《ch4桩基础》PPT课件.ppt

4.桩基础 内容提 要 v桩基础及其分类 v桩基础的施工 v单桩竖向抗压承载力计算 v水平荷载下基桩的内力及位移计算 v群桩基础受力分析 v桩基础设计简介 4.桩基础 n 组成：基桩和连接于桩顶的承台。 n 作用：将上部结构荷载通过承台传 递给基桩，再由基桩传递到 地基土体（持力层） 。 n 特点：历史悠久、承载力高、稳定 性好、沉降量小而均匀、便 于机械化施工、适应性强。 低承台桩基示意图 4-1 4-1 桩基础概述桩基础概述 4-1-1 基本概念 4.桩基础 单桩基础 群桩基础 承台 基桩 上部结构荷载 4-1-1 基本概念 4.桩基础 n 地基土质差或软硬不均，不能满足上部结构对变形的要求 。 n 地基软弱或土性特殊，自重湿陷性黄土、膨胀土等。 n 荷载大，且伴有较大偏心、水平、动力或周期性荷载作用 。 n 水中基础施工困难，如桥梁、码头、钻采平台等。 n 需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。 4-1-1 桩基础应用 4.桩基础 v 按承载性状：摩擦型桩、端承型桩 v 按施工方法：预制桩、灌注桩 v 按设置效应：非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩 v 按桩径大小：小桩( 250mm)、中等直径桩(250 v 800mm)、大直径桩( 800mm) v 按使用功能：受压桩、抗拔桩、横向受荷桩、锚桩 v 按截面形状：圆桩、方桩、多边形桩、异形桩、DX桩等 4-1-2 4-1-2 桩基的分桩基的分 类类 n 基桩分类 4.桩基础 n 按承载性状分类（荷载传递方式） 摩 擦 型 桩 摩 擦 桩 端 承 摩 擦 桩 端 承 型 桩 端 承 桩 摩 擦 端 承 桩 分类依据：根据桩侧与桩端阻力的发挥程度 和分担荷载比例的不同。 4-1-2 4-1-2 桩基的分桩基的分 类类 4.桩基础 按承台位置： 高承台桩基承台底面位 于地面以上，且常处于水下， 水平受力性能差，但施工方便 。可避免水下施工及节省基础 材料，多用于桥梁及港口工程 。 低承台桩基承台底面位 于地面以下，其受力能好，具 有较强的抵抗水平荷载的能力 ，施工不方便。 n 桩 基 4-1-2 4-1-2 桩基的分类桩基的分类 4.桩基础 n 按桩的设置效应分类 非挤土桩 成桩过程中对桩相邻土基本不产生挤土效应的桩,如 钻（冲或挖）孔灌注桩及先钻孔后再打入的预制桩； 部分挤土桩 对桩周土体稍有排挤，但土的强度和变形性质变化不 大。包括冲击成孔灌注桩、预钻孔打入式预制桩等。 挤土桩 设置过程中使土的结构严重扰动破坏，对土的强度和 变形性质影响较大。实心的预制桩、下端封闭的管桩、 木桩以及沉管灌注桩等。 4-1-2 4-1-2 桩基的分桩基的分 类类 4.桩基础 v预制桩在工厂或施工现场制成的各种形式的 桩，如锤击桩、振动桩、静压桩等。 v灌注桩在施工现场的桩位上用机械或人工成 孔，然后在孔内灌注混凝土而成。如 挖孔、钻孔、冲孔及爆扩成孔灌注桩等 。 n 按施工方法分类 4-1-2 4-1-2 桩基的分桩基的分 类类 4.桩基础 混凝土预制桩 要求：截面边长300500mm，分节长度12m。预应力 管桩外径300600mm，每节长513m； 优点：承载力高，耐久性好，质量较易保证。 缺点：自重大，打桩难，桩长难统一，工艺复杂。 钢桩 要求：直径2501200mm，批量生产。 优点：穿透性强，承载能力高，应用方便。 缺点：成本高，易锈蚀。 木桩 要求：桩径160 260mm，桩长4 6m。 优点：制作运输方便，打桩设备简单。 缺点：承载力低，仅在一些加固工程与临时工程中采用 。 n 预制桩的分类及特点 4-1-2 4-1-2 桩基的分桩基的分 类类 4.桩基础 4-1-2 4-1-2 桩基的分桩基的分 类类 预制管桩预制管桩 挖土机挖承台坑挖土机挖承台坑 4.桩基础 打入第一节桩体 电焊接桩 打入末节桩体 n 锤击预制桩 4.