土力学与地基基础 教学配套课件 陈晋中 第7章 桩基础设计.pdf

土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础土力学与地基基础 陈晋中陈晋中陈晋中 陈晋中 主主主 主 编编编编 陈晋中陈晋中陈晋中 陈晋中 刘燕宁刘燕宁刘燕宁 刘燕宁 魏党生魏党生魏党生 魏党生 陈剑波陈剑波陈剑波 陈剑波 邵明波邵明波邵明波邵明波 蔡蔡蔡 蔡 宁宁宁 宁 康会宾康会宾康会宾 康会宾 朱艳丽朱艳丽朱艳丽 朱艳丽 吴卫祥吴卫祥吴卫祥 吴卫祥 何东秋何东秋何东秋何东秋 编编编 编 写写写写 上海浦东上海浦东上海浦东上海浦东 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 第第7章 桩基础设计章 桩基础设计 本章学习要求本章学习要求: 了解桩基础的适用条件及分类；了解桩基础的适用条件及分类； 熟悉单桩竖向承载力的确定方法；熟悉单桩竖向承载力的确定方法； 掌握桩基的设计步骤及简单桩基的设计计算。掌握桩基的设计步骤及简单桩基的设计计算。 难点是对桩承载力特征值概念的理解与确定，承台受 力计算。 难点是对桩承载力特征值概念的理解与确定，承台受 力计算。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 7.1 概述概述 桩基础 桩体（基桩） 低承台：其底面低于地面 高承台：其底面高于地面 承台 7.1.1 桩基础的基本概念桩基础的基本概念 1-承台承台 2-垫层垫层 3-基桩基桩 1. 桩基础的适用性桩基础的适用性 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 上部结构上部结构 承台承台 桩 坚硬土层 桩 坚硬土层 (a)低承台桩基础低承台桩基础 工业与民用 建筑中常用 低承台桩基 础。 工业与民用 建筑中常用 低承台桩基 础。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 (b)高承台桩基础高承台桩基础 地面地面 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 桩基础的适用范围桩基础的适用范围 (1) 高重建筑物下，天然地基承载力与变形不能满足要求时； (2) 地基软弱，且采用地基加固措施技术上不可行或经济上不合理时； (3) 地基软硬不均或荷载分布不均，天然地基不能满足建(构)筑物构物 对差异沉降限制的要求时； (4) 地基土性不稳定，如液化土、湿陷性黄土、季节性冻土、膨胀土 等，要求采用桩基将荷载传至深部土性稳定的土层时； (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) 有时用于重大或精密机械设备的基础，或用于动力机械基础以降低 基础振幅等； (7) 用于临水岸坡的水工建筑物基础，如码头、采油平台等。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 2.桩基础的特点桩基础的特点 与天然地基上的浅基础相比较，桩基础具备如下特点： (1)从施工上看，桩基础应采用特定的施工机械或手段，把基础 结构置人深部的较好地层中； (2)从传力特点看，桩基础的人土深度即桩长与基础结构宽度即 桩径之比较大，因此在决定桩深基础的承载力时，基础侧面的 摩阻支承力不但不能忽略，有时甚至起主要作用； (3)浅基础下的地基可能有不同破坏模式，但桩基础下却往往只 发生刺入即冲切剪切破坏； (4)相对于浅基础，传力机理复杂。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 7.1.2 桩与桩基础的类型桩与桩基础的类型 1. 按桩基础承载性能分类按桩基础承载性能分类 按桩侧与桩端阻力大小及分担比例差异，分为如下两大类： 端承型桩端承型桩摩擦型桩摩擦型桩 摩擦端承桩摩擦端承桩：荷载主要由桩端阻力承担，桩侧 阻力承担部分荷载； 端端 承承 桩：桩：（l/d10）荷载绝大部分由桩端 阻力承担，桩侧阻力不计。 端承摩擦桩：端承摩擦桩：荷载主要由桩侧阻力承担，桩端 阻力承担部分荷载； 摩摩 擦擦 桩：桩：（l/d 较大）荷载绝大部分由桩侧 阻力承担，桩端阻力不计。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 较软弱土层较软弱土层 软弱土层 较坚硬 土层 软弱土层 较坚硬 土层 (a)摩擦桩(b)端承摩擦桩 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 软弱土层 较坚硬 土层 软弱土层 较坚硬 土层 极软弱土层 坚硬 土层 极软弱土层 坚硬 土层 (c)摩擦端承桩(d)端承桩 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 2.按桩基础桩身材料分类按桩基础桩身材料分类 1.木桩：已不常见 预制桩：工厂或现场预制成型（预应力） 灌注桩：现场挖（钻）孔就地浇筑 3.3.钢桩钢桩 形状：钢管桩与h形桩。 特点：抗弯压，宜施工，造价高，腐蚀。 