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1、第五章 桩基础,5-1 概述 5-2 桩基础和桩的分类 5-3 竖向荷载作用下单桩工作性能 5-4单桩竖向承载力的确定 5-5群桩竖向承载力及沉降验算 5-6桩的水平承载力与位移简介 5-7 桩基础设计,5-1 概述,一、桩基础的概念及作用,1桩基础是深基础。 2桩基础通常是由桩和承台组成，在承台上面是上部结构,a.桩基础作用, 承台的作用 承受上部结构荷载，并将荷载传递给各桩。承台箍住桩顶使各个桩共同承受荷载。 桩的作用 桩承受承台传递过来的荷载，通过桩侧对土摩擦力及桩端对土的压力将荷载传递到土中。 桩基础的作用 将上部结构传来的荷载，通过承台传递给桩，再由桩传递到土中。,b.桩基础的特点,
2、对比浅基础，桩基础承载力高，稳定性好，沉降量小且均匀，能承受一定的水平荷载，又有一定的抗震能力，适用性强。 桩基础造价一般较高，施工较复杂。桩基础施工时有震动及噪音，影响环境。桩基础工作机理比较复杂，其设计计算方法相对不完善等。,c.桩基础的适用条件,1）当地基上部土质软弱或地基土质不均匀，或上部结构荷载分布不均匀，而在桩端可达到深度处，持力层有坚实土层时；,2) 高层建筑；高耸建筑物；重型厂房； 重要的、有纪念性的大型建筑； 对基础沉降与不均匀沉降有较严格的限制时；,3) 地基上部存在不良土层。而不良土层下部有较好的土层时，可采用桩基础穿过不良土层，将荷载传递到好土层中； 4) 建筑物除了承
3、受垂直荷载外，还有较大的偏心荷载、水平荷载或动力及周期性荷载作用时； 5) 地下水位高，采用其它基础形式施工困难，或位于水中的构筑物基础适宜选用桩基础； 6) 地震区域建筑物，浅基础不能满足结构稳定要求时。,d桩基础的安全等级与设计原则,1. 桩基础极限状态分为两类 承载能力极限状态 ：桩基础达到最大承载能力导致整体失稳或发生不适于继续承载的变形状态； 正常使用极限状态 桩基础达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值的状态。 2. 建筑桩基础安全等级 建筑物桩基础分为三个安全等级：一级、二级、三级 见表5-1 3. 建筑桩基础设计应按以下两种极限状态进行： 所有桩基础均应进
4、行承载能力极限状态计算 特殊情况桩基础尚应进行变形验算 特殊情况下对建筑桩基应进行桩身、承台抗裂和裂缝宽度验算, 桩基础的作用效应组合,1）桩基础承载能力极限状态的计算：应采用荷载作用效应的基本组合和地震作用效应组合； 2）沉降验算：应采用荷载的长期效应组合,荷载采用标准值； 3）水平变位、抗裂和裂缝宽度验算，应根据使用要求和裂缝控制等级分别采用荷载作用效应的短期效应组合或短期效应组合考虑长期荷载的影响。,5-2 桩基础和桩的分类,1桩基础的分类：桩基础按桩的数量可分为单桩基础、群桩基础；按承台位置分：低承台及高承台桩基础,2 桩的分类,桩,1.按承载性状可分,2.施工方法可分,1）端承桩,2
5、）摩擦桩,1）预制桩,2）灌注桩,3.使用功能可分,1）抗压桩、抗拔桩,2）水平受荷桩、复合受荷桩,4.按成桩方法可分,1）非挤土桩,2）部分挤土桩,3）挤土桩,1.按承载性分 摩擦型桩 指在竖向荷载作用下，桩顶荷载全部或大部分由桩侧摩阻力承担的桩。,摩擦桩,端承摩擦桩, 端承型桩 :在竖向极限荷载作用下，桩顶荷载 全部或主要由桩端阻力承担，而桩侧摩阻力相对 于桩端阻力较小的桩。,端承桩,摩擦端承桩,2. 按施工方法分, 预制桩 预制桩是指在工厂或工地现场预先将桩制作成型，然后运送到桩位，用某种沉桩方法将其沉入土中的桩。断面尺寸：300mm300mm 550mm550mm 预制桩按材料分类主要
