桩基础课件

7桩基础7.1桩基础概述7.2桩的竖向承载力7.3桩基础设计7.4其他深基础简介普通高等教育“十一五”国家级规划教材主要内容教学目标知道桩基础的适用范围及其分类会进行桩基础承载力的计算会进行桩基础的设计重点桩基设计过程，群桩效应难点群桩效应，承台设计中抗冲切验算桩基础概念桩基础一般由桩身和位于桩身顶部的承台组成，如图7-1所示。上部结构的荷载通过墙或柱传给承台，再由承台传给桩。7.1桩基础概述桩基础的组成1—上部结构（墙或柱）2—承台（承台梁）3—桩身4—坚硬土层5—软弱土层7.1.1桩基础的适用范围1)荷载大、对沉降要求有严格限制的建筑物;2)软弱地基;3)地基土性不稳定，存在液化性、震陷性、湿陷性、冻胀性或侵蚀性等不良土层时;4)承受较大的水平荷载、上拔荷载和力矩荷载的高耸结构物;5)建筑物受到相邻建筑物或地面堆载影响，采用浅基础将会产生过量沉降或倾斜时;6)当途经江河湖海、峡谷、滩涂等交通设施的工程结构跨越范围大，地质条件及荷载情况变化也较大时，可通过灵活调整桩的类型、长短、布置等来适应环境与结构的要求;7)在流动水域中的水上结构物的基础;8)需要减振的动力设备基础。按承载性状分类摩擦型桩端承型桩摩擦桩端承摩擦桩端承桩摩擦端承桩按桩的承载类别分竖向抗压桩（抗压桩）竖向抗拔桩（抗拔桩）水平受荷桩和复合受荷桩等按桩的断面尺寸分类小直径桩：d≤250mm中等直径桩:250mm＜d＜800mm大直径桩:d≥800mm7.1.2桩基础的类型按施工方法分类预制桩灌注桩按桩对土体的影响程度分类挤土桩（排土桩）非挤土桩部分挤土桩按桩的承台高低分类低承台桩高承台桩1.预制桩按桩身材料不同，分为钢筋混凝预制桩、钢桩、木桩、组合桩。预制桩是指借助于各种专用机械设备将预先制作好的具有一定形状、刚度与构造的桩打入、压入或振入土中的桩型。（1）定义（2）种类钢筋混凝土预制桩具有制作方便，桩身强度高，耐腐蚀性能好，单桩承载能力高的优点，但价格偏高、打桩噪声大、接桩和截桩困难。钢筋混凝预制桩预应力混凝土空心管桩1—预应力钢筋2—螺旋箍筋3—端头板4—钢套箍分为两种：钢管桩和H形桩。具有优点是：强度高、桩身表面积大，截面积小，在沉桩时贯透能力强且挤土影响小，在饱和软黏土地区可减少对领近建筑物的影响，但价格较高，耐腐蚀性较差。钢桩依照成孔方法不同，灌注桩可分为泥浆护壁钻（冲）孔灌注桩、沉管灌注桩和成孔灌注桩等几大类。2.灌注桩（1）定义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、灌注混凝土而制成的桩。（2）分类泥浆护壁钻（冲）孔灌注桩，在成孔过程中，为防止孔壁坍塌，在孔内注入制备泥浆或利用钻削的黏土与水混合自制泥浆保护孔壁。护壁泥浆与钻孔的土削混合，边钻边排出泥浆，同时进行孔内补浆或补水。当钻孔达到规定深度后，清除孔底泥渣，然后吊放钢筋笼，在泥浆下浇筑混凝土。泥浆护壁钻（冲）孔灌注桩a)埋设护筒b)安装钻机，钻进c)第一次清孔d）测定孔壁，回淤厚度e)吊放钢筋笼f)插入导管g)第二次清孔h）灌注水下混凝土，拔出导管i)拔出护筒钻孔桩与冲孔桩的区别在于：钻孔桩以旋转钻机成孔，冲孔桩以冲击钻面成孔。1.拔除套管时，如果提管速度过快会造成缩颈、夹泥，甚至断桩；2.另外，沉管过程中挤土效应比较明显，可能使混凝土尚未结硬的邻桩被剪断，施工中必须控制提管速度，并使管产生振动，不让管内出现负压，提高桩身混凝土的密实度并保持其连续性；采取“跳打”顺序施工，待混凝土强度足够时再在它的近旁施打相邻桩。沉管灌注桩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提供了保障。沉管灌注桩的优点：沉管灌注桩的缺点：a)桩机就位b)沉管c)浇灌混凝土d)边拔管、边振动、边浇灌混凝土e)插入钢筋笼并灌满混凝土成桩1—振动锤2—加压减振弹簧3—加料口；4—传管5—活瓣桩靴6—上料斗7—混凝土8—钢筋笼振动沉管灌注桩施工程序是在桩管内增加一根与外桩管长度基本相同的内夯管以代替钢筋混凝土预制桩靴，与外管同步打入设计深度，并作为传力杆将锤击力传至桩端夯扩成大头形，增大地基的密实度，同时利用内管和桩锤的自重将外管内的现浇桩身混凝土压密成形，把水泥浆压入桩侧土体并挤密桩侧的土，使桩的承载力大幅度提高。