规范桩基础7解读

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1、1 桩基础 概述 桩的类型 桩的竖向承载力 桩基础沉降的计算 桩的负摩擦问题 桩的水平承载力 桩基础设计的一般步骤 2 软 土 层 桩基础的使用 3 新加坡发展银行,四墩, 每墩直径7.3m 将荷载传递到下部好 土层,承载力高 大直径钻孔 桩 风化砂岩及粉砂岩 部分风化及 不风化泥岩 桩 4 新加坡发展银行, 四墩7.3m 5 6 桩基础的类型 (1)低承台桩基 (2)高承台桩基 承台 桩 上部结构 承台 桩 上部结构 7 分类： 1、按使用功能分： 竖向抗压桩(compression pile ) 竖向抗拔桩(tension pile) 水平受荷桩(horizon loading pile)

2、 复合受荷桩(compound pile) 主要承受竖向下压荷载（简称竖向荷载）的桩， 应进行竖向承载力计算，必要时还需计算桩基沉 降，验算软弱下卧层的承载力以及负摩阻力产生 的下拉荷载。 主要承受竖向上拔荷载的桩，应进行桩身强度和抗 裂计算以及抗拔承载力验算。 主要承受水平荷载的桩，应进行桩身强度和抗裂验 算以及水平承载力和位移验算。 承受竖向、水平荷载均较大的桩，应按竖向抗压（ 或抗拔）桩及水平受荷桩的要求进行验算。 8 2、按承载性能分： 摩擦桩 端承摩擦桩 端承桩 摩擦端承桩 桩顶的极限荷载主要靠桩身与周围 土层之间的摩擦力来支承，桩端处 土层反力很小，可忽略不计。 桩顶的极限荷载由桩

3、侧阻力和桩端阻力共同承担， 但主要由桩侧阻力承受。 桩顶极限荷载主要靠桩尖处坚硬 岩土层提供的反力来支承，桩侧 摩擦力很小，可以忽略不计。 桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担， 但主要由桩端阻力承受。 P s P s P 9 单桩承载力的确定 单桩极限承载力Pu由总极限侧阻力Psu和总极 限端阻力Pbu组成 取决于：桩身材料强度；地层的支承力 10 单桩竖向抗压静载试验 千斤顶 基 准 梁 试桩 锚桩试验装置示意图 次梁 拉杆 锚桩主筋 锚桩 试桩 次梁 基准梁 基准桩 主梁 锚桩 主梁 锚桩横梁反力方式 0 25 50 75 100 125 150 175 200 036721081

4、44180 s (mm) Q (kN)100 第二拐点 Qu 第一拐点 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 110100100010000lgt (min) 300kN 400kN 500kN 600kN 700kN 800kN Y0 (mm) 1 静载荷试验法 11 锚桩横梁方式 千斤顶 基 准 梁 试桩 锚桩试验装置示意图 次梁 拉杆 锚桩主筋 锚桩 试桩 次梁 基准梁 基准桩 主梁 锚桩 主梁 12 压重平台方式 次梁 主梁 支 承 墩 支 承 墩 千斤顶 千斤顶 堆载试验装置示意图 13 地锚方式 伞形地锚装置示意图 拉杆 立柱 横梁

5、千斤顶 地 锚 试 桩 14 自平衡试验法 15 Osterberg法 0 s (mm) s (mm) p (kN) 千斤顶 Selfbalanced test 16 单桩静载荷试验所得的荷载沉降（ Qs）关系曲线可大体分为陡降型（A）和 缓变型（B）两类形态。 陡降型 缓变型 17 单桩竖向抗拔静载试验 单千斤顶作 用方式 双千斤顶作用 方式 18 水平静载试验 500 垫块 千斤顶 球铰 百分表 百分表 基准梁 基准桩 19 竖向荷载作用下群桩效应 桩基一般由多根桩和连接上部结构的承 台组成，由于承台、桩、土相互作用，基桩 的承载力和沉降性状往往与相同地质条件和 设计方法的单桩有显著区别，

