基础工程_桩基础课件

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1、基础工程,地基与基础教研室,Foundation Engineering,桩基础,第 4 章,如何设计地基与基础？,三种方案都可以,要做方案的技术经济比较。,杂填土,软土,好土,本章内容,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,软 土 层,将荷载传递到下部好土层,承载力高、变形小,承台,桩,侧阻,端阻,4.1 概述,早期：木桩 后来：钢筋混凝土桩、钢桩,优点,承载力大，沉降小,抗震性能好,能用于复杂的受力方式：抗拔

2、（抗浮桩）、横向力（护坡桩）,缺点,比浅基、复合地基造价高,低承台桩基,高承台桩基,杭州湾跨海大桥的桩基,螺旋钢管桩基础,杭州湾跨海大桥,4.1.3 桩基设计原则,设计依据,4.1.3 桩基设计原则,设计要求 承载力要求：单桩承受的竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值； 变形要求：桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值； 稳定性要求：位于坡地岸边的桩基础应进行桩基础稳定性验算。,按变形控制设计,特殊地区的桩基设计要采取特殊措施,减沉桩,4.1.4 桩基设计内容,1、桩的类型和几何尺寸的选择； 2、单桩竖向（水平）承载力的确定； 3、确定桩的数量、间距和平面布置； 4、桩基承载力和沉降验算； 5

3、、桩身结构设计； 6、承台设计； 7、绘制桩基施工图。,4.2 桩的类型,按承台,高承台桩,低承台桩,按形状,按纵断面：楔形桩、十字桩、X形桩、树根桩、螺旋桩、多节（分叉）桩、扩底桩,按横断面：,桩身,4.2 桩的类型,桩端,4.2 桩的类型,横断面,4.2 桩的类型,按材料,木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢管（钢板）桩、组合材料桩,钢筋混凝土：普通混凝土、预应力（离心预制）混凝土、高强混凝土,按尺寸,按桩径：大直径桩 (80cm)、中等直径桩 (2580cm)、小桩 (25cm),按长度或相对刚度系数：长桩、短桩,4.2 桩的类型,按承载性状（荷载传递方式）,端承桩（嵌岩桩）,端承型桩,摩擦

4、型桩,摩擦桩,端承摩擦桩,按施工工艺,预制桩（实心桩、管桩、预应力管桩）,灌注桩（沉管灌注桩和钻（冲、磨、挖）孔灌注桩）等,4.2 桩的类型,摩擦端承桩,预制桩,工厂或现场预制,锤击,振动,静压,成桩,特点：,强度高，抗裂性好，施工方便 地面隆起，桩的上浮、侧移、断裂 桩径受限 噪音扰民,4.2 桩的类型,预制桩的施工,现场成孔,浇注混凝土,成桩,特点：,无噪音，桩径、桩长不受限 泥浆护壁 泥皮，桩端虚土 缩颈、断桩,钻孔,冲孔,沉管,夯扩,挖孔,后压浆,动测法检测,灌注桩的施工,灌注桩的施工,灌注桩的施工,人工挖孔桩,桩的质量检验,开挖检查 钻孔取芯法 声波检测法 动测法大应变检测（PDA）

5、小应变检测（PIT）,超声波检测法,大应变检测,小应变检测,4.2 桩的类型,根据成桩方法对桩周土层的影响 挤土桩实心的预制桩、下端封闭的管桩、打入桩 部分挤土桩开口的钢管桩和预应力砼管桩、H型钢桩 非挤土桩先钻孔再打入的预制桩、钻（冲、挖）孔桩,成桩效应,成桩效应与土性、饱和状态及密实程度有关,4.2.2 桩的成型方式效应,挤土桩的成桩效应粘性土中挤土桩的成桩效应 砂土中挤土桩的成桩效应 饱和粘性土中挤土摩擦型桩承载力的时间效应,挤土作用使桩周土扰动重塑，侧向压应力增加，桩端附近土体也会受到挤密。,超孔压,密实度,超孔压消散,土的触变作用,4.2.2 桩的成型方式效应,非挤土桩的成桩效应粘性

