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1、1,第十章 桩基础,福建工程学院土木系 岩土教研室,2,主要内容,10.1 桩的分类和质量检验 10.2 单桩轴向荷载的传递 10.3 单桩竖向承载力的确定 10.4 桩基础的设计,3,10.1 桩的分类和质量检验,（一） 概述 桩基础:承台+桩 桩的作用是将上部建筑物的荷载传递到深处承载力较强的土层上，或将软弱土层挤密实以提高地基土的承载能力和密实度。,4,一、按桩身材料分类,1、木桩,加固城基的松木桩,5,2、混凝土桩,现场成孔灌注桩： 在现场开孔到所需深度，随即在孔内浇灌混凝土，经振捣密实后就成为混凝土桩,6,预制砼桩：,PHC管桩,现场预制方桩,7,3、钢管桩,4、钢桩,8,二、按受力
2、情况分类,9,三 、按施工工艺分类（成桩方法）,普通实心方形截面的桩，截面边长一般为300mm550mm。现场预制的长度一般在630m以内。 工厂预制的PHC（高强度砼）管桩桩：直径300600；分节长度一般在615m以内。,1、预制桩,10,2、灌注桩,灌注桩 直接在所设计桩位处成孔，然后在孔内放置钢筋笼，再浇灌混凝土而成。灌注桩的横截面呈圆形，可做成大直径，也可扩大底部（扩底桩）。 灌注桩大体可归纳为沉管灌注桩和钻（冲、磨、挖）孔灌注桩两类。 灌注桩可采用套管或沉管护壁、泥浆护壁和干作业等方法成孔。,11,四、施工工艺,施工工序1：在桩位处按要求放置干混凝土,12,施工工序2：将内外管套叠
3、对准桩位,13,施工工序3：通过柴油锤将双管打入 地基中至设计深度,14,15,16,17,施工工序4：拔出内夯管,18,施工工序5：向外管内灌入高度为H的混凝土,19,施工工序6：内管放入外管内压在混凝土面上，并将外管拔起一定高度h,20,施工工序7：通过柴油锤与内夯管夯打外管内混凝土,21,施工工序8：继续夯打管内混凝土直至外管底端深度略小于设计桩底深处， 此过程为一次夯扩，如需第二次夯扩，则重复48步骤,22,施工工序9：拔出内夯管,23,施工工序10：在外管内灌入桩身所需的混凝土，并在上部放入钢筋笼,24,施工工序11：将内管压在外管内混凝土面上，边压边缓缓拔起外管,25,26,施工工
4、序12：将双管同步拔出地表，则成桩过程完毕,27,28,沉管夯扩灌注桩施工工序示意图112,29,（1）沉管灌注桩,30,（1）沉管灌注桩,31,（2）钻（冲、磨）孔灌注桩,各种钻孔桩在施工时都要把桩孔位置处的土排出地 然后清除孔底沉碴，安 放钢筋笼，最后浇灌混 凝土。 钻进时不必下钢套 筒，利用泥浆保护孔 壁（泥浆质量应符合 要求），以防坍孔。 清孔（排除孔底沉碴） 后，浇灌水下混凝土。 其施工程序见图10-3。,32,33,34,（3）挖孔桩,挖孔桩可采用人工或机械挖掘开孔。人工挖土时，每挖深0.9m1.0m，就浇灌或喷射一圈混凝土护壁（上下圈之间用插筋连接）。达到所需深度时，可进行扩孔。
5、最后在护壁内安装钢筋笼和浇灌混凝土（图10-4）。 混凝土护壁厚度不宜小于100mm，强度等级不低于桩身混凝土强度。挖孔桩的直径不小于0.8m。 挖孔桩的优点是，可直接观察地层情况，孔底可清除干净，设备简单，噪音小，适应性强，又比较经济。其缺点是，在流砂层及软土层中难于成孔，甚至无法成孔。,35,36,四、按设置效应分类,随着桩的设置方法的不同，桩孔处原土和桩周土所受的排挤作用也很不相同。排挤作用会引起桩周土天然结构、物理状态和应力状态的变化，从而影响桩的承载力和沉降。这些影响属于桩的设置效应问题。按设置效应，可将桩分为下列三类：,挤土桩 部分挤土桩 非挤土桩,37,（1）挤土桩,实心的预制桩
