桩基础

第7章桩基础1、桩基础概述2、桩及桩基础的特点与适用性3、桩基础的分类4、桩的竖向承载力5、桩基础设计本章内容简介第7章桩基础1、桩基设计原则识记：建筑桩基安全等级的概念。领会：桩基需进行的计算和验算。2、桩的分类2、领会：端承型桩与摩擦型桩的概念。1、识记：桩的各种分类方法。3、领会：常用的预制桩与灌注桩的类型及特点。2、领会：单桩竖向荷载的传递规律。3、单桩竖向荷载的传递1、识记：桩侧负摩阻力的概念。产生条件、分布与确定方法第7章桩基础应用：单桩竖向承载力特征值的确定4、单桩竖向承载力的确定识记：按静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值的方法。识记：按土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值的方法。识记：按土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定大直径桩（d≥700mm）单桩竖向极限承载力标准值的方法。第7章桩基础5、单桩抗拔承载力及单桩水平承载力识记：单桩抗拔极限承载力取值及计算方法。领会：影响单桩水平承载力的主要因素。6、桩基础设计识记：桩基础的设计步骤。领会：计算桩的数量，桩的最小中心距要求，进行桩基础平面布置。应用：桩基础验算，桩承台构造要求及设计计算方法，桩身设计。第7章桩基础学习目的和要求通过本章的学习，了解桩的分类与选型、单桩竖向载荷传递的特点，掌握竖向荷载作用下单桩承载力的确定方法，了解桩的负摩阻力概念；熟悉桩基础设计与计算的各项内容和方法，初步了解桩基础设计与施工技术。第7章桩基础概述§7.1设置于土中的竖直或倾斜的柱型构件，在竖向荷载作用下，通过桩土之间的摩擦力（桩侧摩阻力）和桩端土的承载力（桩端阻力）来承受和传递上部结构的荷载。桩的定义桩基础由设置于岩土中的桩和与桩顶连接的承台共同组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩基础。第7章桩基础软土层第7章桩基础7.1.1桩基础的适用性1.承载力高2.沉降量小3.能承受一定的水平荷载和上拨力，稳定性好4.可以提高地基基础的刚度、改变其自振频率5.可提高建筑物的抗震能力6.便于实现基础工程机械化和工业化一、桩基础的优点桩基础的突出优点：承载力高、变形量小、抗液化、抗拉拔能力强。第7章桩基础二、桩基础的适用范围(1)水上建筑物；(2)深持力层,高地下水位；(3)高层建筑或其它重要的建筑物抗震地基；(4)对沉降非常敏感的建筑,如精密仪器。（5）地震区，以桩基作为结构抗震措施时。第7章桩基础7.1.2桩基设计原则1.桩基必须是安全适用的。2.桩基设计必须是合理的。3.桩基设计必须是经济的。1.承载能力极限状态：对应于桩基达到最大承载力导致整体失稳或发生不适于继续承载的变形。2.正常使用极限状态：对应于桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值。一、桩基设计的基本要求（一）桩基的极限状态二、桩基设计原则第7章桩基础设计等级建筑类型甲级（1）重要建筑物；（2）30层以上或高度超过100m的高层建筑；（3）体型复杂,层数相差超过10层的高低层(含纯地下室)连体建筑；（4）20层以上框架－核心筒结构及其他对差异沉降有特殊要求的建筑；（5）场地和地基条件复杂的七层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑；（6）对相邻既有工程影响较大的建筑乙级甲级、丙级以外的建筑；丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以的一般建筑。（二）建筑桩基设计等级划分功能重要、荷载大、重心高、风载和地震作用效应大荷载和刚度分布极为不均，对差异沉降适应能力差场地、环境条件特殊第7章桩基础（三）桩基计算规定1、应根据桩基的使用功能和受理特征分别进行桩基的竖向承载力和水平承载力计算；2、桩身（含桩身压曲、钢管桩局部压曲）和承台结构承载力计算；3、软弱下卧层验算；4、坡地、岸边桩基整体稳定性验算；5、抗浮、抗拔桩基的抗拔承载力（基桩和群桩）验算；6、抗震设防区抗震承载力验算。