桩基础概述PPT课件.ppt

建筑桩基技术规范JGJ94 2008 桩的应用1历史 十九世纪以前 木桩 1 7000 8000年前湖上居民 浙江河姆渡 2 3000 4000年前罗马 3 西安灞桥 北京御河桥 隋唐建塔2十九世纪开始 材料和动力进步铸铁管桩 1824年波特兰水泥注册专利蒸汽动力十九世纪末 现场钻孔桩 1897 Raymond 概述 软土层 桩Pile 指垂直或者稍倾斜布置于地基中 其断面相对其长度较小的杆状构件 桩的功能 通过杆件的侧壁摩阻力和端阻力将上部结构的荷载传递到深处的地基上 承台 侧阻 端阻 沉井caisson 概述 概述 新加坡发展银行 四墩 每墩直径7 3m将荷载传递到下部好土层 承载力高 概述 新加坡发展银行 四墩7 3m 概述 现场灌注护坡桩造价低 概述 概述 二 特点 优点将荷载传递到下部好土层 承载力高沉降量小抗震性能好 穿过液化层承受抗拔 抗滑桩 及横向力 如风载荷 与其他深基础比较 施工造价低 概述 缺点 比浅基础造价高施工环境影响 预制桩施工噪音 钻孔灌注桩的泥浆有地下室时 有一定干扰 深基坑中做桩 概述 三 适用条件 1 水上建筑物 2 深持力层 高地下水位 3 抗震地基 4 对沉降非常敏感的建筑 如精密仪器 5 重型工业厂房 如仓库 料仓等 6 软弱地基上的各类永久性建筑物 7 作用有较大水平力和力矩的高耸结构物的基础 如烟囱 水塔等 概述 日本阪神地震中发生的桩基础的破坏导致墩倾倒 概述 桩基设计原则 概述 桩基设计应按变形控制 应满足下列基本条件 单桩承受的竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值 桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值 对位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算 桩基设计内容 概述 桩的类型和几何尺寸的选择 单桩竖向承载力的确定 确定桩的数量 间距和平面布置 桩基承载力和沉降验算 桩身结构设计 承台设计 绘制桩基施工图 1 1桩的分类 一 按承台承台 将几个桩结合起来传递荷载 二 材料 三 形状 四 承载机理 五 按尺寸 六 施工方法 1桩的类型 承台 不同的分类标准 一 按承台承台 将几个桩结合起来传递荷载高承台桩承台在地面以上 桥桩 码头 栈桥低承台桩承台在地面以下 承台本身承担部分荷载 1 1桩的分类 1桩的类型 承台 低承台桩 1 1桩的分类 1桩的类型 高承台桩 二 按材料木桩 混凝土 钢筋混凝土 钢管 型钢 桩 复合桩钢筋混凝土 普通混凝土 预应力混凝土 离心预制 高强混凝土 1 1桩的分类 1桩的类型 三 按形状 按纵断面 楔形桩 树根桩 螺旋桩 多节 分叉 桩 扩底桩 支盘桩 微型桩按横断面 圆形 八边形 十字桩 X形桩 桩身 1 1桩的分类 1桩的类型 1 1桩的分类 1桩的类型 桩端 1 1桩的分类 1桩的类型 横断面 1 1桩的分类 1桩的类型 四 按尺寸 按断面 直径 的大小 大直径 d 800mm 小直径d 250mm 中等直径桩介与两者之间 按长度 长径比 l 60m 3 长桩l 10m短桩 1 1桩的分类 1桩的类型 五 按荷载传递方式 1 竖直荷载 端承桩 嵌岩桩 摩擦桩 端承摩擦桩 摩擦端承桩Q Qp QsTipresistance 端承力 Skinfriction 侧摩阻力 端承桩主要由桩端承受极限荷载 桩不长 桩端土坚硬摩擦桩主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载 桩长 深 1 1桩的分类 1桩的类型 端承桩 摩擦桩 1 1桩的分类 1桩的类型 六 按施工方法 施工方法 沉桩方法1预制桩Prefabricatedpile挤土桩2灌注桩Castinplace非挤土桩3 大直径中空桩 代表 PCC 1 1桩的分类 1桩的类型 1预制桩2现场灌注桩 锤击桩静压桩 引孔 部分挤土 不引孔 挤土桩 成孔方法 人工挖孔螺旋钻正反循环 地下水以下泥浆护壁冲击 夯扩 爆破沉管灌注 省 易泥皮 虚土 断桩 工厂 现场 1 1桩的分类 1桩的类型 振动沉桩预制桩1 13m 1 1桩的分类 1桩的类型 离心预应力预制钢筋混凝土桩 1 1桩的分类 