桩基础及其它深基础课件

桩基础及其它深基础据古籍《法苑珠林》记载，塔基是在淤泥中打下木桩而形成的。超化寺塔，位于郑州密县原超化寺遗址上，建于唐开元二年（公元714年）。平面呈正方形，共十三层，高约28米。基础采用钻孔灌注桩基，长度达100米，是我国目前最长的桩基。济南黄河公路桥，大桥全长2033.44m，其中主桥长488m，为5孔连续的预应力混凝土双塔斜拉桥。∆变形的要求桩基础的适用性∆特殊土∆较大偏心荷载、水平荷载、动力或周期性荷载作用∆地下水位很高∆需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物4.1桩的分类与质量检测桩基的分类：单桩基础群桩基础根据承台与地面的相对位置：低承台桩高承台桩4.1.1按承载性状分类摩擦型桩摩擦桩端承摩擦桩端承型桩端承桩摩擦端承桩4.1.2按施工方法分类预制桩混凝土预制桩钢桩木桩灌注桩沉管灌注桩钻（冲）孔灌注桩挖孔桩实心方桩：截面300-500mm桩长25-30m分节长度12m预应力混凝土管桩：先张法离心成型法制作高压蒸汽养护（PHC管桩）混凝土强度等级≥C80未经高压蒸汽养护（PC管桩）混凝土强度等级：C60-C80外径为300-600mm，节长5-13m。上海宝山钢铁集团马迹山港的25万吨级海上钢桩图一：电弧喷涂图二：防腐施工后图三：打桩现场锤击法135桩机+D100柴油桩锤施工桩锤桩斜撑立柱立柱支撑车体灌注桩灌注桩是直接在所设计桩位处成孔，然后在孔内下设钢筋笼（也有直接插筋或省去钢筋的)再浇灌混凝土而成。灌注桩沉管灌注桩钻（冲）孔灌注桩挖孔桩（1）沉管灌注桩打桩机就位灌注混凝土沉管边拔管边振动安放钢筋笼继续浇灌混凝土成型沉管灌注桩锤击：直径300-500mm，桩长20m振动：直径300-500mm，内击式沉管灌注桩（弗朗基桩）吊脚桩缩颈桩（2）钻(冲)孔灌注桩钻（冲）孔灌注桩用钻机(如螺旋钻、振动钻、冲抓锥钻、旋转水冲钻等）钻土成孔，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，浇灌混凝土。最大优点：入土深，能进入岩层，刚度大，承载力高，桩身变形小，并可方便地进行水下施工。TS-22型长螺旋钻机YCJF-25型全液压冲击反循环钻机1.2-1.5m400-600mm（3）挖孔桩挖孔桩可采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达所需深度后再进行扩孔、安装钢筋笼及浇灌混凝土而成。4.1.3按桩的设置效应分类按设置效应可分为下列三类：非挤土桩小量挤土桩挤土桩4.1.4桩的质量检验：（1）开挖检查。（2）抽芯法。(直径100-150mm）（3）超声波检测法。（4）动测法。声波透视法测桩示意图对于内部有缺陷（离析、蜂窝、孔洞、裂隙、泥砂夹层、夹泥等）的混凝土，由于缺陷、裂缝使声波反射或绕射，波幅也将明显减小，4.2竖向荷载下单桩的工作性能单桩工作性能的研究是单桩承载力分析理论的基础。通过桩土相互作用分析，了解桩土间的传力途径和单桩承载力的构成及其发展过程，以及单桩的破坏机理等，对正确评价单桩轴向承载力设计值具有一定的指导意义。•4.2.1桩的荷载传递N0=Q0)dN(dzuNzZpZZdzdNu1ZpZdzNEA1sZ0ZPPzlPNQPsQ-QQs0zl由深度z处微元dz上静力平衡：τz与NZ关系：桩端阻力=桩底轴力桩侧总阻力：up桩周长桩顶位移δ0=sZ截面位移：Z=l时：dzNEA1sl0lPPl若通过沿桩身若干截面预先埋设应力量测元件（传感器）可获得桩身轴力Ns分布图，可利用上式求出τz和δz分布图。dzdNu1ZpZdzNEA1sZ0ZPPz传感器4.2.2桩侧摩阻力和桩端阻力axactanZ'vsxKPsKKk00kKKsa桩侧土压力系数桩的侧阻随深度呈线性增大，但砂土中模型桩试验表明，当桩入土深达某一临界值(约为5—10倍桩径）后，侧阻就不再随深度增加，该现象称为侧阻的深度效应。桩侧摩阻力τ是桩截面对桩周土相对位移δ的函数，见OCD,通常可简化为折线见OAB。