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文档简介

第四章,储罐基础类型,环墙基础设计,桩基础设计,储罐地基计算,桩基础设计,深基础,埋深较大,以下部坚实土层或岩层作为持力层的基础。,深基础的类型,桩基础、沉井、沉箱和地下连续墙,桩基础,是将建筑物的荷载(竖向的和水平的)全部或部分传递给地 基土(或岩层)的设置于土中的竖直或倾斜的具有一定刚度和抗 弯能力的柱型基础构件。,桩,桩与连接桩顶的承台共同组成桩基础,简称桩基。,群桩基础 由2根以上桩组成的桩基础。,复合桩基 由基桩和承台底地基土共同承担荷载的桩基础 。,复合基桩 单桩及其对应面积的承台下地基土组成的复合承载桩。,沉井基础,沉箱基础,江阴长江大桥北锚沉井,钢壳沉井,桩基础的作用,1、将上部结构荷载传至地基深部; 2、具有很大的侧向刚度和抗拔承载力,可以承受上拔 荷载、水平荷载和力矩荷载。 3、改变基础和地基的动力特性,提高基础与地基的自 振频率,减小振幅; 4、提供很大的竖向刚度,在自身荷载及相邻荷载影响 下,不会产生过大的沉降和差异沉降,通常能满足 建筑物对沉降变形的各种严格要求; 5、抗震、抗液化。,桩基础的突出优点: 承载力高、变形量小而均匀、稳定性好、适用范围广。,1不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其它 重要的建筑物; 2重型工业厂房和荷载很大的建筑物,如仓库、料仓等; 3对烟囱、输电塔等高耸结构物,采用桩基以承受较大的 上拔力和水平力,或用以防止结构物的倾斜时; 4对精密或大型的设备基础,需要减小基础振幅、减弱基 础振动对结构的影响,或应控制基础沉降和沉降速率时; 5软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物,或以桩 基作为地震区结构抗震措施时; 6天然地基承载力满足要求,但沉降量过大,如需要利用桩 基减小沉降的建筑物,如软基上的多层建筑; 7地基土有可能被水冲刷的桥梁基础; 8需要穿越水体和软弱土层的港湾和海洋构筑物基础,如码 头、海上采油平台,输汽油管线支架及大型储罐基础等。,桩基的使用,桩基设计内容,1、桩的类型和几何尺寸的选择; 2、初步确定承台底面标高; 3、单桩的竖向和水平向承载力的确定; 4、确定桩的数量、间距和平面布置; 5、桩基承载力和沉降验算; 6、桩身结构设计; 7、承台设计; 8、绘制桩基施工图。,根据建筑规模、功能特征、对差异变形的适应性、场地地 基或建筑物体形的复杂性以及由于桩基问题可能造成建筑破坏 或影响正常使用的程度。将桩基分为三个设计等级。,建筑桩基设计等级,建筑桩基设计荷载,1、确定桩数和布桩,应采用传至承台底面的荷载效应的标准组合; 相应抗力采用基桩或复合基桩承载力特征值。,2、计算荷载作用下的桩基沉降和水平位移时,采用荷载效应的准永 久组合;计算水平地震作用、风荷载作用下的桩基水平位移时,应 采用水平地震作用、风荷载效应标准组合。,3、验算坡地、岸边建筑桩基的整体稳定性时,采用荷载效应的标准 组合;抗震设防区,采用地震作用效应和荷载效应标准组合。,4、计算桩基结构承载力、确定尺寸和配筋时,采用传至承台顶面 的荷载效应基本组合。当进行承台和桩身裂缝控制验算时,应分别 采用荷载效应标准组合和荷载效应准永久组合。,1、单桩承受的竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值; 2、单桩承受的水平向荷载不宜超过单桩水平向承载力特征 值; 3、桩基的沉降不得超过建筑物的沉降允许值; 4、满足上部结构对桩基的强度、刚度和耐久性方面的要求。,当天然地基承载力满足建筑物荷载要求、而以减小沉降为目的设置 的桩,特称为“减沉桩”。减沉桩的用桩数量是根据沉降控制条件(即 允许沉降量)计算确定的。