土力学与地基基础课件10桩基础

第十章第十章 桩基础桩基础土力学与地基基础10.1 概述10.2 桩和桩基础的类型及构造10.3 桩基础的设计及计算10.4 桩基础的施工 10.5 桩基施工质量检验 一 桩基础的组成和特点二 桩基础的适用条件10.1 概述桩基础的组成和特点l桩基础由若干根桩和承台两个部分组成。l桩基础的作用是将承台以上结构物传来的外力通过承台，由桩传到较深的地基持力层中去，承台将各桩联成一个整体共同承受荷载。l桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀，在深基础中具有耗用材料少、施工简便等特点。一 桩基础的组成和特点二 桩基础的适用条件10.1 概述桩基础的适用条件第一、荷载较大，地基土上部土层软弱，适宜的地基持力层位置较深，采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理时；第二、河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，如采用浅基础施工困难或不能保证基础安全时；第三、当地基计算沉降过大或结构物对不均匀沉降敏感时，采用桩基础穿过松软（高压缩性）土层，将荷载传到较坚实（低压缩性）土层，减少结构物沉降并使用沉降较均匀；第四、当施工水位或地下水位较高时，采用桩基础可减小施工困难和避免水下施工；第五、地震区，在可液化地基中，采有桩基础可增加结构的抗震能力，桩基础穿越可液化土层并伸入下部密实稳定土层，可消除或减轻地震对结构物的危害。一 桩和桩基础的类型二 桩和桩基础的构造10.2 桩和桩基础的类型及构造桩和桩基础的类型1、端承桩，依靠桩底土层抵抗力支承垂直荷载2、摩擦桩，主要依靠桩侧土的摩阻力支承垂直荷载 n 一、按承载性状分类n 二、按成桩方法分类1、非挤土桩，非挤土桩可分为干作业法钻（挖）孔灌注桩、泥浆护壁法钻孔灌注桩、套管护壁法钻孔灌注柱。2、部分挤土桩，部分挤土桩可分为冲孔灌注桩、挤扩孔灌注桩、预钻孔沉桩、敞口预应力混凝土管桩等。3挤土桩，挤土桩可分为沉桩（锤击、静压、振动沉入的预制桩及闭口预应力混凝土管柱等）。桩和桩基础的类型基本形式：（1）沉桩，沉桩的施工方法均为将各种预制好的桩（主要是钢筋混凝土或预应力混凝土实心桩或管桩，也有钢桩或木桩）以不同的沉桩方式（设备）沉入地基内达到所需要的深度。它适用于黏性土、砂土及碎石类土等。n 一、按承载性状分类n 二、按成桩方法分类（2）钻（挖）孔灌注桩，用钻（冲）孔机械在土体中先钻成桩孔，然后在孔内放入钢筋骨架，灌注桩身混凝土而成灌注桩，然后在同一个基础的桩顶间浇筑承台（或系梁），最后再浇筑立柱或盖梁，称为钻孔灌注桩基础。它的特点是施工设备简单、操作方便，适用于各种砂性土、粘性土，也适用于碎、卵石类土层和岩层 一 桩和桩基础的类型二 桩和桩基础的构造10.2 桩和桩基础的类型及构造桩和桩基础的构造 n 一、就地灌注钢筋混凝土桩的构造n 二、钢筋混凝土预制桩l钻、挖孔灌注桩、沉管灌注桩是采用就地灌注钢筋混凝土桩，桩身常为实心断面。桩身混凝土强度等级不应低于C25；管桩填芯混凝土不应低于C15。l钻孔桩设计直径不宜小于0.8m；挖孔桩直径或最小边宽度不宜小于1.2m。l钻（挖）孔桩应按桩身内力大小分段配筋。l如配筋较多，可采用束筋。桩和桩基础的构造 n 一、就地灌注钢筋混凝土桩的构造n 二、钢筋混凝土预制桩1、普通钢筋混凝土桩预制混凝土方桩构造桩和桩基础的构造 n 一、就地灌注钢筋混凝土桩的构造n 二、钢筋混凝土预制桩2、钢筋混凝土管桩和管柱l管桩由预制工厂以离心式旋转机生产，有普通钢筋混凝土或预应力混凝土两种。直径可采用0.41.0m，管壁最小厚度不宜小于80mm。混凝土强度等级不小于C25C40。每节长度为415m，两端装有连接法兰盘以供现场用螺栓连接.l管柱实质上是一种大直径薄壁钢筋混凝土或预应力混凝土圆管节，在工厂分节制成，沉桩时逐节有螺栓接长。