7上海交大 土力学 课件7

第七章桩基础第一节概述1桩基的作用桩基-------桩是深入土层的柱型构件，柱与连接桩顶的承台组成深基础。其作用------将上部结构的荷载，通过较弱地层或水传递到深部较坚硬的、压缩性小的土层或岩层．2、特点：（1）承载力高；（2）稳定性好；（3）沉降小；（4）便于机械化施工。桩基础已成为建筑、交通、水利、港口等工程中广为采用的基础形式。第一节概述3、应用桩基础主要通过作用于桩尖土层的阻力和桩周土的摩阻力来支承轴向荷载，也可利用桩侧土的侧向阻力抵抗水平荷载。通常遇以下情况时可选用桩基础：(1)对地基沉降要求严格，不允许有不均匀或过大沉降的建筑物；(2)采用地基加固措施不合适的软弱地基或特殊土地基；第一节概述(3)当施工水位或地下水位很高或基础位于水中的建筑物；(4)高耸建筑物等；(5)建筑物受到大面积地面超载的影响，或软土上活荷载比较大的筒仓、油库等；(6)承受大荷载、动荷载、大偏心荷载的建筑物；(7)精密或大型设备的基础，对基础振动有较高要求的建筑；(8)意义重大或需长期保存的建筑物。第一节概述a）桩筏基础；b)单桩单柱基础；c)厂房与设备桩基建筑物桩基第一节概述第一节概述桥梁桩基港湾和海洋构筑物桩基4桩基承载力影响因素影响桩基承载力的因素甚多，主要有以下几方面：(1)．桩侧土的性质与土层分布;(2).桩端土层的性质;(3).桩身与桩底的几何特征;(4).成桩效应第一节概述5桩基设计内容桩基设计的基本内容包括下列:(1)选择桩的类型和几何尺寸;(2)确定单桩竖向(和水平向)承载力设计值;(3)确定桩的数量、间距和布置方式；(4）验算桩基的承载力和沉降；(5）桩身结构设计；(6）承台设计；(7）绘制桩基施工图第一节概述一、按承载性状分类1、端承型桩（1）端承桩在极限承载力状态，桩顶荷载由桩端承受，桩侧阻力可忽略不计。（2）摩擦端承桩在极限承载力状态，桩顶荷载主要由桩端阻力承受，桩侧阻力属次要地位。第二节桩的分类一、按承载性状分类2、摩擦型桩（1）摩擦桩竖向极限荷载作用下，桩顶荷载绝大部分由桩侧阻力承担，桩端阻力可忽略不计。。（2）端承摩擦桩桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，大部分由桩侧阻力承担。第二节桩的分类二、按桩的使用功能分类(1)竖向抗压桩，以承受竖向荷载为主的桩；(2)竖向抗拔桩，以承受竖向上拔荷载为主的桩；(3)水平受荷桩，以承受水平荷载为主的桩；(4)复合受荷桩，所受的竖向、水平荷载均较大的桩。第二节桩的分类(a）受压桩(b）抗拔桩(c）横向荷载主动桩(d〕横向荷载被动桩不同功能的桩第二节桩的分类三、按桩身材料分类1、混凝土桩（1）预制桩在工厂或工地预先将桩身制作好，待就位后用打入或射水法将桩送入土中（2）灌注桩用机械或人工在现场开孔，就地浇筑混凝土而形成的桩2、钢桩钢桩主要有钢管桩、H型钢桩和钢板桩3、木桩第二节桩的分类四、按成桩方法分类按照成桩的方法和工艺，桩基础可分为：(1)打入桩将预制好的桩体用击打或振动的方法打入地下成桩；（2）灌注桩先成孔后浇筑混凝土；（3）静压桩利用机械以强力将预制桩压入到设计位置。第二节桩的分类接成桩方法划分的桩第二节桩的分类五、按桩对桩周土的挤压作用分类预制桩粘性土触变性1、挤土桩沉管灌注桩无粘性土2、部分挤土桩（小量挤土桩）开口钢管桩力学指标取原状土的H型钢桩开口的预应力钢筋混凝土桩3、非挤土桩预钻孔的钢筋混凝土桩钻（挖、冲孔）灌注桩第二节桩的分类六、按桩径大小分类按照桩径大小，桩基础可分为：（1）小桩(d≤250mm)；（2）中等直径桩（250mm＜d＜800mm）；（3）大直径桩（d≥800mm）工程中选用何种桩型，受地质条件、场地条件、承载力要求、施工设备、地下水位和经济条件等方面的限制。第二节桩的分类一、桩、土体系的荷载传递桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程就是桩、土体系荷载的传递过程。