,建筑桩基技术规范(JGJ 94-2008) 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002),建筑桩基设计原则,桩的类型,按桩身材料分类 :木桩、混凝土桩、钢筋混凝土 桩、钢桩以及组合材料桩 按承台标高位置分类: 低承台桩基和高承台桩基 按承载性状分类 :端承型桩、摩擦型桩 按桩的使用功能分类:竖向抗压桩、竖向抗拔桩、 水平受荷桩以及复合受荷桩 按桩的施工方法分类:预制桩和灌注桩 按成桩方法分类:非挤土桩、部分挤土桩 、挤土桩,按承载性状分类,端承型桩: 在竖向荷载作用下,主要靠桩端坚实土层或岩层的阻力支承荷 载,桩所发挥的承载力以桩端阻力为主时,统称为端承桩。,端承桩:在竖向极限荷载作用下,桩顶荷载由桩端阻力承受。 摩擦端承桩:在竖向极限荷载作用下,桩顶荷载主要由桩端阻力承受。,1、桩的长径比不太大,并且桩端置于坚硬粘土层、砂砾石层等坚 实的土层或岩层中,这类桩的端阻力所占比例比较大,属于端 承桩。 2、桩端持力层的承载力虽不是很大,但桩端直径被扩大较多,使 桩端总阻力所占比例较大时,也应视为端承桩。,摩擦型桩: 在竖向荷载作用下,主要靠桩侧地基土摩阻力支承荷载,桩所发 挥的承载力以桩侧阻力为主时,统称为摩擦桩。,摩擦桩:在竖向极限荷载作用下,桩顶荷载由桩侧阻力承受。 端承摩擦桩:在竖向极限荷载作用下,桩顶荷载主要由桩侧阻力承受。,1、桩端无坚实持力层且不扩底的桩,因桩端阻力不大,主要靠摩 阻力支承。 2、长径比很大的桩,即使桩端置于坚实持力层上,当受荷载以 后,因桩自身压缩量所占的比例过大,以致传递到桩端的荷载 已较小。 3、灌注桩施工成孔后,孔底沉渣超过一定厚度,较厚的沉渣覆 盖于坚实的持力层上,使持力层的承载力难以发挥,桩端阻力 减小很多。 4、在进行打桩施工过程中,若因柱距小、桩数多、施打顺序不合 理且沉桩速度快时,会使土层中产生的超孔隙水压力来不及消 散,致使先打入土体的桩被抬起,对已经进入持力层而后被抬 起的桩,其桩端阻力明显减小,只能视作摩擦桩。,按桩的使用功能分类,竖向抗压桩:各类建(构)筑物的桩基绝大多数是以承受竖 向荷载为主,桩顶荷载以轴向压力为主。 竖向抗拔桩:输电塔、发射塔、海洋石油平台、高耸的烟囱 、大型储罐等结构物的桩基、水下建筑抗浮桩 基(水上栈桥桩基)等均属此类,其功能主要 是抵抗上拔力,故桩基荷载以轴向拔力为主。 水平受荷桩:主要承担水平荷载。当外荷载的作用方向与桩 纵轴线垂直,使桩身横向受剪、受弯,这种桩 即属受横向荷载的桩,如承受较大剪力的桩、 挡土桩、基坑支护桩等。 复合受荷桩:竖向和水平向荷载均较大。,按桩的施工方法分类,预制桩 是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。,预制桩,按桩身材料,钢桩,混凝土预制桩,沉桩方式,木桩,按制作地点,工厂预制,现场预制,是否施加预应力,预应力,非预应力,H型钢桩,钢管桩,临时工程,用于水下耐久性较好,锤击法沉桩,振动法沉桩,静压法沉桩,灌注桩 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。,灌注桩,按成孔方式,钻(冲、磨)孔灌注桩,沉管灌注桩,挖孔灌注桩,夯扩灌注桩,爆扩灌注桩,按成桩方法分类,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、实心钢筋混凝土预制桩、下端封闭的钢管桩或钢筋混凝土管桩、沉管灌注桩等。,部分挤土桩 成桩过程对周围土稍有挤压作用的桩。 主要有: H型钢桩、开口钢管桩、开口的预应力钢筋混凝土管桩等 。,非挤土桩 成桩过程对桩周围的土无挤土作用的桩称为非挤土桩。 主要有:先钻孔的预制桩、钻(冲)孔桩、挖孔桩等。