两种材料组合而成，如钢管内填砼， 上部钢管下部砼组合等。 4.4.组合桩：组合桩： 2.混凝土桩： 素混凝土桩：护坡桩 钢筋混凝土桩 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 3.按桩使用功能分类按桩使用功能分类 1. 竖向抗压桩：主要承受竖向荷载； 2. 水平受荷桩：主要承受水平荷载； 3. 抗拔桩：承受拉拔荷载的桩 。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 4. 按成桩方法按成桩方法 成桩过程中对地基土结构有扰动，并产生挤土效应， 引发施工环境问题。 1. 1. 挤土桩：挤土桩：未取土成孔，沉管灌注桩、锤击等法施工的 实心预制桩，桩位处土完全被挤开，土结构受破坏； 2. 2. 部分挤土桩：部分挤土桩：部分取土，如预钻孔打入式预制桩、灌 注桩及打入式敞口预制（管）桩等； 3. 3. 非挤土桩：非挤土桩：取土成孔，干作业法、泥浆护壁法、套管 护壁法施工。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 5. 按桩径大小分类按桩径大小分类 1.小直径桩：d250mm，基础加固，复合基础； 2.中等直径桩：250mmd800mm，工业与民用建 筑工程中应用较多； 3.大直径桩：d800mm，一般用于单独基础。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 7.2 桩的承载力桩的承载力 7.2.1 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能 由于桩侧土产生向上的摩阻力，桩身轴力一般随深度 的增加而减少 n z zz a. 桩侧摩阻力 b. 桩身轴力 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 7.2.2 单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力 桩基破坏类型 桩材料强度：端承桩控制因素 地基承载力：主要控制因素 单桩竖向极限承载力标准值确定： 1.单桩竖向承载力标准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 标准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。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 7.2.2 单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力 单桩竖向极限承载力是指单桩在竖向荷载作用下， 达到破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所 对应的最大荷载。其取决于土对桩的支承阻力和桩 身的材料强度。在工程实践中，一般由土对桩的支 承阻力所控制，对于端承桩、超长桩以及桩身质量 有缺陷的桩，也可能由桩身材料强度控制。 确定单桩竖向极限承载力的方法有很多，工程中常 用的有：单桩竖向静载荷试验法、静力触探法、标 准贯入试验法等。 实践表明，单桩竖向极限承载力的确定就其可靠性 而言，仍以传统的静载试验为最高。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 1.静载荷试验静载荷试验 试验装置： 锚桩反力装置 试验装置： 锚桩反力装置 小梁小梁 横梁横梁 锚桩试桩锚桩锚桩试桩锚桩 千斤顶千斤顶 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 单桩竖向极限承载力：单桩竖向极限承载力： 荷载荷载q 沉降量沉降量s s=40mm 陡降点陡降点 qu 1 2 (1)qs曲线有明显陡降段时，取陡降点曲线有明显陡降段时，取陡降点qu 。 (2)qs曲线呈缓变形时， 取 曲线呈缓变形时， 取s=40mm所对应的所对应的qu 。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 2.静力触探法静力触探法 静力触探试验静力触探试验 探头探头 电测装置电测装置 静力加压装置静力加压装置 qc fsi quk =ulii fsi +qc ap 预制单桩极限承载力： fsi 桩侧摩阻力平均值； qc 桩端阻力平均值； 桩端阻力修正系数； i 第i层土摩阻力修正系数； u 桩身周长； li 第i层土内桩身长度。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 . 标准贯入(spt)法 标贯法较适用于砂或砂砾地层。当桩端持力层为砂质土或砂砾时， 一般假定砂的临界深度为10d，单桩竖向极限承载力按下式估 算： 式中 第i层土的单位极限侧阻力，对于打入桩取2n，kpa； 对于钻孔灌注桩：取n，kpa； 单位桩端竖向极限承载力，打入桩 400n， kpa；对于钻孔灌注桩： 120n，kpa； 桩端进入持力层的深度； d桩端直径； n桩端附近标贯击数。 