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1、桩基础,主要内容,1.概述桩的功能及类型 2.桩的承载机理 3.单桩承载力 4.桩基础设计,软 土 层,第一节 概 述,一、桩的应用 1.历史 十九世纪以前，木桩 7000-8000年前湖上居民,浙江河姆渡 西安灞桥,北京御河桥,隋唐建塔 十九世纪开始，材料和动力进步 铸铁管桩，1824年波特兰水泥注册专利，蒸汽动力 十九世纪末，现场钻孔桩(1897, Raymond),2.特点,优点 将荷载传递到下部好土层,承载力高 沉降量小 抗震性能好,穿过液化层 承受抗拔(抗滑桩)及横向力(如风载荷) 与其他深基础比较,施工造价低,缺点 施工环境影响, 预制桩施工噪音, 钻孔灌注桩的泥浆 有地下室时,有
2、一定干扰,深基坑中做桩,3. 适用条件,(1)水上建筑物 (2)深持力层,高地下水位 (3)抗震地基 (4)对沉降非常敏感的建筑,如精密仪器,承台:将几个桩结合起来传递荷载 1.低承台桩基 承台在地面以下, 承台本身可承担部分荷载 2.高承台桩基 承台在地面以上,桥桩,码头,栈桥,二、桩基础的类型（按承台位置分类）,低承台桩基,高承台桩基,桩基础的设计步骤,四、,4.2 桩的类型,承载性状 施工方法 成型方式效应 材料 形状 按尺寸,按不同的分类标准，叫法不同。,4.2.1 桩 的 分 类,一、 按承载性状分类,Q = Qp+Qs Tip resistance, Skin friction 端
3、承型桩 主要由桩端承受极限荷载,桩不长,桩端土坚硬 摩擦型桩 主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载,桩长径比不很大，桩端土为粘土、粉土、砂土等,端承型桩,摩擦型桩,端承桩,摩擦端承桩,（嵌岩桩）,摩擦桩,端承摩擦桩,二、按材料： 木桩、混凝土、钢筋混凝土、钢管（型钢）桩、复合桩 钢筋混凝土：普通混凝土、预应力混凝土（离心预制）、高强混凝土,三 、 按形状,按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩 按横断面：圆形，八边形，十字桩、X形桩,桩身,四、按尺寸,按断面(直径）的大小： 大直径桩:d800mm; 小直径桩：d250mm； 中等直径桩： 250 80m,五、
4、 按施工方法,施工方法也即沉桩方法 1 预制桩 Prefabricated pile 挤土桩，部分挤土桩 2 现场灌注桩 Cast in place 非挤土桩，部分挤土桩,1 预制桩 2 现场灌注桩,气锤打入 振动沉桩 静压桩,引孔,部分挤土, 大面积地面隆起 不引孔,挤土桩,成孔方法,人工挖孔 螺旋钻 正反循环地下水以下泥浆护壁 冲击,夯扩,爆破 沉管灌注,浇注法,水上 水下 其他,振动沉桩 预制桩1013m,Pile Point,人工挖孔桩,螺旋钻,扩底桩,人工挖孔扩孔桩,挤扩桩（支盘桩）,六、按桩的成桩方式效应 分类：非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩 1）挤土桩：实心预制桩、下端封闭的管桩、
5、以及沉管灌注桩 成桩效应：粘土：打桩抗剪强度降低停一定时间可恢复。 无粘土：抗剪强度提高。 2）部分挤土桩：H型钢桩、开口的钢管桩、开口预制管桩 成桩效应：影响不大。 3）非挤土桩：钻孔灌注桩、先钻孔再打入的预制桩 成桩效应：侧阻力有所降低。,4.3 单桩承载力 Bearing capacity of a single pile,4.3.1 单桩轴向荷载的传递机理（单桩的工作性能）,桩顶荷载一般为：轴向力、水平力、弯矩,1. 桩身轴力和截面位移（桩的荷载传递）,在外载作用下，土对桩的支承力由桩侧阻力和桩端阻力两部分组成。,在外力作用下，桩侧摩阻力开始抵抗打桩时的荷载，桩工作状态时随着外载的作用