,常用桩类比较,单桩竖向荷载的传递机理,桩端总阻力,桩底轴力,桩侧总阻力,桩顶轴向荷载,桩身压缩变形,桩身横截面积,桩身弹性模量,桩顶位移,单桩破坏模式,单桩竖向承载力特征值的确定桩基规范,单桩竖向极限承载力标准值由总极限侧阻力标准值和 总极限端阻力标准值组成:,单桩轴向承载力的确定,取决于二个方面。其一,决 定于桩本身的材料强度,其二, 取决于土层的支承力。 设计时分别按这两方面取最小的。,单桩竖向承载力特征值:,桩基规范规定设计时采用的单桩竖向极限承载力标准值应符合下 列规定: 1、设计等级为甲级的建筑桩基,应通过单桩竖向静载荷试验确定。 2、设计等级为乙级的建筑桩基,当地质条件简单时,可参照地质条件 相同的试桩资料,结合静力触探等原位测试确定;其余应通过单桩 竖向静载荷试验确定。 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确定。,单桩竖向极限承载力标准值的确定,单桩竖向极限承载力标准值、极限侧阻和端阻标准值的确定: 单桩竖向静载荷试验符合建筑基桩检测技术规范; 对于大直径端承型桩,可采用深层平板载荷试验确定极限端阻力标准值; 对于嵌岩桩,通过直径为0.3m岩基平板载荷试验确定极限端阻标准值; 桩的极限侧、端阻标准值应通过埋设桩身轴力测试元件由静载试验确定, 并通过测试结果建立阻力标准值与各指标之间的经验关系,已经验参数法 确定单桩竖向极限承载力。,单桩竖向抗压静载试验,建筑桩基检测技术规范(JGJ 106-2003),试验成果,1、作荷载-沉降(Q-s)曲线和其他辅助分析所需的曲线。 2、当陡降段明显时,取相应于陡降段起点的荷载值。 3、Q-s曲线呈缓变型时,取桩顶总沉降量s=40mm所对应的荷载值,当桩长 大于40m时,宜考虑桩身的弹性压缩。 4、按上述方法判断有困难时,可结合其他辅助分析方法综合判定。对桩 基沉降有特殊要求者,应根据具体情况选取。 5、参加统计的试桩,当满足其极差不超过平均值的30%时,可取其平均值 为单桩竖向极限承载力。极差超过平均值的30% 时,宜增加试桩数量 并分析离差过大的原因,结合工程具体情况确定极限承载力。 6、对桩数为3根及3根以下的柱下桩台,取最小值。 7、将单桩竖向极限承载力除以安全系数2,为单桩竖向承载力特征值Ra。,当根据单桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向 极限承载力标准值时,如无当地经验可按下式计算:,原为测试法,当根据双桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向 极限承载力标准值时,对于粘性土、粉土和砂土,如无当 地经验时可按下式计算:,当根据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时,宜按下式计算:,经验参数法,当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定 大直径桩单桩竖向极限承载力标准值时,宜按下式计算:,单桩竖向承载力特征值的确定建基规范,1、单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定。在同一 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、当桩端持力层为密实砂卵石或其他承载力类似的土层时,对单桩 承载力很高的大直径端承型桩,可采用深层平板载荷试验确定桩 端土的承载力特征值。 3、地基基础设计等级为丙级的建筑物,可采用静力触探及标贯试验 参数确定Ra值。 4、初步设计时单桩竖向承载力特征值可按下式估算:,当桩端嵌入完好或较完好的硬质岩中时,单桩竖向承载力特征值 按下式估计:,单桩负摩阻力,正摩阻力:在桩顶竖向荷载作用下,当桩相对于桩侧土体向下位移时, 土对桩产生的向上作用的摩阻力。 负摩阻力:当桩侧土体由于某种原因而下沉,且其下沉量大于桩的沉 降,土对桩产生的向下的摩阻力。,负摩阻力产生的条件与分布,.桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对 较硬土层时; .桩周存在软弱土层,邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载,或地面大 面积堆载(包括填土); .由于降低地下水位,使桩周土有效应力增大,并产生显著压缩沉降时。,下拉荷载的计算,(1)、确定中性点的位置 (2)、单桩桩周第i层土负摩阻力标准值(负摩阻强度):,地面分布大面积荷载时:,(3)、下拉荷载的计算:,1、根据桩沉降与桩侧土沉降相等的条件来确定 2、查规范相关表格,竖向荷载下的群桩效应,群桩效应 群桩在竖向荷载作用下,由于承台、桩、土之间相互影响和共同 作用,群桩的工作性状趋于复杂,群桩基础中任一根桩的工作性状都 不同于相同地质条件和设置方法下的孤立单桩,群桩承载力往往不等 于各单桩承载力之和,这种现象就是群桩效应。,群桩效应系数 是指群桩竖向承载力与群桩中所有桩的单桩竖向承载力总和之比。,端承型群桩基础,端承型群桩基础,摩擦型群桩基础,1、承台底面脱地的情况(非复合桩基),2、承台底面贴地的情况(复合桩基),(1)承台刚度 (2)基土性质 (3)基桩间距,影响群桩效应的因素,考虑群桩效应的下拉荷载,不考虑地震作用:,考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值为:,考虑地震作用:,不考虑承台效应,基桩的竖向承载力特征值(桩基规范),作用于桩顶的水平荷载:长期作用的水平荷载、反复作用的荷 载、地震荷载等。,依据桩土的相对刚度的不同,水平荷载作用下的桩可分为:刚 性桩、半刚性桩和柔性桩。,1、对于受水平荷载较大的甲级、乙级的建筑桩基,单桩 的水平承载力特征值应通过单桩静力水平荷载试验确定。 2、对于钢筋混凝土预制桩、钢桩、桩身全截面配筋率不小 于0.65%的灌注桩,可根据静载试验结果取地面处水平位 移为100mm(对于水平位移敏感的建筑物取水平位移6mm) 所对应的荷载70%为单桩水平载力特征值。 3、对于桩身配筋率小于0.65%的灌注柱,可取单桩水平静 载试验的临界荷载为单桩水平承载力特征值。,4、当缺少单桩水平静载试验资料时,可按下列公式估算桩身配 筋率小于0.65%的灌注桩的单桩水平承载力特征值。,单桩水平承载力特征值的确定(桩基规范),6、当缺少单桩水平静载试验资料时,可按下式估算预制桩、钢桩、 桩身配筋率不小于0.65%的灌注桩单桩水平承载力特征值。,群桩基础(不含水平力垂直于单排桩基纵向轴线和力矩较大的情 况)的基桩水平承载力特征值应考虑由承台、桩群、土相互作用 产生的群桩效应,可按下式确定:,5、对于混凝土护壁的挖孔桩,计算单桩水平承载力时,其设计桩 径取护壁内直径。,单桩水平静载试验,建筑桩基检测技术规范(JGJ 106-2003),竖向荷载作用下的单桩沉降的组成 1、桩的弹性压缩引起的桩顶沉降; 2、桩侧阻力引起的桩周土中附加应力以扩散角向下传递, 致使桩端下土体压缩而产生的桩端沉降; 3、桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。,单桩沉降计算常用方法: 1、荷载传递法; 2、弹性理论法; 3、剪切变形传递法; 4、有限单元法; 5、其他简化法等。,对于桩中心距小于或等于6倍桩径的桩基,其最终沉降量计算可采用等效作用分层总和法。等效作用面位于桩端平面,等效作用面积为桩承台投影面积,等效作用附加应力近似取承台底平均附加压力。等效作用面以下的应力分布采用各向同性均质直线变形体理论。