ppsiiuk aqqluq si q p qdnhq bp /40 dnhq bp /12 b h 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 7.2.4 单桩竖向承载力特征值 ppaisiapa aqlqur sia q pa q ppaa aqr (1) 应通过单桩竖向静载荷试验确定。单桩竖向承载力特征值取单桩竖 向静载荷试验所得单桩竖向极限承载力除以安全系数2。 (2) 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 数确定承载力特征值。 (3) 初步设计时单桩竖向承载力特征值r。可按下式估算： 桩端阻力、侧阻力特征值，由当地静载荷试验结果统计 分析算得。 当桩端嵌入完整及较完整的硬质岩中时： 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 7.2.5 桩身材料强度验算桩身材料强度验算 1.钢筋混凝土桩竖向抗压承载力设计值 q=（fc a +fy as) ) fc 桩身混凝土轴心抗压强度设计值； fy 主受力钢筋抗压强度设计值； ap 、as 桩身及桩纵向钢筋断面积； 桩纵向弯曲系数，一般=1.0， 高承台桩=0.251.0 。 2.混凝土桩竖向抗压承载力设计值 qc fc ap c 工作条件系数，预制取0.75， 灌注取0.60.7。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 7.3 桩基础设计桩基础设计 设计要求设计要求 1.桩基有足够的竖向与水平承载力； 2.桩基的沉降与水平位移在允许范围内； 3.设计方案在技术与经济上应合理可行。 设计步骤设计步骤 1.调研、搜集设计资料； 2.确定桩基持力层； 3.选定桩材、桩型、尺寸、确定基本构造； 4.计算并确定单桩垂直承载力； 5.初拟桩的平面布置和数量； 6.拟定承台尺寸和底面高程； 7.验算，结构设计； 8.绘结构施工图。 7.3.1 桩基础设计要求和步骤桩基础设计要求和步骤 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 7.3.2 选择桩基础的类型选择桩基础的类型 考虑因素： 考虑因素： 1.荷载大小及性质；荷载大小及性质； 2.工程地质条件；工程地质条件； 3.施工条件。施工条件。 选择要求： 选择要求： 1.桩型；桩型； 2.施工工艺；施工工艺； 3.工期要求；工期要求； 4.桩型特点的利用。桩型特点的利用。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 考虑因素：主要桩端持力层选择主要桩端持力层选择，同时考虑桩的材料 及施工工艺。 桩端持力层选择：较硬土层 桩端全截面进入持力层深度： 粘性土、粉土：2d； 砂土：1.5d； 碎石土：1d。 有软弱下卧层时桩基下持力层厚度：4d 嵌岩桩嵌入岩层深度： 0.5m 7.3.3 桩的规格和承载力确定桩的规格和承载力确定 1.桩长：桩长： 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 对打入桩，以设计桩底标高作为主要控制条件，最后贯人度 作为参考条件；主要由端承力提供支承力时，以最后贯入度 为控制条件，设计桩底标高作为参考条件。 对于钻、冲、挖孔灌注桩，以验明持力层的岩土性质为主， 同时注意核对标高。 对位于坡地岸边的桩基尚应根据桩基稳定性验算的要求决定 桩长。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 2.断面尺寸断面尺寸 一般为圆形，其直径一般随成桩工艺有较大变化。对 于沉管灌注桩，直径一般为300 500 mm之间；对 钻孔灌注桩，直径多为5001200mm；对扩底钻孔 灌注桩，扩底直径一般为桩身直径的1.52倍。 混凝土预制桩断面常用方形，边长一般不超过 550mm。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 3.确定单桩承载力确定单桩承载力 根据桩周与桩底土层情况，即可利用规范经验方法或 静力触探资料初步估算单桩承载力。对于重要的或用桩量 很大的工程，应按规范规定通过一定数量的静载试验确定 单桩承载力，作为设计的依据。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 7.3.4 桩的数量和平面布置桩的数量和平面布置 1. 桩的根数桩的根数 承受竖向中心荷载的桩基，可按下式计算桩数： a kk r gf n a kk r gf n 承受竖向偏心荷载的桩基 fk 标准组合时，承台 顶面竖向力； gk 承台及上覆土自重； ra 单桩竖向承载力； n桩基中的桩数； 偏心增大系数，一般取 1.11.2。 尚 辅 教 学 配 套 课 件 6/5 2. 桩的平面布置桩的平面布置 （1） 墙下桩基） 墙下桩基 桩的最小中心距：3d（一般34d)；尽量使群桩形 心与荷载重心重合；纵横墙交接处宜布置桩。 墙下桩的平面布置墙下桩的平面布置 单排布置双排布置交叉布置墙角布置