桩士体系荷载传递分析第三节单桩竖向承载力的确定二、按材料强度确定单桩竖向承载力按材料强度计算单桩竖向承载力时，将桩视为一轴向受压构件，混凝土桩单桩竖向承载力设计值公式：（1）式中：R—单桩竖向承载力设计值；—混凝轴心受压构件的稳定系数；fc—混凝土轴心抗压强度设计值；—纵向受力钢筋的抗压强度设计值；Ac—桩身横截面面积；—纵向受力钢筋的截面面积。第三节单桩竖向承载力的确定''()ccysRfAfA'yf'sA三、按静荷载试验确定单桩轴向承载力静载试验是在施工现场进行的，考虑：（1）地基土的支承能力；（2）桩身材料强度对承载力的影响。规范规定，对于一级建筑物必须通过静荷载试验，同一条件下的试桩数不宜少于总桩数的1%，并不少于3根；工程桩总数在50根以内时，不应少于2根。对于地基条件复杂、桩的施工质量可靠性低等某些情况下的二级建筑桩基，也须通过静荷载试验。第三节单桩竖向承载力的确定三、按静荷载试验确定单桩轴向承载力测出n根试桩极限承载力后，可通过统计的方法，确定单桩竖向极限承载力的标准值：(2)uiQukQ第三节单桩竖向承载力的确定11nuiuiQQn四、静力触探法确定单桩轴向承载力静力触探法在确定混凝土预制桩的竖向承载力时被广泛应用。根据探头的不同分为单桥探头法和双桥探头法。第三节单桩竖向承载力的确定（1）根据单桥静力触探确定ukskpksikiskpsikiskpQQQuqlpAuqilipA桩身周长；－用静力触探贯入阻力值估算的桩周第层土的极限侧阻力标准值－桩穿越第层土的厚度，－桩端阻力修正系数－桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值，－桩端面积第三节单桩竖向承载力的确定（3）根据双桥静力触探确定ukiisicpciipQulfqAuqliA桩身周长；－桩端平面上、下探头阻力。－桩穿越第层土的厚度，－桩端阻力修正系数－第i层土桩侧阻力综合修正系数，－桩端面积第三节单桩竖向承载力的确定（4）根据经验参数确定ukskpksikipkpsikipkpQQQuqlpAuqiliqA桩身周长－桩侧第层土极限侧阻力标准值－桩穿越第层土的厚度－极限端阻力标准值－桩端面积第三节单桩竖向承载力的确定第四节群桩效应实际工程中，大多的情况并不是由一根桩单独承担荷载，而是由承台将若干根桩连成一个整体共同承担外荷载，形成群桩。群桩是一个复杂的传力体系，它的承载性能不同于单桩，具有群桩效应。一、群桩的工作特点对于桩数超过3根的群桩基础，作用于承台上的荷载实际上是由桩和地基共同承担的。(一)端承型群桩基础端承桩组成的群桩基础，竖向荷载绝大部分由桩身传递到桩端，桩底压力分布面积较小，各桩端的压力可认为是互不影响的，群桩基础中各桩的工作状态与单桩的情况基本一致。此时群桩效应系数η=1。（η=群桩基础承载力∕单桩承载力之和）第四节群桩效应(二)摩擦型群桩基础摩擦桩组成的群桩基础，主要通过每根桩的桩侧摩擦力将上部荷载传递到桩周土及桩端土层中。第四节群桩效应摩擦桩端承摩擦桩二、群桩效应群桩效应一般针对摩擦型群桩。它主要表现在承载力和沉降两个方面。由于群桩影响而使承载力降低可以用群桩效应系数表示，而群桩沉降的增大可以用沉降比来表示。采用这两个系数将群桩与单桩的性状进行比较，并以此来评价群桩的工作性能。第四节群桩效应第四节群桩效应（1）群桩效应系数uuuuPnQPQn＝群桩效应系数群桩竖向极限承载力群桩中单桩的竖向极限承载力群桩中的桩数第四节群桩效应（2）沉降比nnssss＝沉降比群桩沉降量单桩沉降量（3）群桩效应系数和沉降比的特征群桩效应系数越小，长径比越大。即群桩效应越强，则群桩承载力越低、沉降越大。和的定量评价是一个复杂的问题，主要受桩距、桩数、土质、土层构造、桩径、桩的类型、桩的排列方式等的影响。