部结构形式及上部结构重量，选取了桩基形式预应力管桩。在对天然地基评价的基础上进行了成桩分析。根据预应力管桩的优缺点，结合场地地质条件，初步选取桩径，试算出桩长，并进行桩的设计计算，单桩承载力和桩的沉降计算，最后从抗剪、冲切和抗弯等方面对承台进行了设计验算。关键字：关键字：预应力管桩，桩基础，承台，设计本科毕业设计（论文）Abstract II Abstract With the development of Chinese economy,the height of the building is higher and higher.and the requirement of the bottoms development are also stricter,especially on the application of pile foundation.Infrastructure projects include the design and construction for the foundation of the building,In order to ensure the normal use and security for the substation,foundations must have adequate strength and stability,deformation should also be in allowing scope.According to the formations change,the upper structure,the load characteristics and the construction skills,using different types of foundations.This paper is mainly about a sewage farms office building foundation design as an example,based on Nanjing Su Jie Geotechnical Investigation and Design Co.,Ltd of the investigation reports,in-depth understanding the engineering geological conditions of the engineering geological sites such as architectural landscape,geological structure hydrogeology conditions,the physical and mechanical properties of the soil and the physical phenomena.Evaluates the proposed project sites,renders the proposed indicators of the rock mechanics and selection and the pile foundation design.First according to geological conditions,rock mechanics and the upper structure of the proposed form and structure of the upper weight,select a pile foundation forms-Prestressed Concrete Piles.On the basis of the evaluation of the natural foundation,analysis of the pile.According to the advantages and disadvantages of the Prestressed Concrete