csu基础工程讲

《csu基础工程讲》由会员分享，可在线阅读，更多相关《csu基础工程讲（161页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第 6 章 桩 基 础 Chapter 6 Pile Foundation,第1节 概述 第2节 桩的分类及构造 第3节 竖向荷载下的单桩 第4节 横向荷载下的单桩 第5节 单桩承载力的确定 第6节 桩基础的荷载传递 第7节 群桩基础内力和位移计算分析 第8节 群桩作用和桩基的竖向承载力 第9节 桩基础设计,基础的类型,第6章 桩基础 Chapter 6 Pile Foundation,基 础 面 积 加 大,基 础 加 深,第1节 概 述,当场地浅层土质不满足地基承载力和变形的要求；不宜采取地基处理措施时，考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的深基础方案，而桩基础是应用最为广泛的一类深基础。

2、深基础与浅基础的区别: 深度（相对于支撑面积）；侧摩阻力(由于非基坑开挖所致);施工方法（非基坑方法）,概念 桩土层中/垂直或微倾杆件/荷载传递到侧壁深部的基础 单桩独立的单一的一根桩,群桩中性能不受相邻桩影响的一根桩 基桩群桩中相互影响的一根桩 桩基础由基桩和连接于桩顶的承台共同组成基础。承台把桩联结起来并承受上部结构的荷载，通过基桩传递到桩侧和桩底的地基中,第1节 概 述,优越性 承载力高 沉降小而均匀 用料较省 机械化程度高 广泛适用于各类地层条件,第1节 概 述,应用范围 (1)软弱特殊土上的永久建筑物，不允许过大沉降和沉降差； (2)高重建筑物，地基承载力不能满足设计需要； (3)桥

3、梁、烟囱、输电塔等，承受较大水平和上拔力； (4)精密或大型设备，需要减小基础振动对结构的影响； (5)地震区，桩基作为结构抗震措施或穿越可液化地基； (6)水上基础，当施工水位较高或河床冲刷较大，采用浅基础施工困难或不能保证基础安全。,第1节 概 述,1 按桩身材料分类,第2节 桩的分类及构造,桩的材料分类,木桩,混凝土桩,钢桩,组合桩,预制混凝土桩,现场灌注桩混凝土桩,一、桩的分类,2 按桩承载性能（土对桩的支撑特点）分类 (1)摩擦桩 Shaft friction (2)端承桩 End bearing (3)摩擦端承桩 (4)端承摩擦桩,第2节 桩的分类及构造,第2节 桩的分类及构造,第

4、2节 桩的分类及构造,3 按成桩（地点）方式分类,(VEDIO1),(VEDIO2),(1).非挤土桩：钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩 (2).部分挤土桩：冲击成孔、预钻孔打入式预制桩、混凝土管桩、H型钢桩、敞口钢管桩等 (3).挤土桩：沉管灌注桩、打入、静压实心预制桩、闭口钢管桩,4、按设置效应（成桩方式对土层的影响）分类,第2节 桩的分类及构造,第2节 桩的分类及构造,5、按设置方向分类,(1) 竖直桩vertical piles (2) 斜 桩 raking piles,第2节 桩的分类及构造,6、 按承台底面位置分类,(1).小桩d250mm (2).中等直径桩 250mmd800mm (

5、3).大直径桩d800mm,7、 按桩径大小分类,第2节 桩的分类及构造,二、各类桩的主要特点 1. 振动、噪声-锤击或振桩、沉管灌注桩钻孔桩静压桩 2. 挤土效应_钢筋混凝土桩、沉管灌注桩钻孔挖孔灌注桩 3. 沉桩能力_钻孔灌注桩钢桩预制钢筋混凝土桩 4. 施工应力_ 预制桩的配筋灌注桩 5. 质量稳定性_预制桩的接头的薄弱环节，沉桩的挤土效应可使先打设的桩被抬起，如果接桩不牢固，会使上下两节桩脱开。沉管灌注桩的挤土效应也可能使混凝土桩被剪断，对策是采取“跳打”,第2节 桩的分类及构造,第3节 单桩轴向荷载,第3节 单桩轴向荷载,单桩 承载力,上部 结构 荷载,桩顶 荷载,桩顶 荷载 Q H