6、，开始摩阻力发挥作用，只有当桩端产生位移，端阻力才逐渐开始作用。,2.影响荷载传递的因素,主要影响荷载传递的因素：长径比 l/d,根据长径比 l/d 桩的分类：,短桩：l/d10,中长桩：l/d=1040,长桩：l/d=40100,超长桩：l/d100,2.影响荷载传递的因素,（1）桩端土与桩周土的刚度比Eb/Es 对于中长桩： Eb/Es增大，桩端分担荷载的比例增加。,（2）桩土刚度比Ep/Es 对于中长桩： Ep/Es增大，桩端分担荷载的比例增加。 Ep/Es超过1000后，影响不大。当Ep/Es10端阻接近零，因此：对于砂桩、碎石桩、灰土桩等，应按复合地基设计。,当桩长增大(例如ld25
7、)时，桩端分担荷载减少。因桩身压缩变形大，桩端反力尚未发挥，桩顶位移已超过实用所要求的范围，此时传递到桩端的荷载极为微小。因此，很长的桩实际上总是摩擦桩，用扩大桩端直径来提高承载力是徒劳的。,(4)长径比 l/d,单桩的破坏形式,屈曲破坏取决于桩身的材料强度 整体剪切破坏-取决于桩端土的支承力 刺入破坏-取决于桩周土强度,屈曲破坏取决于桩身的材料强度,桩的直径比较小且穿过桩周土的抗剪强度比较低（如淤泥等软土），桩端进入比较坚硬的岩石，一般端承桩和嵌岩桩属于屈曲破,Q-S曲线（荷载-沉降）出现急剧破坏的陡降段，其沉降量很小，有明确的破坏荷载。 桩的承载力取决于桩身材料强度,整体剪切破坏-取决于桩
8、端土的支承力,Q-S曲线有明显的拐点，有陡降段，有明显的破坏荷载。 桩的承载力主要取决于桩端土的支承力。 一般桩基属于本情况。,刺入破坏-取决于桩周土强度,当桩周土和桩尖土的抗剪强度比较均匀时，桩在轴向荷载作用下将出现刺入破坏。桩顶荷载主要由桩侧阻力来承担，桩端阻力极微，桩的沉降量较大。 Q-S曲线为“渐进破坏”的缓变型，无明显拐点。 桩的承载力主要取决于桩周土的抗剪强度,4.3.2 单桩竖向承载力的确定,取决于两个方面：,桩身材料强度,地层支承力,极限承载力：,承载力特征值：,安全系数K=2,单桩竖向承载力特征值确定方法:,静载荷试验,按土的抗剪强度指标确定,按经验公式确定,1. 静载荷试验
9、,获得单桩承载力最可靠的方法,锚桩 桁架法,2400吨,桩顶试验中,1、进行静载试验的工程： 静载荷试验是评价单桩承载力最为直观和可靠的方法，其除了考虑到地基土的支承能力外，也计入了桩身材料强度对于承载力的影响。 对于地基基础设计等级：甲、乙级建筑物必须通过静载荷试验。 对于地基条件复杂，桩施工质量可靠性低等建筑桩基必须通过载荷试验。,2、试验数量：在同一条件下的试验数量，不宜少于总数的1%，并不少于3根。工程总桩数在50根以内时不应少于2根。 3、预制桩完成后的间歇时间： 时间要求：砂类土间歇时间不少于10天；粉土和粘性土不少于15天；饱和粘性土不少于25天。 原因：对于预制桩，由于打桩时土
10、中产生的孔隙水压力有待消散，土体因打桩扰动而降低的强度随时间逐渐恢复，为了使试验能真实反映桩的承载力。,单桩竖向承载力特征值确定方法: 按规定确定Qu，,2. 确定单桩竖向承载力特征值的规范经验公式,地基基础规范指出：单桩竖向承载力特征值的确定应符合下列规定： （1）单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定。单桩竖向承载力特征值取单桩竖向静载荷试验所得单桩竖向极限承载力除以安全系数2。 （2）地基基础设计等级为丙级的建筑物，可采用静力触探及标准贯入试验参数确定。 （3）初步设计时单桩竖向承载力特征值 可按下式估算： 式中： 桩端阻力、桩侧阻力特征值，由当地静载荷试验结果统计分析算得。,
11、4.5桩的负摩问题,(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 (4)湿陷性黄土遇水湿陷 (5)砂土液化、冻土融解,4.5.1 负摩擦的产生条件,引起桩侧负摩阻力的条件是，桩侧土体下沉必须大于桩的下沉。,负摩擦力的确定：负摩阻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,4.5.2 负摩擦力的计算,4.6 桩的平面布置原则,桩的平面布置实例,桩的平面布置实例,4.6 桩的平面布置原则,4.6.1 一般原则,2.桩基中各桩受力应比较均匀，布桩时应尽可能使上部荷载的中心与群桩的横截面形心重
