《地基与基础》PPT课件.ppt

第一节 概 述 第九章 桩基础设计 第三节 桩基础设计 第二节 桩的承载力 回顾与思考 天然地基 人工地基深基础 浅基础 方案组合方案组合 造价低； 易施工； 安全合理； 技术先进。 方案选择方案选择 ? ? 第九章 桩基础设计 第一节 概 述 桩基础： （桩基） 桩体（基桩） 低承台：其底面低于地面 高承台：其底面高于地面 工业与民用建筑中常用低承台桩基础 桩基础作用：将荷载通过桩传给埋藏较深的坚硬 土层，或通过桩身周围的摩擦力传给地基，以满 足承载力、稳定性和变形的要求。 承台 上部结构 承台 桩 坚硬土层 (a)低承台桩基础 (b)高承台桩基础 一、桩基础的适用范围 当建筑场地浅层地基土比较软弱，不能满足地基承 载力和变形要求时，又不宜采用地基处理措施时可考 虑选择桩基础，利用深层坚实的岩土层作持力层； 桩基可承受大而复杂的荷载，适宜各种地质条件； 减少沉降与不均匀沉降，适于沉降要求严格的高层 建筑、重型工业厂房、高耸构筑物等； 抗震性好，平面布置灵活，对结构体系适应性强； 造价高，施工复杂，有噪音、卫生等环境问题。 二、桩基础的类型 (一)按桩基础承载性状分类 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。 较软弱土层 软弱土层 较坚硬 土层 (a)摩擦桩(b)端承摩擦桩 软弱土层 较坚硬 土层 极软弱土层 坚硬 土层 (c)摩擦端承桩(d)端承桩 (二)按桩基础使用功能分类 1. 竖向抗压桩：主要承受竖向荷载； 2. 竖向抗拔桩：主要承受上拔荷载； 3. 水平受荷桩：主要承受水平荷载； 4. 复合受荷桩：承受竖向、水平荷载均较大。 (三)按桩径大小分类 1.小桩径：d250mm，基础加固，复合基础； 2.中等桩径：250mmd800mm， 工业与民用建筑工程中应用较多； 3.大桩径：d800mm，用于单独基础。 (四)按桩基础成桩方法分类 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.非非 挤挤 土土 桩：桩：取土成孔，干作业法、泥浆护壁法、 套管护壁法施工； 2.2.挤挤 土土 桩：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； 3.3.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。 提示：提示：成桩方法应根据地基土特性，视挤土后对地基与 桩身结构是否有利，一般饱和软土不宜，松散砂土宜。 (五)按桩基础桩身材料分类 1.1.混凝土桩：混凝土桩： 预制桩：工厂或现场预制成型（预应力） 灌注桩：现场挖孔就地浇筑 配 筋：可配筋；可不配筋；预应力（预制）； 截面形式：圆形、方形 、三角形（预制)、实心、 空心（预制） 。 2.2.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。 用两种材料组合而成的桩 如钢管内填砼组合，上部钢管下部砼组合等。 工艺 3.3.复合材料桩：复合材料桩： 三、桩的施工工艺简介 （一）预制桩 1.预制种类： 断面尺寸：300mm300mm 550 mm550mm 方形桩三角形桩 空心桩 适合静压法 施工 适合软土层，增加 侧面积与摩阻力。 减小挤土效应，砂土 地基中空腔射水助沉 400500，壁厚 80mm，长812m。 敞口管桩 q 钢筋砼桩 预制桩接头工艺： 浆锚接头浆锚接头：用硫磺胶泥或环氧树脂制成黏合剂， 桩体上留插筋下留插孔，浆锚结合。 焊接接头焊接接头：每段端部预埋角钢或钢板，施工时 上下段对接，用扁钢贴焊成整体。 法兰盘接头法兰盘接头：预埋管法兰盘螺栓连接或焊接。 浆锚接头浆锚接头焊接接头焊接接头法兰盘接头法兰盘接头 预埋件 法兰盘 内插管贴板 q 预应力钢筋砼桩（预制桩） 特点：利用桩的主筋作预应力张拉钢筋，通 过预应力减小桩身砼的拉应力和弯拉 应力，提高抗冲击力、抗弯能力。 q 钢桩 特点：强度高，抗冲击疲劳，贯入能力强， 便于加工运输，挤土效应小，但， 造价高宜腐蚀，慎重选用。 