Piles,the formation conditions of venues,select the initial pile diameter and try to work out a length of the pile,and do design for piles and do the calculation,piles and pile bearing capacity of the settlement terms,the last from the shear,punching and Bending,and other constituents for the cap of buildings to face the design checking.Key words:Pre-stressed Pipe Piles,Foundation,Pipe caps,Design.本科毕业设计（论文）目 录 III 目 录 摘摘 要要.I Abstract.II 第一章第一章 绪绪 论论.1 1.1 设计背景与意义.1 1.2 桩基发展研究概况.1 1.3 本文拟设计内容.10 第二章第二章 预应力混凝土管桩技术原理预应力混凝土管桩技术原理.11 2.1 概 述.11 2.2 预应力管桩的特点.12 2.3 预应力管桩的施工方法.15 2.4 国内外预应力管桩发展概况.16 第三章第三章 预应力管桩基础设计预应力管桩基础设计.20 3.1 工程背景.20 3.2 混凝土预应力管桩的设计.24 3.3 承台设计验算.27 3.4 桩身结构设计.36 3.5 桩身构造设计.36 3.6 吊装验算.37 3.7 桩基沉降计算.38 3.8 基桩水平承载力验算.41 3.9 估算 A、C 轴线下柱下桩数.42 第四章第四章 预应力管桩施工组织设计预应力管桩施工组织设计.44 4.1 施工方法的选择.44 4.2 施工要求.45 4.3 施工注意事项.47 4.4 静力压桩法沉桩.47 4.5 施工中的质量控制.50 4.6 安全保证措施.52 4.7 预应力管桩施工常见质量事故分析及处理.53 第五章第五章 结结论与建议论与建议.55 5.1 结 论.55 本科毕业设计（论文）目 录 IV 5.2 建 议.55 参考文献参考文献.57 致致 谢谢.59 附附 图图.60 本科毕业设计（论文）第一章 绪 论 1 第一章 绪 论 1.1 设计背景与意义 随着我国工程建设事业的蓬勃发展，在高层建筑、重型厂房、桥梁、港口码头以及核电站等大型工程中大量采用桩基础，桩基础已成为工程中重要的基础形式，合理利用桩基础能有效地控制建筑物沉降变形，又能提高建筑物的抗震性能，以确保建筑物的长期安全使用。桩是埋入土层的柱型构件，桩与连接桩顶的承台组成深基础，简称桩基。桩基础的主要功能是将上部结构的荷载分散传递给周围土体或穿过较弱地层传至地下较深处较坚硬、压缩性小的密实土层或岩层，改善土中的应力分布，从而使基础具有承载力高、沉降小、抗震性好等优点。所以它在地震区、湿陷性黄土地区、软土地区、膨胀土地区以及冻土地区等都得到广泛应用，而且实践证明它是一种极为有效的基础型式。它还被广泛应用于边坡治理、基坑围护、地基处理、地基加固中。预应力混凝土管桩是重要的水泥制品，也是最重要的桩材料。在所有桩型中，预应力管桩具有单桩承载力高、设计选用范围广、接桩快捷、工效高、工期短等特点，在沿海及内陆地区都得到了广泛的应用。南京市桥北污水处理厂位于浦泗公路与滨江大道交叉口西南角，占地面积约10.59hm2，其日处理能力为 20 万 m3，覆盖浦口区泰山街道、顶山街道、沿江街道，范围西至宁淮高速、东至长江、北至石头河、南至七里河，整个厂区地势平坦基地仅有东面一侧临规划中的城市干道。厂区建构筑物占地面积 41215.7m3，绿化面积 48208.6m3，污水处理厂办公楼位于污水处理厂中部。本文根据污水处理厂现场的地质条件及结构的上部荷载分布，具体展开办公楼的桩基础设计，可以为以后的设计、施工和研究提供参考。