6、有：钢筋混凝土预制桩、混凝土预制桩、钢桩、木桩。 钢筋混凝土桩优点：桩身强度高，制作方便，耐腐蚀性能好，不受地下水位与土质条件限制，质量易保证，安全可靠，承载力高。 缺点：自重大，需要运输及打桩设备，有时要接桩、要截桩；工期长，对比灌注桩，用钢量大，造价高；锤击沉桩时，噪音大。虽然有缺点，但由于钢筋混凝土预制桩的优越性显著，它的应用还是很广泛。, 灌注桩,灌注桩是在施工现场在桩位处先成孔，在孔内加放钢筋笼（也有不放钢筋笼的），灌注混凝土制成的桩。灌注桩具有造价低、用钢量少、桩长可以灵活掌握及施工噪音小、振动小等优点。 灌注桩大体可分为沉管灌注桩、钻孔（冲、挖）孔灌注桩等。 1）沉管灌注桩：沉管
7、灌注桩利用锤击或振动等方法，将一定直径的钢管沉入土中，形成桩孔，然后浇筑混凝土，拔出钢管形成所需要的灌注桩。沉管灌注桩的施工工艺示意图,沉管灌注桩的施工工艺示意图,优点：造价低，管内无水作业桩身砼质量好；,缺点：产生缩颈、夹土、断桩，因挤土效应,相邻桩可能破坏。,防治措施：,控制拔管速度，快振慢拔；,2）钻（冲）孔灌注桩：,先用机械方法取土成孔，然后清除孔底残渣土，安放钢筋笼，浇灌混凝土而形成灌注桩。 优点：施工过程无挤土，可以减少或避免锤打的噪音和振动，对周围环境影响较少，应用越来越广泛。 3. 按使用功能分 按使用功能分抗压桩、抗拔桩、水平受荷桩、复合受荷桩。 4. 按成桩方法分 按成桩方
8、法可分为非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩。,5-3 竖向荷载作用下单桩工作性能,单独的一根桩称为单桩,其主要特点是没有相邻桩的影响。本节对竖向荷载作用下的单桩进行研究。 一、单桩在竖向荷载作用下的荷载传递,桩侧正摩阻力,桩端阻力,Q0,QS,QP,二、桩侧负摩阻力,当桩周土层相对于桩侧向下位移时，产生向下的摩阻力称为负摩阻力。负摩阻力的存在将给桩的工作带来不利的影响。桩身受到负摩阻力作用时,相当于施加在桩身上的竖向向下的荷载，它会使桩身的轴力加大,增大桩身的沉降,降低了桩的承载力。,桩侧负摩阻力,桩端阻力,5-4单桩竖向承载力的确定,一、单桩竖向承载力的概念及确定原则,1. 单桩在竖向荷载作用下的
9、破坏形式,（1）桩身材料破坏,（2）地基土发生破坏,单桩在竖向荷载作用下两种破坏形式,桩身像一根细长的受压柱，失去稳定而破坏,地基破坏类似于浅基础下地基的整体剪切破坏。,2. 单桩的竖向极限承载力的概念,单桩竖向极限承载力：是指单桩在竖向荷载作用下，不丧失稳定性、不产生过大变形时，单桩所能承受的最大荷载。,因此单桩的竖向极限承载力表示单桩承受竖向荷载的能力，主要取决于土对桩的支持力及桩身材料的强度。,3.单桩竖向极限承载力标准值,一)、按桩身材料强度确定单桩竖向承载力设计值,一般情况下，公式桩身材料强度计算单桩竖向承载力要远大于按土对桩的支承力确定的单桩竖向承载力，桩的承载力主要受地基土的支承
10、能力所控制。 特殊情况下，桩身材料强度才起到控制作用。如：对于端承桩、超长桩及桩身质量有缺陷的桩，由桩身材料强度来确定单桩竖向承载力设计值。,二)、按土对桩的支承力 确定单桩竖向极限承载力,按土对桩的支承力确定单桩承载力的方法主要有：现场的静载荷试验法、静力触探法、经验参数法、原位测试成果的经验方法及静力分析计算法等。以下主要介绍：静载荷试验方法、静力触探法、经验参数法。,1. 按静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值,静载荷试验法是最为直观和可靠的方法，这种方法不仅考虑了地基土的支承能力，还考虑了桩身材料强度对单桩承载力的影响。, 单桩的静载荷试验适用条件 对于一级建筑物，必须通过静载荷试验
11、；对于地基条件复杂、施工质量低、可靠性低、桩数多的二级建筑物，也必须通过静载荷试验。在同一条件下的试桩的数量，不宜少于总桩数的1，并不少于3根。, 单桩的竖向静载荷试验,试验装置主要由加载系统和量测系统组成,试验桩,试验桩,极限荷载QU,单桩的静载荷试验 Q-S曲线, 单桩竖向极限承载力标准值,的确定 ：,通过统计计算确定,每根试桩的极限承载力实测值与平均值之比,n根试桩的实测极限承载力平均值,标准差Sn,4）确定单桩竖向极限承载力标准值,当Sn0.15时,当Sn0.15时，, 单桩竖向极限承载力标注值折减系数，可根据变量,的分布及试桩数n，查桩基规范附录 C进行确定。,2.静力触探法,静力触