第四节群桩效应三、群桩竖向承载力标准值第四节群桩效应ksskppkcckskpkckspcQQQQQQQ－单桩总极限侧阻力（kN）－单桩总极限端阻力（kN）－承台底地基土总极限阻力标准值（kN）－桩侧阻群桩效应系数－桩端阻群桩效应系数－承台底土阻力群桩效应系数大多数桩基是以承受竖向荷载为主。一、对于轴心受压（Mx=My=0），群桩中基桩的桩顶作用效应为：FGNn第五节桩基承载力和沉降验算二、各桩荷载效应计算轴心竖向荷载作用下，应满足：偏心竖向荷载作用下，除满足上式外，还要满足：—建筑桩基重要性系数。对于一、二、三级建筑桩基，分别取1.1，1.0，0.9；对于柱下单桩的一级建筑桩基，取1.2。第五节桩基承载力和沉降验算0NR0max1.2NR0第五节桩基承载力和沉降验算二、各桩荷载效应计算在偏心竖向荷载作用下，群桩中基桩的桩顶作用效应为：22yixiiiiMxMyFGNnyxmaxmaxmax22yxiiMxMyFGNnyx二、各桩荷载效应计算考虑地震作用的效应组合时，应满足：轴心受压：N≤1.25R偏心受压：Nmax≤1.5R第五节桩基承载力和沉降验算一、概述高层建筑和高耸结构物承受风荷载或地震荷载时，传给基础很大的水平力和力矩，依靠桩基的水平承载力来平衡。桩在水平力和力矩作用下，桩为受弯构件，桩身产生水平变位和弯曲应力。第六节桩基水平承载力与位移二、水平承载力计算方法以承受水平荷载为主的桩基，可采用斜桩。一般当水平荷载与竖直荷载的合力与垂线的夹角不超过50时，采用竖直桩能满足要求。确定桩水平承载力的具体方法大致分为两类：(1)直接试验法；(2)理论分析计算法。第六节桩基水平承载力与位移（一）、直接试验法（1）由单桩水平静载荷试验确定循环荷载试验方法：模拟风浪、地震、机器扰力等动力水平荷载。连续加载试验方法：模拟桥台、挡墙等长期静止水平荷载。第六节桩基水平承载力与位移第六节桩基水平承载力与位移循环荷载试验法水平力－时间－位移曲线crHuH第六节桩基水平承载力与位移连续加载试验法水平力－位移曲线水平力－位移梯度曲线第六节桩基水平承载力与位移（二）按弹性地基理论计算基本假设地基反力系数沿深度的分布图式第六节桩基水平承载力与位移第六节桩基水平承载力与位移地基反力系数的四种分布图式，可用下面的通式表达：CZ=KZn式中：Z为深度，K为比例系数，n为指数，反映地基反力系数随深度而变化的情况。（三）按临界荷载估算确定第六节桩基水平承载力与位移0(1.2522)[1]2.01.750.51.0mtNhgmmtnhmtmNnfWNRfARfA－1g号由固结桩顶竖向力性质确定，压力取＋，拉力取－。单桩水平承载力设计值；－桩的水平变形系数（m）－桩截面模量塑性系数，圆形截面取，矩形截面取；桩身混凝土抗拉强度设计值（kN）。桩身最大弯矩系数，按表取值。桩身配筋率；－桩顶竖向力影响系数，竖向压力取，拉力取。2022000[1(1)]4[2(1)],32nEgEEgdAdWdWddd3桩身换算截面积，圆形截面为：＝其中为桩径，为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比。－桩身换算截面受拉边缘的截面模量（m）,圆形截面为＝为扣除保护层的桩径。第七节桩基设计一、设计资料的收集进行桩基设计前应进行调查研究：(1)建筑物上部结构的类型、构造以及上部结构的荷载；(2)符合国家现行规范规定的工程地质勘探报告和现场勘察资料；(3)当地建筑材料的供应及施工条件；(4)施工场地及周围环境。第七节桩基设计二、选择桩的类型、桩材我国使用的桩主要是钢筋混凝土桩。钢筋级别按混凝土强度等级相应选Ⅰ级、Ⅱ级或Ⅲ级。桩型的选择应根据上部结构荷载的大小及性质、工程地质条件、施工条件等进行综合考虑第七节桩基设计三、基桩根数及平面布置（一）基桩根数的确定初拟桩数时，大多不考虑群桩效应及承台底面处地基土的承载力，当桩基为轴心受压时，基桩数n可按下式估算：F—作用在承台顶面的竖向力设计值；G—桩基承台及承台上填土自重的设计值；R—单桩竖向承载力设计值。FGnR（二）桩间距的确定桩间距一般取为4～5倍桩径，不