桩基础是一种古老而广泛的基础形式,历史至少有12000年至14000年。从智利古文化遗址中支撑木屋的木桩到中国河姆渡和半坡村的木结构遗存,人类在7000年前就开始使用木桩支撑房屋。19世纪,铸铁板桩开始用于围堰和码头建设,而20世纪,钢材、水泥、混凝土和钢筋混凝土的兴起,彻底改变了桩基础的材料和构造。
1898年,混凝土或钢筋混凝土桩首次出现,随后沉管灌注桩和钻孔灌注桩相继问世,钢桩和预制桩也得到了广泛应用。二次大战后,无缝钢管作为桩材在基础工程中的应用进一步扩展。我国从50年代起也开始生产预制钢筋混凝土桩,50年代末,铁路系统引入预应力钢筋混凝土桩,钻孔灌注桩技术也得到了发展,60~70年代还研发出了预应力钢筋混凝土管桩。
随着桩基础的应用领域拓宽,机械设备和施工技术不断改进,产生了多样的新桩型和工法,为复杂地质和环境条件下的桩基应用注入了活力。现在,桩基础在房屋建筑、桥梁码头、杆塔结构和海上石油平台等领域得到广泛应用,设计理论、施工技术、检测技术及新桩型的开发得到了深入研究。最近几十年,桩基技术蓬勃发展,成为国内外科技热点。
桩基础由基桩和承台组成。单桩基础指的是采用一根桩承受和传递上部结构荷载的独立基础,而群桩基础则由2根以上桩组成。地基是支撑基础的土体或岩体,其质量直接影响建筑物的安全和成本。桩是指埋入土中的柱形杆件,通过桩传递上部结构荷载到地基土。
桩基础有很强的适应性,可以适用于各种地质条件,不同施工场地和各类荷载类型。桩具有良好的荷载传递性能,可以控制建筑物沉降,承载能力大,抗震性能好,施工机械化程度高。桩的种类繁多,可按施工方法、材料、成桩方法和使用功能等进行分类。
施工方法分类包括预制桩、就地灌注桩、挤扩多支盘灌注桩等。预制桩采用锤击、振动或静压方式将预制桩沉入地层。就地灌注桩则在设计位置用钻、冲、挖等方式成孔,灌注混凝土形成桩。挤扩多支盘灌注桩利用专用设备在混凝土桩基础上挤出分支和承力盘,提高桩的竖向承载能力。
按桩材料分类,有木桩、混凝土桩、钢桩和组合桩。木桩适用于地下水位以下地层。混凝土桩强度高、耐久性好,广泛使用。钢桩包括钢管桩、型钢桩和钢板桩,具有高承载能力和施工便捷性。组合桩则结合两种材料的优势,如混凝土桩和木桩的组合,以发挥各自的性能。
成桩方法对地基土影响程度分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩。非挤土桩如干作业挖孔桩、泥浆护壁钻孔桩等,成桩时仅排除与桩体积相同的土。部分挤土桩如开口钢管桩等,桩周土受轻微扰动,原始结构变化不明显。挤土桩如打入桩等,成桩过程中桩周围土层受到严重扰动,土的原始结构遭到破坏。
按使用功能分类,桩基础可分为竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平受荷桩和复合受荷桩。竖向抗压桩主要承受垂直荷载,竖向抗拔桩用于抵抗上拔荷载,水平受荷桩承担水平荷载,复合受荷桩能同时承受竖向和水平荷载。
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