第4章桩基础41～44.ppt

基 础 工 程,第4章 桩基础,4.14.4,回 顾,1.柱下条形基础底板厚度构造上要求，不正确的是()。（A）不应小于200mm；（B）在200250mm为等厚度板；（C）大于250mm为变厚度板；（D）大于300mm时为变厚度板。2.关于柱下条形基础梁纵向受力筋的构造要求，叙述不正确的是()。（A）梁上下均有24根通长配置，且其面积不得小于纵向钢筋总面积的1/3；（B）支座受力筋布置在支座下部，跨中受力筋布置在跨中上部；（C）梁高大于450mm时，在梁两侧沿高度配置腰筋，间距不大于200mm。,3.筏形基础的厚度不须考虑()。（A）板的抗冲切强度；（B）板的抗剪切强度；（C）板的最小厚度；（D）局部受压承载力。4.以下箱基构造要求()不是从考虑箱基的整体刚度要求出发。（A）箱基高度不宜小于其长度的1/20，且不小于3m；（B）外墙厚不小于250mm，内墙厚不小于200mm；（C）顶板厚度不应小于180mm，底板厚不应小于300mm；（D）底层柱与箱基交接处，做成八字柱脚。,5.当考虑上部结构、基础和地基的共同工作时，三者不但要满足静力平衡条件，还应满足（）条件。6.目前较为常用的三种线性地基模型是：（）、（）、（）。7.文克尔地基上的梁按l值可划分为短梁、()和()。,8.对于压缩层厚度小于基础宽度的一半情况，在进行地基基础相互作用时，下列模型中优先选用的是()。(A)有限压缩层地基模型；(B)文克尔地基模型；（C）弹性半空间地基模型；(D)弹塑性地基模型。9.文克勒地基模型是属于（）。(A）半无限地基模型(B)塑性地基模型(C)线弹性地基模型,10.计算基础范围以外地基的沉降，下述何种模型是不合适的？（）(A)文克勒地基模型（B)弹性半空间模型(C）分层地基模型11.关于倒梁法的适用条件下列说法中正确的是：(A)上部结构为柔性结构；(B)上部结构刚度较好，荷载分布均匀；(C)基础梁接近于刚性梁(梁的高度大于柱距的1/6)；(D)地基土较均匀。,12.对于刚度较大的地基(如密实的碎石及砂土地基)和刚度很大的建筑(如剪力墙体系、层数为12层以上的框架、框架剪力墙体系)，在计算箱形基础内力时应考虑：(A)局部弯曲；(B)整体弯曲；(C)局部弯曲和整体弯曲；(D)不计弯曲变形。,第4章 桩基础,4.1 概述4.2 桩的类型4.3 桩的竖向承载力4.4 桩基础沉降的计算4.5 桩的负摩擦问题4.6 桩的水平承载力4.7 桩的平面布置原则4.8 桩承台的设计4.9 桩基础设计的一般步骤,4.1 概述,一、桩基及其作用,桩基=桩+承台（独立、条形、筏、箱）,有高、低两种，前者用于水中,几个基本概念,桩基pile foundation由设置于岩土中的桩和与桩顶连接的承台共同组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩基础复合桩基composite pile foundation由基桩和承台下地基土共同承担荷载的桩基础基桩foundation pile桩基础中的单桩复合基桩composite foundation pile单桩及其对应面积的承台下地基土组成的复合承载基桩。刚性桩复合地基,桩之作用：,（1）将荷载传至硬土层，或分配到较大的深度范围，以提高承载力。,（2）减小沉降，从而也减小沉降差，故地基强度够，而变形不合要求时亦用。,（3）抗拔：用于抗风、抗震、抗浮等（4）有一定抗水平荷载能力，特别是斜桩（5）抗液化：深层土不易液化，浅层土液化后，有桩支撑，有助于上部结构的稳定,所以应用广泛，沿海、内陆地区均用。