基础工程-第3章课后习题答案

1.试述桩的分类。（一）按承台位置分类。可分为高桩承台基础和低桩承台基础，简称高桩承台和低桩承台。（二）按施工方法分类。可分为沉桩（预制桩）、灌注桩、管桩基础、钻埋空心桩。（三）按设置效应分类。可分为挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩。（四）按桩土相互作用特点分类。可分为竖向受荷桩（摩擦桩、端承桩或柱桩）、横向受荷桩（主动桩、被动桩、竖直桩和斜桩）、桩墩（端承桩墩、摩擦桩墩）。（五）按桩身材料分类。可分为木桩（包括竹桩）、混凝土桩（含钢筋和混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩）、钢桩和组合桩。2.桩基设计原则是什么？桩基设计·应力求做到安全适用、经济合理、主要包括收集资料和设计两部分。1.收集资料（1）进行调查研究，了解结构的平面布置、上部荷载大小及使用要求等；（2）工程地质勘探资料的收集和阅读，了解勘探孔的间距、钻孔深度以及土层性质、桩基确定持力层；（3）掌握施工条件和施工方法，如材料、设备及施工人员等；2.设计步骤（1）确定桩的类型和外形尺寸，确定承台埋深；（2）确定单桩竖向承载力特征值和水平承载力特征值；（3）初步拟定桩的数量和平面布置；(4)确定单桩上的竖向和水平承载力，确定群桩承载力；(5)必要时验算地基沉降；(6)承台结构设计；(7)绘制桩和承台的结构及施工图；3.设计要求《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）第8.5.2条指出，桩基设计应符合下列规范：（1）所有桩基均应进行承载力和桩身强度计算。对预制桩，尚应进行运输、吊装和锤击等中的强度和抗裂验算。（2）桩基沉降量验算应符合规范第8.5.15条规定。（3）桩基的抗震承载力验算应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）的相关规定。（4）桩基宜选用中、低压缩性土层作为桩端持力层。（5）同一结构单元内的桩基，不宜选用压缩性差异较大的土层作为桩端持力层，不宜采用部分摩擦桩和部分端承桩。（6）由于欠固结软土、湿陷性土和场地填土的固结，场地大面积堆载、降低地下水位等原因，引起桩周土的沉降大于柱的沉降时，应考虑桩侧负摩阻力对桩基承载力和沉降的影响。（7）对位于坡地、岸边的桩基，应进行桩基的整体稳定性验算。桩基应与边坡工程统一规划，同步设计。（8）岩溶地区的桩基，当岩溶上覆土层的稳定性有保证，且桩端持力层承载力及厚度满足要求，可利用覆土层作为桩端持力层。当必须采用嵌岩桩时，应对岩溶进行施工勘探。（9）应考虑桩基施工中挤土效应对桩基及周边环境的影响；在深厚饱和软土中不宜采用大片密集有挤土效应的桩基。（10）应考虑深基坑开挖中，坑底土回弹隆起对桩受力及桩承载力的影响。（11）桩基设计时，应结合地区经验考虑桩、土、承台的共同作用。（12）在承台及地下室周围的回填土中，应满足填土密实度要求。3.什么是单桩？说明桩侧极限摩阻力的影响因素是什么。单桩:即采用一根桩（通常为大直径桩）以承受和传递上部结构（通长为柱）荷载的独立基础。极限摩阻力的影响因素:（1）桩周土的性质；（2）桩、土相对位移；（3）桩的直径的影响；（4）桩-土界面条件的影响；（5）黏性土液性指数IL的影响。4.单桩的破坏模式有几种?桩的破坏是指丧失承载能力的状态，其破坏状态的种种特征往往通过试桩曲线反应出来。破坏模式大体归纳为以下三种·。（1）桩身材料屈服。（2）持力层土整体剪切破坏。（3）冲入剪切破坏。5.说明单桩静载实验曲线的形式。1．根据沉降量随荷载的变化特征值Qu。对于陡降型Q-s曲线，可取曲线发生明显陡降的起始点对应的荷载为Qu。该方法的作图缺点是做图比例将影响Q-s曲线的斜率和所选的Qu，因此宜按一定的作图比例，一般可取整个图形比例横：竖=2:3。2.根据沉降量确定Qu。对于缓变型Q-s曲线，一般可取s=40—60mm对应的荷载值作为Qu。对于大直径桩可取s=（0.03—0.06）d（d为端庄直径）所对应的荷载值（大桩径取低值，小桩径取高值），对于细长桩（l/d80）,可取s=60—80mm对应的荷载。6.什么是桩侧负摩阻力?其产生条件是什么？桩侧负摩阻力是指，当桩周土应某种原因发生下沉，其沉降变形大于桩身的沉降变形时，在桩侧表面的一部分表面积上将出现向下的摩阻力，称其为负摩阻力。产生条件：（1）在庄附近地面大量堆载，引起地面下沉。（2）土层中抽取地下水或其他原因，引起地下水位下降，使土层产生自重固结下沉。（3）桩穿过欠密土层（如填土）进入硬持力层，土层产生自重固结下沉。（4）桩数很多的密集群桩打桩时，桩周土中产生很大的超孔隙水压力，打桩停止后桩周土再固结引起下沉。（5）在黄土、冻土中的桩，应黄土湿陷、冻土融化产生地面下沉。7.单桩竖向承载力的确定方法有哪些？根据《建筑基础技术规范》（JGJ94—2008）和《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）设计采用的单桩竖向极限承载力标准值应符合下列规范：（1）设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确定；（2）设计等级为乙级得建筑桩基，当地质条件简单时，可参考地质条件相同的试柱资料，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定；其余均应通过单桩静载试验确定；（3）设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验参数综合确定。