6、土中非挤土桩的成桩效应 砂土中非挤土桩的成桩效应 粘性土中非挤土摩擦型桩承载力的时间效应,随着孔壁侧向应力的解除，桩周土将出现侧向松弛变形而产生松弛效应，导致桩周土体强度削弱，桩侧阻力随之降低，与土性、护壁、孔径大小等有关。,土的触变作用,泥浆护壁的触变硬化,松弛效应,比挤土桩小,侧阻,端阻,主要内容：,1、 单桩轴向荷载传递机理 2 、单桩竖向承载力的确定 3、 竖向荷载下的群桩效应 4 、减沉桩基,4.3 桩的竖向承载力,重点掌握： 单桩竖向承载力的确定方法,侧阻,端阻,竖向承载 力的组成,Qs 桩侧摩阻力Skin， Shaft friction Qp 桩端阻力，端承力Point， end

7、 resistance,摩阻力发挥所需位移很小；,端阻力发挥需要较大位移；,不同荷载阶段二者分担比不同。,4.3.1 单桩轴向荷载的传递机理,侧阻,端阻,S0,SL,Q,qs,S0,SL,各点位移,轴向力,摩阻力,桩身轴力和截面位移,?,?,单桩轴向荷载的传递规律,单桩轴向荷载的传递过程是桩侧阻力与桩端阻力的渐次发挥过程； 桩身上部土层的摩阻力先于下部土层发挥； 桩侧阻力先于端阻力发挥； 桩端阻力充分发挥所需的桩底位移明显大于桩身摩阻力达到极限所需的桩身截面位移； 桩身压缩变形和轴力由上到下逐渐减小； 桩侧摩阻力是桩截面对桩周土相对位移的函数； 桩侧摩阻力沿桩身的分布形态与土的类别等有关。,影

8、响单桩轴向荷载的传递的因素,（1）桩端土和桩周土的刚度比 ：愈小，传递到桩端的荷载愈小。,（2）桩土刚度比 ：愈大，传递到桩端的荷载愈大。,（3）桩端扩底直径与桩身直径之比 ：愈大，桩端阻力分担的荷载愈大。,（4）桩的长径比 ：愈大，传递到桩端的荷载愈小。,桩按l/d划分,40 长桩,100 超长桩,10 中长桩,摩擦桩,较低时按复合地基考虑,桩侧摩阻力,桩侧摩阻力是桩截面对桩周土的相对位移的函数，可用右图中的曲线OCD表示，且常简化为折线OAB。AB段表示一旦桩土界面相对滑移超过某一极限值，侧摩阻力将保持极限值不变。,与土的类别、位置、成桩方法等有关,极限摩阻力，可用类似库仑公式求得,ca和

9、a为桩侧表面与土之间的附着力和摩擦角； x为深度z处作用于桩侧表面的法向压力，它与桩侧土的 竖向有效应力成正比例。,桩侧摩阻力,极限摩阻力,Ks为桩侧土的侧压力系数。对挤土桩：K0KsKp对非挤土桩：KaKs 7 天,粘性土 15 天,软粘土 25 天,试桩数量：,不宜少于总桩数的1,且不应少于3根,载荷试验装置,载荷试验装置,载荷试验确定单桩承载力,试验成果,Ra 单桩竖向承载力特征值Qu 单桩竖向极限承载力,Qu,Qs曲线,Qu确定方法 ：规范附录Q,Q-s曲线 s-logt曲线,2 按土的抗剪强度指标确定,单桩承载力的一般表达式,经验性公式,单桩净极限承载力为：,式中桩侧总极限摩阻力和桩