同基坑支护、地基处理并为土木工程三大热点。,桩基古已应用。上海龙华塔，7层，40.4m,相当于13层楼高,初建于三国东吴时代,重建于宋代,用木桩,桩周用灰土防腐，是软基上建高层的范例。,桩基适用范围,1、高层、重要建筑物；2、重型工业厂房、仓库、料仓；3、较大水平荷载或上拔力的构筑物基础；4、精密或大型设备基础；5、表层软弱土层。,二、桩基础的设计原则,桩基设计应满足下列基本条件：1单桩承受的竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值；2桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值；3对位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。,三、桩基设计内容（P119自学1分钟）,桩基设计包括下列基本内容：桩的类型和几何尺寸的选择；单桩竖向(和水平向)承载力的确定；确定桩的数量、间距和平面布置；桩基承载力和沉降验算；桩身结构设计；承台设计；绘制桩基施工图。,4.2 桩的类型,1.按承载性状分类2.按桩身材料分类3.按施工方法分类4.按成桩时的挤土效应分类5.按桩径大小分类,1.按承载性状分类,2.按桩身材料分类,可分为木桩，混凝土桩，钢桩等。,3.按施工方法分类,预制桩灌注桩,（一）预制桩,预制钢筋混凝土桩预应力钢筋混凝土桩钢桩：钢管桩和H形桩,（1）预制钢筋混凝土桩,预制钢筋混凝土桩最常用的是实心方桩，断面尺寸从200200mm到600600mm；桩长在现场制作时可达2530m，在工厂预制时一般不超过12m。接桩的方法有：钢板焊接、法兰盘螺栓连接和螺纹连接等。,（2）预应力钢筋混凝土桩,预应力钢筋混凝土桩系将预制混凝土桩的部分或全部主筋作为预应力张拉钢筋，采用先张法、后张法对桩身混凝土施加预压应力，提高桩的抗冲（锤）击能力与抗弯能力。预应力钢筋混凝土桩简称为预应力桩。,预应力桩按其制作工艺分为两类：一类是普遍立模浇制的，断面形状为含内圆孔的正方形，称为预应力空心方桩，或简称预应力空心桩。另一类是离心法旋制的，断面形状为圆环形的高强预应力管桩（Prestressed High Strength Concrete Tube shaped Piles），简称PHC桩。,高强预应力管桩,（3）钢桩,钢桩有两种：钢管桩和H形桩。,（4）预制桩的施工工艺,预制桩的施工工艺包括制桩与沉桩两部分，沉桩工艺又随沉桩机械而变，主要有三种：锤击式、静压式和振动式。,演示,（二）灌注桩,沉管灌注桩和夯扩桩 钻（冲）孔灌注桩 挖孔灌注桩 爆扩灌注桩,（1）沉管灌注桩和夯扩桩,沉管灌注桩又称套管成孔灌注桩，这类灌注桩是采用振动沉管打桩机或锤击沉管打桩机，将带有活瓣式桩尖、或锥形封口桩尖，或预制钢筋混凝土桩尖的钢管沉入土中，然后边灌注混凝土、边振动或边锤击、边拔出钢管而形成灌注桩。该方法具有施工方便、快捷，造价低的优点，是国内目前采用得较为广泛的一种灌注桩。,其施工程序一般包括四个步骤：沉管、放笼、灌注、拔管。,适用于硬塑、可塑黏性土、粉土、中细砂，深度可达2030m,（1）沉管灌注桩,演示,沉管灌注桩质量事故,夯扩桩,夯扩桩演示,（2）钻（冲）孔灌注桩,钻孔灌注桩(简称钻孔桩)与冲孔灌注桩(简称冲孔桩)是指在地面用机械方法取土成孔的灌注桩。按施工工艺分为干法成孔和泥浆护壁两类。,干法成孔适用于地下水位以上的黏性土、粉土、填土等，砂土慎用。,干法成孔,演示,湿法主要分三大步：成孔、沉放钢筋笼、导管法浇灌水下混凝土成桩。