桥梁桩基础讲稿

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1、第三章 桥梁桩基础,第一节 概述 一、桥梁的组成及概念,基础的分类：浅基础：刚性扩大基础 (材料: 砖石,素混凝土,钢筋混凝土)深基础：桩、沉井(钢筋混凝土) 浅基础和深基础的区别: 浅基础:埋深h小于或等于5m, 施工简单,可以明挖,计算时不考虑土抗力. 深基础:埋深h5m,施工较复杂, 计算时,要考虑周围土抗力. 埋置深度h对于有冲刷的河流，是从最大冲刷线至基础底面的距 离； 对于无冲刷河流，是从河底或地面至基础底面的距离。 地基的分类：人工地基需要经过人工加固或处理的地基；天然地基可直接放置基础的地基。 桥梁桩基础的概念：组成：承台+基桩作用：将上部结构传来的力传入地基中。,二、桩的适用

2、条件,1. 荷载较大，地基上部土层软弱，适宜的持力层较深。 2、河床冲刷大，采用浅基础施工困难或不够安全。 3、结构对不均匀沉降敏感时。 4、施工水位过高，避免水下施工。 5、地震区。,第二节 桩基的类型和构造,一、按受力条件分： 1.摩擦桩和柱桩： 摩擦桩：桩穿过并支撑于各可压缩土层中，主要依靠桩侧摩阻力支承荷载。 柱桩：桩穿过土层，支撑在岩石等非压缩土层中，主要依靠桩底支承力荷载，忽略桩侧摩阻力。 2. 竖直桩和斜桩; 竖直桩：常用于承受垂直力。 斜桩：为了承受较大水平力，一般用于拱桥桥台。 3. 高承台桩：台底位于地面（或冲刷线）以上，圬工少，施工方便。低承台桩：台底位于地面（或冲刷线）

3、以下，圬工多，稳定性好。,二、按施工方法分：钻孔灌注桩打入桩静力压桩沉管灌注桩爆扩桩管柱桩,三、桩基础的构造 钢筋组成和作用。 摩擦桩：分段配筋； 柱桩：全长均匀配筋。 桩与承台连接时，应成喇叭形，并放置钢筋网在顶端。,第三节 钻孔灌注桩的施工,施工特点：简单、方便。 适用于：各种砂性土、粘性土、碎卵石 类土、岩层。 慎用：在有淤泥，可能有流砂或有承压水的土质地点。,施工顺序： 1. 准备场地：三通一平浅水施工：筑岛围堰深水施工：搭支架、搭便桥，安装水中平台、用浮船。 2. 埋护筒：种类：木、钢、混凝土作用：1）固定桩位，做钻孔导向；2）保护孔口，防止坍塌；3）隔离地面水，保持水头差。,埋护筒

4、要求： 1）平面位置应埋设正确； 2）筒顶标高应高出地下水位和施工最高水位1.52.0m。 3）筒底应低于施工最低水位0.10.3m 4) 护筒四周应夯填密实的粘土，埋在稳定土层中。 3.制备泥浆： 作用： 1）产生较大的悬浮液压力，防止塌孔； 2）在孔壁表面形成胶泥层，有护壁作用； 3）泥浆比重大，具有浮渣作用，利于钻渣的排出。,4. 安装钻机或钻架。 5.钻孔： 方法：1）旋转钻2）冲击钻 3）冲抓钻,注意事项： 1）保持水头差 2）注意速度 3）一气呵成 4）加强检查,6. 清孔：目的：除去孔底钻渣、泥浆， 保证质量。 方法：1）换浆清孔2）掏渣清孔3) 抽浆清孔 7. 下钢筋笼,8.灌

5、注水下混凝土,采用直升导管法： 关键：导管不能到底部； 浇注前放置隔水栓； 及时上提，防止断桩。 第一斗混凝土的用量； 第一次灌注11.5m深。,对混凝土要求： 1）应有必要的流动性，坍落度1820cm； 2）混凝土搅拌均匀，防止离析； 3）一气呵成，防止中断； 4）保证导管埋入混凝土一定深度。第九步：桩头处理,*钻孔灌注桩常见事故及处理,1.坍孔 2.漏浆 3.卡钻或掉钻头 4. 浮笼 5.断桩,第四节 单桩承载力,一、单桩轴向荷载传递机理和特点： 竖向承载力=桩侧摩阻力+桩底处土的支承力 1）对于摩擦桩：在竖向荷载作用下，摩阻力先出现，逐步增大，直至达到极限，而后桩底反力开始出现，并达到最