桩和桩基础的构造 n 一、就地灌注钢筋混凝土桩的构造n 二、钢筋混凝土预制桩3、钢桩l钢桩的型式很多，主要的有钢管型和H型钢桩，常用的是钢管桩。l钢管桩的分段长度按施工条件确定，不宜超过1215m，常用直径为4001000mm。l钢桩防腐处理可采用外表涂防腐层增加腐蚀余量及阴极保护。l钢管桩按桩端构造可分为开口桩和闭口桩两类。一 桩基础类型的选择三 确定基桩的根数及其在平面的布置10.3 桩基础的设计与计算二 桩径、桩长的拟定桩基础类型的选择 n 一、承台位置的选定n 二、桩基的选定承台底面的标高应根据桩的受力情况，桩的刚度和地形、地质、水流、施工等条件确定。当作用于桩基础的水平力和弯矩较大，或桩侧土质较差时，为减小桩身所受的弯矩、剪力，可适当降低承台底面。为节省墩台身圬工数量，则可适当提高承台底面。对于采用高桩承台还是低桩承台宜从受力情况、变位情况、稳定情况、施工条件等方面比较选定。桩基础类型的选择 n 一、承台位置的选定n 二、桩基的选定端承桩与摩擦桩的选择主要是根据地质和受力情况确定。端承桩桩基承载力大，沉降量小，较为安全可靠，因此当基岩埋深较浅时应考虑采用端承桩桩基。若适宜的岩层埋置较深或受到施工条件的限制不宜采用端承桩时，则可以采用摩擦桩。桩基础类型的选择 n 三、单排桩基础和双排桩基础的选定n 四、施工方式的选定n 五、承台尺寸的拟定l多排桩稳定性好，抗弯刚度较大，能承受较大的水平荷载，水平位移较小，但多排桩的设置将会增大承台的尺寸，增加施工困难，有时还影响航道；单排桩与此相反，能较好地与柱式墩台结构形式配合使用，可节省圬工，减小作用在桩基的竖向荷载。l当桥梁路径不大、桥高较矮时，或单桩承载力较大，需要桩数不多时常采用单排桩桩基础。对较高的桥台、拱桥桥台、制动墩和单向水平推力墩基础则常需用多排桩桩基础。桩基础类型的选择 n 三、单排桩基础和双排桩基础的选定n 四、施工方式的选定n 五、承台尺寸的拟定设计时应根据地质情况、上部结构要求和施工技术设备条件等确定选择打入桩、震动下沉桩、钻（挖）孔灌注桩或管柱桩。桩基础类型的选择 n 三、单排桩基础和双排桩基础的选定n 四、施工方式的选定n 五、承台尺寸的拟定根据受力情况，按照有关设计规范和施工规范，拟定承台平面尺寸和立面尺寸，承台厚度一般为1.02.5m，承台底面尺寸拟定时，要求扩展角不超过刚性角。一 桩基础类型的选择三 确定基桩的根数及其在平面的布置10.3 桩基础的设计与计算二 桩径、桩长的拟定桩径、桩长的拟定 n 一、桩径的拟定n 二、桩长的拟定n 三、单桩承载力容许值的确定桩基础类型选定以后，桩的横截面尺寸可根据各类桩的特点及常用尺寸，并考虑工程地质情况和施工条件选择确定。可先根据地质条件选择适宜的桩底持力层初步确定桩长，因为桩底持力层对于桩的承载力和沉降有着重要影响；以外，还需考虑施工的可能性（如钻进的最大深度、孔径等）。桩径、桩长的拟定 n 一、桩径的拟定n 二、桩长的拟定n 三、单桩承载力容许值的确定单桩承载力容许值是指单桩在外荷载作用下，桩土共同作用，地基土和桩本身的强度和稳定性能均能得到保证，且变形在容许范围之内时桩所能容许承受的最大荷载。1、单桩轴向荷载传递机理和特点可以认为土对桩的支承力是由桩侧摩阻力和桩底支承力两部组成。桩的极限承载力就等于桩侧极限摩阻力和桩底极限支承力之和。桩径、桩长的拟定 n 一、桩径的拟定n 二、桩长的拟定n 三、单桩承载力容许值的确定2、桩侧摩阻力的影响因素及其分布桩侧摩阻力除与桩土间的相对位移有关，还与土的性质、桩的刚度、时间因素和土中应力状态以及桩的施工方法等因素有关。3、桩底阻力的影响因素及其深度效应桩底阻力与土的性质、持力层上覆荷载、桩径、桩底作用力、时间与桩底端进持力层深度等因素有关，其主要影响因素仍为桩底地基土的性质。l模型和现场试验研究表明，桩的承载力（主要是桩底阻力）随着桩的入土深度，特别是进行持力层的深度而变化，这种特性称为深度效应。