,水下钻孔桩成孔过程中，通常采用具有一定重度和粘度的泥浆进行护壁（膨润土），泥浆不断循环，同时完成携土和运土的任务。这种成孔工艺可穿过任何类型地层，桩长可达100m。施工过程无挤土、无（少）振动、无（低）噪音，但要排污泥，工地环境脏。,泥浆护壁桩事故,旋挖钻孔灌注桩,演示,（3）挖孔灌注桩,用人力挖土形成桩孔，在向下掘进的同时，将孔壁衬砌以保证施工安全，清理完孔底后，浇灌混凝土。用人工成孔，成本低适用于水位以上,演示,（4）爆扩(钻扩)灌注桩,地下水位以上的粘性土、填土、黄土,钻扩演示,旋挖钻扩桩（多支盘桩）,挤扩支盘桩,(5)钻孔灌注桩后注浆技术,4.按成桩时的挤土效应分类,非挤土桩部分挤土桩挤土桩,（1）非挤土桩,包括挖孔灌注桩，泥浆护壁钻（冲）孔桩，螺旋钻孔灌注桩等。这类在成桩过程中基本对桩相邻土不产生挤土效应的桩，称为非挤土桩。,（2）部分挤土桩,钻孔挤扩灌注桩预钻孔打入（静压）预制桩打入（静压）敞口钢管桩、敞口预应力混凝土空心桩,（3）挤土桩,沉管灌注桩沉管夯（挤）扩灌注桩打入（静压）预制桩、闭口钢管桩,5.按桩径大小分类,1.小桩：桩径d250mm2.中等直径桩：250mmd800mm3.大直径桩：桩径d800mm,4.3.1 单桩轴向荷载的传递机理 4.3.2 单桩竖向承载力的确定4.3.3 竖向荷载下的群桩效应,4.3 桩的竖向承载力,4.3.1 单桩轴向荷载的传递机理,1桩身轴力和截面位移,4.3.1 单桩轴向荷载的传递机理,1桩身轴力和截面位移规律：单桩轴向荷载的传递过程就是桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程 靠近桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥侧阻力先于端阻力发挥,(1)桩的长径比 L/d,短桩(L/d 10)中长桩(L/d10)长桩(L/d40)超长桩(L/d 100)随L/d 的增大，传到桩端的荷载减小，桩身下部侧阻力的发挥值相应降低。均匀土层中的长桩，桩端分担的荷载比趋于零。,4.3.1 单桩轴向荷载的传递机理,2.影响荷载传递的因素,对于中长桩：当 Eb/Es=1(即均匀土层)时，桩端阻力仅占荷载的5左右，即属于摩擦桩；当 Eb/Es 100 时，桩端阻力分担了60以上荷载，即属于端承型桩。,4.3.1 单桩轴向荷载的传递机理,(2)桩端土与桩周土的刚度比EbEs,（3）桩土刚度比Ep/Es,Ep/Es愈大，传递到桩端的荷载愈大，而对于Ep/Es 10 的中长桩，其桩端阻力分担的荷载几乎接近于零。,4.3.1 单桩轴向荷载的传递机理,(4)桩端扩底直径与桩身直径之比,D/d 愈大，桩端阻力分担的荷载比愈大；对于均匀土层中的中长桩，当 D/d=3 时，桩端阻力分担的荷载比将由等直径桩(D/d=1)的约 5 增至约 35；(夯扩桩、富坤扩底桩),4.3.1 单桩轴向荷载的传递机理,3桩侧摩阻力和桩端阻力的变化规律,4.3.1 单桩轴向荷载的传递机理,桩侧摩阻力达到极限值所需的桩土相对位移极限值基本上只与土的类别有关，而与桩径大小无关，根据试验资料约为46mm(对粘性土)或6l0mm(对砂类土),4.3.1 单桩轴向荷载的传递机理,桩端阻力的深度效应：当桩端进入持力层的深度h小于某一深度时，其端阻力一直随着深度线性增大；当进入深度大于某个深度后，极限端阻力基本保持恒定不变，该深度称为端阻力的临界深度。13d发挥端阻需要的位移：砂类土d/12d/10，黏性土d/10d/4,4.