6、 M,承 台,地基,桩顶轴向 位移,传递方程,桩顶位移,侧摩 阻力,桩底土 变形,桩身轴向 弹性变形,=,+,桩顶 轴向 荷载Q,桩身 位移,桩端 阻力,桩身材料强度 土对桩的支撑,+,边界条件,桩身弯矩 剪力M Q,第3节 单桩轴向荷载(书中第四节）,单桩轴向荷载的传递 桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素 桩的轴向刚度系数变形 桩侧负摩阻力 单桩承载力确定方法 （第四节）,机理,承载力,第3节 单桩轴向荷载,T,桩基础上承受的荷载的种类,一般而言，上部结构由承台传给基桩的荷载分为： (1) 竖向荷载（Q、T） (2) 横向荷载（H、M）,第3节 单桩轴向荷载,第3节 单桩轴向荷载,横向荷载（H、M

7、）下桩的内力与变位分析，主要涉及弯矩和剪力的计算，将在第5节讲述,+,H,M,Q,=,第3节 单桩轴向荷载,单桩轴向荷载的传递 桩身轴力与侧摩阻力和端阻力 桩侧摩阻力和端阻力关系 荷载传递基本方程,主要内容,单桩轴向荷载的传递,桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素,桩的轴向刚度系数,桩侧负摩阻力,桩的抗拔力,1 单桩轴向荷载的传递 桩身轴力 截面位移 轴向荷载向下传递 桩侧摩阻力 传递到下部轴力减小 桩底 底土层压缩变形 两部分压缩变形 构成桩顶轴向位移,一 单桩轴向荷载的传递,第3节 单桩轴向荷载,单桩轴向荷载的传递 桩身轴力与侧摩阻力和端阻力 桩侧摩阻力和端阻力关系 荷载传递基本方程,nh,P,F

8、X,FX,第3节 单桩轴向荷载,elastic plastique,elastic plastique,elastic plastique,elastic plastique,elastic plastique,elastic plastique,h1,limited plastique,elastic plastique,elastic plastique,plastique,plastique,end point lastique,h1=h,h1,y0,P,P0,P1,P2,P3,h1= 0,h1= h,土对单桩轴向荷载支撑,桩侧摩阻力Qsu Side friction,桩端阻力Qpu T

9、oe bearing,摩擦力f Friction force,粘聚力c Cohesion,第3节 单桩轴向荷载,0,15.0,26.7,43.7,60.1,Q(kN),D(m),第3节 单桩轴向荷载,2 桩身轴力与侧摩阻力和端阻力 桩顶荷载 桩身压缩变形 桩土界面相对位移 产生摩阻力 桩身截面的轴向力随深度逐渐减小 传至桩底截面的轴向力与桩底支承反力（即桩端阻力）大小相等、方向相反,第3节 单桩轴向荷载,3 桩侧摩阻力和端阻力关系 桩身上部土层的摩阻力先于下部土层发挥出来，桩侧阻力先于桩端阻力发挥出来. 桩底土层压缩变形 桩端位移 加大桩侧摩阻力,第3节 单桩轴向荷载,第3节 单桩轴向荷载,4

10、 荷载传递基本方程,任一深度z桩身截面的荷载为,竖向位移为,第3节 单桩轴向荷载,桩侧摩阻力是桩侧与桩周土相对位移的函数，可用曲线OCD表示，常简化为折线OAB。一旦桩土界面相对滑移超过某一极限值，侧摩阻力保持极限值不变,桩端阻力发挥效应,由于桩端持力层的大量压缩和塑性变形，位移增加速度显著增大，直至桩端阻力达到极限，位移增大至破坏。此时，桩达到其极限承载力。,二 桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素,第3节 单桩轴向荷载,桩截面位移,桩侧摩阻力,O,C,D,A,B,由此可见，桩侧和桩端阻力的发挥，需要一定的桩土相对位移，即桩侧和桩端阻力是桩土相对位移的某种函数，这种特定的函数关系，通常称之为荷载传递

11、函数。实际的荷载传递函数比较复杂，与土层性质、埋深、桩径等有关，一般需要对其进行简化。荷载传递函数主要的特征参数是极限摩阻力和对应的极限位移。,第3节 单桩轴向荷载,桩侧摩阻力得到充分的发挥-相对位移小 一般认为粘性土中为46mm，砂性土中为610mm,1 桩侧极限摩阻力与对应的桩侧极限位移,2 桩端阻力与对应的桩端极限位移 桩底阻力充分发挥-位移值大 在粘性土中约为桩底直径的25，在砂性土中约为810，对于钻孔桩，由于孔底沉渣压缩的影响，发挥端阻极限值所需位移更大。,第3节 单桩轴向荷载,第3节 单桩轴向荷载,3. 桩侧、桩端阻力的荷载分担比与桩的分类 桩侧、桩端阻力的荷载分担情况，除了与桩

