培训资料：桩基础与深基础.ppt

基础工程,厦门大学 土木系,基础工程,厦门大学 土木系,1 概述 2 桩的分类及选用 3 竖向承压桩的荷载传递 4 竖向承压桩单桩承载力的确定 5 桩的抗拔承载力与桩的负摩擦力 6 桩在水平荷载下的性状及承载力确定 7 桩基的沉降计算 8 桩基础的设计 9 桩基技术和理论的新发展 10 墩基础 11 沉井基础,桩基础与深基础,基础工程,厦门大学 土木系,1 概述 2 桩的分类及选用 3 竖向承压桩的荷载传递 4 竖向承压桩单桩承载力的确定 5 桩的抗拔承载力与桩的负摩擦力 6 桩在水平荷载下的性状及承载力确定 7 桩基的沉降计算 8 桩基础的设计 9 桩基技术和理论的新发展 10 墩基础 11 沉井基础,桩基础与深基础,基础工程,厦门大学 土木系,一、桩基础与深基础的适用范围 二、深基础的类型 三、深基础的特点 四、桩基础的类型 五、桩基设计原则 六、桩基设计内容,1 概述,基础工程,厦门大学 土木系,1 天然地基土质软弱。 设计天然地基浅基础不能满足地基承载力或变形要求、或采用人工加固处理地基不经济，或时间不允许时，可采用桩基础。 2 高层建筑。 在地震区，基础埋深d不应小于建筑物高度1/15，采用浅基础难满足此要求，只能用桩基础或深基础。 3 重型设备。,一、桩基础与深基础的适用范围,如：上海宝钢一号高炉，总质量达50000t，地基未软弱淤泥质土，地基承载力仅80kpa，用大直径钢管桩，直径914mm，桩长60m，共144根钢管桩才满足高炉正常运用。,基础工程,厦门大学 土木系,常用深基础类型包括：桩基础、大直径桩墩基础、沉井基础、地下连续墙、箱桩基础和高层建筑深基坑护坡工程等，其中桩基础应用最广。,二、深基础的类型,基础工程,厦门大学 土木系,三、深基础的特点,1 施工方法较复杂： 2 地基承载力高：深基础一般选择较坚实的土层作为建筑物的持力层；另外经过深度修正后承载力大幅度提高；不仅基底土层有较高承载力，且四周侧壁的摩阻力也具有一定的承载力。 3 施工需要专门设备：如预制桩施工需打桩设备；灌注桩施工需成孔设备；沉井基础施工需现场浇筑砼、井点降水、沉降观测及纠偏等一整套设备。 4 深基础技术较复杂：需进行特殊结构设计。 5 深基础造价较高：基础各方案需进行经济分析。 6 深基础工期较长,基础工程,厦门大学 土木系,根据承台与地面相对位置的高低，桩基础可分为低承台桩基和高承台桩基两种。低承台桩基的承台底面位于地面以下，而高承台桩基的承台底面高出地面以上。,在工业与民用建筑中，几乎都使用低承台桩基，而且大量采用竖直桩，斜桩少用。但在桥梁、港湾和海洋构筑物等工程中，常使用高承台桩基，且多用斜桩，以承受较大的水平荷载。,四、桩基础类型,基础工程,厦门大学 土木系,桩基的首要问题是控制其沉降量，故桩基设计应按变形控制设计。 桩基设计时，上部结构传至承台上的荷载效应组合同浅基础。 桩基设计应满足下列基本条件： 1 单桩承受竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值 2 桩基础沉降不得超过建筑物的沉降允许值 3 对位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算,五、桩基设计原则,基础工程,厦门大学 土木系,六、桩基设计内容,1 桩的类型和几何尺寸选择 2 单桩竖向承载力的确定 3 确定桩的数量、间距和平面布置 4 桩基承载力和沉降验算 5 桩身结构设计 6 承台设计 7 绘制桩基施工图,基础工程,厦门大学 土木系,1 概述 2 桩的分类及选用 3 竖向承压桩的荷载传递 4 竖向承压桩单桩承载力的确定 5 桩的抗拔承载力与桩的负摩擦力 6 桩在水平荷载下的性状及承载力确定 7 桩基的沉降计算 8 桩基础的设计 9 桩基技术和理论的新发展 10 墩基础 11 沉井基础,桩基础与深基础,基础工程,厦门大学 土木系,一、桩的承载性状分类 二、按桩的使用功能分类 三、按桩的材料分类 四、按桩施工方法分类 五、按桩的成桩方法分类 六、按桩径的大小分类 七、桩型选用,2 桩的分类及选用,基础工程,厦门大学 土木系,1 摩擦型桩 1）摩擦桩在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩侧阻力承受，即纯摩擦桩，桩端阻力可忽略不计。 2）端承摩擦桩在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由桩侧阻力承受，桩端阻力占少量比例。,如长径比很大，桩顶荷载通过桩侧阻力传递给桩周土，桩端阻力很小；桩端下无较坚实的持力层；,例如：置于软塑状态粘性土中的长桩，桩端土为可塑状态的粘性，就属于端承摩擦桩。,一、按承载性状分类,基础工程,厦门大学 土木系,2 端承桩 1) 端承桩在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受。较短的桩，桩端进入微风化或中等风化岩石时，为典型的端承桩，此时桩侧阻力忽略不计。即桩顶极限荷载绝大部分由桩端阻力承担，而桩侧阻力可以忽略不计的桩。这种桩其长径比较小（l/d10）,桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中等风化微风化及新鲜基岩顶面。,注意：嵌岩桩不属于端承桩 （因为嵌岩桩侧阻力是其单桩承载力的主要部分）,一、按承载性状分类,基础工程,厦门大学 土木系,2）摩擦端承桩在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由桩端阻力承受，桩侧摩擦力占的比例较小，但不能忽略不计。