6、、下端封闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩等打入桩，在锤击、振动的贯入过程中，多将桩位处的土大量排挤开，因而使桩周某一范围内土的结构受到严重扰动和破坏。粘性土由于重塑作用而降低了抗剪强度；而原来处于松散状态的无粘性土则由于振动挤密作用而使抗剪强度提高。,38,（2）部分挤土桩,开口钢管桩、H型钢桩和开口预应力混凝土管桩等打入桩，沉桩时对桩周土体稍有排挤作用，但土的强度和变形性质改变不大。由原来土测得的土的物理力学性质指标一般仍可用估算桩基承载力和沉降。,39,（3）非挤土桩,先钻孔后再打入的预制桩和钻（冲、挖）孔桩在成孔过程中将孔中土体清除去，故设桩时对土没有排挤作用，桩周土反而可能向桩孔内移动，因
7、此，非挤土桩的桩侧摩阻力常有所减小。 在不同的地质条件下，按不同方法设置的桩所表现的性状比较复杂，设计时只能大致予以考虑。,40,五、桩的质量检验,目前已有多种桩身结构完整性的检测技术，有的用于抽查，或作为单桩静载荷试验的辅助手段，以减少单桩静载试验的数量。,1、开挖检查。只限于观察检查开挖外露部分。 2、钻芯法。在灌注桩桩身内钻孔（钻芯直径在100150mm）取混凝土芯样进行观察和进行单轴抗压试验，了解混凝土有无离析空洞、桩底沉碴和入泥等现象，并了解材料强度。有条件时可采用钻孔电视直接观察孔壁孔底质量。,41,五、桩的质量检验,3、声波检测法。预先在大桩中埋入34根金属管，利用超声波在不同强
8、度的混凝土中的传播速度的变化来进行质量检测。 4、动测法。包括PDA（打桩分析仪）等大应变动测、较为灵敏准确的PIT（桩身结构完整性分析仪）动测和其它小应变动测（如锤击激振、机械阻抗、共振、水电效应等方法）。,42,PIT仪器,PIT数据处理软件,PDA仪器,43,10.2 单桩轴向荷载的传递,单桩荷载传递的基本规律 桩顶受竖向荷载后，桩身压缩而向下位移，桩侧表面受到土的向上摩阻力，桩侧土体产生剪切变形，并使桩身荷载传递到桩周土层中去，从而使桩身荷载与桩身压缩变形随深度递减。随着荷载增加，桩端出现竖向位移和桩端反力。桩端位移加大了桩身各截面的位移，并促使桩侧阻力进一步发挥。当桩身侧摩阻力发挥达
9、到极限后，若继续增加荷载，其荷载增量将全部由桩端阻力承担，直至桩端阻力达到极限，导致位移迅速增加而破坏。 一般说来，靠近桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥，而侧阻力先于端阻力发挥出来。,44,桩侧负摩阻力,正摩阻力与负摩阻力概念 一般情况下，桩在荷载作用下，桩相对周围土体产生向下的位移，土对桩侧产生向上的摩阻力，称之为正摩阻力。然而当桩周围的土体由于某些原因相对于桩身向下位移时，则土对桩侧产生向下的摩阻力，相当于在桩上施加下拉荷载，称之为负摩阻力。,45,产生负摩阻力的原因,(1) 桩侧地面上有分布范围较大的荷载，例如大面积堆料； (2) 由于地下水位全面下降(抽取地下水)，使土中有效应力增