第7章桩基础（四）应计算沉降的桩基1、设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基；2、设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均匀或桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基；3、软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础。（五）应计算水平位移的桩基受水平荷载较大、或对水平位移有严格限制的桩基。第7章桩基础三、桩基设计采用的作用效应、抗力1、布桩时：荷载效应采用标准组合；抗力为基桩或复合基桩承载力特征值。对于标准组合，荷载效应组合的设计值S应按下式采用：2、计算桩基结构承载力、确定尺寸和配筋时，采用荷载效应基本组合。由可变荷载效应控制的组合：由永久荷载效应控制的组合：第7章桩基础3、计算沉降和水平位移时，按荷载效应准永久组合。对于准永久组合，荷载效应组合的设计值S应按下式采用：第7章桩基础桩和桩基的分类§7.2不同的分类标准桩基的分类单桩基础——采用一根桩（通常为大直径桩）以承受和传递上部结构荷载的基础。群桩基础——由两根及以上的基桩组成的桩基础。基桩（桩群中的单桩）桩基础承台(将群桩顶部联成整体的钢筋混凝土部分)第7章桩基础1、按承台与地面的相对位置分类高承台桩承台在地面以上,桥桩,码头,栈桥。低承台桩：承台在地面以下,承台本身承担部分荷载第7章桩基础2、按承载性状分类分类依据类型亚类分类标准纯摩擦桩在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩侧阻力承受摩擦型桩端承摩擦桩在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由桩侧阻力承受纯端承桩在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受按承载性状分端承型桩摩擦端承桩在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由桩端阻力承受端承型桩摩擦型桩第7章桩基础3、按桩的施工方法分类（1）预制桩在施工前预先制作成型，再用各种机械设备把它沉入地基至设计标高的桩，称为预制桩。预制桩可以是木桩、钢桩或钢筋混凝土桩等。（２）灌注桩灌注桩为在建筑工地现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。依照成孔方法不同，灌注桩可分为钻（冲）孔灌注桩、沉管灌注桩和挖孔灌注桩等几大类。沉桩方法有气锤打入、振动沉桩、静压桩等。第7章桩基础振动沉桩预制桩1－13m第7章桩基础优点：施工过程中无挤土、无振动、噪音小，且桩径不受限制。缺点：泥浆沉淀不易清除，影响端部承载力的充分发挥，并造成较大沉降。①钻（冲）孔灌注桩：第7章桩基础优点：在钢管内无水环境中沉放钢筋和浇灌混凝土，从而为桩身混凝土的质量供了保障。缺点：a.拔除套管时，如果提管速度过快会造成缩颈、夹泥，甚至断桩。b.沉管过程的挤土效应除产生与预制桩类似的影响外，还可能使混凝土尚未结硬的邻桩被剪断。对策：a.控制提管速度；b.采取“跳打”顺序施工。②沉管灌注桩：第7章桩基础挖孔桩主要适用于粘性土和地下水位较低的条件，最忌在含水砂层中施工，因易引起流砂坍孔，十分危险。③人工挖孔灌注桩第7章桩基础4、按成桩方法和成桩过程的挤土效应分类（1）非挤土桩：成桩过程对桩周围的土无挤压作用的桩称为非挤土桩。主要有：钻（冲）孔桩，挖孔桩。（2）部分挤土桩（少量挤土桩）：成桩过程对周围土产生部分挤压作用的桩称为部分挤土桩。主要有：工型或H型钢桩，钢板桩，开口钢管桩，开口钢筋混凝土管桩。（3）挤土桩：成桩过程中，桩孔中的土未取出，全部挤压到桩的四周，这类桩称为挤土桩。主要有：木桩、钢筋混凝土桩，闭口的钢管桩或钢筋混凝土管桩，沉管灌注桩。第7章桩基础竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平受荷桩以及复合受荷桩。5、按桩的使用功能分类木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩以及组合材料桩。6、按桩身材料分类7、按桩径大小分类小直径桩（d≤250mm）、中等直径桩（250≤d≤700）和大直径桩（d≥700mm）等。