,例如：预制桩截面400mm400mm，桩长5.0m，桩周土为流塑状态粘性土，桩端土为密实粗砂，则此桩为摩擦端承桩，桩侧摩擦力约占单桩承载力20。,一、按承载性状分类,基础工程,厦门大学 土木系,岩 石,密实粗砂,（a）摩擦桩 （b）端承摩擦桩 （c）端承桩 (d) 摩擦端承桩,基础工程,厦门大学 土木系,一、桩的承载性状分类 二、按桩的使用功能分类 三、按桩的材料分类 四、按桩施工方法分类 五、按桩的成桩方法分类 六、按桩径的大小分类 七、桩型选用,2 桩的分类及选用,基础工程,厦门大学 土木系,1 竖向抗压桩：大多数建筑桩基础为抗压桩 2 竖向抗拔桩：如高压输电塔的桩基础，因偏心荷载很大，桩基可能受上拔力，成为抗拔桩。 3 水平受荷桩：如深基坑护坡桩，承受水平方向土压力作用，为水平受荷桩 4 复合受荷桩：桩承受的竖向荷载与水平荷载均较大。如：上海宝钢运输矿石的长江栈桥的桩基础。,二、按桩的使用功能分类,基础工程,厦门大学 土木系,一、桩的承载性状分类 二、按桩的使用功能分类 三、按桩的材料分类 四、按桩施工方法分类 五、按桩的成桩方法分类 六、按桩径的大小分类 七、桩型选用,2 桩的分类及选用,基础工程,厦门大学 土木系,上海的龙华塔，高40.4m，建于宋朝，地基为淤泥质土，采用18cm18cm的方桩，桩间充填三合土，防腐蚀效果好。,三、按桩身材料分类,1 木桩材料与规格：木桩的长度一般为410m，直径约1826cm。木柱桩顶应平整，并加钢箍。下端削成棱锥形，桩尖长度为桩直径的12倍。 优缺点： 优点：制作容易，储运方便，设备简单，造价低廉； 缺点：承载力较低；不经防腐处理，使用寿命不长。 适用范围：小型工程和临时工程；古代文物的基础,基础工程,厦门大学 土木系,2 素砼： 适用范围：对桩基承载力要求低 材料与规格：砼材料：砼的强度等级采用C20，砼桩不配置受力筋，必要时可配构造钢筋； 砼桩的规格：常用桩径为300500mm，长度不超过25m。 制作：通常砼桩在工地现场制作。先开孔到所需深度，随即在孔内浇筑砼，经捣实后即为砼桩。 优点：设备简单，操作方便，节约钢材，比较经济；缺点：单桩承载力不很高，不能做抗拔桩或承受较大的弯矩，灌注桩还可能产生“缩颈”、断桩、局部夹土和砼离析等质量事故，应采取必要的措施。,三、按桩身材料分类,基础工程,厦门大学 土木系,3 钢筋砼桩 1）适用范围：适用于大中型各类建筑工程的承载桩。2）制作：预制桩：通常采用工厂预制，为标准规格。若用作托换法加固建筑，树根短桩，往往就地预制，再用打桩机打入设计标高。 灌注桩：体积大，无法运输，采用就地灌注桩 3）桩的规格：横截面采用正方形、圆形，必要时用管桩。预制桩截面边长一般为250400mm。截面边长太小，单桩承载力太小，桩数量大，打桩工作量大。截面边长太大时，桩自重大，运输量大，打桩困难。,三、按桩身材料分类,基础工程,厦门大学 土木系,灌注桩无运输问题，横截面可大些，直径达1000mm。预制桩长受运输条件限制，桩长一般不大于12m，如需采用长桩可以接桩。接桩方法：螺栓连接、电焊连接和硫磺胶泥锚固等，视具体情况选用。 4）桩的材料与构造 A 砼强度：预制桩强度要求不低于C30，预应力砼要求不低于C40。采用静压法沉桩时，可适当降低，不低于C20。 B 受力主筋按计算确定。根据桩的截面大小，选用48根钢筋，直径为1225mm。,三、按桩身材料分类,基础工程,厦门大学 土木系,三、按桩身材料分类,C 配筋率通常为13。最小配筋率：预制桩0.8；灌注桩为0.650.20，小桩径取高值，大桩径取低值。 D 箍筋采用 6 8mm，间距200mm。 桩顶(35)d范围内箍筋适当加密。 E 桩顶与桩尖构造：为保证打桩安全，预制桩的桩顶采用3层钢筋网；桩尖钢筋焊成锥形整体，以利沉桩。沉管灌注桩应设C30的砼预制桩尖。 5) 钢筋砼桩的优缺点,基础工程,厦门大学 土木系,优点：单桩承载力大，预制桩不受地下水位与土质条件限制，无缩颈等质量事故，安全可靠； 缺点：预制桩自重大，需运输，需大型打桩机和吊桩的吊车，若桩长不够需接桩，桩太长需截桩，费事，造价较高。 4 钢桩： 1）适用范围 A 超重型设备基础：,宝钢一号高炉总重5万吨，地基为淤泥质土，其承载力仅80kpa，其他基础型式无法满足地基承载力与变形要求，采用 914mm大直径钢管桩，桩长60m。,三、按桩身材料分类,基础工程,厦门大学 土木系,三、按桩身材料分类,B 江河深水基础：栈桥基础是用914mm大直径钢管桩，桩长60m。 C 高层建筑深基础护坡工程：钢板桩可多次应用。 2）钢桩的形式与规格： A 钢桩形式：钢管桩与宽翼工字形（H型）钢桩等型钢。 B 钢桩规格：截面外径为4001000mm，壁厚为9，12，14，16，18mm。工字形钢截面尺寸为200mm200mm，250mm250mm，300mm300mm，350mm350mm，400mm400mm，钢桩长度根据需要定，可用对焊连接。,基础工程,厦门大学 土木系,三、按桩身材料分类,C 钢桩的端部形式：钢管桩桩端分敞口和闭口两种，工字形钢桩分带端板和不带端板两种。 3）钢桩的优缺点：钢桩承载力高，材料强度均匀可靠，作护坡桩可多次使用。费钢材、价格高、易锈蚀。采用防腐措施，如阴极保护，或在外表涂防腐层。 5 组合材料桩： 组合材料桩指用两种不同材料组合的桩，如钢管桩内填充砼，或上部为钢管桩、下部为砼等型式的组合桩。