第八章节资料土力学与地基基础第八章节桩基础

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1、第八章,桩基础及其他深基础,8.1 概述 8.2 单桩竖向承载力 8.3 桩的其它受力方式及相关承载力 8.4 群桩基础的竖向分析及其验算 8.5 桩基沉降计算 8.6 桩基设计 8.7 桩基技术进展及深基础简介,本章目录,8.1 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,8.1 概述,早期：木桩 后来：钢筋混凝土桩,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（抗浮桩）、 横向力（护坡桩）,缺点,比浅基、复合地基造价高,8.1 概述,桩的分类,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

2、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：,8.1 概述,桩身,8.1 概述,桩端,8.1 概述,横断面,8.1 概述,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,8.1 概述,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

3、施工方法,挤土桩（预制桩，挤土的灌注桩）,非挤土桩（灌注桩）,部分挤土桩,8.1 概述,螺 旋 钻,8.1 概述,新加坡发展银行,四墩7.3m,8.1 概述,8.1 概述,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 噪音扰民,8.1 概述,灌注桩,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,8.1 概述,8.1 概述,8.1 概述,8.1 概述,8.1 概述,8.1 概述,使用规范,

4、1 建筑地基基础设计规范（GBJ7-89）,2 建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）,3 建筑桩基技术规范（GBJ7-94）,8.2 单桩竖向承载力,侧阻,端阻,主要内容：,1 单桩承载力分析 2 载荷试验确定单桩承载力 3 原位测试确定单桩承载力 4 经验公式确定单桩承载力 5 动测法 6 桩身材料验算,8.2 单桩竖向承载力,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,8.2

5、单桩竖向承载力,侧阻,端阻,S0,Sp,Q,qs,S0,Sp,各点位移,轴向力,摩阻力,桩侧摩阻力的分布,?,?,8.2 单桩竖向承载力,桩侧摩阻力的分布,qs,粘土,qs,砂土,8.2 单桩竖向承载力,桩端阻力（端承力）,太沙基,梅耶霍夫型,(1)很难达到整体破坏 (2)存在临界深度 (3)与施工有关,B很小,虚土,8.2 单桩竖向承载力,2 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,8.2 单桩竖向承载力,载荷试验确定单桩承载力,02地基规范,Ra 单桩竖向承载力特征值,Qu,QS曲线,8.2 单桩竖向承载力,3 原

6、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,8.2 单桩竖向承载力,4 经验公式确定单桩承载力,02地基规范,承载力特征值,由当地经验确定，不再提供表格,Ra 单桩竖向承载力特征值,8.2 单桩竖向承载力,5 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,6 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 0.60.7,8.3 桩的其它受力方式及相关承载力,侧阻,端阻,主要内容：,1 抗拔桩及其承载力 2 横向受力桩及其

7、承载力 3 桩的负摩擦力,8.3 桩的其它受力方式及相关承载力,侧阻,端阻,1 抗拔桩及其承载力,侧阻，方向向下,端阻0,普通桩,抗拔桩,受拉与抗压的不同点,向上（向外）位移 整体应力减小 应力状态、应力路径不同 桩径变化 端阻0,8.3 桩的其它受力方式及相关承载力,抗拔桩的承载力,1 现场抗拔试验,pi 抗拔折减系数：砂 土 0.5-0.7 粉、粘土 0.7-0.8,2 经验公式,Gp 桩的自重，水下为浮容重,G 分项系数，可取0.9,8.3 桩的其它受力方式及相关承载力,2 横向受力桩及其承载力,横向静力载荷试验,理论公式计算,横向的弹性地基梁,文克尔地基模型,kh 土的水平抗力系数 x

8、 水平位移,8.3 桩的其它受力方式及相关承载力,常数法,m 法,k 法,c 法,桩的位移,kh 土的水平抗力系数,8.3 桩的其它受力方式及相关承载力,3 桩的负摩擦力,正摩擦,负摩擦,负摩擦的产生,(1)桩周附近地面大面积堆载 (2)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,8.3 桩的其它受力方式及相关承载力,-,+,摩阻力,轴向力N,负摩擦力成为荷载的一部分,对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻力,对于一般桩,因为桩土都有变形,视二者的相对位移量和方向,中性点,缓解办法：沥青、塑料膜、膨润土泥浆滑动层,8.3 桩的其它受力

9、方式及相关承载力,后来改为筏基,8.4 群桩基础的竖向分析及其验算,群桩基础在荷载作用下，由于基桩间的相互影响及其与承台的共同作用，其工作性状显然与单桩不同。 前面已讨论了水平荷载（包括弯矩）作用下，基桩间的相互影响和基桩的受力分析与计算，本节主要讨论群桩基础在荷载作用下的竖向分析和群桩基础的竖向承载力与变形验算问题。,一、群桩基础的工作性状及其特点,群桩基础的竖向分析主要取决于荷载的传递特征，不同受力条件下的基桩有着不同的荷载传递特征，这也就决定了不同类型基桩的群桩基础呈现出不同的工作性状与特点。,1端承型群桩基础,图4-43 端承型桩桩底平面的应力分布,端承型群桩基础通过承台分配到各基桩桩