夯扩成孔灌注桩干作业成孔灌注桩不需要泥浆或套管护壁，直接利用机械或人工成孔，下钢筋笼、浇筑混凝土成桩。干作业成孔灌注桩1.按桩身强度确定单桩竖向抗压承载力。2.按土的支承力确定单桩竖向抗压承载力。静载荷试验法《地基规范》经验公式法确定单桩竖向承载力的方法主要有以下：按《桩基规范》确定单桩竖向极限承载力7.2桩的竖向承载力7.2.1单桩竖向承载力确定1.按桩身强度确定单桩竖向抗压承载力钢筋混凝土桩根据桩身材料强度确定单桩竖向承载力设计值，按下式计算：)(s'yca+=AfAfR《桩基规范》规定：计算混凝土桩身承载力时，应将混凝土的轴心抗压和弯曲抗压强度设计值，分别乘以基桩施工工艺系数。对混凝土预制桩，取=1.0；干作业非挤土、人工挖孔、扩底灌注桩，取=0.9；泥浆或套管护壁非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩、挤土灌注桩，取=0.8。ccc《桩基规范》规定，桩身强度应满足下式：ccpfAQ(1)静载荷试验法2.按土的支承力确定单桩竖向抗压承载力1）试桩数量同一条件下的试桩数量不宜少于总桩数的1%，且不应少于3根。2)间歇时间在桩身强度达到设计要求的前提下，对于砂类土，不得少于10d；对于粉土和黏性土，不得少于15d；对于饱和软黏土，不得少于25d。3）单桩静载荷试验按《地基规范》附录Q进行。在初步设计时，单桩竖向承载力特征值Ra可按下式估算：由总桩侧摩阻力和总桩端阻力组成，即：(2)经验公式法Ra=qpaAp+up∑qsiali当桩端嵌入完整及较完整的硬质岩中时，可按下式估算单桩竖向承载力特征值。Ra=qpaApqpa——桩端岩石承载力特征值（kPa）；Ap——桩端横截面的面积（m2），其他符号同前。（嵌岩桩）(3)按《桩基规范》确定单桩竖向极限承载力，单桩竖向极限承载力标准值的确定，按照以下规定。对一级建筑桩基应采用现场静载荷试验，并结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定；对二级建筑桩基应根据静力触探、标准贯入、经验参数等估算，并参照地质条件相同的试桩资料综合确定。当缺乏可参照的试桩资料或地质条件复杂时，应由现场静载荷试验确定；对三级建筑桩基，如无原位测试资料时，可利用承载力经验参数估算。采用现场静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值时，在同一条件下的试桩数量不宜少于总桩数的1%，且不应小于3根，工程总桩数在50根以内时不应小于2根。试验及单桩竖向极限承载力取值按《桩基规范》附录C方法进行。《桩基规范》规定：当单桩竖向极限承载力标准值Quk根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定时，宜按下式计算：Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp大直径桩(d≥0.8m)单桩竖向极限承载力标准值Quk按下式计算：嵌岩桩单桩竖向极限承载力标准值，由桩周土总极限侧阻力标准值、嵌岩段总极限侧阻力标准值和总极限端阻力标准值三部分组成。当根据室内试验结果确定单桩竖向极限承载力标准值时，可按下式计算：Quk=Qsk+Qpk=u∑ψsiqsiklsi+ψpqpkApQuk=Qsk+Qrk+Qpk=u∑ξsiqsikli+uξsfrchr+ξpfrcAp(4)软弱下卧层验算。当桩端平面以下受力层范围内存在软弱下卧层时。qwukizqz)tan2)(tan2()(2)(tBtAlqBAGFooisikoooz对于桩距sa≤6d2)tan2()(4tdlquNeisikoz对于桩距sa6d(5)桩身负摩擦阻力桩周土相对于桩向下位移的情况，这时，桩身受到的摩擦阻力向下，称为负摩擦阻力。