,基础工程,厦门大学 土木系,一、桩的承载性状分类 二、按桩的使用功能分类 三、按桩的材料分类 四、按桩施工方法分类 五、按桩的成桩方法分类 六、按桩径的大小分类 七、桩型选用,2 桩的分类及选用,基础工程,厦门大学 土木系,四、按桩施工方法分类,1 预制桩 2 灌注桩 3 扩底桩,基础工程,厦门大学 土木系,1 预制桩,施工前已预先制作成型，再各种机械设备把它沉入地基甚至设计标高的桩，称为预制桩。 （1）制作： 工厂预制：标准化大规模生产，因此桩的截面规整、均匀，质量好，强度高，需注意在运输、吊装及打桩过程中应避免桩体损伤。 就地预制：就地预制通常为非标准的短桩。 就地预制方便施工。,如进行危房加固用的锚杆静压桩，桩身横截面仅200mm200mm，桩长仅1-2m。,基础工程,厦门大学 土木系,1 预制桩,（2）预制桩的沉桩方法 A 锤击法：设备包括：桩架、桩锤、动力与起吊设备等。常用桩锤有单动汽锤、双动汽锤、柴油锤和落锤。 为使预制桩顺利打入土中，防止桩顶打碎，应在钢筋砼桩顶板设置桩帽，并在桩与桩帽之间加设弹性衬垫，如硬橡胶、硬木等。桩锤的选用原则是重锤轻击。 B 静力压桩法：用静力压桩机将预制桩压入地基中，最适用在均质软土地基。静力压桩法优点是无噪音，无振动，对邻近建筑物不产生不良影响。,基础工程,厦门大学 土木系,C 振动法：在桩顶装上振动器，使预制桩随着振动下沉至设计标高。主要设备是振动器。振动法适用于砂土地基，尤其是地下水位以下的砂土，受振动使砂土发生液化，桩极易下沉。对于自重不大的钢桩沉桩效果好。这种方法不适用于一般的粘土地基。 （3）预制桩长度与沉桩的实际深度 沉桩的实际深度根据桩位处桩端土层的深度确定,1 预制桩,基础工程,厦门大学 土木系,在建筑工地现场成孔并灌注砼制成的桩。按成孔工艺和所用机具不同，分为三大类： 1）钻孔灌注桩：先机钻钻孔，取出桩位处的土，然后灌注砼成桩。有长螺旋钻机、潜水钻机、回旋钻机等。 优点：可避免锤打噪音和振动。 2）冲孔灌注桩：用冲击钻头成孔。孔深可达50m，采用泥浆护壁，适合地下水位以上的各类土。 3）沉管灌注桩：桩孔就位；沉管；沉管至设计标高；立即灌注砼，尽量减少间隔时间；拔钢管并振捣砼，使桩径扩大；下放钢筋笼；再浇注砼至桩顶成桩。,2 灌注桩,基础工程,厦门大学 土木系,砂土取约1/3，粉土、粘性土取约1/2。,及支护条件确定：,失高,扩底桩优点：扩大部分的砼量并不多，但单桩承载力比等截面桩身的桩，可成倍提高。随着高层建筑的发展，扩底桩也相应发展。有三种施工方法：,分桩身与扩底端两部分：桩身等截面；扩底端变截面。,3 扩底桩,基础工程,厦门大学 土木系,3 扩底桩,A 机械成孔人工扩底：8384年北京中央彩色电视中心动工，主体部分基础采用扩底桩。桩径800mm，机械成孔。人工扩底，最大直径2600mm，桩长6.5m左右。 B 人工挖孔人工扩底：北京图书馆，部分基础采用扩底桩。桩身直径1m，桩长8.5m，扩底直径2.6m，全部采用人工挖孔人工扩底。 C 机械成孔机械扩底：北京京信大厦32层综合办公楼，基础采用扩底桩。桩身直径1m，桩长10.5m，扩底直径2.6m，整幢大楼共用198根扩底桩。,基础工程,厦门大学 土木系,4 嵌岩桩,（1）适用范围： 地面下不深处存在基岩时可采用嵌岩桩，包括岩溶地区和石笋密布地区可采用嵌岩桩。 （2）嵌岩深度： 嵌岩深度0.2d或不小于0.2m。对于大直径嵌岩桩，要求桩的周边实际嵌入岩体的深度大于0.5m。 （3）桩端岩体要求： 桩底端3倍桩径范围内无软弱夹层。桩端应力扩散范围内无岩体凌空面。,基础工程,厦门大学 土木系,一、桩的承载性状分类 二、按桩的使用功能分类 三、按桩的材料分类 四、按桩施工方法分类 五、按桩的成桩方法分类 六、按桩径的大小分类 七、桩型选用,2 桩的分类及选用,基础工程,厦门大学 土木系,五、按成桩方法分类,（1）非挤土桩 成桩过程对桩周围的土无挤压作用的桩称为非挤土桩，成桩方法有干作业法、泥浆护壁法和套管护法。这类非挤土桩施工方法是首先清除桩位的土，然后在桩孔中灌注砼成桩，例如：人工挖孔扩底桩。 （2）部分挤土桩 成桩过程对桩周围的土产生部分挤压作用的桩称为部分挤土桩，包括三种：A 部分挤土灌注桩；B 预钻孔打入式预制桩；C 打入式敞口桩。,基础工程,厦门大学 土木系,五、按成桩方法分类,（3）挤土桩 成桩过程中土未取出，全部挤压到桩的四周，这类桩称为挤土桩。包括： A 挤土灌注桩：如沉管灌注桩在沉管过程中，把桩孔部位的土挤压至桩管周围，浇注砼振捣成桩。 B 挤土预制桩：预制桩定位后，将预制桩打入或压入地基土中，在桩位处的土被挤压至四周。,基础工程,厦门大学 土木系,一、桩的承载性状分类 二、按桩的使用功能分类 三、按桩的材料分类 四、按桩施工方法分类 五、按桩的成桩方法分类 六、按桩径的大小分类 七、桩型选用,2 桩的分类及选用,基础工程,厦门大学 土木系,1 小桩 定义：桩径d250mm的桩称为小桩。 特点和用途：桩径小，沉桩的施工机械、施工场地与施工方法较简单；适用于中小型工程和基础加固。 2 中等直径桩 定义：桩径d=250800mm的桩，称为中等直径桩。 特点和用途：桩承载力较大，工民建中大量使用。这类桩的成桩方法和施工工艺种类很多。 3 大直径桩 定义：桩径d800mm的桩，称为大直径桩。,六、按桩径大小分类,基础工程,厦门大学 土木系,六、按桩径大小分类,特点和用途：桩径大，桩端还可扩大，因此单桩承载力高。常用于高层建筑、重型设备基础。施工中，大直径桩每一根桩的施工质量必须切实保证。要求对每一根桩做施工记录，进行质量检验将虚土清除干净，再下钢筋笼，并用商品砼一次浇成，不得留施工冷缝。