1桩的类型 人工挖孔桩 1 1桩的分类 1桩的类型 广州市亚洲大酒店人工挖孔桩 1 1桩的分类 1桩的类型 螺旋钻 沉管螺旋钻孔灌注桩 粘性土 砂性土 1 1桩的分类 1桩的类型 扩底桩 人工挖孔扩孔桩 芝加哥法 8 1 1桩的分类 8 1桩的类型 UK英国 1 0 3 0m 0 6 0 9m 8 1 1桩的分类 8 1桩的类型 爆破扩底桩 1 1桩的分类 1桩的类型 内夯式扩底桩200kN钢锤 碎石 混凝土 钢筋笼 1 1桩的分类 1桩的类型 钻扩桩 挤扩桩 支盘桩 1 1桩的分类 1桩的类型 1 1桩的分类 1桩的类型 一 按承台 二 材料 三 形状 四 承载机理 五 按尺寸 六 施工方法 桩的分类总结 摩擦桩端承桩 1 1桩的分类 1桩的类型 挤土桩 打入预制桩 非挤土桩 现场钻孔 部分挤土桩 挤土桩的成桩效应 1 2桩的成型方式效应 1桩的类型 非饱和土由于挤压而增密 饱和粘性土由于挤密而产生超孔隙水压力 土体产生横向位移和竖向隆起 对临近的桩或建筑物造成重大影响 松散的无粘性土挤密效果最佳 密实或饱和粘性土的挤密效果较小 非挤土桩的成桩效应 由于孔壁侧向应力解除 桩周土出现侧向松弛变形而产生松弛效应 导致桩周土体强度削弱 桩侧阻力降低 桩侧阻力的降低幅度与土性 泥浆护壁 孔径大小等因素有关 竖向受压桩竖向抗拔桩水平承载桩 2 1单桩轴向荷载的传递机理 2桩的竖向承载力 Bearingcapacityofasinglepile 桩基础的作用是将荷载传递到下部土层 通过桩与桩周土的相互作用获取承载力 Qp Q Qs 2 1单桩轴向荷载的传递机理 2桩的竖向承载力 竖向承载力的组成 对于以摩擦为主的桩 不同阶段二者分担比不同 Qs桩侧摩阻力Skin ShaftfrictionQp桩端阻力Point endresistance 2 1单桩轴向荷载的传递机理 2桩的竖向承载力 桩的竖向承载力发挥的特点 随着荷载增加 桩身上部侧阻力先于下部侧阻力的发挥一般摩擦桩 侧阻力先于端阻力发挥 侧阻发挥的比例明显高于端阻对于长桩 即使桩端土很好 工作荷载下端阻力也很难发挥 2 1单桩轴向荷载的传递机理 2桩的竖向承载力 桩的端承力 1 常作为基础承载力问题 1 很难达到整体破坏 2 端承力与深度有关 3 存在临界深度 2 1单桩轴向荷载的传递机理 2桩的竖向承载力 单桩竖向承载力的确定 2 2单桩竖向承载力的确定 桩身材料强度 地基的承载力 单桩竖向极限承载力 单桩竖向承载力特征值 确定单桩竖直向承载力特征值的方法 静载荷试验2按土的抗剪强度指标确定3经验方法 静力触探经验公式 2 2单桩竖向承载力的确定 1 桩基现场测试的传统方法 1 静载试验法获得单桩承载力最可靠的方法 锚桩反力梁 2 2单桩竖向承载力的确定 Q kN 次梁 锚筋 锚桩 主梁 千斤顶 百分表 桩的荷载试验成果 荷载沉降曲线 单桩承载力确定 1 静力触探StaticConePenetration地基基础设计为丙级的建筑物通过单桥探头得到比贯入阻力ps单桩竖向承载力特征值为 传感器 qs桩周土承载力标准值qp桩端土承载力标准值 Ap桩底横截面面积up桩身周长li第i层土的厚度 2 2单桩竖向承载力的确定 2 经验公式法 根据相应的地基规范 竖向承载力小结 承载机理确定方法 2 2单桩竖向承载力的确定 关于承台承载力问题 承台可以承担荷载 最高达30 刚性承台下各桩承担的荷载不同在动力荷载下 铁路桥梁 负摩擦力 地面下沉 端承桩情况下不考虑承台承载力 本章结束桩为什么断了 在洛阳某处湿陷性黄土地基采用桩基础修建一宿舍楼 由于楼附近有自来水管开裂漏水造成该楼倾斜 挖开地基检查 发现灌柱桩断裂 混凝土质量很好 钢筋配筋也满足设计 为什么桩会断裂呢 负摩阻力 桩基础设计 桩基础的设计步骤 荷载 持力层 相邻建筑 根据施工条件决定桩型根据持力层深度确定桩长根据荷载大小决定桩截面桩端进入持力层深度 1 3d 进入较好岩体0 5m 桩端下持力层厚度 4d 根据第二节的方法确定单桩承载力特征值1单桩的静载荷试验2其他现场试验3原位测试4经验方法 初估桩数nFk竖向荷载效应的标准组合Gk设计地面下承台底面以上结构和土的自重 容重用19 6kN m3桩距摩擦桩一般 3d扩底灌注桩 扩底直径的1 5倍群桩承载力合力作用点与长期荷载的重心重合 承载力验算采用正常使用极限状态下荷载效应的标准组合 