1.2 桩基发展研究概况 1.2.1 桩基的定义 桩是深入土层的柱型构件，其作用是将上部结构的荷载通过桩身穿过较弱地层或水传递到深部较坚硬的、压缩性小的土层或岩层中，从而减少上部建（构）筑物的沉降，确保建筑物的长久安全。桩基通常是由基桩和连接于桩顶的承台共同组成，承台与承台之间一般用连接梁相本科毕业设计（论文）第一章 绪 论 2 互连接。桩基按承台位置可划分低承台桩基和高承台桩基两种：低承台桩基中的桩身全部埋于土中，且承台底面与土体接触；而高承台桩基则是指桩身上部露出地面同时承台底位于地面以上的桩基础。建筑工程中所采用的桩基通常为低承台桩基础；桥梁和港口等工程中则广泛应用高承台桩基。采用一根桩承载的桩基础称为单桩基础；若荷载较大，则通常由 2 根或以上的基桩组成群桩基础共同承载，桩群中的单桩称为基桩。墩一般是指直径较大桩身较短的桩，长径比一般小于 20，桥梁的桥墩直径可以达到 20 多米。桥墩的深度视地质条件而定，持力层一般选择坚硬的岩土层。1.2.2 桩基的作用 桩基础通常拥有比较大的刚度和整体性，能承受较大的水平荷载和竖向荷载，能够适应现代建筑物高、大、重的要求，可以说，近代土木工程的发展离不开桩基础的广泛应用。桩基础的主要功能是将上部结构的荷载传至地下较深的低压缩性或密实的土层或岩层中，以满足承载力和沉降变形要求。相比其他深基础，桩基础的使用范围最广，可广泛应用于下列情况：(1)高、大、重建筑物下的浅层地基土体承载力与变形性能不能满足要求时；(2)结构物不仅承受较大的垂直荷载作用，还有较大的水平荷载、偏心荷载、周期性荷载及动力荷载时；(3)建筑结构物下地基较软弱，而采用地基加固措施又在经济上不合理或技术上不可行，或地基为一些特殊性土如湿陷性黄土、季节性冻土、膨胀土等地震下容易发生液化的砂土等土体时；(4)上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感，或建筑物受大面积地面荷载或相邻建筑的影响时；(5)对大型或精密的设备基础需要减少基础振幅，以减弱基础振动对结构的影响，或需要控制基础的沉降或沉降速率时；(6)地下水位高，采用其他基础形式施工困难，或水中的构筑物基础，如码头、桥梁、采油钻井平台等；(7)一些需长期保存、具有重要历史意义的建造物。桩基通过作用于桩端的端承力和桩侧土层向上的摩阻力来支承上部抗压轴向荷载的能力，称之为桩的竖向抗压承载力。桩基通过作用于桩侧土层向下的摩阻力来支承上部抗拔轴向荷载的能力，称之为桩的竖向抗拔承载力。桩基通过桩侧土层的侧向阻力来支承横向水平荷载称之为桩的抗水平承载力。本科毕业设计（论文）第一章 绪 论 3 桩基根据不同的工程地质条件、不同的荷载特点和不同的施工方法及不同的用途，可以发挥各种不同的作用，桩的作用主要有：（1）通过桩侧表面与桩周土的接触，将荷载传递给桩周土体获得桩侧阻力，同时随着上部荷载的增大通过桩将荷载传给深层的桩端岩土层获得桩端阻力，从而根据设计需要来安全地支承上部建（构）筑物的荷载；（2）对于液化的地基，通过桩将上部荷载穿过液化土层，传递给下部稳定的不液化土层，以确保在地震时建（构）筑物安全，此时桩起到抗震作用，实际上一般桩基础都具有良好的抗震性能；（3）桩基可具有很大的竖向刚度和较高的坚向承载力，因而对地基承载力不能满足浅基础设计时，可以采用桩基础来设计，同时采用桩基础后可以减少建筑物的沉降和变形，而且沉降比较均匀，可以满足对沉降要求特别高的上部结构的安全和使用要求；（4）桩基可具用很大的坚向抗拔承载力，可以满足高地下水位大型地下室等大型浅埋地下工程的抗浮要求；（5）桩基可具有较大的抗水平承载力，可以满足建（构）筑物抵抗风荷载和地震作用引起的巨大水平力和倾覆力矩，从而确保高耸构筑物和高层建筑的安全；（6）桩基可以改善地基基础的动力特性，提高地基基础的自振频率，减小振幅，保证机械设备的正常运转；（7）桩作为支护桩使用可以保证地下基坑开挖时围护结构的安全性；（8）桩作为边坡加固抗滑桩使用可以减缓和约束滑坡危害；（9）桩基还有些特殊的用途，如标志桩、试锚桩、塔吊桩、锚杆桩等，可以根据不同的需要来设计；总之，桩的作用是通过土层传递荷载，并根据不同的需要满足建（构）筑物的荷载和变形要求。