,基础工程,厦门大学 土木系,一、桩的承载性状分类 二、按桩的使用功能分类 三、按桩的材料分类 四、按桩施工方法分类 五、按桩的成桩方法分类 六、按桩径的大小分类 七、桩型选用,2 桩的分类及选用,基础工程,厦门大学 土木系,七、桩型的选用,桩型与成桩工艺的选择应根据结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层土类、地下水条件、施工设备、施工环境、施工经验、制桩材料供应等条件因地制宜地进行。 原则是经济合理和安全适用。,基础工程,厦门大学 土木系,基础工程,厦门大学 土木系,1 概述 2 桩的分类及选用 3 竖向承压桩的荷载传递 4 竖向承压桩单桩承载力的确定 5 桩的抗拔承载力与桩的负摩擦力 6 桩在水平荷载下的性状及承载力确定 7 桩基的沉降计算 8 桩基础的设计 9 桩基技术和理论的新发展 10 墩基础 11 沉井基础,桩基础与深基础,基础工程,厦门大学 土木系,一、承压的单桩竖向承载力的组成 二、影响单轴荷载传递的影响因素 三、桩的侧阻力 四、桩的端阻力,3 竖向承压桩的荷载传递,基础工程,厦门大学 土木系,作用于桩顶的竖向压力由作用于桩侧的总摩阻力和作用于桩端的端阻力共同承担。桩侧阻力和桩端阻力的发挥过程是桩土体系荷载的传递过程。 桩顶受竖向压力后，桩身压缩并向下位移，桩侧表面与土间发生相当运动，桩侧表面开始受土的向上摩擦阻力，荷载通过侧阻力向桩周土中传递，就使桩身的轴力与桩身压缩变形量随深度递减。随着荷载增加，桩身下部侧阻力也发挥作用。当荷载增加到一定值时，桩端才开始发生竖向位移，桩端的反力也开始发挥作用。,一、承压单桩竖向承载力的组成,基础工程,厦门大学 土木系,桩侧阻力Qs和桩端阻力Qp发挥作用所需的位移量不同。大量常规直径桩一般侧阻力发挥所需相对位移不超过20mm。对于大直径桩一般在位移量s=(3%6%)d，侧阻已发挥绝大部分的作用。但端阻力发挥作用的情况比较复杂，与桩端土的类型与性质及桩长度、桩径、成桩工艺和施工质量等因素有关。对于岩层和硬的土层，只需很小的桩端位移就可充分发挥桩端阻力。一般土层完全发挥端阻需位移量则可能很大。 工作荷载作用下，侧阻力可能已发挥出大部分，而端阻力只发挥了很小一部分。只有支承于坚硬岩基上的刚性短桩，由于桩端无法下沉，而桩身压缩量很小，摩阻力无法发挥作用，端阻力才先于侧阻发挥作用。,一、承压单桩竖向承载力的组成,基础工程,厦门大学 土木系,综上所述，可归纳为以下几点： 1 荷载增加时，桩身上部侧阻先于下部侧阻发挥作用。 2 一般情况下，侧阻先于端阻发挥作用。 3 工作荷载作用下，对于一般摩擦型桩，侧阻发挥作用的比例明显高于端阻发挥作用的比例。 4 对于l/d较大的桩，即使桩端持力层为岩层或坚硬土层，桩端阻很小，也可忽略成摩擦桩。,一、承压单桩竖向承载力的组成,基础工程,厦门大学 土木系,一、承压的单桩竖向承载力的组成 二、影响单轴荷载传递的影响因素 三、桩的侧阻力 四、桩的端阻力,3 竖向承压桩的荷载传递,基础工程,厦门大学 土木系,二、影响单轴荷载传递主要因素,1 桩端土与桩周土的刚度比Eb/Es：Eb/Es越小，桩身轴力沿深度衰减越快，即传递到桩端的荷载越小。 2 桩土刚度比Ep/Es：Ep/Es越大，传递到桩端荷载越大。但当Ep/Es超过1000后对桩端阻力分担荷载比影响不大3 桩端扩底直径与桩身直径之比D/d：D/d越大，桩端阻力分担的荷载比越大。 4 桩的长径比l/d：随着l/d的增大，传递到桩端的荷载减小，桩身下部侧阻力发挥值相应降低。在均匀土层中的长桩的桩端阻力分担荷载比趋于零。,基础工程,厦门大学 土木系,一、承压的单桩竖向承载力的组成 二、影响单轴荷载传递的影响因素 三、桩的侧阻力 四、桩的端阻力,3 竖向承压桩的荷载传递,基础工程,厦门大学 土木系,侧阻力沿桩身的分布,桩侧摩阻力发挥作用的程度与桩和桩土间的相对位移有关，对于摩擦桩，当桩顶有竖向压力Q时，桩顶位移为s0。s0由两部分组成：一部分为桩端的下沉量sp（包括桩端土体的压缩量和桩尖刺入桩端土层而引起的整个桩身的位移），另一部分为桩身在轴向力作用下产生的压缩变形ss。s0=sp+ss,基础工程,厦门大学 土木系,侧阻力沿桩身的分布,取微桩段上力的平衡条件，可得到桩侧阻力qs与桩身轴力N(z)的关系：,桩荷载传递的基本微分方程,基础工程,厦门大学 土木系,侧阻力沿桩身的分布,测出桩顶竖向位移s0后，可利用上述已测轴力分布曲线N(z)计算出桩端位移和任意深度处桩截面的位移s(z)，即：,桩身截面位移s(z)：,基础工程,厦门大学 土木系,一、承压的单桩竖向承载力的组成 二、影响单轴荷载传递的影响因素 三、桩的侧阻力 四、桩的端阻力,3 竖向承压桩的荷载传递,基础工程,厦门大学 土木系,1 经典理论计算法,按地基极限承载力理论求出桩端的极限承载力，确定极限单位端阻力qpu。较常用的太沙基型和梅耶霍夫型滑动面形状。,基础工程,厦门大学 土木系,【4-1】某预制桩，截面尺寸0.3m0.3m，桩长12m，桩在竖向荷载Q0=1000kN作用下实测轴力分布如图所示，试计算桩侧阻分布。,解：桩长07.2m，轴力分布的方程为：,桩长7.212m，轴力分布的方程为：,基础工程,厦门大学 土木系,基础工程,厦门大学 土木系,2 深度效应,侧阻深度效应侧阻随深度增大而增加，但当桩入土深达某一临界深度后，侧阻就不随深度增加了。这个现象称为侧阻深度效应。 端阻也存在深度效应现象。当桩端入土深度现象增加，而大于该深度后则保持恒值不变，这一深度称为端阻的临界深度，它随持力层密度的提高，上覆荷载的减小而增大。,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 3.2 单桩竖向极限承载力标准值,我国确定桩的承载力的方法有两种：根据建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）方法；根据建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）。