桩径、桩长的拟定 n 一、桩径的拟定n 二、桩长的拟定n 三、单桩承载力容许值的确定摩擦桩单桩轴向受压承载力容许值Ra,可按下列公式计算：1、钻（挖）孔灌注桩的承载力容许值：公式说明返回桩径、桩长的拟定 n 一、桩径的拟定n 二、桩长的拟定n 三、单桩承载力容许值的确定2、沉桩的承载力容许值Ra：当采用静力触探试验测定时，沉桩承载力容许值计算中的qik和qrk取为：公式说明返回公式说明返回桩径、桩长的拟定 n 一、桩径的拟定n 二、桩长的拟定n 三、单桩承载力容许值的确定3、支承在基岩上或嵌入基岩内的钻（挖）孔桩、沉桩的单桩轴向受压承载力容许值 Ra，可按下式计算公式说明返回 一 桩基础类型的选择三 确定基桩的根数及其在平面的布置10.3 桩基础的设计与计算二 桩径、桩长的拟定确定基桩的根数及其在平面的布置 n 一、桩的根数估算n 二、确定桩的平面布置1.桩的根数 一个桩基所需桩的根数可根据承台底面上的竖向荷载和单桩的承载力容许值按下式估算：确定基桩的根数及其在平面的布置 n 一、桩的根数估算n 二、确定桩的平面布置2.群桩效应l由基桩群与承台组成的桩基础称为群桩基础。l工程实践表明，群桩基础的承载力常小于各单桩承载力之和，但有时也可能会大于或等于各单桩承载力之和。这种群桩不同于单桩的工作性状所产生的效应，可称为群桩效应。确定基桩的根数及其在平面的布置 n 一、桩的根数估算n 二、确定桩的平面布置一般墩（台）基础，多以纵向荷载控制设计，控制方向上桩的布置应尽可能使各桩受力相近，且考虑施工方便。一 钻孔灌注桩的施工三 预制沉桩的施工10.4 桩基础的施工二 挖孔灌注桩的施工钻孔灌注桩的施工 n 一、准备工作n 二、钻孔1.准备场地2.埋置护筒3、制备泥浆4、安装钻机或钻架泥浆在钻孔中的作用：（1）在孔内产生较大的悬浮液压力，可防止坍孔；（2）泥浆向孔外土层渗漏，在钻进过程中，由于钻头的活动，孔壁表面形成一层胶泥，具有护壁作用，同时将孔内外水流切断，能稳定孔内水位；（3）泥浆比重大，具有浮渣作用，利用钻渣的排出。钻孔灌注桩的施工 n 一、准备工作n 二、钻孔1.钻孔方法和钻具旋转钻进成孔,冲击钻进成孔,冲抓钻进成孔2、钻孔注意事项（1）钻孔过程中，保持钻孔内水位要高出孔外水位11.5m，保持泥浆护壁质量，防止坍孔。若发现漏水（漏浆）现象，应找出原因及时处理。（2）在钻孔过程中，应根据土质等情况控制钻进速度、调整泥浆稠度，防止坍孔及钻孔偏斜、卡钻和旋转钻机负荷超载等情况发生。（3）钻孔宜一气呵成，不宜中途停钻以避免坍孔，若坍孔严重应回填重钻。（4）钻孔过程中应加强对桩位、成孔情况的检查工作。终孔时应对桩位、孔径、形状、深度、倾斜度及孔底土质等情况进行检验，合格后立即清孔、吊放钢筋笼、灌注水下混凝土。钻孔灌注桩的施工 n 三、清孔及吊装钢筋笼骨架n四、灌注水下混凝土清孔目的是除去孔底沉淀的钻渣和泥浆中的钻渣，以保证灌注的钢筋混凝土质量，保证桩的承载力。清孔的方法有：1、抽浆清孔2、掏渣清孔3、换浆清孔钢筋笼骨架吊放前应检查孔底深度是否符合要求，孔壁有无妨碍骨架吊放 正确就位的情况。钢筋笼骨架达到设计标高后，牢固定位于孔口。钢筋笼骨架安置完毕后，须再次进行孔底检查，有时须进行二次清孔，达到要求后即可灌注水下混凝土。吊放钢筋骨架钻孔灌注桩的施工 n 三、清孔及吊装钢筋笼骨架n四、灌注水下混凝土1、灌注方法及有关设备导管法的施工过程如左图所示。2、对混凝土材料的要求为保证水下混凝土的质量，要将混凝土标号提高20；混凝土应有必要的流动性，以坍落度表示；坍落度宜在180220mm范围内；每m3混凝土水泥用量不少于360kg，水灰比宜用0.50.6，并可适当提高含砂率（宜采用4050）使混凝土有较好的和易性；为防卡管，石料尽可能用卵石，适宜直径为530mm，最大粒径不应超过40mm。灌注水下混凝土钻孔灌注桩的施工 n 三、清孔及吊装钢筋笼骨架n四、灌注水下混凝土3、灌注水下混凝土注意事项（1）混凝土拌合必须均匀，尽可能缩短运距和减小颠簸，防止混凝土离析而发生卡管事故；（2）灌注混凝土必须连续作业，一气呵成，避免任何原因的中断灌注（3）在灌注过程中，要随时测量和记录孔内混凝土灌注标高和导管入孔长度，提管时控