10、顶的荷载，绝大部分或全部由桩身直接传递到桩底，由桩底岩层（或坚硬土层）支承。 端承型群桩基础的承载力等于各单桩承载力之和，其沉降量等于单桩沉降量。,2摩擦型群桩基础,由摩擦桩组成的群桩基础，由于桩侧摩阻力引起的土中附加应力通过桩周土体的扩散作用，使桩底处的压力分布范围要比桩身截面积大得多（如4-44图所示），以致群桩中各桩传递到桩底处的应力可能叠加，同时由于群桩基础的尺寸大，荷载传递的影响范围也比单桩深，因此桩底下地基土层产生的压缩变形和群桩基础的沉降都比单桩大。,在桩的承载力方面，群桩基础的承载力也决不是等于各单桩承载力总和的简单关系。,图4-44 摩擦型桩桩底平面的应力分布,影响群桩基础承

11、载力和沉降的因素: 与土的性质、桩长、桩距、桩数、群桩的平面排列和承台尺寸大小等因素有关。桩距大小的影响是主要的，其次是桩数。 当桩距较小、土质较坚硬时，在荷载作用下，桩间土与桩群作为一个整体而下沉，桩底下土层受压缩，破坏时呈“整体破坏。 当桩距足够大、土质较软时，桩与土之间产生剪切变形，桩群呈“刺入破坏”。 在一般情况下，群桩基础兼有这两种性状。,现通常认为当桩间中心距离6b1（b1为单桩的计算宽度）时，可不考虑群桩效应。,群桩效应,摩擦型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，这种群桩不同于单桩的工作性状所产生的效应，称其

12、为群桩效应，它主要表现在对桩基承载力和沉降的影响上。,二、群桩基础承载力验算,由柱桩组成的群桩基础，群桩承载力等于单桩承载力之和，群桩基础沉降等于单桩沉降，群桩效应可以忽略不计，不需要进行群桩承载力验算。即使由摩擦桩组成的群桩基础，在一定条件下也不需要验算群桩基础的承载力。 当不满足规范条件要求时，除了验算单桩承载力外，还需要验算桩底持力层的承载力，持力层下有软弱土层时，还应验算软弱下卧层的承载力。,（1） 桩底持力层承载力验算,摩擦型群桩基础当桩间中心距小于6倍桩径时，如图 4-46所示，将桩基础视为相当于cdef范围内的实体基础，认为桩侧外力以 角向下扩散，可按下式验算桩底平面处土层的承载

13、力：,当轴心受压时：,当偏心受压时，除满足第条外，尚应满足下列条件：,（4-107）,（4-108）,（4-109）,图4-46 群桩作为整体基础计算示意图,当桩的斜度 时，,（4-110）,（4-111）,（4-112）,当桩的斜度 时，,（4-113）,（4-114）,（2）软弱下卧层强度验算,软弱下卧层验算方法是按土力学中的土应力分布规律计算出软弱土层顶面处的总应力不得大于该处地基土的承载力容许值，可参见第二章有关部分。,三 群桩基础沉降验算,验算目标：超静定结构桥梁或建于软土、湿陷性黄土地基或沉降较大的其它土层的静定结构桥梁墩台的群桩基础应计算沉降量并进行验算。 当柱桩或桩的中心距大于

14、6倍桩径的摩擦型群桩基础，可以认为其沉降量等于在同样土层中静载试验的单桩沉降量。,当桩的中心距小于6倍桩径的摩擦型群桩基础，则作为实体基础考虑，可采用分层总和法计算沉降量。,公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D632007）规定墩台基础的沉降应满足下列要求： （1）相邻墩台间不均匀沉降差值（不包括施工中的沉降），不应使桥面形成大于0.2%的附加纵坡（折角）； （2）外超静定结构桥梁墩台间不均匀沉降差值，还应满足结构的受力要求。,8.4 承台的计算,承台的作用：承台是桩基础的一个重要组成部分。承台应有足够的强度和刚度，以便把上部结构的荷载传递给各桩，并将各单桩联结成整体。,承台设计内容：包括承

15、台材料、形状、高度、底面标高和平面尺寸的确定以及强度验算，并要符合构造要求。除强度验算外，上述各项均可根据本章前叙有关内容初步拟定，经验算后若不能满足有关要求，仍须修改设计，直至满足为止。,承台验算内容：一般应进行局部受压、抗冲剪、抗弯和抗剪验算。,一、桩顶处的局部受压验算,桩顶作用于承台混凝土的压力，如不考虑桩身与承台混凝土间的粘着力，局部承压时，按下式计算：,如验算结果不符合上式要求，应在承台内桩的顶面以上设置12层钢筋网，钢筋网的边长应大于桩径的2.5倍，钢筋直径不宜小于12mm，网孔为100100mm，如右图。,（4-115）,（4-116）,图4-48 承台桩顶处钢筋网,二、承台的冲切承载力验算,柱或墩台向下冲切的破坏锥体应采用自柱或墩台边缘至相应桩顶边缘连线构成的锥体；桩顶位于承台顶面以下一倍有效高度h0处。锥体斜面与水平面的夹角，不应小于45，当小于45时，取用45。 柱或墩台向下冲切承台的重切承载力按下列规定计算：,1柱或墩台向下冲切承台,（4-117）,2柱或墩台向下冲切破坏锥体以外的角桩和 边桩向上冲切承台,对于柱或墩台向下的冲切破坏锥体以外的角桩和边桩，其向上冲切承台的冲切承载力按下列规定计算：,1）角桩,（4-118）,