桩的承载力包括单桩竖向承载力、群桩竖向承载力和桩的水平承载力。 先按建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）介绍。 一 单桩竖向极限承载力标准值 1 对各级建筑物的规定 1）对于一级建筑桩基，单桩竖向极限承载力标准值应通过现场静载荷试验确定。在同一条件下的试桩数量,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 3.2 单桩竖向极限承载力标准值,不宜少于总桩数的1，并不应少于3根，工程总桩数在50根以内时不应少于2根。建筑桩基技术规范还要求结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定。 2）对于二级建筑桩基，也可参照地质条件相同的试验资料，根据具体情况确定。建筑桩基技术规范规定：应根据静力触探，标准贯入、经验参数等估算。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。,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 3.2 单桩竖向极限承载力标准值,3）对于三级建筑桩基，可利用承载力经验参数估算。 2 按静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值 1）试验目的：在建筑工程现场实际工程地质和实际工作条件下，采用与工程规格尺寸完全相同的试桩，进行竖向抗压静载荷试验，直至加载破坏，由此确定单桩竖向极限承载力作为桩基设计的依据。这是确定单桩竖向极限承载力最可靠的方法。 2）试验设备 3）试验加载装置 4）荷载与沉降的量测 5）静载荷试验要点 6）单桩竖向极限承载力标准值的确定,基础工程,厦门大学 土木系,(1) 单桩竖向极限承载力实测值 1） Ps曲线有明显的陡降段，取陡降段起点相应的荷载值。 2） 桩径或桩宽在550mm以下的预制桩，在某级荷载Pi作用下，其沉降增量与相应荷载增量的比值大于0.1mm/kN时，取前一级荷载Pi-1值为极限荷载Pu。 3）当Ps曲线为缓变型，无陡降段时，据桩顶沉降量确定极限承载力： 一般桩可取s4060mm对应的荷载；,桩基础与深基础 3.2 单桩竖向极限承载力标准值,基础工程,厦门大学 土木系,大直径桩可取s(0.030.06)D对应的荷载值； 对于细长桩(L/D80)可取s6080mm对应荷载； 根据沉降随时间变化特征确定极限承载力：取slgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。,桩基础与深基础 3.2 单桩竖向极限承载力标准值,基础工程,厦门大学 土木系,(2) 单桩竖向极限承载力标准值Quk A 计算n根试桩实测极限承载力平均值Qum： B 计算每根试桩的极限承载力实测值Qui与平均值Qum之比i： 下标i根据Qui值按由小到大的顺序确定。 C 计算i的标准差Sn：,桩基础与深基础 3.2 单桩竖向极限承载力标准值,基础工程,厦门大学 土木系,D Quk的计算：当i的标准差Sn： Quk单桩竖向极限承载力标准值；Qum单桩竖向极限承载力实测值；单桩竖向极限承载力标准值折减系数，按照表和公式确定。,桩基础与深基础 3.2 单桩竖向极限承载力标准值,基础工程,厦门大学 土木系,3 按土的物理指标与承载力参数之间的关系确定单桩竖向极限承载力标准值（物理指标法） 1）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,式中Qsk单桩总极限侧阻力标准值；Qpk单桩总极限端阻力标准值；u桩身的周边长度； qsik桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；可以查表；qpk极限端阻力标准值；可以查表；,桩基础与深基础 3.2 单桩竖向极限承载力标准值,基础工程,厦门大学 土木系,二 单桩竖向承载力特征值:,si，p大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，查表知。 对于砼护壁的大直径挖孔桩，计算单桩竖向承载力时，设计桩径取护壁外直径。,桩基础与深基础 3.3 单桩竖向承载力特征值,k为安全系数，取2；,2）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（d800mm）单桩竖向极限承载力标准值,基础工程,厦门大学 土木系,2 据静载试验确定单桩竖向承载力标准值时，基桩的竖向承载力设计值：,s桩侧阻抗力分项系数； p桩端阻抗力分项系数； sp桩侧端阻综合阻抗力分项系数；查表知。,桩基础与深基础 3.4 单桩竖向承载力设计值94-94,1 对于桩数小于3的桩基，基桩的竖向承载力设计值,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 3.4 单桩竖向承载力设计值94-94,桩基竖向承载力抗力分项系数,基础工程,厦门大学 土木系,【例题4-2】某工程采用预应力管桩基础，桩径0.55m，桩长16m，桩端持力层为泥质岩，其中一根工程桩进行静载荷试验，其竖向荷载和桩顶沉降数据见表，试分析该桩单桩极限承载力值，并计算单轴承载力特征值。