单桩的破坏模式,4.3.1 单桩轴向荷载的传递机理,陡降型：摩擦型桩缓变型：端承型桩,4.3.2 单桩竖向承载力的确定,单桩竖向承载力的确定，取决于两方面：桩身的材料强度地层的支承力二者取小者。通常混凝土材料强度取C20以上，足以满足，所以主要验算地层的支承力,4.3.2 单桩竖向承载力的确定,确定单桩承载力的方法,经验参数法静载荷试验法静力触探法(略)高应变动测法(略),4.3.2 单桩竖向承载力的确定,1.经验参数法,建筑地基基础设计规范法求特征值建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）法求极限值，除以安全系数K=2计算,4.3.2 单桩竖向承载力的确定,建筑地基基础设计规范法,（4-22）,4.3.2 单桩竖向承载力的确定,课堂练习题,某工程采用直径为700mm的灌注桩，桩长26.5m，承台埋深1.5m。土层分布情况为：03.0m填土，桩侧阻力特征值qsa=10kPa；3.08.5m粘土层，qsa=25kPa；8.525.0m粉土层，qsa=35kPa；25.030.0m中砂，qsa=40kPa，qpa=3000kPa，试确定桩的竖向承载力特征值。,4.3.2 单桩竖向承载力的确定,解：,建筑桩基技术规范法（补）,单桩竖向承载力特征值Ra应按下式确定：,式中：Quk单桩竖向极限承载力标准值；K安全系数，取K2。,对于端承型桩基、桩数少于4根的摩擦型柱下独立桩基、或由于地层土性、使用条件等因素不宜考虑承台效应时，基桩竖向承载力特征值应取单桩竖向承载力特征值。,Quk的确定,复合基桩竖向承载力特征值,对于符合下列条件之一的摩擦型桩基，宜考虑承台效应确定其复合基桩的竖向承载力特征值：1、上部结构整体刚度较好、体型简单的建（构）筑物；2、对差异沉降适应性较强的排架结构和柔性构筑物；3、按变刚度调平原则设计的桩基刚度相对弱化区；4、软土地基的减沉复合疏桩基础。,考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值可按下列公式确定：,c承台效应系数，可按规范表5.2.5取值；fak承台下1/2承台宽度且不超过5m深度范围内各 层土的地基承载力特征值按厚度加权的平均值；Ac计算基桩所对应的承台底净面积；Aps桩身截面面积；,A承台计算域面积。对于柱下独立桩基，A为承台总面积；a地基抗震承载力调整系数，应按现行国家标准建筑抗震设计规范GB 50011采用。当承台底为可液化土、湿陷性土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土时，沉桩引起超孔隙水压力和土体隆起时，不考虑承台效应，取c 0。,表5.2.5 承台效应系数,注：1 表中sa/d为桩中心距与桩径之比；Bc/l为承台宽度与桩长之比。当计算基桩为非正方形排列时，,A为承台计算域面积 n为总桩数。2 对于桩布置于墙下的箱、筏承台，可按单排桩条基取值。方桩d=1.13b,某钢筋混凝土桩基，采用断面为40 cm 40 cm的钢筋混凝土预制桩，桩位布置如图所示，工程桩数5根，承台的平面尺寸为3.0m 3.0m，入土深度22 m，承台埋深2m，承台底土fak=150kPa，Ra=2000kN。要求确定该桩基础复合基桩承载力特征值(不考虑地震作用)。,课堂练习题,4.3.2 单桩竖向承载力的确定,2.静载荷试验法,（1）试验装置,4.3.2 单桩竖向承载力的确定,2.静载荷试验法,（2）试验方法（慢速维持荷载法）一般采用逐级加载，每级基本荷载增量一般按预估极限荷载的1/101/15施加，第一级荷载可加倍施加。