桩基础 分类 沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔桩。 原理 直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼灌 注混凝土而成。 特点 能适应各种地层，无需接桩，施工时无振动、无挤 土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。 施工关键 桩身的成型和混凝土质量 n 灌注桩的分类及特点 4-1-2 4-1-2 桩基的分桩基的分 类类 4.桩基础 n 沉管灌注桩 图4.5 沉管灌注桩的施工程序示意 （a）打桩机就位；（b） 沉管；（c） 浇灌混凝土；（d） 边拔管 ，边振动；（e） 安放钢筋笼，继续浇灌混凝土；（f） 成型 灌注桩的施工灌注桩的施工 4.桩基础 n 钻（冲）孔灌注桩 原理 用钻机(如螺旋钻、振动钻、冲抓锥钻等)钻土成孔( 需泥浆护壁)，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，浇灌 混凝土。 施工方法 有正循环、反循环施工法。 优缺点 优点：入土深，能进入岩层，刚度大，承载力高，桩 身变形小，并可方便地进行水下施工。 缺点：要求有专门的设备（钻机），清孔较难彻底。 灌注桩的施工灌注桩的施工 4.桩基础 钻孔灌注桩护筒埋设 n护筒作用 固定桩位，并作钻孔导向； 保护孔口，防止孔内土层坍塌 隔水，稳固孔壁。 灌注桩的施工灌注桩的施工 4.桩基础 n 泥浆制备与运输 要求要求：膨胀土或高塑性粘土现场加水搅拌，比重1.11.15， 粘度1025s，含砂率小于6，胶体率大于95。 作用：作用：护壁、携渣、防渗、润滑钻头等。 灌注桩的施工灌注桩的施工 4.桩基础 n 钻进机械 图 4.6 冲击钻机示意图 1滑轮；2主杆；3拉索；4斜 撑；5卷扬机；6垫木；7钻头 旋转钻进 冲击钻进 冲抓钻进 灌注桩的施工灌注桩的施工 4.桩基础 n 基本要求：内径800mm，开挖直径1000mm，护壁 厚100mm分节支护，每节高5001000mm桩长小于40m。 n 优点：符合国情，经济，设备简单，噪音小，场区内 各桩可同时施工，可直接观察地层情况，孔底易清除干净 ，且桩径大、适应性强。 n 缺点：可能遇到流砂、塌孔、缺氧、有害气体、触电 和地面掉重物等危险而造成伤亡事故。 n 原理：采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达 所需深度后再进行扩孔，利用钻（冲）孔机具钻土成孔，然后 清除孔底残渣，安装钢筋笼，浇灌混凝土。 人工挖孔桩人工挖孔桩 4.桩基础 图4.10 人工挖孔桩示例 4.桩基础 人工挖孔桩 4.桩基础 4-1-3 4-1-3 桩基的质量检测桩基的质量检测 n 可能存在的质量问题 预制桩：桩位偏差、桩身裂缝过大、断桩等 灌注桩：缩颈、夹泥、断桩、沉渣过厚等。 n 常用质量检测方法 开挖检查：只限于对所暴露的桩身进行观察检查。 抽芯检查：在灌注桩桩身内钻孔，取混凝土芯样进行 观察，看它的连续性。 反射波法：测砼的连续性，是否存在孔洞、断桩等。 动测法：高应变测桩承载力，低应变只能测砼质量。 4.桩基础 4-1-4 4-1-4 桩基设计原则桩基设计原则 nGB50007-2002：基于正常使用极限状态 的概率设计原则 n：考虑桩基的两种极限状态， 即承载能力、正常使用。并根据桩基损坏所 造成的后果的严重性分为3个等级。 4.桩基础 桩基的竖向承载力（抗压和抗拔）、水平承载力计算 桩端平面以下的软弱下卧层验算 桩基抗震承载力计算 承载及桩身结构计算（包括预制桩吊运和锤击过程中的强度 验算、桩身屈曲稳定计算） n 所有桩基均应进行承载能力极限状态计算 n 桩基尚应进行变形验算 桩端持力层为软弱土的一、二级建筑物（竖向沉降） 桩端持力层为粘性土、粉土或存在软弱下卧层的一级建筑桩 基（竖向沉降） 承受较大水平荷载或对水平变位要求严格的一级建筑桩基（ 水平变位） 4-1-4 4-1-4 桩基设计原则桩基设计原则 4.