6、大。 2）对于柱桩，桩底承载力发挥充分，摩阻力很小。,3)粘性土打入桩：摩阻力沿入土深度呈抛物线型分配，力约等于中等强度粘土在不排水时抗剪强度。 4）砂性土打入桩： 入土深度在（1020)d内，摩阻力直线增长； 入土深度超过（1020)d，摩阻力近乎均匀或逐渐减少。,5）钻孔灌注桩：侧向压力在施工中解除现象，摩阻力分布均匀。 6）长期荷载作用下，桩身总摩阻会减小，而桩端总阻力增加。 7）相同土层中，长桩发挥的摩阻力大于短桩。,二、轴向荷载下桩的破坏模式,1）桩身的纵向挠曲破坏（岩石地基）； 2）桩端土发生整体剪切破坏（穿过软弱土层、支承在强度较高的硬土层上的摩擦桩）； 3）刺入式破坏（入土深度

7、大的桩）。,三、单桩轴向容许承载力的确定,（一）静载试验法 （二）桥梁规范法： 假定：1.桩承载力=侧摩阻力+桩尖支承力2.灌注桩侧摩阻力、桩底力均匀分布,钻孔灌注桩：,U-桩身周长，按成孔直径计算，旋转钻，按钻头直径增大3050cm。,Ap-桩底截面积。,h-桩底埋置深度。,四、桩的负摩阻力问题,1948年由太沙基首先提出： 负摩阻力的产生：桩周土的沉降量大于桩沉降量。 产生高度：中性点到地面 中性点的位置：通过计算确定，估计值为h1=0.77h20.80h2,产生原因： 1）可压缩软粘土层、新填土在自重作用下固结。 2）大面积地面荷载使桩周土被压密。 3）地下水位下降引起。 4）桥头高填土

8、及路堤荷载 5）湿陷性黄土地基，由于地基浸水而沉。,负摩阻力强度：f=1/2*qu qu为软弱土层的无侧限抗压强度。或f=rhktg 则极限摩阻力：Nf=f*Anf其中，Anf为负摩阻区桩身表面积； *考虑桩的负摩阻力，桩的容许承载力公式要发生变化。 后果：1）桩基下沉量增加；2）基础不均匀沉降。 措施：桩身涂沥青、油漆，可减少负摩阻力。,五、单桩横向容许承载力的确定,一、桩在横向荷载作用下的工作性能,第二节 桥梁桩基内力和位移的计算,一、基本概念 1土的弹性抗力：桩在各种荷载的作用下，会发生位移和转角，其中，水平位移及转角会挤压桩侧土体，桩侧土必然对桩产生一横向土抗力，称为土的弹性抗力。,式

9、中： 横向土抗力（KN/m2）； C地基系数（KN/m3）； Xz深度z处桩的横向位移（m）。 对C的确定方法（图-1）：a）“m”法 b）“K”法 c）“C值”法 d）“C”法,上述四种方法均假定地基符合文克尔弹性地基。 目前，公桥基规广泛采用“m”法。即C=mz ， 其中，m地基土比例系数，可查规范中相关表格。,2单桩、单排桩与多排桩 1）单桩、单排桩：是指在与水平外力H作用面相垂直的平面上，由单根或多根桩组成的。如图-2中a），b）。 若作用承台底面中心的荷载为N、H、M，各单根桩顶承受的力：（如图-3） N在承台横桥向无偏心，可均摊，即：N在承台横桥向有偏心e，偏心弯矩Mx=Ne，则每

10、根桩竖向力可按偏心受压构件计算：,3计算宽度 是指桩在水平外力的作用下，桩侧土受到影响的宽度并不等于桩的直径，而是大于桩径。即为桩在实际工作条件下的计算宽度b1。b1=KfK0Kb（或d）,2）多排桩：是指水平外力H作用平面上（即行车方向），由一根以上的桩组成。如图-2中c）。各根桩的受力需采用结构力学方法9见后面）。,b（或d）与外力H作用方向相垂直平面上桩的宽度（或直径）； Kf形状换算系数。（可查表）。 K0受力换算系数。 K桩间相互影响系数。,4刚性桩与弹性桩 刚性桩：桩的入土深度 ； 其中， 为变形系数， 弹性桩：桩的入土深度 。,二、“m”法弹性单排桩内力和位移的计算 （一）基本假