每级加载后，按5、10、15、30、60分钟间隔测读沉降。当每小时沉降不超过0.1mm，并连续出现两次，则认为沉降已达到相对稳定，可加下一级荷载。当符合规范规定的终止加载条件时，即终止加载，开始逐级卸载。,4.3.2 单桩竖向承载力的确定,2.静载荷试验法,（3）试桩数量及间歇时间甲级和地质条件复杂的乙级建筑必须做，在同一条件下的试桩数量不宜小于总桩数的1，且不应小于3根。所需的间歇时间：预制桩在砂类土中不得少于7天；粉土和粘性土不得少于15天；饱和软粘土不得少于25天；灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后（28天）才能进行。,4.3.2 单桩竖向承载力的确定,2.静载荷试验法,（4）试验成果与承载力确定上面的测试结果一般可整理成Qs、slgt等曲线，Qs曲线表示桩顶荷载与沉降关系，slgt曲线表示对应荷载下沉降随时间变化关系。,4.3.2 单桩竖向承载力的确定,Ra=Qu/2,4.3.3 竖向荷载下的群桩效应,由 2 根以上桩组成的桩基称为群桩基础 群桩基础的承载力往往不等于其中各单桩的承载力之和，这种现象称为群桩效应。群桩效应系数Qg/Qi,4.3.3 竖向荷载下的群桩效应,1 端承型群桩基础,1,4.3.3 竖向荷载下的群桩效应,2 摩擦型群桩基础,就一般情况而言，在常规桩距(34d)下，粘性土中的群桩，随着桩数的增加，群桩效率系数明显下降，且1。,4.4 桩基础沉降的计算,4.4.1 单桩沉降的计算 4.4.2 群桩沉降的计算,4.4.1 单桩沉降的计算,竖向荷载下单桩沉降由三部分组成：(1)桩身弹性压缩引起的桩顶沉降；(2)桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力以压力扩散角向下传递，致使桩端下土体压缩而产生的桩端沉降；(3)桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。计算方法略,4.4 桩基础沉降的计算,4.4.2 群桩沉降的计算（补）,对于桩中心距小于或等于6倍桩径的桩基，其最终沉降量计算可采用等效作用分层总和法。等效作用面位于桩端平面，等效作用面积为桩承台投影面积，等效作用附加应力近似取承台底平均附加压力。,4.4 桩基础沉降的计算,桩基内任意点的最终沉降量可用角点法按下式计算（5.5.6）：,s桩基最终沉降量(mm)；s按分层总和法计算出的桩基沉降量(mm)；桩基沉降经验系数，当无当地可靠经验时可按第5.5.11条确定；e桩基等效沉降系数，按第5.5.9条确定；m角点法计算点对应的矩形荷载分块数；p0j 第J块矩形底面对应于荷载效应准永久组合的附加压力(kPa)；其它参数同浅基础,计算矩形桩基中点沉降时，桩基沉降可简化成下式：,沉降计算深度zn按应力比法确定，即计算深度处的附加应力与土的自重应力应符合下式：,桩基等效沉降系数计算,当布桩不规则时，等效距径比可按下列公式近似计算,某钢筋混凝土桩基，如图所示。已知柱子传来的荷载：Fk=2600 kN，Mk=600kN/m,Hk=50 kN。地质剖面及各项土性指标示于图中。采用断面为40 cm 40 cm的钢筋混凝土预制桩，桩位布置如图所示，工程桩数5根，承台的平面尺寸为3.0m 3.0m，入土深度22 m，承台埋深2m。要求确定该桩基础等效沉降系数。,课堂练习题-1(作业),小 结,熟悉各种类型桩的特点、适用范围、施工方法等掌握单桩及复合基桩承载力特征值的确定方法熟悉桩基沉降计算方法,