引起负摩阻力的原因：（1）桩周为欠固结土或新填土，在自重作用下继续固结而下沉；（2）地下水位下降引起土的有效应力增大，而引起桩周土大面积沉降；（3）大面积堆载使桩周土压缩变形。7.2.2单桩轴向抗拔力抗拔桩的设计，目前仍套用抗压桩的方法，即以桩的抗压侧阻力乘一个经验折减系数后的侧摩阻力作为抗拔承载力。一般认为，抗拔的侧摩阻力小于抗压的侧摩阻力，而且抗拔侧阻力在受荷后经过一段时间会因土层松动和残余强度等因素有所降低，所以抗拔承载力更要通过抗拔荷载试验来确定。我国有些行业如港口、电网工程规范规定的抗拔侧阻力为抗压侧阻力的0.6~0.8；有的规定为0.4~0.7，有的相当于0.6(交通)并将桩重考虑在抗拔容许承载力之内。影响单桩抗拔承载力的因素主要有桩的类型、施工方法、桩的长度、地基土的类别、土层的形成过程、桩形成后承受荷载的历史、荷载特性(只受上拔力或和其他类型荷载组合)等。确定抗拔承载力时，要考虑上述因素的影响，选用计算方法与参数。具体计算可参照《桩基规范》的有关规定。7.2.3群桩承载力计算1．群桩效应对端承型桩基，桩的承载力主要是桩端较硬土层的支承力。由于受压面积小，各桩间相互影响小，其工作性状与独立单桩相近，桩基的承载力就是各单桩承载力之和。对摩擦型桩基，由于桩周摩擦力要在桩周土中传递，并沿深度向下扩散，桩间土受到压缩，产生附加应力。在桩端平面，附加压力的分布直径D0（D0=2ltanθ）比桩径d大得多，当桩距小于D0时在桩尖处将发生应力叠加（见图7-7）。因此，在相同条件下，群桩的沉降量比单桩的大。群桩下土体内应力叠加a)单桩b)群桩影响群桩承载力的因素影响沉降量的因素群桩的效率系数η沉降比ν群桩极限承载力与各单桩单独工作时极限承载力之和的比值，可用来评价群桩中单桩承载力发挥的程度。相同荷载下群桩的沉降量与单桩工作时沉降量的比值，可反应群桩的沉降特性。1）砂土η＞l；2）黏性土高承台，η≤1；桩距足够大时，η≈1；低承台，η＞1；3）粉土η＞1，与砂土相近。2.群桩效应的影响因素1）端承桩，中心距sd≥3d且n＜9根的摩擦桩，条形基础下不超过两排的桩基，竖向抗压承载力为各单桩竖向抗压承载力的总和；2）中心距sd＜6d，n≥9根的摩擦桩基，可视作一假想的实体深基础，群桩承载力即按实体基础进行地基强度设计或验算，并验算该桩基中各单桩所承受的外力（轴心受压或偏心受压）。当建筑物对桩基的沉降有特殊要求时，应作变形验算。群桩的工作状态2.桩顶作用效应计算（1）轴心竖向力作用下nGFN（2）偏心竖向力作用下∑∑2y2xiiiiixxMyyMnGFN（3）水平力作用下nHH13.群桩承载力（1）桩基竖向承载力计算一般规定：桩基中复合基桩或基桩的竖向承载力计算应符合下述极限状态计算表达式。RNo1）按荷载效应基本组合，在轴心竖向荷载作用下：RNo2.1max偏心竖向荷载作用下，除满足上式要求外，尚应满足下式：RN25.12）按地震作用效应组合，轴心竖向力作用下：RN5.1max偏心竖向力作用下，除满足上式要求外，尚应满足下式：ppksskQQR（2）桩基竖向承载力设计值，按《桩基规范》的规定，桩基竖向承载力设计值的计算有以下几种情况：1）端承桩和桩数n≤3根的摩擦桩，基桩的竖向承载力设计值R为：当根据静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值时，复合基桩的竖向承载力设计值为：spukQRcckcppkpssksQQQR2）桩数n3根的摩擦桩，宜考虑桩群、土、承台的相互作用效应，其复合基桩的竖向承载力设计值为：当根据静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值时，复合基桩的竖向承载力设计值为：cckcspukspQQRnAqQcckck/注意：当承台底面以下存在可液化土、湿陷性黄土、高灵敏软土、高灵敏欠固结土、新填土或承受经常出现的动力作用时，不考虑承台效应。7.3桩基础的设计7.3.1设计步骤调查研究，收集设计资料选择桩的类型及其几何尺寸桩的材料顶底标高持力层的选定确定单桩承载力设计值确定桩的数量及平面布置包括承台的平面形状尺寸确定群桩或单桩基