6、这种现象称为 群桩效应。 问题？ 单桩承载力加 起来等于群桩 承载力？ 20 群桩与群桩效应 岩石 土 压力扩散深度 6d 21 应力叠加 桩底应力增加,使承载力不足;总的 沉降增加 22 端承型群桩基础 端承型群桩中基桩（桩群中的 单桩）与（独立）单桩相近， 桩与桩的相互作用、承台与土 的相互作用，都小到可忽略不 计，端承型群桩的承载力可近 似取为各单桩承载力之和。 岩石 土 23 二、摩擦型群桩基础 摩擦型群桩的沉降大于单桩 ，对非条型承台下、按常用 桩距布桩的群桩，桩数越多 则群桩与单桩沉降量之比越 大。 摩擦型群桩基础的荷载沉 降曲线属缓变型，群桩效应 系数可能小于1，也可能大于 1。

7、 24 F 群桩沉降计算 多数桩基需要进行沉降验算 荷载采用准永久组合 基本假设：单向压缩、均质 各向同性和弹性假设的分层 总和法 25 附加应力计算的假定 1. 压力分布面积按 /4扩散的假定 2. 压力分布面积不扩散的假定 3. 压力分布面积不扩散但扣除侧面的摩阻 力 4.按Boussinesq理论计算应力 5.按Mindlin理论计算应力 26 沉降计算结果的修正 1. 按压缩模量的大小修正 2. 按桩长修正 3. 按不同应力计算假定的等效修正 27 F l G b0 A 荷载扩散法 a0、b0 群桩外缘长短边的长度 l 桩的入土深度 所有土层内摩擦角平均值 G 扩散后面积上的重量(矩形

8、) p0 d 28 s 桩基最终计算沉降量 m 计算分层数 Esi 压缩模量 pi 第i层土的竖向附加应力平 均值 p 沉降计算经验系数 按照扩散后的面积进行分层总和法计算沉降 F l G b0 A p0 d 29 F l G b0 A 扣除桩群侧壁摩阻力法 hi 桩身穿越第i层土层厚度 l 桩的入土深度 qsia 第i层土侧阻力特征值 Gk 承台和承台以上土的重量 按照前面的分层总和法计算沉降 p0 30 1 负摩擦的产生 (1)桩周附近地面大面 积堆载 (2)大面积降低地下水 位 (3)欠固结土,新填土 (4)湿陷性黄土遇水湿 陷 (5)砂土液化、冻土融 解 桩的负摩阻力 正摩阻 负摩阻

9、在土层相对于桩侧向下位移 时，产生于桩侧向下的摩阻 力称为负摩阻力。 31 2 负摩擦力的确定,负摩阻力成为荷载的一部分 对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻力, 对于一般桩,因为桩土都有变形,视二者的相对位 移量和方向 ln Negative 32 33 由于影响桩基负摩阻力因素较多，故难以精确计算， 现有方法多是带经验性的。本文只介绍以有效应力表达 的计算方法（该方法比较接近实际），即： 单桩负摩阻力标准值可按下列公式计算： 当地面有满布荷载时： 式中 第层土桩侧负摩阻力标准值； 桩周土负摩阻力系数，可按表3-12取值； 桩周第层土平均竖向有效应力； 第层土层底以下桩周土按厚度计算的加权

10、平 均有效重度； 34 自地面起算的第层土中点深度； 地面均布荷载。 负摩阻力系数 注：当 计算值大于正摩阻力时，取正摩阻力值。 土 类 饱 和 粘 土0.150.25 粘 性 土、粉 土0.250.40 砂 土0.350.50 自重湿陷性黄土0.200.35 35 桩侧负摩阻力系数与土的类别和状态有关。 对于粗粒土，随土的密度和粒径的增大而提高 ；对于细粒土，则随土的塑性指数、孔隙比和 饱和度的增大而降低。其取值如表所示。 中性点深度 应按桩周土层沉降与桩沉降 相等的条件计算确定，也可参照表确定。 36 中性点深度 表 注： 、 分别为中性点深度和桩周沉降变形土层 下限深度； 桩穿越自重湿陷