8.单桩水平承载力的确定有几种方法？其求解方法有三种:一种是直接用数学方法解桩在受荷后的弹性挠曲微分方程，再从力的平衡条件求出桩的内力和位移（这是当前广泛采用的一种）；另一种是将桩分成有限段，用差分式近似代替桩的弹性挠曲微分方程中的各阶导数式而求解的有限差分法；第三种则是将桩划分为有限单元的离散体，然后根据力的平衡和位移协调条件，解得桩的各部分内力和位移的有限元法。9.桩基础设计原则和设计的主要步骤是什么？桩基础设计原则：做到安全适用、经济合理，设计过程中主要包括收集资料和设计两部分。主要步骤：（1）确定桩的类型和外形尺寸，确定承台埋深；（2）确定单桩竖向承载力特征值和水平承载力特征值；（3）初步拟定桩的数量和平面布置；（4）计算单桩的竖向和水平荷载，确定群桩承载力；（5）必要时验算地基沉降；（6）承台结构设计;(7)绘制桩和承台的结构以及施工图。10.桩基承载力验算有那几方面内容？什么情况下验算群桩基础的地基沉降？内容包括：1.桩顶作用效应计算（详见P142—P143）2.桩基竖向承载力计算。在地质条件分布不均匀、地下水异常的情况下，在施工图桩基摩阻设计计算时会验算地基沉降问题。11.单桩受荷过程中，桩端阻力与桩侧阻力同时发挥作用，此种说法是否正确？这种说法是不正确的：柱顶在竖向荷载作用下的传递规律是：（1）桩侧摩阻力是自上而下逐渐发挥的，而且不同深度的土层的桩侧摩阻力是异步发挥的；（2）当桩土相对位移大于各种土性的极限位移后，桩土之间要产生滑移，滑移后其抗剪强度有峰值低落至残余强度，亦即滑移部分的桩侧土产生软化；（3）桩顶阻力和桩侧阻力是异步发挥的，只有当桩身轴力传到桩端并对桩端土产生压缩时才会产生桩端阻力，而且一般情况下（当桩端土较坚硬时），桩端阻力随着桩端位移的增大而增大。（4）单桩竖向极限承载力是指竟在试验时单桩桩顶所能承受的最大试验荷载。12.轴向荷载作用下的竖直单桩，按荷载传递方式不同，可分为几种？桩在轴向压力荷载作用下：桩顶将发生轴向位移（沉降）=桩身弹性压缩+桩底土层压缩之和置于土中的桩与其侧面土是紧密接触的，当桩相对于土向下位移时就产生土对桩向上作用的桩侧摩阻力。桩顶荷载沿桩身向下传递的过程中，必须不断地克服这种摩阻力，桩身轴向力就随深度逐渐减小，传至桩底的轴向力也就是桩底支承反力：桩底支承反力=桩顶荷载-全部桩侧摩阻力。13.桩身中性点深度的影响因素是什么？影响因素有以下几点：（1）桩周土的压缩性和持力层的刚度；（2）桩、土沉降的稳定时间；14.什么是群桩基础？什么是基桩？什么是群桩效应？群桩承载力影响因素是什么?群桩基础是指：有两根以上的桩组成的桩基。基桩是指：由基桩和连接于桩顶的承台共同组成，为打基础而打下的装柱。群桩效应是指：竖向荷载作用下，由于承台、桩、地基土的相互作用，群桩基础中的一根桩单独受荷时的承载力和沉降性状，往往与相同地质条件和设置方法的同样单桩有明显差别，这种现象成为群桩效应。群桩承载力影响因素有：土性、桩距、桩数、桩的长径比、桩长与承台宽度比、成桩类型和排列方式等。15.群桩中的基桩和单桩在承载力和沉降量方面有何差别？单桩在承载力:取决于土对桩的支承阻力和桩身材料强度，一般由土对桩的支承力控制，对于端承桩、超长桩和桩身质量有缺陷的桩，可由桩身材料强度控制。群桩中的基桩承载力:基桩承载力受群桩效应影响，群桩基础受竖向荷载后，由于承台、桩、土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，承载力往往不等于各单桩承载力之和。沉降量方面的何差别：单桩的沉降量主要有以下三个部分组成（1）桩身本身的压缩量；(2)由于桩侧摩阻力向下传递，引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降；（3）由于桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。而群桩沉降量主要由（1）土性质的影响；（2）柱间距的影响；（3）荷载水平的影响（4）承台设置方式的影响，由所有的单桩共同作用。16题:解：单桩竖向极限承载力为：kNQu618单桩竖向承载力特征值为：kNKQRua3092/618/(3-64)承台及上方土总重：kNAdG24023220按轴心受压确定桩的数量：根103092402850aRGNn18题解：纵向受力钢筋的总截面面积为：查4根22的钢筋面积：2t0.00152Am桩身混凝土的截面面积为：2tpc121.000152.035.035.0-=mAAA查表3-1和表3-2的C35的混凝土的抗压强度特征值MPa7.16cf，余热处理钢筋的抗压强度特征值MPa360rf，取75.0c，代入式（3-7）得：kN93.192575.01000)36000152.07.16121.0(QQ为单桩桩材的单桩竖向力特征值，其后单桩在地基中竖向力的特征值不能大于该值。19题：解：查表3-13，负摩阻力系数：0.4桩侧负摩阻力标准值：300111tan18.2/3.20.411.65222qzzkNmm下拉力：011.653.140.363.242.14aFqdzkPmmkN20题：解：由图知：单桩竖向极限承载力为：kNQu3200单桩竖向承载力特征值为：kNKQRua16002/3200/(3-64)