12、探试验,qc,fsi,Quk =uLiifsi +qcAp,预制单桩极限承载力标准值：,fsi 桩侧摩阻力平均值；,qc桩端阻力平均值；,桩端阻力修正系数；,i 第i层土摩阻力修正系数；,u 桩身周长；,Li第i层土内桩身长度。,3. 按经验参数法 确定单桩竖向极限承载力标准值,建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）在大量经验及资料积累的基础上，针对不同的常用桩型，推荐如下单桩竖向极限承载力标准值的估算经验参数公式。, 一般的预制桩及中小直径的灌注桩,式中,Qu k 单桩竖向极限承载力标准值(kN)； Qs k 单桩总极限侧阻力标准值(kN)； Qp k 单桩总极限端阻力标准值(kN
13、)；,经验参数公式说明, 桩侧第i层土的极限侧阻力标准值(kPa)； 无当地经验值时，可参考表5-3取值。, 桩端持力层极限端阻力标准值，(kPa)； 无当地经验值时，可参考表5-5取值。, 按土层划分的第i层土的桩长(m)。, 桩的截面周长(m),工程设计计算例题 1,某工程地质土如图所示，第一层土厚 2 m ，第二层土厚 7 m, 第三层为中密的中砂，桩深入该层 1 m ；若是混凝土预制桩且分别穿过这些土层，求各层土的桩侧摩阻力标准值,【解】第一步求第一层土的桩侧极限侧阻力标准值 q s 1 k ；,取 q s 1 k 50 kPa,第二步：求第二层土的桩侧 极限侧阻力标准值 q s 2
14、k ；,查得 q s 2 k 在 42 kPa 64 kPa 之间由内插法得：第二层土桩侧极限侧阻力标准值。 q s 2 k 46.4 kPa 。,第三步：求第三层土的桩侧极限侧阻力标准值 q s 3 k ；,q s 3 k 54 kPa 。,预制桩的入土深度为：h= （ 2+7+1 ） m=10 m ，修正系数为 1.0 ，则上述土层的桩侧极限侧阻力标准值均不用修正。,工程设计计算例题 2,如图，已知桩基础承台埋深 2 m ，桩长 10 m( 从承台底面算起，不包括桩尖) ，桩的入土深度采用桩长;采用截面边长 400 毫米 400 毫米的方形钢筋混凝土预制桩。 求：桩端极限端阻力标准值单桩竖
15、向极限承载力标准值 Quk 。,由经验参数法求单桩竖向极限承载力标准值 Quk 。,第一步：求各层土的桩侧极限侧阻力标准值；,粘性土层： IL 0.75 在 0.5 IL 0.75 范围 取 q s 1 k 50 kPa ； 粉质粘土层： IL 0.6 在 0.5 IL 0.75 范围由内插法得 q s 2 k 59.6 kPa ； 桩的入土深度为： h=10 m ；得出修正系数为 1.0 ； 则上述土层的桩侧摩阻力标准值可不做修正。,第二步求解桩的极限端阻力标准值：,查取, 1860 kPa 。,第三步求解单桩竖向极限承载力标准值 Quk, 5-5 群桩竖向承载力及沉降验算,桩数 n 2 根桩基础称之为群桩基础。 一、群桩工作特点,群桩基础承载力是否等于各个单桩承载力之和？,单桩与群桩中的基桩在相同荷载作用下有何不同？,群桩基础中的某一根桩，称为基桩;基桩在一般情况下要考虑相邻桩的影响。群桩是若干个基桩的集合体。,1.分析结果:,单桩的极限荷载最小，群桩中基桩的极限荷载均比单桩大； 在相同的平均荷载（ P ）作用下，单桩所得的沉降量（ S ）最小（在未破坏前），群桩的沉降量均比单桩大。 结论: 群桩的承载力不一定就是单桩承载力之和，群桩的沉降也明显地超过单桩。上述现象称之为群桩效应。,2. 群桩的工作特点,端承型群桩: 端承型群桩的承载力等于各单桩承载力之和。 摩