12、合或接近；,1.当承台承受偏心作用时，应增加桩基横截面的惯性矩，对群桩基础，宜采用外密内疏的布置方式；,3. 桩的中心距 桩的间距过大，承台体积增加，造价增加，有时基础间的空间不允许； 桩的间距过小，桩的承载能力不能充分发挥，且给施工带来较大困难。 一般情况下： 大面积桩群，桩的最小中心距还应适当加大。,桩在平面上可布置为：方形（或矩形）、三角形、多边形、梅花形；条形基础下的桩，可采用单排或双排，也可采用不等距。,柱下桩基 墙下桩基,圆（环）形桩基,4.6.2 布桩方法举例,对横墙下桩基，可在外纵墙之外设一至二根“探头”桩。 在有门洞口的墙下布桩应将桩设置在门洞的两侧。,4.7 桩基承台设计,
13、类型：柱下独立承台、柱下或墙下条形承台梁、筏板承台和箱形承台。 作用：是将桩联结成一个整体，并把建筑物的荷载传到桩上，因而承台应具有足够的强度、刚度。,桩基承台设计内容：,构造； 计算：受弯、受冲切、受剪、局压承载力，,4.7.1 桩基承台构造要求,1. 承台的平面尺寸和厚度： 厚度300，宽度500。 平面尺寸：承台边缘至边桩中心距离不应小于桩的直径或边长，且边缘挑出部分应150，对于条形承台梁应75。,筏形、箱形承台： 承台板厚度：宜250，且板厚与计算取段最小跨度之比不宜小于1/20。,2. 混凝土：C20。 3. 钢筋保护层厚度：台底钢筋的混凝土保护层厚度宜70。当有混凝土垫层时不应小
14、于40，,4. 钢筋配置： 承台的配筋按计算确定，对于矩形承台板，宜双向均匀配置，钢筋直径宜10，间距应满足100200；对于三桩承台，应按三向板带均匀配置，最里面3根钢筋相交围成的三角形，应位于柱截面范围以内见图。 承台梁的纵向主筋应12，架立筋10，箍筋直径6。 筏形、箱形承台配筋与筏基、箱基相同。,5.桩顶与承台的连接构造 桩顶嵌入长度：为保证群桩与承台之间连接的整体性，桩顶应嵌入承台一定长度，对大直径桩宜100；对中等直径桩宜50。 桩顶主筋锚固长度：混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度宜30倍钢筋直径（级）, 35倍（、级）对于抗拔桩基应40倍。,6. 承台之间的连接构造 单桩
15、桩基承台宜在双向设置联系梁。 两桩桩基承台：宜在其短向设置联系梁。 有抗震要求的柱下独立承台：宜在双向设置联系梁。 联系梁顶面宜与承台顶位于同一标高，梁宽应250，梁高可取承台中心距的1/101/15。 配筋：计算、构造。,7. 承台埋深： 应600； 在季节性冻土等地区1000。 保证承台周围填土质量、密实性。,4.8 桩基础设计的一般步骤,进行调查研究，场地勘察，收集资料； 综合勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构条件等确定桩基持力层； 选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造； 确定单桩承载力； 根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平面布置； 根据桩的平面布置，初步拟定承台的轮廓尺寸
16、及承台底标高；,验算作用与单桩上的竖向和横向荷载； 验算承台尺寸和结构强度； 必要时验算桩基的整体承载力和沉降量，当桩端下有软弱下卧层时，验算软弱下卧层的地基承载力； 单桩设计、绘制桩和承台的结构及施工详图。,4.8.1 必要的资料准备,建筑物类型及规模;,岩土工程勘查报告;,施工机具和技术条件;,环境条件;,检测条件;,及当地桩基工程经验等。,4.8.2 选定桩型，确定单桩竖向及水平承载力,1、桩型、截面和桩长的选择。 桩型：上部结构的型式、荷载、地质条件、环境条件及当地的施工条件和经验。,从楼层数和荷载大小来看（如为工业厂房可将荷载折算为相应的楼层数）： 10层以下的，可考虑采用直径500左右的灌注桩和边长为400的预制桩；1020层的可采用直径8001000的灌注桩和边长为450500
