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1、第十章,桩 基 础,Design of Pile Foundation,10.1 概述 10.2 桩的分类和质量检验 10.3 单桩轴向荷载的传递 10.4 单桩竖向承载力的确定 10.5 群桩承载力 10.6 桩基础设计,本章目录,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,如何设计地基基础?,10.1 概述,软 土 层,将荷载传递到下部好土层,承载力高,承台,桩,侧阻,端阻,10.1 概述,10.1 概述,10.1 概述,杭州湾跨海大桥桩基,钢管桩试桩,杭州湾跨海大桥桩基,试验段桩基围堰,杭州湾跨海大桥桩基,10.1 概述,早期：木桩 后来：钢筋混凝土桩,优点,承载力大，
2、沉降小,抗震性能好,能用于复杂的受力方式：抗拔（抗浮桩）、 横向力（护坡桩）,缺点,比浅基、复合地基造价高,10.2 桩的分类和质量检验,按承台,高承台桩,低承台桩,承台在地面以上,桥桩,码头,栈桥,承台在地面以下, 承台本身可以承担部分荷载,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：,10.2 桩的分类和质量检验,桩身,10.2 桩的分类和质量检验,桩端,10.2 桩的分类和质量检验,横断面,10.2 桩的分类和质量检验,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
3、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,10.2 桩的分类和质量检验,按承载性状（荷载传递方式）,端承桩（嵌岩桩）、摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩,侧阻,端阻,按桩的使用功能,竖向抗压桩,竖向抗拔桩,水平受荷桩,复合受荷桩,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）,10.2 桩的分类和质量检验,关于预制桩和灌注桩的施工,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
4、民,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,旋挖钻机,人工挖孔桩,人工挖孔桩的支护结构,使用规范,1 公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）,2 建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）,3 建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）,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） 小应变检测（PIT）,超声波检测法,大应变检测,小应变检测,10.3 单桩轴向荷载的传递,侧阻,端阻,主要内容：
5、,1 单桩承载力分析 2 桩身轴力和截面位移 3 桩侧摩阻力和桩端阻力 4 端承型桩和摩擦型桩 5 桩侧负摩阻力 6 单桩破坏模式,侧阻,端阻,1 单桩承载力分析,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 resistance,摩阻力所需位移很小；,端阻力需要较大位移；,不同阶段二者分担比不同,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,?,?,桩侧摩阻力的分布,qs,粘土,qs,砂土,桩的负摩阻力,正摩阻,负摩阻,负摩阻的产生,(1)桩周附近地面大面积堆载 (2
6、)大面积降低地下水位 (3)欠固结土,新填土，灵敏土 (4)湿陷性黄土遇水湿陷 (5)砂土液化、冻土融解 (6)打桩时使已设置的邻桩抬升,定义：在土层相对于桩侧向下位移时，产生于桩侧的向下 的摩阻力称为负摩阻力。,端承型桩和摩擦型桩,端承型桩 端承桩 摩擦端承桩 摩擦型桩 端承摩擦桩 摩擦桩,单桩的破坏模式,现场载荷试验Q-s曲线 陡降型 摩擦桩的刺入破坏 桩身材料强度破坏 缓降型 端承桩桩端持力层破坏 不同的破坏模式，确定单桩 承载力的方法也不同,10-4 单桩竖向承载力的确定,按土对桩的支承力的确定方法： 单桩静载荷试验； 丙级建筑物可采用静力触探或标贯试验确定； 初步设计时可采用经验公式
7、估算； 嵌岩灌筑桩根据岩石饱和单轴抗压强度确定； 动测法确定。,单桩竖向承载力,土对桩的支承力,桩身材料强度,取小值,1 载荷试验确定单桩承载力,灌注桩,混凝土达龄期后,测试时间：,预制桩,砂土 10 天,粘土 15 天,淤泥 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,2002地基规范,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 ：教材或规范,2 原位测试确定单桩承载力,静力触探 标准贯入试验,Ra 单桩竖向承载力特征值,3 经验公式确定单桩承载力,02地基规范,承载力特征值,由当地经验