,解：从Q-s曲线看出，无陡降段，属缓变型，可根据沉降量确定极限承载力，桩长16m，可取s=40mm所对应的荷载为单桩极限承载力。 Qu=4150kN， 单桩承载力特征值：Ra=4150/2=2075kN,基础工程,厦门大学 土木系,【例题4-3】,某工程采用截面0.4m0.4m预制桩，桩长20m，抽取4根桩进行单桩静载荷试验，其单桩极限承载力分别为850kN,900kN,1000kN和1100kN，试确定单桩极限承载力标准值（建筑地基基础设计规范2002）。,解：4根桩实测极限承载力平均值：Qum=(850+900+1000+1100)/4=962.5kN；,Qum=962.5kN的极差,1100-850=250kN30% Qum=288.8kN，,所以其单桩极限承载力标准值为Quk=962.5kN,基础工程,厦门大学 土木系,作业,【4-4】某钻孔灌注桩，桩身直径d=1.0m，扩底直径D=1.4m，扩底高度1.0m，桩长12.5m，土层分布：06m黏土，qsik=40kpa；610.7m粉土，qsik=44kpa；10.7m以下中砂层，qsik=55kpa，qpk=5500kpa。试计算单桩承载力特征值。,基础工程,厦门大学 土木系,作业,【4-5】某钻孔灌注桩，桩径0.8m，扩底直径D=1.6m，桩端持力层为硬塑黏土，试求大直径桩扩底和不扩底的单桩总极限端阻力比值。,基础工程,厦门大学 土木系,作业（桥梁方向）,【4-6】某公路桥梁钻孔灌注桩为摩擦桩，桩径1.0m，桩长35m。土层分布及桩侧摩阻力标准值qik、桩端处土的承载力基本容许值fa0如图所示。桩端以上各土层的加权平均重度为20kN/m3，桩端处土的容许承载力随深度修正系数k2=5.0。根据公路桥涵地基与基础设计规范（JGT-2007）计算，试问单桩轴向受压承载力容许值为多少？（取修正系数=0.8，清底系数m0=0.8）,基础工程,厦门大学 土木系,基础工程,厦门大学 土木系,三 单桩抗拔承载力 1单桩抗拔承载力标准值 1）一级建筑物应通过现场单桩上拔静载荷试验确定 2）对于二、三级建筑物可用当地经验或按下式计算：,桩基础与深基础 3.4 单桩抗拔承载力,基础工程,厦门大学 土木系,式中,基桩抗拔极限承载力标准值；,式中,单桩抗拔极限承载力设计值,安全系数，取23,桩周土摩擦力标准值，查表,抗拔与抗压极限侧阻力之比,桩身有效自重，扣除水的浮力,桩基础与深基础 3.4 单桩抗拔承载力,2 单桩抗拔承载力设计值,1）经验公式,基础工程,厦门大学 土木系,2）建筑桩基技术规范公式,式中,桩基重要性系数，一二三级分别取1.1，1.0，0.9；对于柱下单桩，按提高一级考虑；对于柱下单桩的一级建筑桩基取1.2,基桩上拔力设计值,基桩上拔力标准值,桩侧阻力分项系数，查表,基桩自重设计值，地下水位以下取浮容重,桩基础与深基础 3.4 单桩抗拔承载力,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 3.5 单桩水平承载力,四 单桩水平承载力 单桩的水平承载力取决于桩的材料强度、截面刚度、入土深度、桩侧土质条件、桩顶水平位移允许值和桩顶嵌固情况等因素。对于受水平荷载较大的一级建筑桩基，单桩水平承载力设计值应通过单桩静力水平荷载试验确定。 实际工程中，通过设置斜桩来承受水平荷载。如上海宝钢在长江中深水栈桥桩基承受长江风浪水平荷载，采用斜桩来解决。,基础工程,厦门大学 土木系,除按上述方法确定单桩承载力外，还应对桩身材料进行强度或抗裂度验算 桩身材料强度验算：,桩基础与深基础 3.6 桩身材料验算,五 桩身材料验算,0建筑桩基重要性系数； N单桩竖向承载力设计值 构件稳定系数，取决于桩的长细比， 即桩的计算长度与截面边长之比。,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 3.5 桩身材料验算,fc砼轴心抗压强度设计值，按砼强度等级取 A桩的横截面积 fy钢筋抗压强度设计值 As桩的全部纵向钢筋横截面积，按桩的纵向受力主筋计算 c基桩施工工艺系数，砼预制桩c=1.0，干作业非挤土灌注桩c=0.9等,对于预制桩，尚应进行运输、起吊和锤击等过程中的强度验算。,基础工程,厦门大学 土木系,1 一般规定 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。在同一条件下，试桩数量不宜少于总桩数的1，且不应少于3根。 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单桩竖向承载力特征值。,下面按建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）介绍桩承载力计算,桩基础与深基础 3.7 单桩竖向承载力特征值的确定,六 单桩竖向承载力特征值的确定,基础工程,厦门大学 土木系,2 按静载荷试验确定 根据单桩竖向静载荷试验数据绘制荷载沉降曲线，由Ps曲线确定第i根桩竖向极限承载力Pui。各试桩极差不超过平均值的30时，可取平均值为单桩竖向极限承载力。,单桩竖向承载力特征值：,Ra单桩竖向承载力特征值 Ru单桩竖向极限承载力 K安全系数，取2.0。,桩基础与深基础 3.7 单桩竖向承载力特征值的确定,3）初步设计时单桩竖向承载力特征值可按土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定。