其极限值τu可用类似于土的抗剪强度的厍仑公式表达：1）桩侧极限摩阻力的影响因素。与所在的深度、土的类别和性质，成桩方法等多种因素有关。而桩侧摩阻力达到所需的桩—土相对滑移极限值δu时，则基本上只与土的类别有关，根据试验资料:一般粘性土约为4—6mm砂土约为6—10mm．2）随着桩顶荷载的逐级增加，桩侧摩阻力及桩端阻力的发挥过程。rqcubNdNcNp6.02.103）极限端阻的深度效应。4）单桩端阻的发挥不仅滞后于侧阻，而且其充分发挥所需的桩底位移值比桩侧摩阻力达到极限所需的桩身截面位移值大得多。砂类土：d/12-d/10(d为桩径）粘土：d/10-d/4(d为桩径）侧阻和端阻的深度效应问题都有待进一步研究。4.2.3单桩的破坏模式：单桩在轴向荷载作用下．其破坏模式主要取决于桩周土的抗剪强度、桩端支承情况、桩的尺寸以及桩的类型1屈曲破坏桩底坚埂、桩侧软弱，无约束；桩在轴向荷裁作用下如同一细长压杆出现纵向挠曲破坏。“陡降型”破坏2整体剪切破坏当具有足够强度的桩穿过抗剪强度较低的土层，达到强度较高的土层，且桩的长度不大时，桩底土层不能阻止滑动土楔的形成，发生整体剪切破坏。3刺入破坏当桩的入土深度较大或桩周土层抗剪强度较均匀时，桩在轴向力作用下将出现刺入破坏。桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承受、桩端阻力极微，桩的沉降量较大。当桩周土质较弱时，Q-s曲线“渐进破坏”的缓变型，无明显拐点，极限荷载难以判断，承载力主要由su确定；当桩周土抗剪强度较高时、Q-s曲线可能为陡降型，有明显拐点、桩的承载力主要取决于桩周土的强度。4.2.4桩侧负摩阻力（1）穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层；（2）桩周存在软弱土层，临近桩地面有较大长期荷载，或地面大面积堆载。（3）降低地下水位，土有效应力增加，产生显著沉降。QNl负摩阻力正摩阻力中性点深度la应安桩周土层沉降与桩的沉降相等的条件确定单桩负摩阻力标准值：inniqin桩周负摩阻力系数桩周第I层土平均竖向有效上覆压力(Kpa)经验公式：软土或中等强度粘土：砂土：unicq35iniNq土的不排水抗剪强度桩周底I层土经钻杆长度修正后的平均标准贯入实验击数桩侧总的负摩阻力：inipnlquQ桩的周长中性点以上各土层厚度4.3单桩竖向承载力的确定4.3.1按材料强度确定按材料强度确定单桩竖向求载力时，可将桩视为轴心受压杆件，根据桩材相应按《混凝土结构设计规范》或《钢结构设计规范》计算。混凝土桩：)(gypcAfAfR4.3.2按地基土的支承能力确定1静载荷试验方法试桩数量．不宜少于总数1%，并不少于3根。预制桩间歇时间：砂类土：10天；粉土、粘性土：15天；饱和粘性土：25天（1）实验装置加荷稳压装置提供反力装置沉降观测装置试验时加载方式常有慢速维持荷载法、快速维持荷载法、等贯入速率法以及循环加载法。工程中最常用的是慢速维侍荷载法即逐级加载，每级荷载值约为单桩承载力设计值的1/5-1/8。当每级荷载下桩顶沉降量小于0.1mm/h时，架下一级荷载直到试桩破坏，再分级卸载引零。（2）终止加载条件①某级荷载下，桩顶沉降量为前一级荷载下沉降量的5倍；②某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的2倍，且经24h尚未达到稳定③已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量时；（3）按试验结果确定单桩承载力根据沉降随荷载的变化特征确定QU根据沉降量确定QU一般：S=40-60大直径桩：S=0.03-0.06d细长桩（l/d80)：S=60-80根据沉降随时间的变化特征确定Qn，取曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值作为极限荷载Qn。