1.2.3 桩基的分类 桩可以按桩身材料、桩身和截面的形状、桩的施工方法和桩的受力条件等进行分类。（1）按桩身材料分类 木桩 木桩适用于当地盛产木材，无吃木虫，长期处于水位以下的桩基础，采用木桩作为基础的历史悠久，如早在我国汉朝时桥梁建筑中就采用过。1950 年以前，我国铁路桥梁和桩基船坞中采用的桩基础多为木桩。近代除临时性工程，一般多被钢筋混凝土桩所本科毕业设计（论文）第一章 绪 论 4 代替。采用木桩最经济的形式是未经修整的圆木，粗端在上面。由于木桩在水位以上部分容易受腐蚀，通常木桩只打到最低地下水位或低潮水位处，桩顶浇在混凝土桩帽中或套在预制钢筋混凝土桩中。木桩一般要经过防腐剂处理。钢筋混凝土或预应力混凝土桩 一般指预制打入桩，它强度高，耐久性好，不易被腐蚀。预应力混凝土桩还可以减少打桩过程中出现的裂缝。按其是否配箍筋的情况又可分为配箍筋的钢筋混凝土和预应力混凝土方桩和管桩，不配箍筋、纵向配预应力钢筋的混凝土方桩。前者适用于各种建筑物基础的通用桩型，能承受轴向拉、压荷载，水平荷载及弯矩；后者一般只用在工业和民用建筑物基础中，并在不考虑基础的上拔力和水平地震力时才采用，在港口及桥梁等水工建筑中一般不宜采用，但它比前者可节省钢材 40%。钢桩 钢桩比钢筋混凝土桩成本高，用钢量大，但强度高，能承受较大水平力，易于加工和搬运，能打入坚硬的持力层。采用 H 形或工字形的钢桩，能提供较大的表面摩阻力，挤土体积小，避免地面隆起或土向桩的侧面移动。当持力层标高发生变化时，很容易把钢桩切短或加长，而且在海水中钢桩易被腐蚀。对 H 形钢桩，在打桩过程中容易产生纵向压屈而破损。钢桩一般包括钢管桩、H 形或工字形的钢桩以及箱形截面的钢桩等，并以钢管桩为最常用。组合桩 近年来在福建沿海建港中，采用了一种下部为 H 形钢桩而上部为钢筋混凝土方桩的组合桩。它吸收了混凝土方桩和 H 形钢桩的优点：下部利用 H 形钢桩贯入能力强的特点，可以打入砾石层、风化岩层或其它硬土层；上部为钢筋混凝土桩，其刚度大，对海水又有抗侵蚀作用。（2）按桩身材料分类 按桩身材料来分类桩可以分为等截面柱形桩或楔形桩（或称锥形桩）。前者是常用的形式；后者一般适用于桩尖以上为较密实的土层，而桩尖支持于软弱土层的地基，只能当作受压的摩擦桩的使用，不适用于新填土、膨胀土、永冻土及湿陷性黄土。其摩擦面及单位摩阻力均大于竖直的柱形桩，可增加坚向正应力，对减少液化有一定的作用，多用于房屋建筑，而在水下的港工建筑则很少采用。（3）按桩的截面分类 桩可分为圆形、多角形、方形、矩形、三角形和 H 形或工字形。港口工程多采用本科毕业设计（论文）第一章 绪 论 5 方形桩。当水平外力的方向一定，且该方向桩的断面需要加强时，可采用矩形桩。为减小水流、波浪对桩的作用力，宜采用圆形或多角形断面桩。圆形的管桩，其管腔可以是空心的，也可以全部灌注混凝土，或上部灌混凝土，下部灌砂；可以是钢筋混凝土管桩，也可以是钢管桩。方桩是预制钢筋混凝土打入桩中最常用的一种形式。三角桩也是预制钢筋混凝土打入桩，它与方形桩和圆形桩相比，具有材料省、自重轻，周长及惯性矩均较大的优点，单桩承载力与等长度等周长的方桩相近，而造价却可节省 20%以上。（4）按桩尖形式分类 按桩尖形式分可分为锥形的、扩头的和平底的。桩尖为锥形的一般为打入桩；桩尖为扩头的一般用于钻孔灌注桩，适用于上层土质软弱，下层土质密实的情况，混凝土用量少，抗压抗拔承载力高；平底桩对钻孔灌注桩和打入桩均可应用。对于钢管桩，桩尖形式有闭口的、开口的和半闭口的三种。闭口的桩沉桩时会产生挤土作用，桩侧摩阻力较开口的有所提高，但沉桩困难；开口的则反之，沉桩容易，能贯入硬土层，挤土作用小，施工方便，桩位易控制，但桩侧摩阻力较闭口的有所降低。为了解决上述矛盾，可综合两者的优点，在开口桩桩尖或桩中设置纵向隔板或横向隔板，或做成半封闭式桩尖。