,基础工程,厦门大学 土木系,3 按土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定 按这种方法估算单桩竖向承载力特征值：,qpa桩端岩石承载力特征值,桩基础与深基础 3.7 单桩竖向承载力特征值的确定,当桩端嵌入完整或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：,qpa桩端端阻力特征值；qsia桩侧阻力特征值； Ap 、up底端横截面积及桩身周长；li第层i土厚度,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 3.7 单桩竖向承载力特征值的确定,【例41】某饭店为一幢高层超过100m的高层建筑。经场地的工程地质勘察，已知建筑地基土层分以下8层：表层为中密状态人工填土，层厚1.0m；第二层为软塑粉质粘土IL=0.85，层厚2.0m；第三层为流塑粉质粘土IL=1.10，层厚2.5m；第四层为软塑粉质粘土IL=0.80，层厚2.5m；第五层为硬塑粉质粘土IL=0.25，层厚2.0m；第六层为粗砂，中密状态，层厚3.8m；第七层为强风化岩石，层厚1.7m；第八层为泥质页岩，微风化，层厚大于20m。设计采用桩基础，外径550mm，内径390mm，钢筋混凝土预制管桩。桩长16m，以第八层为桩端持力层，共计314根桩。试计算桩基础的单桩竖向承载力。,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 3.7 单桩竖向承载力特征值的确定,1按建筑桩基技术规范计算,u桩周长,u=0.55=1.728m qsk桩的极限侧阻力标准值，查表知： 粉质粘土qs2k=44kpa，qs3k=33kpa，qs4k=47kpa，qs5k=82kpa，粗砂qs6k=84kpa，强风化岩石qs7k=127kpa li按土层划分各段桩长， l2=2m，l3=2.5m，l4=2.5m，l5=2.0m，l6=3.8m，l7=1.7m qpk桩极限端阻力标准值，查表取卵石高值qpk=12000kpa Ap管桩的横截面积Ap=0.2376m2,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 3.7 单桩竖向承载力特征值的确定,Qsk=1.728(442+332.5+472.5+822.0+843.8+1271.7)=1707kN Qpk=120000.2376=2851.2kN 桩的竖向承载力设计值：,s桩侧阻抗力分项系数，查表p=1.65、p桩端阻抗力分项系数，查表p=1.65 则：R=1034+1728=2762kN,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 3.7 单桩竖向承载力特征值的确定,2按建筑地基基础设计规范计算,qpa桩端端阻力特征值， 查表软质岩石微风化栏，取中值qpa=6250kpa； Ap桩底端横截面积Ap=0.2376m2 up桩身周边长度up=1.728m qsia桩侧阻力特征值粉质粘土qs2a=21kpa，qs3a=15kpa，qs4a=22kpa，qs5a=38kpa，粗砂qs6a=40kpa，强风化岩石qs7a=65kpa；,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 3.7 单桩竖向承载力特征值的确定,li第层i土的厚度l2=2m，l3=2.5m，l4=2.5m，l5=2.0m，l6=3.8m，l7=1.7m Ra=62500.2376+1.728(212+152.5+222.5+382.0+403.8+651.7)=1485+817=2302kN,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 4 群桩竖向承载力,一 群桩的特点 多根桩组成群桩共同承受设备荷载。群桩受力情况与承载力计算，与单桩是否相同？ 1 群桩效应 以端承摩擦桩为例。单桩受力情况，桩顶轴向荷载N由桩端阻力与桩周摩擦力共同承受。群桩受力情况同样的每根桩的桩顶轴向荷载N由桩端阻力与桩周摩擦力共同承受，但因桩的间距小，桩间摩擦力无法充分发挥作用，同时在桩端产生应力叠加。因此，群桩的承载力小于单桩承载力与桩数的乘积，即,基础工程,厦门大学 土木系,Rn与nR的比值称为群桩效应系数，以表示：,群桩效应系数与桩距、桩数、桩径、桩的入土深度、桩的排列、承台宽度及桩间土的性质等因素有关，其中桩距为主要因素。,2 桩承台效应 传统桩基设计中，考虑承台与地基土脱开，承台只起分配上部荷载到各桩并将桩联合成整体共同承担上部荷载的联系作用，即承台本身无承载能力。,桩基础与深基础 4 群桩竖向承载力,基础工程,厦门大学 土木系,大量工程实践表明，这种考虑不合理。承台与地基土脱空情况是极少数特殊情况，如：承台底面以下存在可液化土、湿陷性黄土、欠固结土，或可能出现震陷、降水、沉桩过程产生高孔隙水压和土体隆起。大多数情况承台为现浇钢筋砼结构，在上部荷载作用下，承台与地基土压得更紧。承台具有一定承载力。,二 群桩承载力计算 1 不考虑群桩效应和承台效应 对于端承桩或桩数不超过3根的非端承桩不考虑群桩效应和承台效应。,桩基础与深基础 4 群桩竖向承载力,基础工程,厦门大学 土木系,2 考虑群桩效应和承台效应 1） 桩数大于3的非端承桩桩基，其复合基桩的竖向承载力设计值为：,Qsk单桩总极限侧阻力标准值 Qpk单桩总极限端阻力标准值 Qck相应于任一复合基桩的承台底地基土总极限阻力标准值,桩基础与深基础 4 群桩竖向承载力,基础工程,厦门大学 土木系,2）据静载荷试验确定单桩竖向承载力标准值Quk时，其复合基桩的竖向承载力设计值为：,Quk单桩竖向极限力标准值 qck承台底0.5Bc深度范围内地基土极限阻力标准值 Ac承台底地基土净面积,c承台底土阻群桩效应系数，与桩距、桩长、承台宽度、桩的排列、承台内外区面具比有关,桩基础与深基础 4 群桩竖向承载力,基础工程,厦门大学 土木系,i c ，e c承台内区、外区土阻力群桩效应系数，查表得。