8、确定，不再提供表格,Ra 单桩竖向承载力特征值,4 动测法,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 桩身材料验算,Q Ap fc c,fe 混凝土轴心抗压强度设计值 Q 单桩竖向力设计值 Ap 桩身横截面积 c 工作条件系数。预制桩 0.75，灌注桩 0.60.7,中心荷载下：,1 群桩中单桩承载力验算,偏心荷载下：,F 承台顶面的荷载,G 承台自重及承台上 土的自重；GAd,实 际 分 布,F,G,假设的分布,10.5 群桩承载力,偏心荷载下：,2、桩基沉降验算,需要进行沉降验算的：,一些丙级建筑物桩基不需验算沉降,甲级的建筑物桩基 体型复杂、荷载
9、不均匀或桩端以下存在软弱土层的乙级建筑物桩基 摩擦型桩基,不需进行沉降验算的：,沉降计算方法：,不计桩身压缩量及桩与土间的相对位移，以假想基础为刚性整体，采用分层总和法验算桩端以下土的沉降,2、桩基沉降验算,最终沉降量的计算：,桩端平面下第j层土的第i个分层的竖向附加应力,实体深基础方法（ 桩距 6d ） 明德林应力公式方法,实体深基础方法：荷载扩散法,实体深基础方法：扣除侧阻方法,采用Mindlin解计算，逐根桩叠加,明德林应力公式方法,=,Q,Q,Q,(1- - ) Q,详见2002地基设计规范 附录R,端阻,侧阻,侧阻,10.6 桩基设计,主要内容：,1 设计步骤 2 桩的类型和桩长选择
10、 3 桩的根数及平面布置 4 桩身结构设计 5 承台设计,10.6 桩基设计,1 设计步骤,1.收集资料 2.确定桩型、桩长、断面及承台底面标高 3.确定单桩竖向承载力 4.确定桩数及平面布置,5.桩基础验算：承载力，必要时沉降验算 6.承台和桩身结构设计 7.绘制桩基施工图,2 桩型和桩长的选择,桩型的选择：,桩长的选择：,根据结构类型及层数、荷载大小、地层条件和施工机械设备进行选择。,关键在于选择坚实的桩端持力层，且桩底应进入持力层一定深度（1d3d）。,同一结构单元不宜采用不同类型的桩 同一基础相邻桩底高差不宜过大（s或L/10）,F,G,坚实持力层,注意：,3 桩的根数和平面布置,桩的
11、根数,中心荷载下1.0 偏心荷载下1.01.2,桩的中心距,满足最小中心距要求 （表10-3，10-4）,桩的平面布置,使群桩形心与长期荷载重心重合， 且桩基受水平力和力矩较大方向有 较大的抵抗矩,3 桩的根数和平面布置,一 桩身砼强度：满足承载力要求,设计要求：,二 结构构造要求 (1)预制桩：满足吊运和锤击沉桩的要求 (2)灌筑桩：满足构造配筋要求,4 桩身结构设计,设计要求：,1 承台埋深要求 (1)高承台：由建筑物决定,如桥(过船),码头； (2)低承台：确定基础埋深 60 cm 建筑物要求 地质水文 冻胀,5 承台设计,2 承台的结构设计要求,形状：矩型、三角形、多边形、圆形 最小宽
12、度 50 cm 最小厚度 30 cm 桩外缘距离承台边 15 cm 边桩中心距离承台边 1.0D 桩嵌入承台：大桩 10 cm， 普通桩 5 cm，钢筋伸入承台 35d（I级） (6) 混凝土等级 C25，保护层（无垫层） 7cm,3 承台的厚度,根据冲切验算等确定，须验算：,沿柱边的冲切强度,角桩冲切验算,斜截面抗剪验算,h0,F,45o,斜截面抗剪验算,3 承台的厚度,4 承台的配筋,根据抗弯验算确定,计算出弯矩后，按混凝土结构设计规范配筋,承台的抗弯计算,如果承台厚度较小，配筋量不足，承台可能发生弯曲破坏。,1）多桩矩形承台 发生梁式破坏 计算截面在柱边和承台截面变化处 Mx = Niy
13、i My = Nixi,多桩矩形承台受弯计算,Mx = Niyi My = Nixi,三桩三角形承台受弯计算,等边三桩承台 取两种破坏模式的平均值作为设计值；,等腰三桩承台,s为桩距； c为方柱边长，圆柱时c=0.866d,s为长向桩距； 为短向桩距与长向桩距之比； C1c2分别为垂直于和平行于等腰三角形底边的柱截面边长。,10.6 桩基设计,例题:10-1 作业:10-1,本章小结,10.1 概述 10.2 桩的分类和质量检验 10.3 单桩轴向荷载的传递 10.4 单桩竖向承载力的确定 10.5 群桩承载力 10.6 桩基础设计,侧阻,端阻,单桩承载力确定：,1 载荷试验确定单桩承载力 2 静力触探确定单桩承载力 3 经验公式确定单桩承载力 4 动测法 5 桩身材料验算,使用规范：,1 建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）,2建筑桩基技术规范（GBJ94-2008）,本章小结,载荷试验确定单桩承载力,2002地基规范,Ra 单桩承载力特征值,本章小结,群桩承载力计算,2002地基规范,本章小结,本章结束,