10、端总极限阻力可根据公式计算,单桩竖向承载力特征值：,按不同类别的土分别计算,粘性土中单桩的承载力,正常固结、弱超固结或灵敏粘性土中的桩,宜按总应力分析法取不固结不排水抗剪强度估算短期极限承载力：,取,假设,则短期极限承载力表达式：,粘性土中单桩的承载力,计算参数的确定,cu 取桩底以上三倍桩径至桩底以下一倍桩径（或桩宽）范围内土的不排水抗剪强度平均值，按试验结果取值。,软粘土：=1或更大； 全长打入硬粘土中的桩：l20d时， 桩顶部=0.4； 打入桩穿过其它土层进入硬土层：进入硬土层 l120d时砂砾层： =1.25；软土层： =0.4； 其它情况： =0.7； 钻孔桩： =0.45；扩底桩：

11、桩底上2d范围内=0。,例题4-1,涂抹作用,粘性土中单桩的承载力,强超固结土或非灵敏粘土中的桩,宜按有效应力法取固结不排水抗剪强度估算长期极限承载力,取,假设,则排水条件下的长期承载力表达式：,无粘性土中单桩的承载力,因为：,如果取：,式中各种参数详见教材。,3 地基规范经验公式法,嵌岩桩：,岩石饱和单轴抗压强度标准值,折减系数，无经验时，完整岩体取0.5；较完整岩体取0.20.5,桩端岩石承载力特征值,桩侧阻力特征值,桩端阻力特征值,4 桩基规范经验公式法,嵌岩桩：,嵌岩段侧阻和端阻综合系数，与嵌岩深径比hr/d、岩石软硬程度和成桩工艺有关，可查表确定。,桩侧土体极限侧阻力标准值,极限侧阻

12、力标准值,极限端阻力标准值,由打桩公式确定承载力,由波动理论,小应变动测法,大应变动测法,主要检查桩身质量,5、动测法确定,4.3.3 竖向荷载下的群桩效应,基本概念 群桩基础：由2根以上的桩组成的桩基成为群桩基础。 基桩：群桩基础中的单桩。 群桩效应：群桩基础受竖向荷载后，由于承台、桩、土的相互作用，使其桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同，群桩基础的承载力（Qg）往往不等于各单桩承载力之和（Qi），称其为群桩效应。群桩效应受土性、桩距、桩数、桩的长径比、桩长与承台宽度比、成桩方法等多因素的影响而变化 。 群桩效应系数：用以衡量群桩基础中各根单桩的平均承载力因群桩效应比独立

13、单桩而降低或提高幅度的指标。,端承型群桩基础,端承型群桩基础中的各单桩的工作性状接近于独立单桩；群桩的承载力等于各单桩承载力之和，群桩效应系数,摩擦型群桩基础,承台底面脱地的情况（非复合桩基）,桩端平面附加应力扩散直径：,当桩距 时，桩周扩散应力相互叠加而增大。摩擦型群桩的沉降大于独立单桩，群桩效应系数可能大于1，也可能小于1。,群桩效应的影响因素： 1）承台刚度的影响 2）基土性质的影响 3）桩距s的影响（主导因素）,摩擦型群桩基础,承台底面贴地的情况（复合桩基）,承台贴地的桩基，除了呈现承台脱地的各种效应外，还通过承台底面的反力分担桩基荷载。 承台分担荷载的作用是随着桩群相对于基土向下位移

14、幅度的加大而增强的。 承台贴地引起的群桩效应概括为 1）对桩侧阻力的削弱作用； 2）对桩端阻力的增强作用； 3）对基土侧移的阻挡作用。,承台效应,摩擦型群桩基础,2008桩基规范中考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值： 不考虑地震作用时：c为承台效应系数，查表确定； fak为承台下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为计算基桩所对应的承台底净面积。,桩基技术规范（2008）的规定,在建筑桩基技术规范JGJ94-94 中规定了侧阻的群桩效应系数s 和端阻的群桩效应系数p ，所给出的参数源自不同土质中的群桩试验结果。而且计算群桩效应确定承载力较为繁琐。 美国、英国规范规定，当桩距sa3d 时不考虑群桩效应。我国规范规定的最小桩距除桩数少于3 排和9 根桩的非挤土端承桩群桩外，其余均不小于3d。 鉴于此，2008桩基规范在设计中不再考虑侧阻和端阻的群桩效应。这样处理，方便设计，多数情况下可留给工程更多安全储备。,