,c承台底土阻群桩效应系数，与桩距、桩长、承台宽度、桩的排列、承台内外区面具比有关。 Ai c ，Ae c承台内区（外围桩边包络区）、外区的净面积。,桩基础与深基础 4 群桩竖向承载力,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 5 群桩沉降的计算_建筑地基基础设计规范,当桩端持力层为软弱土的一、二级建筑桩基以及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，应验算沉降，并宜考虑上部结构与基础共同作用。 建筑地基基础设计规范推荐群桩沉降计算方法不考虑桩间土的压缩变形对沉降的影响，采用单向压缩分层总和法按下式计算桩基础的最终沉降量,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 5 群桩沉降的计算_建筑地基基础设计规范,s桩基最终计算沉降量； m桩端平面以下压缩层范围内土层总数；,nj桩端平面下第j层土的计算分层数；,桩端平面以下第j层土第i个分层在自重应力至自重应力加附加应力作用段的压缩模量,桩端平面下第j层土第i个分层厚度,桩端平面下第j层土第i个分层竖向附加应力,桩基沉降计算经验系数,基础工程,厦门大学 土木系,一 实体基础 采用实体深基础计算时，实体深基础的底面与桩端齐平，支承面积可按图，并假设桩基础如同天然地基上的实体深基础一样工作，按浅基础的沉降计算方法进行计算，计算时需将浅基础沉降计算经验系数改为实体深基础的桩基沉降计算经验系数，即,桩基础与深基础 5 群桩沉降的计算_建筑地基基础设计规范,地基内的应力分布宜采用各向同性均质线性变形体理论，按实体深基础（桩距不大于6d）或其它方法（包括明德林应力公式方法）计算:,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 5 群桩沉降的计算_建筑地基基础设计规范,实体深基础自重，包括承台、承台以上土及承台底面至实体基础范围内土重与桩重,实体深基础桩底平面处基底附加应力按下列方法考虑： 1 考虑扩散作用,承台、桩与土的平均容重，取19kN/m3，地下水位以下部分扣去浮力,A实体深基础基底面积,桩群外围桩边包络线内矩形面积长短边长,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 5 群桩沉降的计算_建筑地基基础设计规范,2 不考虑扩散作用,桩基承台自重及承台上土自重,实体深基础的桩及桩间土自重,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 5 群桩沉降的计算_建筑地基基础设计规范,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 5 群桩沉降的计算_建筑地基基础设计规范,明德林应力解是指在弹性半无限空间内部，作用着竖直或水平集中力P时，在半无限体内任一点所引起的应力和位移解。前述沉降计算方法是建立在布辛纳斯克解基础上，即把荷载当成作用于弹性体表面。实际上，桩端的荷载是分布于弹性体内部，因此用明德林（Mindlin）应力解代替布辛纳斯克应力解更为合理。 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。,2 明德林应力公式,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 5 群桩沉降的计算_建筑地基基础设计规范,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，如图所示。,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 5 群桩沉降的计算_建筑地基基础设计规范,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,对于一般摩擦型桩可假定桩侧摩阻力全部是沿桩身线性增长的，即=0，则可简化为：,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 5 群桩沉降的计算_建筑地基基础设计规范,可得单向压缩分层总和法沉降计算公式,l 桩长，Ip、Is1、Is2为应力影响系数，对明德林应力公式进行积分的方式推导得出,将上式代入,基础工程,厦门大学 土木系,桩基础与深基础 5 群桩沉降的计算_建筑桩基技术规范,桩端阻力比和桩基沉降计算经验系数p根据当地工程实测资料统计确定。,许多工程实测证明，应用明德林解计算群桩沉降比布辛纳斯克解更符合实际。但由于明德林解的计算方法复杂，故一直未能得到推广应用。通过大量计算工作，桩基规范在明德林解与布氏解之间建立相关关系，引入“等效沉降系数”e，并推荐一种称为“等效作用面分层总和法”用以计算桩基沉降。该法既保留以布氏解为基础的分层总和法简单实用的优点，同时又考虑明德林解合理的内容。,基础工程,厦门大学 土木系,等效作用面位于桩端平面，其面积为桩承台投影面积；等效作用附加应力p，近似取承台底面的平均附加应力。等效作用面以下应力分布采用布氏解。桩基最终沉降量,桩基础与深基础 5 群桩沉降的计算_建筑桩基技术规范,桩基沉降计算经验系数；e桩基等效沉降系数，其定义为群桩基础按