11、定：桩侧土为弹性地基土，应力与位移呈正比；忽略桩土间的粘着力和摩阻力；弹性桩。 （二）计算公式： 当桩的支承条件及入土深度符合一定要求，可得地面以下任意深度处的内力和位移：,若已知桩顶与地面平齐，地面处水平力Q0，弯矩M0，则,1对于 的摩擦桩、 的柱承桩：（3-1）（3-2）（3-3）（3-4）,2对于 的 嵌岩桩：（3-5）（3-6）（3-7）（3-8） 上式中的 及 为无量纲系数，均为 和 的函数，规范已将其制成表格供查用。,三、最大弯矩位置的确定1可通过绘制各深度Z处的弯矩M曲线图，从图中求得。2可通过解析法求得最大值。最大弯矩处，剪力为0。可通过QZ公式反求Z值。,四、桩顶位移的计算

12、公式 桩位于地面或最大冲刷线以上l0，桩顶自由，作用外力Q及M，则桩顶的位移包括：地面处水平位移x0，地面处转角0所引起的桩顶位移0 l0，桩露出地面段作为悬臂梁由Q和M引起的桩顶水平位移XQ，XM，即,其中, M0=Q l0+M，Q0=Q，,当桩柱露出地面部分为变截面（如右图4），上部截面抗弯刚度为E1I1，（直径为d1，高度为h1），下部截面抗弯刚度为EI，（直径为d，高度为h2），设n=E1I1/EI，则：,五、单桩或单排桩的计算步骤： 1计算各桩顶承受的荷载Pi、Qi、Mi； 2确定桩在最大冲刷线下的入土深度：一般可根据持力层位置，荷载大小，施工条件等初步确定，通过验算再予以修改；在地

13、基土较单一，桩底端位置不宜根据土质判断时，可根据单桩容许承载力公式计算桩长； 单桩容许承载力公式，若设桩埋入最大冲刷线以下深度为h，一般冲刷线以下深度为h3， 为一根桩受到的全部垂直荷载（包含最大冲刷线以下桩重的一半），（KN），则，,3验算单桩轴向承载力； 4确定桩的计算宽度b1； 5计算桩的变形系数a值； 6计算地面处桩截面的作用力Q0，M0，并验算桩在地面或最大冲刷线的横向位移x0不大于6mm，然后求算桩身各截面的内力，进行桩身配筋，桩身截面强度和稳定性验算；,7计算桩顶位移和墩台顶位移，并进行验算；要求：小于或等于 cm。对于多层土，首先假定持力层，初步得到桩长h，然后代入上式，验算桩

14、的承载力是否大于荷载，然后，再进行调整，使得桩长的设计即经济又合理。,算例： 单排桩基础算例(双柱式桥墩钻孔灌注桩基础)(一)设计资料1地质与水文资料地基土为密实细砂夹砾石，地基土 比例系数m1000OkNm4；地基土的极限摩阻力 70kPa；地基土内摩擦角 400，内聚力c0；地基土容许承载力 400kPa；土容重 1180kNm3(已考虑浮力)；地面标高为33534m，常水位标高为33900m，最大冲刷线标高为 33060m，一般冲刷线标高也为33534m；,2桩、墩尺寸与材料 墩帽顶标高为34688m，桩顶标高为339。00m，墩柱顶标高为34531m；墩柱直径150m，桩直径165m，

15、成孔直径1。80m。桩身混凝土用20号，其受压弹性模量Eh26104MPa,3荷载情况桥墩为单排双柱式，桥面宽7m，设计荷载汽车一15级，挂一80 每一根桩承受荷载为: 两跨恒载反力Nl137600kN盖梁自重反力N225650kN系梁自重反力N37640kN一根墩柱(直径15m)自重N427900kN,桩每延米的自重 （已扣除浮力）； 两跨活载反力 ，一跨活载反力， M=120。90KN。 桩基础选用冲抓钻孔灌注桩基础，为摩擦桩。 （二）桩长计算由于地基土单一，用经验公式确定。设桩埋入最大冲刷线以下深度为h，一般冲刷线以下深度为h3，则，Nh为一根桩受到的全部竖直荷载（KN），最大冲刷线以下（入土深度）桩重的一半作为外荷载计。公式右端项代入公式得h=10。09m，取h=10。50m,