沉降验算采用正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合 承台和桩身强度验算时采用正常使用极限状态下荷载效应的基本组合承台尺寸 厚度承台的抗冲切 抗弯 抗剪验算钢筋混凝土桩的配筋等设计 桩基础设计的一般步骤 承台和桩应有足够的强度 刚度和耐久性 桩端持力层要有足够的承载力和较小的变形 桩基的关键问题是控制沉降量 桩基设计应按桩基变形控制进行设计 1桩的平面布置原则 平面布置可采用对称式 梅花式 行列式和环状式排列 根据群桩截面重心与荷载合力作用点重合的原则采用等距或不等距排列 外密内疏排列 桩距 S d 2 桩的平面布置及承载力的验算 1 桩的根数 偏心荷载作用下 满足群桩横截面的重心与荷载合力作用点重合的要求 仍按上式计算 否则 桩的根数应增加10 20 桩数最终由各桩受力验算后确定 2 群桩基础中的单桩承载力验算 中心竖直荷载 实际分布 假设的分布 F 假设每个桩的荷载相同 Gk承台以上总自重n桩数 G 2 桩的平面布置及承载力的验算 偏心竖向荷载 Y x7 y7 Qik第i根桩底竖向力Mxk Myk作用于承台底面通过桩群形心的x y轴的力矩 9 8 7 2 1 6 3 4 5 X 2 群桩基础中的单桩承载力验算 2 桩的平面布置及承载力的验算 荷载线性分布假设 X Y 三根桩的荷载计算 3桩基础结构设计 桩端持力层要求桩端进入持力层一定深度 桩端下持力层留有一定厚度承台设计承台埋深要求 1 高承台 由建筑物决定 如桥 过船 码头 冲刷深度 2 低承台 确定基础埋深 60cm建筑物要求地质水文冻胀 4桩承台的设计 承台的作用是将各桩联成一整体 把上部结构传来的荷载转换 调整分配于各桩 承台的设计要按 混凝土结构设计规范 进行受弯 受冲切 受剪切和局部承压承载力计算 承台设计内容 承台材料及其强度几何形状及其尺寸承台结构承载力的计算验算 4承台设计 构造基本要求 形状方 矩型 三角形 多边形 圆形最小宽度 50cm最小厚度 30cm最小埋深 50cm桩外缘距离承台边 15cm边桩中心距离承台边 1 0D桩嵌入承台 大桩横向荷载 10cm 小桩 5cm 钢筋伸入承台30d混凝土标号 C20cm 保护层7cm配筋要求 5 10cm 承台 4 1构造要求 承台的设计计算 独立承台 条形承台梁 筏板承台和箱形承台板等形式 承台的埋置深度一般与浅基础相同 主要由建筑物结构设计和环境条件决定对于承台应进行抗弯 抗冲切和抗剪计算 承台的厚度 根据冲切验算等确定 须验算 沿柱边的冲切强度 角桩冲切验算 斜截面抗剪验算 h0 F 45o 1承台的抗弯计算 如果承台厚度较小 配筋量不足 承台可能发生弯曲破坏 1 柱下多桩矩形承台计算截面在柱边和承台截面变化处Mx NiyiMy Nixi 4 2柱下桩基独立承台的设计 1 柱下多桩矩形承台Mx NiyiMy Nixi 1承台的抗弯计算 2 柱下三桩三角形承台与矩形承台类似Mx NiyiMy Nixi 1承台的抗弯计算 等边三桩承台的弯距平均值 S 桩距C 方柱边长 2柱下桩基独立承台的冲切计算 板式承台的厚度主要由冲切计算决定 两种破坏形式 柱对承台的冲切 由柱边沿或者变阶处形成一个 45o的冲切锥体角桩对承台的冲切 冲切处形成一个倒冲切锥体 Q Q F 1 柱对承台冲切的承载力 沿柱边或者变阶面的冲切 一般沿大约45o斜截面上产生拉裂 锥体破坏 h0冲切锥体的有效高度 0 x 0y冲切系数 ft混凝土抗拉强度a0 x a0y柱边或变阶处至相应桩边的水平距离 hp截面高度影响系数 2柱下桩基独立承台的冲切计算 2 角桩对承台的冲切验算 道理相同 见书上介绍 Nl角桩竖向力设计值 2柱下桩基独立承台的冲切计算 450 三桩三角形承台受角桩冲切的承载力计算 底部角桩 顶部角桩 3斜截面的剪切验算 V扣除承台及其上土自重后斜截面上最大剪力设计值 剪切系数 hs高度影响系数 计算截面的剪跨比 boy box B0承台计算截面处的计算宽度 案例分析 广州一基坑采用护坡桩支护 将挖出的弃土堆在坑边 并且在基坑中采用人工挖孔桩 结果在施工中 护坡桩倾覆 基坑失事 分析其原因 案例分析 载荷试验 在北京拟建一个二十层的高楼 采用筏基10 10m 计划将筏基放在砂砾石层地基上 承载力为270kPa 但是开挖到设计基底高层时 发现