计算平均值QnniUUQnQ11统计：UUiQQ/1)1(12nniin15.0nUUkQQ15.0nUUkQQ桩极限承载历实测值与平均值之比：Αi的标准差：λ折减系数，查桩规范2按土的抗剪强度指标确定以土力学原理为基础，在土的杭剪强度指标的取值上考虑理论公式无法概括的某些影响因素，例如：土的类别和排水条件、桩的类型和设置效应等，所以仍是经验性公式。单桩极限承载力：)(lAGQQQPpusuuQsu、Qpu桩侧总极限摩阻力和桩端总极限阻力：)(lAGP由于桩的设置附加于地基上的重力，常设相等pusuuQQQ上式简化为：3静力触探法静力触探是将圆锥形的金属探头，以静力方式按一定速率均匀压入土中，借助探头的传感器，测出探头侧阻fs及端阻qc。探头由浅人深测出各种土层的这些参数后，即可算出单桩承载力。4经验公式法利用经验公式确定单桩竖向极限承载力标准值Quk，是一种沿用多年的传统方法，《桩基规范》在《地基规范》基础上，积累了丰富的资料，使其适用于各类基桩，并以极限状态设计形式表示。ppkisikppkskukAqlquQQQ(1)一般预制桩及灌注桩(2)大直径征(d≥0.8m)大直径桩的桩底持力层一般都呈渐进破坏，其Q-s曲线呈缓变型，单桩承载力的取值常以沉降控制，极限端阻随桩径的增大而减少，且以持力层为无粘性土时为甚。由于大直径桩一般为钻、冲、挖孔灌注桩，在无粘性土的成孔过程中将使孔壁因应力解除而松弛使侧阻降幅随孔径的增大而增大。ppkpisikppkskukAqlquQQQsi(3)嵌岩桩一般情况下，只要嵌岩桩不是很短，上覆土层的侧阻力就能部分发挥；此外，嵌岩深度内也有侧阻力作用，故传递到桩端的应力随嵌岩深度增大而递减，当嵌岩深度达5d时，该应力接近于零。所以桩端嵌岩深度一般不是很大，超过某一界限则无助于提高桩的竖向承载力。pkrkskukQQQQ5动力试桩法HQeQHhQeRQHdeQhQHRd)1(土对桩的抗力回跳高度能量损耗材料的非弹性变形能量消耗系数确定十分复杂，与桩的材料、打桩方式、土的性质有关，采用不同的假定得出不同的α4.4桩基竖向承载力设计值单桩承载力之和群桩承载力η群桩桩效率系11国内外大量工程实践和试验研究结果表明，采用单一的群桩效率系数不能正确反映群桩基础的工作状况，其低估了群桩基础的承载能力。其原因是：①群桩基础的沉降量只需满足建筑物桩基变形允许值的要求，无需按单桩的沉降量控制；②群桩基础中的一根桩与单桩的工作条件不同，其极限承载力也不一样。由于群桩基础成桩时桩侧土体受挤密的程度高，潜在的侧阻大，桩间土的竖向变形量比单桩时大，故桩与土的相对位移减小，影响侧阻力的发挥。通常，砂土和粉土中的桩基，群桩效应使桩的侧阻力提高；而粘性土中，群桩效应使侧阻力降低。目前工程上考虑群桩效应的方法有两种：①以概率极限设计为指导，通过实测资料的统计分析对群桩内每根桩的侧阻力和端阻力分别乘以群桩效应系数；②把承台、桩和桩间土视为一假想的实体基础，进行基础下地基承载力和变形验算。8.5.2承台下土对荷载的分担作用桩基在荷载作用下，由桩和承台底地基土共同承担荷载，构成复合桩基，复合桩基中基桩的承载力含有承台底的土阻力，故称为复合基桩。承台底分担荷载的作用随桩群相对于基土向下位移幅度的加大而增强，为了保证台底与土保持接触而不脱开并提供足够的上阻力，则桩端必须贯入持力层促使群桩整体下沉。此外，桩身受荷压缩，产生桩-土相对滑移，也使底反力增加。8.5.3按规范确定桩基竖向承载力设计值桩基的群桩效应难以通过承台一桩一土相互作用分析的理论方法求解，《桩基规》根据大量试验，经统计分析，给出了随基土类别、桩距-桩径比sa/d、承台宽-桩长比Bc／l等因素而变化的各项群桩效应系数值。其分别定义为：侧阻群桩效应系数：端阻群桩效应系数：侧阻端阻综合群桩效应系数：承台土阻力群桩效应系数：单桩平均极限侧阻力阻力群桩中基桩平均极限侧s单桩平均极限端阻力阻力群桩中基桩平均极限端p力标准值承台底地基土极限承载力群桩承台平均极限土阻c单桩平均极限承载力载力群桩中基桩平均极限承sp复合基桩或基桩的竖向承载力设计值R为：cckcppkpssksQQQR///静