10、加； (3) 桩穿过欠固结的软粘土或新填土，而支承于较坚硬的土层，桩周土在自重作用下随时间而逐渐固结； (4) 自重湿陷性黄土浸水下沉和冻土的融陷等。 负摩阻力的存在降低了桩的承载力，并可导致桩发生过量的沉降。,桩的正摩阻力与负摩阻力示意图,46,10.3 单桩竖向承载力的确定,单桩竖向承载力的确定，取决于两个方面： 其一，取决于桩本身的材料强度； 其二，取决于地层的支承力。设计时分别按两个方面确定后取其中的较小值。,47,一、按土对桩的支承力确定,（一）静载荷试验,1、试验装置,48,一、按土对桩的支承力确定,（二）经验公式,式中 Ra单桩竖向承载力特征值； li 、Up桩周第i层土厚长度和
11、桩身周长； Ap桩底面积； qsai、qpa第i层土的桩侧阻力和桩端阻力特征值。,49,二、按桩身材料强度验算,荷载效应基本组合时的单桩竖向承载力设计值,桩身截面面积,混凝土轴心抗压强度设计值,工作条件系数，预制桩取0.75，灌注桩取0.6-0.7。,50,10.4 桩基础设计,桩基础的设计应力求选型恰当、经济合理、安全适用，桩和承台应有足够的强度、刚度和耐久性，地基则应有足够的承载力和不产生过大的变形，即满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求。低承台桩基的设计和计算可按下列步骤进行： 1、选择桩的类型、几何尺寸和桩的持力层，初拟承台底面标高 2、确定单桩或基桩承载力特征值； 3、确定桩
12、的数量、间距及其平面布置； 4、验算桩基承载力，必要时进行沉降量验算 5、桩身结构设计； 6、承台设计与计算； 7、绘制桩基施工图。,51,1、桩的类型和桩长的选择,根据结构物的类型、荷载情况、地层条件、施工能力及环境条件与限制以及经济比较等因素，选择桩的类型。 桩的长度主要取决于桩端持力层的选择。 桩型及桩长初步确定以后，根据单桩或基桩承载力大小的要求，定出桩的截面尺寸，并初步确定承台底面标高。,52,2、桩的根数及平面布置,（1）桩数的确定,（2）桩的中心距,桩的中心距应符合表10-3，表10-4的要求,53,（3）桩的平面布置,54,3、桩身结构设计,桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要
13、求 （1）预制桩 （2）灌注桩,55,4、承台设计,承台的作用是将桩联结成一个整体，并把建筑物的荷载传到桩上，因而承台应有足够的强度和刚度。承台设计包括确定承台的材料、形状、高度、底面标高、平面尺寸，以及抗冲切、抗剪切及抗弯承载力计算。并应符合构造要求。 （1）构造要求 （2）承台结构承载力计算 各种承台均应进行受弯、抗冲切和抗剪验算。,56,例题【10-1】,某框架结构，室内外高差为0.6m，拟采用钻孔灌注桩基础。场地地层自上而下依次为：填土，厚度1.5m；淤泥质土，软塑流塑，qs=12kPa ，厚度7.2m；粉质粘土，可塑，qs=36kPa ，厚度3.3m； 中砂，密实， qs=60kPa ， qp=1500kPa ，厚度4.6m； 碎石土，中密，该层未揭穿， qs=80kPa ， qp=2000kPa 。初步选定承台底面在天然地面下1.5m处，已知一内柱传至承台顶面(天然地面下0.7m）处的荷载标准值勤为F=5000kN，M=360kNm，H=120kN，试设计该基础。,57,解： 1、桩的类型和尺寸 根据地质情况，初选密实中砂层作为持力层，灌注桩直径定为600mm，进入中砂层1.2m(2d)。 2、单桩承载力特征值的确定,58,解： 3、初选桩的数量,4、初选承台尺寸,59,解： 5、单桩受力验算,单桩受力满足要求。,60,作业 P231 10-1,