（5）按施工方法分类 沉入桩 包括打入桩、静力压入桩和振动沉入桩。打入桩通过锤击将各种预先制好的桩打入地基内所需要的深度，可用于粘性土和砂性土地基。但打入桩振动和噪声对邻近工程和环境有影响。桩也可以用重力将之压入土中，称为静力压入桩，这种施工方法避免了锤击的振动影响，适用于软基上邻近建筑物较多，不容许有强烈振动的情况。灌注桩 灌注桩属非排土桩型，施工方法是先在地基形成桩孔，然后在孔内制桩。按现有成孔工艺可划分为钻、挖、冲孔灌注桩、钻孔扩底灌注桩和沉管灌注桩等。成孔后，再在孔内放入钢筋笼，用混凝土浇注桩身。它的特点是施工设备简单，操作方便，除沉管灌注桩外，均无振动、噪声，能穿过硬层，对持力层地形高低起伏的适应性强，钢材省，造价低；但对淤泥及可能发生流沙或有承压水的地基，施工较为困难。（6）按桩的受力条件分 根据桩的功能和受力条件，桩可分为抗压桩、抗拔桩和横向受荷的抗弯桩。在抗压桩中，按桩把外荷传递给地基的方式又可分为摩擦桩、端承桩、摩擦端承桩或端承摩擦桩。摩擦桩是指软土层较厚，桩只打入一定深度而未达到硬土层的桩，桩上荷载主要靠桩侧与土之间的摩阻力来支承，采用摩擦桩的建筑物有可能产生较大的沉降。端承桩又本科毕业设计（论文）第一章 绪 论 6 称柱桩，是指桩穿过软弱土层支承于硬土层或岩层上的桩，因桩周软土的摩阻力很小，以及桩的坚向变形也很小，桩侧摩阻力不能充分发挥出来，计算时可以忽略其作用，桩上的荷载主要靠桩尖端阻力来承受。但实际工程中，最常见的桩是摩擦端承桩或端承摩擦桩，或叫半支承半摩擦桩，它既有桩身摩阻力，桩尖端阻力。两者比较，以谁为主，取决于地基土的分层及其物理力学性质，桩的尺寸和施工方法以及总荷载的大小等因素。抗拔桩是指在受荷过程中以抗拔的拉力为控制荷载的桩。受横向荷载的抗弯桩，是指受荷过程以横向荷载为控制荷载的桩。（7）按承台位置对桩基分类 按承台相对位置，桩基可以分为低桩承台桩基和高桩承台桩基。前者的承台底面位于地面或地面以下，桩在地基中作为支承上部结构的深基础，如干船坞和高层建筑中的桩基础，承台桩土是共同作用的，是桩浅基的复合基础。一般情况下，由于桩土共同承担外荷载，不但提高了地基承载力，而且还可减少承台的沉降。后者的承台底面位于地面以上，如高桩码头和高桩墩台。桩基的桩身一部分沉入土中，起深基础作用，一部分外露在地面以上，有自由高度，作为结构物受力构件的重要组成部分，参加整个建筑物的工作，以抵抗结构物的变形。1.2.4 桩基的设计思想 桩基的设计思想就是在确保长久安全的前提下，充分发挥桩土体系的力学性能，做到所设计桩型既经济合理，又施工方便快速、环保。在土木工程中，桩基的用途和类型很多，对任一用途或类型的桩基，设计时都必须满足三方面：其一是桩基必须是长久安全的，其二是桩基必须是合理且施工方便的，其三是桩基设计是经济的。此三方面要求同等重要，相互制约。桩基设计的安全性要求包括三个方面，一是满足结构承载力的要求，即将上部结构荷载通过桩承台分摊到各桩且能承受；二是要满足结构变形的要求，即群桩的沉降要控制在规范允许的范围，并满足使用要求；三是要满足稳定性的要求，即桩基与地基土相互之间的作用是稳定的，特别是桩端的稳定的，桩身混凝土的材料强度和挠度是稳定的。同时，单桩和群桩基础必须有一定的安全储备（现行桩承载力安全系数为 2），以满足耐久性要求和各种附加荷载及地震等不可预见荷载的要求，保证建（构）筑物的长久安全。桩基设计的合理性要求包括选择合理桩型、合理的桩端持力层、最佳的桩规格和桩布置形式、合理的施工方式、尽可能安全地发挥桩的承载能力。设计中要按准确的上部本科毕业设计（论文）第一章 绪 论 7 结构荷载计算结果确定桩的受力性状和桩身混凝土强度等级和配筋率。无论是群桩承台整体设计还是单桩设计，都要既满足承载力要求又满足群桩承台抗压、抗冲切、抗剪、抗弯等构造要求，不浪费材料，设计方案施工可行，设计结果满足建（构）筑物的长久使用功能。桩基设计的经济性要求是指桩基设计中要通过运用先进技术和手段，充分把握地质条件和桩基的力学特性，通过多方案的优化比较，寻求最佳桩基设计方案，最大限度地发挥桩基的承载能力，在确保安全的前提下力求使设计的桩基造价最低。