11、性黄土层时， 按表列值增大10% （持力层为基岩除外）。 持力层性质粘性土、粉 土 中密以上砂砾石、卵 石 基 岩 中性点深度比 / 0.50.60.70.80.91.0 37 桩的水平承载力 风荷载 船击 地震荷载 风荷载 38 问题：problems 单桩的水平承载力和位移如何确定? 桩基中各桩桩顶所受的荷载如何分配? 单桩的内力怎样计算等? 39 水平承载机理 桩土的相互作用 承载力大小取决于：土性、桩长和桩断面刚 度和桩的约束条件。 l 水平承载桩 40 横向受力桩的承载力确定 静力水平载荷试验 理论公式计算 常数法、 m法、k法、c法 水平承载桩 41 常数法m法k法 C法 kh 抗

12、力系数 桩的位移 42 桩基础设计 1. 桩基础设计步骤 2.群桩中的单桩承载力 3.承台设计 43 桩桩 基基 础础 的的 设设 计计 步步 骤骤 No 结构、地质和环境资料 桩型、桩长、断面 桩数和布置 验算单桩承载力 桩基沉降验算 承台与桩身设计计算 设计结束 单桩承载力特征值Ra No 荷载、持力层、相邻建筑 根据施工条件决定桩 型 根据持力层深度确定 桩长 根据荷载大小决定桩 截面 桩端进入持力层深度 ：13d，进入较好岩 体0.5m。桩端下持力 层厚度 4d。 根据前述确定单桩承 载力特征值 1单桩的静载荷试验 2 其他现场试验 3原位测试 4 经验方法 初估桩数n Fk 竖向荷载

13、效应的标 准组合 Gk 设计地面下承台底 面以上结构和土的自 重，容重用20kN/m3 桩距 摩擦桩一般3d 扩底灌注桩扩底直径 的1.5倍 群桩承载力合力作用 点与长期荷载的重心 重合 承载力验算采用正常 使用极限状态下荷载 效应的标准组合 沉降验算采用正常使 用极限状态下荷载效 应的准永久组合 承台和桩身强度验算 时采用承载能力极限 状态下荷载效应的基 本组合 承台尺寸、厚度 承台的抗冲切、抗弯 、抗剪验算 钢筋混凝土桩的配筋 等设计 44 群桩基础中的单桩承载力验算 中心竖直荷载 实 际 分 布 假设的分布 F 假设每个桩的荷载相同 Gk 承台以上总自重 n 桩数 G 45 偏心竖向荷载

14、 荷载线性分布假设 Y x7 y7 Qik 第i根桩底竖向力 Mxk，Myk 作用于承台 底面通过桩群形心的x ，y轴的力矩 My Mx 9 8 7 2 1 6 3 4 5 X 46 桩基础设计例题 柱的矩形截面边长为 bc=450mm及hc=600mm，相应 于荷载效应标准组合时作用 于柱底（标高为-0.50m）的 荷载为：Fk=3040kN，Mk（作 用于长边方向）=160kNm， Hk=140kN，拟采用混凝土预 制桩基础，桩的方形截面边 长为bp=400mm，桩长15m。已 确定单桩竖向承载力特征值 Ra=540kN，单桩水平力特征 值RHa=70kN承台混凝土强度 等级取C20，配置HRB335级 钢筋，试设计该桩基础。 Fk3040kN Mk160kN m Hk140kN 500 47 【解】 对C20混凝土取ft=1100kPa；对 HRB335级钢筋取fy=300N/mm2。 （1）桩的类型和尺寸已选定，桩身结构设计从 略. （2）初选桩的根数 暂取6根 （3）初选承台尺寸 桩距，桩距s=3.0bp =3.00.4=1.2m 承台长边：a=2（0.4+1.2）=3.2m 承台短边：b=2（0.4+0.6）=2.0m 暂取承台埋深为1.4m，承台高度h为0.9m