圆形管桩H形桩 2.沉桩施工工艺 q 锤击式 锤击方式 蒸汽锤 柴油锤 液压锤 特点 产生振动、挤土、噪音； 引起地面附加沉降或隆起； 应采取监控与防护措施； 适于松软土质和空旷地区。 q 静压式 采用液压或机械方法对桩顶施加静压沉桩 。 特点：无振动和噪音，适于软土地带城区。 q 振动式 采用振动锤使桩周围土受扰动或液化， 地基强度与 阻力降低而沉桩入土，有噪音与挤土影响。 （二）灌注桩 灌注桩系指在工程现场通过机械钻孔、钢管 挤土或人力挖掘等手段在地基中成孔并在其内放 置钢筋笼、灌注混凝土而成的桩。 减少施工工序，桩不用承受弯折与锤击应力 ，节省钢材和造价，对基岩起伏变化大的地质条 件适应性强。 地下“隐蔽”施工质量不易保证。 优点： 缺点： 1.沉管灌注桩 沉管方法：锤击、振动、静压均可 施施 工工 程程 序序 就 位 沉 管 浇 筑 振动 拔管 浇灌 放钢筋笼 成 型 q 优点：造价低，管内无水作业桩身砼质量好； q 缺点：产生缩颈、夹土、断桩，因挤土效应 相邻桩可能破坏。 q 防治措施： 控制拔管速度，快振慢拔； 合理选择打桩顺序：“跳打”；采用“复打法”。 2.钻孔灌注桩： 护筒 指用机械方法取土成孔灌注桩 施工程序施工程序 湿作业法湿作业法 就 位 成 孔 浇 筑 钢筋笼 放导管 成 型 钻头 泥浆 钻杆 泥浆泵 钻机 导管 钢筋笼 砼 浇注漏斗 湿作业法适用于地下水位较高的地质条件； 干作业法适用于地下水位以上干土层桩基。 q 优点：无挤土、无振动、噪音小，对邻近 建筑物影响小，城区高层建筑常用。 q 缺点：泥浆沉淀不易清除，承载力降低， 沉降量增大。 q 防治措施：浇灌前清底，夯填或注水泥浆。 q 尺寸：一般600800mm，较大3000mm 。 3.挖孔灌注桩： 指用人工方法挖掘成孔（护壁：砼）， 安放钢筋笼，灌注混凝土而成的桩。 优点：可直接鉴别检验成孔质量， 干作业，桩身质量易保证无挤土效 应影响，施工简单，造价低。 活瓣圆台 形模板 适用条件：粘性土和地下水位较低 的条件，忌在含水砂层中施工，防 止产生流砂塌孔。宜做大直径桩， 单桩承载力大。 缺点：劳动条件差。 四、桩及桩基础的构造要求 1.摩擦型桩中心距3d，扩底灌注桩中心距3D； 2.扩底直径D3d（桩身直径）； 3.桩进入持力层深度为13d，嵌岩灌注桩嵌入硬 质岩层深度0.5m； 4.布置桩时，桩基承载力合力点应与荷载标准组合 合力作用点重合； 5.预制桩混凝土C30，灌注桩C20，预应力桩 C40； 6.桩的主筋应按计算确定。打入式预制桩最小配筋 率0.8%，静压式预制桩最小配筋率0.8%，灌注 桩最小配筋率0.20.65%（小径取大值）。 7.配筋长度：按计算确定，同时考虑地形地质条件 情况； 8.桩顶嵌入承台内的长度 50mm，主筋深入承台 内的锚固长度：(HPB235级)30d（主筋直径） ， （HRB335、400级）30d（主筋直径）。 第二节 桩的承载力 一、单桩竖向承载力 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 单桩承载力特征值确定规定： 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。 （一）静载荷试验 试验装置： 锚桩反力装置 试桩 压重 千斤顶 支墩 横梁 压重平台反力装置 小梁 横梁 锚桩试桩锚桩 千斤顶 单桩竖向极限承载力： 荷载Q 沉降量s s=40mm 陡降点 Qu 1 2 (1)Qs曲线有明显陡降段时，取陡降点Qu 。 (2)Qs曲线呈缓变形时， 取s=40mm所对应的Qu 。 单桩竖向承载力特征值： Ra= Qu /2 （二）静力触探法 静力触探试验 探头 电测装置 静力加压装置 qc fsi Quk =uLiifsi +qcAp 预制单桩极限承载力标准值： 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。 （三）按经验公式估算 用于初估单桩承载力特征值及桩数： Quk =Qsk+Qpk=upliqsik +qpkAp qsik 桩侧极限摩阻力标准值； qpk桩端极限阻力标准值； 单桩承载力特征值： Ra= Qu /2 1.按单桩极限承载力确定单桩承载力特征值 2.按土层物理力学性质指标确定单桩承载力特征值 Ra =upliqsia +qpaAp （四）桩身材料验算 1.钢筋混凝土桩竖向抗压承载力设计值 Q=（fcAp +fyAs) 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 QcfcAp c工作条件系数，预制取0.75， 灌注取0.60.7。 二、单桩水平承载力 单桩水平承载力取决于桩的材料与断面尺寸 、 入土深度、土质条件及桩顶约束条件等因素。 桩水平承载力一般通过现场荷载试验确定， 亦可用理论方法确定。 三、单桩抗拔承载力 高耸建（构）筑物、受地下水浮力作用 的地下结构物等桩基受上拔力作用。 单桩抗拔承载力由抗拔静载荷试验确定。 四、群桩竖向承载力 （一）群桩的特点 (a)单桩受力 (b)群桩受力 当桩距较小时，桩间 摩擦力叠加，承载作 用相互削减； 桩端应力叠加，地基 受力大； 结论：群桩承载力小 于单桩承载力之和。 N G0 W0 h l a a0 b b0 （二）群桩地基承载力验算 把群桩连同周围土体 作为一实体深基础来 分析。 Pl+h=(l+h)+ (N+G0+W0)/ab faz G0、W0承台及桩体的超重 （超过同体积土重部分 ） 各土层摩擦角平均值 a=a0+2ltan/4 b=b0+2ltan/4 （三）群桩地基软弱下卧层验算 当桩端持力层下存在软弱下卧层时， 必须验算其强度是否满足要求。计算方 法同浅基础。 （四）群桩地基沉降计算与变形验算 将群桩地基作为一实体深基础来分析； 采用荷载效应准永久组合，不计风载与 地震荷载； 变形特征：沉降量、沉降差、倾斜与 水平位移。 第三节 桩基础设计 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.桩身挠曲在允许范围内； 4.设计方案在技术与经济上应合理可行。 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。 一、设计资料的收集 1.上部结构的类型、尺寸、构造和使用要求 ； 2.工程地质勘察报告； 3.当地建材与施工能力、条件（包括施工机 具、方法、经验等）； 4.施工场地及周围环境（包括交通、进出场 条件、周围建筑要求、环境要求等）。 二、桩型、桩身断面尺寸及桩长的选择 （一）桩型的选择 考虑因素： 1.荷载大小及性质 ； 2.工程地质条件； 3.施工条件。 选择要求： 1.桩型； 2.施工工艺； 3.工期要求； 4.桩型特点的利用 。 1.经济合理 ； 2.安全适用 。 （二）桩断面尺寸的选择 1.混凝土灌注桩 断面形式：圆形 沉管灌注桩直径：300500mm ； 钻孔灌注桩直径：5001200mm ； 扩底钻孔灌注桩：扩底直径12d. 扩底钻孔灌注桩扩底钻孔灌注桩 2.混凝土预制桩 断面形式：方形、圆形、三角形 等 断面尺寸：550mm 3.桩长的选择 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 端承桩端承桩 摩擦桩摩擦桩 考虑因素：承载力与沉降量 v注意： 1.同一种建筑物尽量采用同一种桩； 2.除落在岩面上的桩，桩端间高差d； 3.摩擦型桩，桩端间高差l/10； 4.高层及荷载大的建筑物宜用大桩径(挖孔)。 三、桩的平面布置 （一）墙下桩基 1.桩的最小中心距：3d（一般34d)； 2.尽量使群桩形心与荷载重心重合； 3.纵横墙交接处宜布置桩。 墙下桩的平面布置 单排布置双排布置交叉布置墙角布置 （二）独立桩基 1.桩的最小中 心距：3d （一般34d) ； 2.边桩距承台 边缘：d。 柱下独立承台桩的平面布置 二桩布置 三桩布置 四桩布置六桩布置 四、桩数的确定 承受竖向中心荷载的桩基，可按下式计算桩数： 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； R