1.2.5 桩基的发展简况（1）桩基在国外的发展过程 桩基技术的初级阶段 从人类有记载历史以前至 19 世纪中、末期，主要桩型为木桩。人类最早所使用的木桩，主要是凭其四肢和体力攀折大自然中的树木枝干打入土中，后来才逐渐借助于最原始的石器工具砍树伐木打入土中而成桩。1981 年 1 月美国肯塔基大学的考古学家在太平洋东南沿岸智利的蒙特维尔德附近的杉树林内发现了一所支承于木桩上的木屋，经用放射性 C14测定，知其距今已有1200014000 年历史。这可能是全球迄今所发现的人类最古老的建筑物和木桩遗存之一。自有桩以来直至公元 19 世纪末（在部分国家和地区至 20 世纪中期），木桩经历了一段漫长的时期。考古研究表明，世界许多国家都存在着人类自新石器时代伊始在不同年代利用木桩支承房屋、桥梁、高塔、码头、海塘或城墙的遗址。在西方，古罗马具有应用木桩的悠久历史。意大利 16 世纪的一位建筑工程师 Andrca Palladio 曾根据公元前 55 年凯撒大帝的一段文字叙述，绘制了一幅老木桥的结构图，提供了 2000 多年前古罗马帝国用木桩造桥的一个珍贵佐证。长期的应用经验表明，木桩的突出优点是：强度与质量之比值(R/m)大，易于搬运和施工操作。当全部处于稳定的地下水位以下时，由于能抵抗真菌的腐蚀，术桩几乎具有无限长的寿命。但木桩如处于水位变化或干湿交替的环境中，它极易腐烂，即使做防腐处理，其耐久性也很差。木桩直接取材于天然资源，它的长度、直径和强度都受到一定的限制。由于上部结构荷载增大，以及地基的良好持力层埋藏深度加深，木桩的弱点逐渐暴露。同时，随着工程建设规模的不断扩大，在一些地区出现了木材短缺供不应求的现象。本科毕业设计（论文）第一章 绪 论 8 桩基技术的发展阶段 19 世纪 20 年代，开始使用铸铁板桩修筑圈堰和码头。到了公元 19 世纪后期，钢、水泥和混凝土相继问世，并且研究生产了钢筋混凝土，它们先被成功地应用于桥梁、房屋建筑等的上部结构，继而又被成功地用作制桩材料。公元 19 世纪末，在美国、瑞典等国分别打下了世界历史上最早的钢管桩和最早的钢筋混凝土预制桩。到 20 世纪初，美国出现了各种形式的型钢，特别是 H 型的钢桩受到营造商的重视。美国密西西比河上的钢桥大量采用钢桩基础，到 30 年代在欧洲也被广泛采用。二次大战后，随着冶炼技术的发展，各种直径的无缝钢管也被作为桩的建筑材料用于基础工程。钢筋混凝土预制构件问世后，才出现厂制和现场预制钢筋混凝土桩。1949 年美国雷蒙特混凝土桩公司最早用离心机生产了中空预应力钢筋混凝土管桩。在这个阶段，桩基的初步理论研究也应运而生了。归纳起来，桩基发展时期的主要特点是受水泥工业出现及其发展的影响，桩型不多，开始使用打桩机械沉桩，桩基设计理论和施工技术比较简单，处于萌芽阶段，桩身规格有所扩大，另外土力学的建立也为桩基技术的发展提供了理论基础。桩基技术的现代化阶段 随着第二次大战后世界各地经济复苏与发展，高层、超高层建筑物和重型构筑物不断兴建，桩基工程也得到了快速的大规模的发展。在这个阶段除钢筋混凝土桩外发展了一系列的桩系，如钢桩系列、水泥土桩系列、特种桩（超高强度、超大直径、变截面等）系列以及天然材料的砂桩、灰土桩和石灰桩等。另外，还出现了大量的新桩型、新工艺、新技术等。20 世纪 40 年代随着大功率钻孔机具研制成功，钻孔灌注桩首先在美国问世。20 世纪 90 年代中期，挤扩支盘灌注桩和 DX 挤扩桩技术在我国发明，挤扩支盘灌注桩可以大幅提高单桩承载力，能够取得较显著的经济效益。随着对打入式预制柱的要求越来越高，例如高承载力，穿透硬夹层、承受较高的打击应力及快速交货等要求，PHC 管桩在欧美、日本，前苏联及东南亚诸地区大量采用。近十几年来钢管混凝土管桩在日本、美国、加拿大、新西兰等国家有了较大的发展。这些国家的应用表明，由于钢管混凝土桩具有更高的承载力和抗弯性能，且抗震性能良好，便于运输，便于安装，对某些工程需大直径（1000mm 以上）高轴向承载力的超高强混凝土管桩，采用钢管混凝土管桩具有更好的技术经济指标，是发展预应力管桩的一条新途径。