12、侧、桩端土的性质有关以外，还与桩土相对刚度、长径比l/d有关。 按桩侧阻力与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比，将桩分为摩擦型桩和端承型桩两大类和四个亚类。,（1） Nb随长径比l/d增大而减小，桩身下部侧阻的发挥相应降低 （2）桩端土与桩侧土相对刚度Rbs（Rbs定义为桩端土与桩侧土的压缩模量或变形模量之比）的增大而增大 （3）桩与桩侧土的相对刚度大，桩端阻力大 （4）对扩底桩，增大扩底直径与桩身直径之比D/d，桩端分担的荷载可以提高,第3节 单桩轴向荷载,4、桩侧、桩端阻力的荷载分担比影响因素,第3节 单桩轴向荷载,三 桩的轴向刚度系数（Axial stiffness of pile）,s0=

13、se+sb,桩顶轴向位移 S0,桩身弹性压缩变形se 桩底处地基土的沉降sb,桩土界面导致侧摩阻力扩散，在桩底处的扩散面积为A0,第3节 单桩轴向荷载,A0,Ap,Q,C0=m0h为竖向地基抗力系数，按m法取值，对端承桩A0=A,l0,l,第3节 单桩轴向荷载,桩底面地基土竖向抗力系数c0=m0h m0桩底地基土竖向抗力系数的比例系数，kN/m4，取m0=m ； h桩的入土深度(m)，h小于10m时，按10m计算。,第3节 单桩轴向荷载,负摩阻力的概念 负摩阻力的分布特性 负摩阻力的确定 减小负摩阻力的工程措施,四、桩侧负摩阻力 Negative Skin Friction,第3节 单桩轴向荷

14、载,桩负摩阻力，就是当桩身穿越软弱土层支承在坚硬土层上，当软弱土层因某种原因发生地面沉降时，桩周围土体相对桩身产生向下位移，这样使桩身承受向下作用的摩擦力，软弱土层的土体通过作用在桩侧的向下的摩擦力而悬挂在桩身上;这部分作用于桩身的向下摩擦力，称为负摩阻力。,1. 负摩阻力的概念与原因,第3节 单桩轴向荷载,桩周土沉降速率或沉降量大于桩下沉速率或沉降量，桩侧土体对桩产生与桩的位移方向一致的摩擦力。 1）桩侧地下水位下降使土层产生固结下沉； 2）桩侧附近大面积堆载使桩侧土层压缩； 3）桩侧有较厚的欠固结土层或新填土，因固结产生下沉； 4）饱和软土中打入桩群，产生超孔隙水压力，随超孔隙水压力消散，

15、因固结引起桩侧土体下沉； 5）湿陷性黄土、季节性冻土或可液化土层内的桩，因重新固结原因引起下沉。,第3节 单桩轴向荷载,2. 负摩阻力的分布特性,中性点 在深度ln以上，桩受负摩阻力作用；在ln深度以下，桩受正摩阻力。在ln处，既无负摩阻力也无正摩阻力，该点为中性点。中性点截面处桩身轴力最大,第3节 单桩轴向荷载,第3节 单桩轴向荷载,桩侧下沉量可能在某一深度处与桩身的位移量相等。在此深度以上桩侧土下沉大于桩的位移，桩身受到向下作用的负摩阻力；在此深度以下，桩的位移大于桩侧土的下沉，桩身受到向上作用的正摩阻力。正、负摩阻力变换处的位置，即称中性点。中性点位置取决于桩与桩侧土的相对位移，与作用荷载和桩周土性质有关。精确计算出中性点位置是比较麻烦和困难的,可按经验值确定。,3. 中性点及其位置的确定,影响中性点深度ln的主要因素： 1）桩端持力层的刚度越大，则ln愈大； 2）桩周土层的变形性质和应力历史； 3）当负摩阻力系由沉桩后外部条件变化所致，则条件变化幅度和范围愈大，ln愈大； 4）桩的长径比愈小、截面刚度愈大，则ln愈大； 5）在桩承受荷载过程中，随承受荷载及沉降的增加，ln逐渐变小。,第3节 单桩轴向荷载,负摩擦力大小的确定关键在于确定中性面，计算按模型假设和常规的侧阻力计算一样，国内、外规范一般只提有效应力法 （a）总应力法法