桩基础的分类(Classification of Piles)

1 引言

在<桩基础的基本构造和适用条件(Pile Foundation)>一文中,简要讨论了桩的适用条件, 从结构力学的角度看, 桩可以看作是一个柱(short columns or long slender columns). 总的来说, 桩可分为沉桩/贯入桩(Driven Piles)和钻孔灌注桩(Bored Cast-in-Insitu Piles), 沉桩的材料可以是混凝土, 钢或木材, 而灌注桩则是由混凝土或钢筋混凝土组成. 桩可以受到垂直载荷或水平载荷的作用,也可以受到垂直载荷和水平载荷的联合作用. 如果钻孔灌注桩的直径大于0.75m, 一般称为大直径桩(Drilled Pier, Drilled Caisson or Drilled Shaft). 除此之外, 桩可以按照不同的方式进行分类. 

2 桩基础的分类 

2.1 按长度分类

除了上面提到的按桩直径分类外, 还有一个按几何尺寸的分类是按照L/d的比值划分为长桩和短桩. 其中L为桩的长度, d为桩的直径. 短桩类似于一个刚性体, 在水平载荷作用下发生整体旋转. 在垂直载荷作用下, 主要是桩端承受上部传递下来的载荷. 长桩在水平载荷作用下,超过一定深度桩就失去了作用, 但在垂直载荷作用下侧摩阻力承担了大部分的载荷.

2.2 按倾斜度分类

桩可以是垂直桩, 也可以是倾斜桩, 垂直桩主要用来承受垂直载荷, 很少承受水平载荷. 倾斜桩(inclined piles, batter piles, raker piles)可以用来承受水平载荷, 当使用在群桩中,也能承受垂直载荷. 

2.3 按承台位置分类 

桩基础按承台位置可分为高桩承台基础和低桩承台基础(简称高桩承台、低桩承台)。高桩承台的承台底面位于地面(或冲刷线)以上，低桩承台的承台底面位于地面(或冲刷线)以下。 

a) 低桩承台    b) 高桩承台

高桩承台的特点：由于承台位置较高或设在施工水位以上，可减少墩台的圬工数量，避免或减少水下作业，施工较为方便。然而，在水平力的作用下，由于承台及基桩露出地面的一段自由长度周围无土来共同承受水平外力，基桩的受力情况较为不利，桩身内力和位移都比同样水平外力作用下的低桩承台要大，其稳定性也比低桩承台差。

低桩承台的特点：施工较为复杂。在水平力的作用下，由于承台及基桩共同承受水平外力，基桩的受力情况较为不利，桩身内力和位移都比同样水平外力作用下的低桩承台要小，其稳定性比高桩承台好。

2.4 按成桩方法分类 

按施工方法分类, 桩基础主要分为沉桩和钻孔灌注桩.

2.5 按设置效应分类

按设置效应分类, 桩基础可以分为挤土桩, 部分挤土桩和非挤土桩. 

2.6 按受力条件(桩土相互作用)分类

按桩土相互作用分类,主要可分为摩擦桩和端承桩. 摩擦桩---穿过并支承在各种压缩性土层中，在竖向荷载作用下，基桩所发挥的承载力以侧摩阻力为主时，统称为摩擦桩。端承桩---桩穿过较松软土层，桩底支承在坚实土层(砂、砾石、卵石、坚硬老粘土等)或岩层中，且桩的长径比不太大时，在竖向荷载作用下，基桩所发挥的承载力以桩底土层的抵抗力为主时，称为端承桩或柱桩。

a) 端承桩    b) 摩擦桩

2.6 按桩身材料分类 

按桩身材料分类, 可分为钢桩(钢管桩和H型桩, Steel Piles), 钢筋混凝土桩(Concrete Piles)和木桩(Timber Piles). 木桩在现代建筑中基本上不再使用. 

钢桩的优点是可根据荷载特征制作成各种有利于提高承载力的断面。且其抗冲击性能好、节头易于处理、运输方便、施工质量稳定，还可根据弯矩沿桩身的变化情况局部加强其断面刚度和强度。钢桩的最大缺点是造价高和存在锈蚀问题。

钢筋混凝土桩的配筋率较低(一般为0.3~1.0%)，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)，还可采用预制与现浇组合，适用于各种地层，成桩直径和长度可变范围大。因此，桩基工程的绝大部分是钢筋混凝土桩，桩基工程的主要研究对象和主要发展方向也是钢筋混凝土桩。