近些年来，大直径钻（挖）孔扩底桩由于具有承载力高、成孔后出土量少、承台面本科毕业设计（论文）第一章 绪 论 9 积小等显著优点，在国内外得到了广泛应用，扩孔的成型工艺也发展到爆扩、冲扩、夯扩、振扩、锤扩，压扩、注扩、挤扩和挖扩等众多种类。另外，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。随着岩土工程技术的不断发展，桩基技术也日趋成熟，特别是随着计算机技术的应用，使桩基设计、施工、监控技术数值化，桩基技术更朝着信息化方向发展，同时，高层建筑的兴起和工程地质条件的日趋复杂化，使桩基技术又面临新的挑战。在市场经济体制下，工程质量高、进度快、造价低的苛刻要求，迫使桩基技术人员向更高的桩基技术迈进，先后设计出各种异形桩，如结节桩、扩底桩、多级扩径桩或变截面桩等，以此来提高桩的承载力和满足各种工程建设的需要。可以说，桩形、尺寸和工艺的发展给桩基承载性能、设计理论和方法的研究提出了新的课题。（2）桩在我国的发展过程 1949 年建国之前 桩在中国起源于距今 60007000 年的新石器时代。中国的考古学家于1973年和1978年相继在长江下游以南浙江省东部余姚市的河姆渡村发掘了新石器时代的文化遗址，这是太平洋西岸迄今发现的时间最早的一处文化遗址，也是环太平洋地区迄今发现的规模最大、最具有典型意义的一处文化遗址和木桩遗存。到了 19 世纪后期，钢、水泥和混凝土相继问世，并且生产了混凝土桩和钢筋混凝土桩，中国随之于 20 世纪 20 年代开始采用钢筋混凝土预制桩和灌注桩，从而出现了木桩、混凝土桩和钢桩三者并举的时期，视工程的具体条件分别选用。由于天然资源的匮乏，中国自 20 世纪 50 年代后，除极个别盛产木材的地区外，基本上不再使用木桩。1949 年1979 年起步阶段 从建国以后到改革开放之前，我国的桩基发展处于一个起步的阶段，在这个阶段沉管灌注桩、钻孔灌注桩、人工挖孔桩以及预制桩等成为主要应用的桩型。20 世纪 2030 年代已出现沉管灌注混凝土桩，到 20 世纪 50 年代，随着大型钻孔机械的发展，出现了钻孔灌注混凝土和钢筋混凝土桩。我国 20 世纪 50 年代开始生产预制钢筋混凝土桩，多为方桩。我国铁路系统于 50 年代末生产使用预应力钢筋混凝土桩。1979 年改革开放至今 我国实行改革开放政策(1979 年)以来，随着国民经济的持续高速增长，中国出现了空前的大规模用桩的时期。我国大江大河如长江、黄河、珠江黄浦江、钱塘江等先后本科毕业设计（论文）第一章 绪 论 10 兴建的数百座举世瞩目的大桥，特大桥都采用了桩基础。从中国正在应用的各种桩型可以发现，它们具有不同的制桩材料并存，不同的制桩工艺（预制、灌注与搅拌）并存，大中小直径（截面）并存，锤击、振动与静压施工方法并存，机械成孔与人工挖孔并存，最新的、接近国际先进水平的工艺与最古老的传绕工艺并存等一系列特色。从成桩工艺的发展过程看，最早采用的桩基施工方法是打入法。打入的工艺从手锤到自由落锤，然后发展到蒸汽驱动、柴油驱动和压缩空气为动力的各种打桩机，另外，还发展了电动的振动打桩机和静力压桩机。随着就地灌注桩，特别是钻孔灌注桩的出现，钻孔机械也不断改进，如适用于地下水位以上的长、短螺旋钻孔机，适用于不同地层的各种正、反循环钻孔机，旋转套管机等。为提高灌注桩的承载力，出现了扩大桩端直径的各种扩孔机，出现了孔底或周边压浆的新工艺。目前，桩基的成桩工艺还在不断发展中。近年来，除了广泛应用的现场灌注钢筋混凝土桩、工厂化预应力管桩和钢桩以外，一些新理论、新桩型、新工艺、新技术得到了研发和应用，如出现了现场灌注的挤扩支盘灌注桩、DX 挤扩桩、工厂化生产的顶应力管桩竹节桩、桩端后注装技术、大直径筒桩、载体桩、螺旋桩、高压旋喷桩及刚柔复合桩，长短桩组合等桩基新技术。