桩基础 Q q qs s qp Q Q = = Q Q s s + + Q Q p p 式中，式中， Q Qs s = =A A s sq qs s = =L L p pu up pq q s s Q Q p p = = A Ap pq qp p 作用在桩顶的竖向压力：作用在桩顶的竖向压力： 桩侧总摩阻力 桩端总端阻力 讨论：Q Q s s + + Q Q p p 发挥作用的先后？大小？ 4-2 4-2 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能 4-2-1 4-2-1 桩的荷载传递过程桩的荷载传递过程 4.桩基础 n 侧阻先于端阻发挥，发挥程度 与桩土相对位移相关； 侧阻充分发挥桩土相对位移值： 粘性土：46mm； 砂土： 610mm； 端阻充分发挥桩底极限位移值： 砂类土: (0.080.1) d； 粘性土： 0.25d，硬粘土 0.1d。 桩侧阻与桩端阻存在深度效应。 图4.11 桩身荷载传递 (a) 摩擦桩；(b)端承桩 4-2-2 4-2-2 桩的荷载传递规律桩的荷载传递规律 4.桩基础 n 桩侧摩阻力影响因素 土的性质：如抗剪强度(c, j) 决定摩阻力的可能最大值 桩土相对位移 决定摩阻力的发挥程度 时间因素：土的固结随t增加向下部转移 决定摩阻力发 挥的时间 桩的刚度：影响桩周应力的分布。 土中的应力状态：主要指侧向压力 施工方法：a)挤土桩；b)非挤土桩。 4-2-2 4-2-2 桩的荷载传递规律桩的荷载传递规律 4.桩基础 图4.12 压曲破坏图4.13 整体剪切破坏图4.14 刺入破坏 n压曲破坏：沉降量很小，桩端阻为主，桩材控制承载力，穿 越软弱土层的小直径桩和嵌岩桩属于此类； n整体剪切：沉降量较大，桩端阻为主，桩端桩侧土控制承载 力，打入式短桩、钻孔短 桩属于此类； n刺入破坏：沉降量大，桩侧阻为主，桩顶容许沉降控制承载 力，一般情况下的钻孔灌注桩属于此类。 4-2-3 4-2-3 单桩的破坏模单桩的破坏模 式式 4.桩基础 n定义：桩周土相对于桩身下沉时产生的摩阻力。 4-2-4 4-2-4 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力 正摩擦 负摩擦 图4.15 桩侧摩阻力示意图 4.桩基础 桩侧大范围降低地下水，如大 面积抽水，基坑降水等 桩侧地面大面积堆载； 桩身穿越较厚松散填土、自重 湿陷性黄土、欠固结土层进入相 对较硬土层； 冻土区升温引起桩侧土沉陷。 n 产生负摩阻力的条件 图4.6 住宅楼建于有新填土的 斜坡上 4-2-4 4-2-4 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力 4.桩基础 n 中性点 定义：桩土相对位移为零处桩侧 摩阻力为零处。 在某深度处桩周土与桩截面沉降 相等； 或两者无相对位移发生； 或其摩阻力为零。 特点：在中性点处桩身轴力达到 最大值。 4.3.3 4.3.3 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力 4.桩基础 4-3 4-3 单桩竖向抗压承载力确定单桩竖向抗压承载力确定 单桩承载力决定条件单桩承载力决定条件 在荷载作用下，桩在地基土中不丧失稳定性 在荷载作用下，桩顶不产生过大的位移 地基承载力 是主控因素 在荷载作用下，桩身材料不发生破坏 端承桩控制 因素 4.桩基础 n 按桩材强度确定 n 按静载试验确定 n 按土的抗剪强度指标确定 n 按静力触探法确定 n 按经验公式确定 n 按动力试桩法确定 4-3 4-3 单桩竖向抗压承载力确定单桩竖向抗压承载力确定 4.桩基础 n4-3-1 按桩材强度确定 4-3 4-3 单桩竖向抗压承载力确定单桩竖向抗压承载力确定 按按混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范, , 各参数意义见式（4-11）P109 4.