第7章桩基础第7章桩基础竖向荷载下单桩的工作性能§7.37.3.1桩的荷载传递一、单桩承载力的构成桩侧阻力桩端阻力地基土对桩的支承作用但两者并不是步发挥的第7章桩基础竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力并通过它向土中扩散的过程。第7章桩基础对10根桩长为27～46m的大直径灌注桩的荷载传递性能的足尺试验结果。试验表明，桩侧发挥极限摩阻力所需要的位移很小，粘性土为1～3mm，无粘性土为5～7mm；除两根支承于岩石的桩外，其余各桩（桩端持力层为卵石、砾石、粗砂或残积粉质粘土）在设计工作荷载下，端承力都小于桩顶荷载的10％。不同荷载下轴力沿深度的变化第7章桩基础单桩荷载传递的基本规律基础的功能在于把荷载传递给地基土。作为桩基主要传力构件的桩是一种细长的杆件，它与土的界面主要为侧表面，底面只占桩与土的接触总面积的很小部分（一般低于1%），这就意味着桩侧界面是桩向土传递荷载的重要的，甚至是主要的途径。竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力并通过它向土中扩散的过程。第7章桩基础设桩身轴力为Q，桩身轴力是桩顶荷载N与深度Z的函数(,)QfNZ桩身轴力沿深度分布的实测资料第7章桩基础桩身轴力Q沿着深度而逐渐减小；在桩端处Q则与桩底土反力Qp相平衡，同时桩端持力层土在桩底土反力Qp作用下产生压缩，使桩身下沉，桩与桩间土的相对位移又使摩阻力进一步发挥。随着桩顶荷载N的逐级增加，对于每级荷载，上述过程周而复始地进行，直至变形稳定为止，于是荷载传递过程结束。由于桩身压缩量的累积，上部桩身的位移总是大于下部，因此上部的摩阻力总是先于下部发挥出来；桩侧摩阻力达到极限之后就保持不变；随着荷载的增加，下部桩侧摩阻力被逐渐调动出来，直至整个桩身的摩阻力全部达到极限，继续增加的荷载就完全由桩端持力层土承受；当桩底荷载达到桩端持力层土的极限承载力时，桩便发生急剧的、不停滞的下沉而破坏。第7章桩基础桩的长径比L/d是影响荷载传递的主要因素之一，随着长径比L/d增大，桩端土的性质对承载力的影响减小，当长径比L/d接近100时，桩端土性质的影响几乎等于零。发现这一现象的重要意义在于纠正了“桩越长，承载力越高”的片面认识。希望通过加大桩长，将桩端支承在很深的硬土层上以获得高的端阻力的方法是很不经济的，增加了工程造价但并不能提高很多的承载力。第7章桩基础桩越长，端阻力所占的比例越低第7章桩基础桩侧摩阻力和桩端阻力的分布规律及影响因素1.桩的侧阻随深度呈线性增大。2.桩侧极限摩阻力与所在的深度、土的类别和性质、成桩方法等多种因素有关。3.随着桩顶荷载的逐级增加，桩截面的轴力、位移和桩侧摩阻力不断变化。4.桩端阻力的发挥不仅滞后于桩侧阻力，而且其充分发挥所需的桩底位移值比桩侧摩阻力到达极限所需的桩身截面位移值大得多。5.桩长对荷载的传递也有着重要的影响。第7章桩基础7.3.2单桩的破坏模式一、单桩的破坏模式影响因素桩周土的抗剪强度桩端支承情况桩的尺寸桩的类型第7章桩基础二、常见的单桩破坏模式轴向荷载下基桩的破坏模式屈曲破坏整体剪切破坏刺入破坏第7章桩基础（一）屈曲破坏当桩底支承在坚硬的土层或岩层上，桩周土层极为软弱，桩身无约束或侧向抵抗力。桩在轴向荷载作用下，如同一细长压杆出现纵向挠曲破坏，荷载～沉降(Q-S)关系曲线为“急剧破坏”的陡降型，其沉降量很小，具有明确的破坏荷载。桩的承载力取决于桩身的材料强度。如穿越深厚淤泥质土层中的小直径端承桩或嵌岩桩，细长的木桩等多属于此种破坏。第7章桩基础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，桩在轴向荷载作用下，由于桩底上部土层不能阻止滑动土楔的形成，桩底土体形成滑动面而出现整体剪切破坏。此时桩的沉降量较小，桩侧摩阻力难以充分发挥，主要荷载由桩端阻力承受，荷载～沉降(Q-S)关系曲线也为陡降型，呈现明确的破坏荷载。桩的承载力主要取决于桩端土的支承力。一般打入式短桩、钻扩短桩等均属于此种破坏。（二）整体剪切破坏第7章桩基础（三）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，桩在轴向荷载作用下将出现刺入破坏。此时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。一