1.3 本文拟设计内容 本文以南京市桥北污水处理厂办公楼建设为背景，依据所获得的勘察报告和上部结构荷载形式，展开办公楼桩基础设计的具体工作，主要内容包括以下几个方面：（1）根据场地的工程地质条件及勘察报告，对场地进行工程地质评价，进而提出该办公楼的桩基础设计。（2）根据建筑物上部荷载及形式，确定桩的类型及技术指标并对其承载力进行验算。（3）根据桩的布置，确定承台的尺寸，并对承台的抗剪、抗冲切、抗弯和局部受压进行验算。（4）对桩的吊装进行验算，计算桩的沉降，并对桩基的合理性进行验算。本科毕业设计（论文）第二章 预应力混凝土管桩技术原理 11 第二章 预应力混凝土管桩技术原理 2.1 概 述 预应力混凝土管桩是近年来出现的一种新型预制桩型。它是在预制厂经过先张预应力，离心成型及高压蒸养等工艺生产而成的一种细长的空心环形等截面预制混凝土构件，可以说预应力混凝土管桩是预应力技术与离心制管技术相结合的一种产物。按照预应力张拉工艺，预应力管桩可分为后张法预应力管桩和先张法预应力管桩。后张法预应力管桩又称大直径预应力管桩，桩身采用后张法预应力工艺、离心-辊压-振动复合工艺成型。先张法预应力管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型制成的一种空心圆筒体细长混凝土预制构件，主要由桩身、预应力钢筋及箍筋、端头板和钢套箍等组成。一般说的预应力管桩都是指先张法预应力管桩。预应力管桩按混凝土强度等级及壁厚分为预应力高强混凝土管桩(代号 PHC)、预应力混凝土管桩(代号 PC)以及预应力薄壁混凝土管桩(代号 PTC)。PHC 桩的混凝土强度等级不低于 C80，PC 桩、PTC 桩混凝土强度等级不低于 C60。预应力高强混凝土管桩及预应力管桩按其抗弯性能或混凝土有效预压应力值分为 A 型、AB 型、B 型和 C 型，长度有 715m，且可根据实际需要定制。桩尖型式有十字型、锥型和开口型，桩节之间的连接通常采用端头板焊接。下面是预应力混凝土管桩的构造图：图图 2.1 预应力混凝土管桩构造图预应力混凝土管桩构造图 图图 2.2 预应力混凝土管桩钢筋笼构造图预应力混凝土管桩钢筋笼构造图 本科毕业设计（论文）第二章 预应力混凝土管桩技术原理 12 预应力混凝土管桩是岩土工程中重要的基础形式，近年来，随着工程建设工业技术的大力发展，预应力混凝土管桩的科研、设计及施工水平都有了很大的提高。表 2.1 为管桩目前常见规格的。表表 2.1 预应力管桩常见规格预应力管桩常见规格 种类 混凝土 等级 外径（mm）壁厚（mm）长度（m）桩身坚向极限承载力标准值（kN）PHC 型 C80 500 100 12 39704070 550 100、125 12 44704580 600 100、110、130 15 49306230 800 110 15 74307640 PC 型 C60 400 75 12 2010 500 100 12 32703360 550 100 12 36503790 600 100、110 15 40204540 PTC 型（薄壁）C60 300 50 10 1060 400 55、65 12 16101830 500 60 12 2230 550 60、70 12 24802810 600 70 12 3100 2.2 预应力管桩的特点 预应力管桩是一种预制桩，桩身质量可靠、植桩方便，其桩身混凝土强度高，耐打性好，穿透力强，沉桩产生挤土效应，单桩的地基承载力高，沉降小且均匀，抗震性好；单桩施工无开挖、不排土、无泥浆排放污染、不受冬期施工季节性冻土的影响、沉桩速度快，工期短，沉桩质量不受深厚饱和软土地层和地下水的影响、地基承载力易保证，成桩质量检测方便。预应力管桩虽相对于灌注管桩单位造价高些，但其承载力较高，因此单位承载力造价较低，综合造价较低，尤其是高强预应力管桩尚具有养护时间短、生产周期短的特点。在淤泥土或淤泥质土层中采用预应力混凝土管桩基础，与沉管灌注桩相比较，不会发生颈缩、夹泥、断桩、掉脚等施工质量问题；与钻(冲)孔灌注桩相比较，亦无桩端处的沉渣问题。本科毕业设计（论文）第二章 预应力混凝土管桩技术原理 13 2.2.1 预应力