桩基础 n 4-3-2 由竖向抗压静载试验确 定 特点：是评价单桩承载力最为直观和可靠的方法 。 基本原则 桩数：不宜小于总数1，不少于3根； 时间：对于预制桩，桩设置后开始载荷试验所需 的间歇时间：对于砂类土不得少于10天；粉土和粘 性土不得少于15天，饱和软粘土不得少于25天。 4-3 4-3 单桩竖向抗压承载力确定单桩竖向抗压承载力确定 4.桩基础 试验装置及方法 试验装置：加荷系统：包括加力装置和反力装 置、位移观测系统 测试方法：分级（开始阶段1/51/8倍预估破坏荷 载，终了阶段1/101/15）慢速维持荷载法。 图4.18 静载实验装置 n 4-3-2 由竖向抗压静载试验确定 4.桩基础 直接堆载 锚桩反力梁法 锚桩 d=1.8m 横梁：1.7m2.7m 反力装置 n 4-3-2 由竖向抗压静载试验确定 4.桩基础 每级荷载大小 分级（初始阶段：每级荷载为1/51/8倍预估破坏荷载 ，终了阶段1/101/15）。 测读沉降时间 在每级荷载施加后第一个小时内，按5、15、30、45、 60min测读一次，以后每隔30min测读一次，直至沉降稳 定为止。 稳定标准 每级荷载下桩顶沉降量小于0.1mm/h，并连续出现两次 。 慢速维持荷载法 n 4-3-2 由竖向抗压静载试验确定 4.桩基础 某级荷载下，桩顶沉降量为前一级荷载下沉降量的5倍； 某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的2倍 ，且经24h尚未达到相对稳定； 已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量时。 终止条件 每级卸载为加载时的两倍。 卸载时，每级荷载维持1h，按第15、30、60min测读桩 顶沉降量；卸载至零后测读桩顶残余沉降量，维持3h，测 读时间为第15、30min，以后每隔30min测读一次。 卸载观测 n 4-3-2 由竖向抗压静载试验确定 4.桩基础 试验成果处理极限荷载确定 按沉降随荷载的变化特征确 定 对陡降型Q-s曲线，取曲线发生明显 陡降的起始点所对应的荷载为Qu 由沉降量确定Qu 对缓变型Q-s曲线，可取s=4060mm 对应的荷载值为Qu。大直径桩可取 s=0.030.06d对应的荷载值(大桩取 低值，小桩取高值)，细长桩(l/d 80) 可取s=6080mm对应的荷载。 沉降速率法s-lgt法 取破坏荷载的前一级荷载 图4.19 单桩Q-s曲线 n 4-3-2 由竖向抗压静载试验确定 4.桩基础 一般预制桩与 中小直径灌注桩 大直径桩 800mm 为界 4-3-5 4-3-5 按经验公式确定单桩承载力按经验公式确定单桩承载力 式中参数取值见表式中参数取值见表4-64-6、4-7 4-7 （ P114-116P114-116） 4.桩基础 4-3-8 4-3-8 单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值 (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， 试桩数1%总数，且3根； (2) 地基基础设计为丙级的建筑物，单桩承载力特征值可由静力触探和标 准贯入试验参数确定； (3) 初步设计时，可按公式估算。 地基地基规范单桩承载力特征值规范单桩承载力特征值R R a a 相关规定：相关规定： 桩基桩基规范：规范： 4.桩基础 n作用机理：水平荷载(力和弯矩）作用下，桩身产生横向位 移或挠曲变形，并挤压桩侧土体，同时桩侧土反作用于桩，产 生侧向土抗力，桩土共同作用 n破坏模式 刚性桩(ah2.5)：桩身刚体转动 破坏，承载力主要由桩的水平位移 和倾斜控制 柔性桩(ah2.5)：桩身发生扰曲 变形，破坏时桩身某点弯矩超过截 面抵抗矩或土体屈服失稳，承载力 由桩身水平位移及最大弯矩值控制 4-4 4-4 单桩水平承载力单桩水平承载力 4.桩基础 b1 桩身计算宽