计算模式如图所示,桩基内任意点的最终沉降量可用角点法按下式计算:,群桩沉降计算桩基规范,矩形桩基中点的最终沉降可用简化式计算:,桩基沉降计算经验系数,沉降计算深度范围内的压缩模量当量值:,确定地基沉降计算深度,满足条件:,1、地基基础设计等级为甲级的建筑物桩基; 2、体型复杂,荷载不均匀或桩端以下存在软弱土层的设计等级 为乙级的建筑物桩基; 3、摩擦型桩基 嵌岩桩,设计等级为丙级的建筑物桩基,对沉降无特殊要求 的条形基础下不超过两排桩的桩基,吊车工作级别A5及A5以下的 单层工业厂房桩基(桩端下为密实土层),可不进行沉降验算。 当有可靠地区经验时,对地质条件不复杂,荷载均匀,对沉 降无特殊要求的端承型桩基也可不进行沉降验算。,取值同浅基础,桩基沉降验算,群桩沉降的计算建基规范,群桩沉降的计算建基规范,建筑地基基础设计规范推荐公式:采用单向压缩分层综合 法计算桩的最终沉降量,地基内的应力分布宜采用各向同性均质线 性变形体理论计算。,1、实体深基础(桩矩不大于6d),相应于荷载效应的准永久组合时实体深基础底面处的附加压力,实体深基础桩基沉降计算经验系数,沉降计算深度范围内的压缩模量当量值:,确定地基沉降计算深度,满足条件:,(a) 考虑扩散作用,(b) 不考虑扩散作用,附加压力取值,考虑扩散作用:,不考虑扩散作用:,2、明德林应力公式(了解),采用明德林应力公式计算地基中某点的竖向附加应力值时,可将 各根桩在该点所产生的附加应力,逐根叠加计算。,Q为单桩在竖向荷载的准永久组合作用下的附加荷载,由桩端阻力Qp和桩侧摩阻力Qs共同承担,且:Qp=Q,是桩端阻力比。桩的端阻力假定为集中力,桩侧摩阻力可假定为沿桩身均匀分布和沿桩身线性增长分布两种形式组成,其值分别为Q和(1-)Q。,第k根桩的端阻力在深 度z处产生的应力:,第k根桩的侧摩阻力在深度z处 产生的应力:,桩基础设计要掌握的基本资料,岩土工程勘察资料,建筑场地与环境条件的有关资料,建筑物、构筑物的有关资料,施工条件的有关资料,供设计比较用的各种桩型及其实施的可能性,其它资料,1、预制桩的混凝土强度等级不应低于C30;灌注桩不应低于C25;预应 力柱不应低于C40。 2、桩的主筋应经计算确定。打入式预制桩的最小配筋率不宜小于0.8%, 静压预制桩的最小配筋率不宜小于0.6%主筋直径不宜小于14mm;灌注 桩最小配筋率不宜小于0.2%-0.65%(小直径桩取大值)。 3、灌注桩配筋长度 4、扩底灌注桩的扩底直径,挖孔桩不应大于桩身直径的3倍。,构造要求基桩,构造要求承台,承台的作用:是将各桩连成一个整体,把上部结构传来的荷载转 换、调整、分配于各桩。桩承台设计分为:柱下独立承台、柱下或 墙条形承台(梁式承台)、筏板承台和箱形承台等。,2、承台的最小厚度不小于300mm。 3、承台混凝土强度等级不应低于C20,纵向钢筋的混凝土保护层厚度 不应小于70mm,当有混凝土垫层时,不应小于50mm。 4、柱下独立桩基承台钢筋应通长配置;对于四桩及四桩以上承台宜按双 向均匀布置;对于三桩的三角形承台应按三向板带均匀布置,且最里 面的三根钢筋围成的三角形应在柱截面范围内。 5、桩顶嵌入承台的长度对于大直径桩,不宜小于100mm;对于中等直径桩 不宜小于50mm。 6、承台之间的连接,构造要求承台,1、承台的宽度不应小于500mm。边桩中心至承台边缘的距离不宜小于 桩的直径或边长,且桩的外边缘至承台边缘的距离不小于150mm。对 于墙下条形承台梁,桩的外边缘至承台梁边缘的距离不小于75mm。,桩基选型与布置,桩基选型与几何尺寸,1、桩型选择的主要依据是上部结构的型式、荷载、地质条 件、环境条件、施工条件、经济条件等。 2、桩的截面尺寸的选择主要考虑成桩工艺和结构荷载情况。 3、桩的设计长度的选择取决于桩端持力层的选择。,桩端进入持力层的深度,根据地质条件,荷载及施工工艺确 定。对于黏性土、粉土不宜小于2d,砂土不宜小于1.5d,碎石类土, 不宜小于1d。当存在软弱下卧层时,桩基以下硬持力层厚度不宜小 于3d。,初步确定承台底面标高,桩基选型与布置,确定基桩承载力及桩的根数,基桩的平面布置

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