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第五章桩基础Pilefoundation 本章主要内容 概述 桩的功能及类型桩的承载机理 单桩承载力capacityofsinglepile桩基础设计capacityofpilegroup 软土层 沉井caisson 深基础 地下连续墙diaphragm 深基础 5 1概述 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年前在罗马 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 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 大直径钻孔桩 风化砂岩及粉砂岩 部分风化及不风化泥岩 新加坡发展银行 四墩7 3m 现场灌注护坡桩造价低 现场灌注护坡桩造价低 2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 缺点施工环境影响 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 3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 二桩的分类不同的分类标准 一 按承台承台 将几个桩结合起来传递荷载 二 材料 三 形状 四 承载机理 五 按尺寸 六 施工方法 二桩的分类 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 低承台桩 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 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 桩端 D d 四 按尺寸 按断面 直径 的大小 大直径 d 80cm 小直径d60m 3 长桩 L 10m短桩 L 桩的特征长度 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 Skinfriction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 端承桩 摩擦桩 六 按施工方法 施工方法 沉桩方法1预制桩Prefabricatedpile挤土桩2现场灌注桩Castinplace非挤土桩 1预制桩2现场灌注桩 气锤打入振动沉桩静压桩 引孔 部分挤土 大面积地面隆起不引孔 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 浇注法 省 易泥皮 虚土 断桩 水上水下其他 离心 预应力 工厂 现场 振动沉桩预制桩1 13m PilePoint 离心预应力预制钢筋混凝土 人工挖孔桩 广州市亚洲大酒店人工挖孔桩 螺旋钻 沉管螺旋钻孔灌注桩 粘性土 砂性土 2 2扩底桩 人工挖孔扩孔桩 芝加哥法 UK英国 1 0 3 0m 0 6 0 9m 爆破扩底桩 内夯式扩底桩200kN钢锤 碎石 混凝土 钢筋笼 钻扩桩 挤扩桩 支盘桩 桩的分类总结 挤土桩 打入预制桩 非挤土桩 现场钻孔 摩擦桩端承桩Q Qp Qs 5 2单桩承载力Bearingcapacityofasinglepile 桩的承载力分析1竖向承载力的组成 摩阻力所需位移很小端阻力需要较大位移 不同阶段二者分担比不同 Qs桩侧摩阻力Skin ShaftfrictionQp桩端阻力端承力Point endresistance 桩侧摩阻力摩阻力的分布 土的极限摩阻力影响因素随着深度增加 砂土中存在临界深度 超静孔隙水压力消散 土的触变性 打入预制桩 挤土使qs增加 1 挤密 2 残余应力钻孔预制桩 常使qs减少 1 泥皮 2 应力松弛但是也有水泥浆渗入土中使表面粗糙其他施工因素 粘性土的摩阻力有时效 桩的端承力 1 常作为基础承载力问题 太沙基解 太沙基 梅耶霍夫型 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 土的极限端阻力影响因素与土性有关 存在临界深度 与施工方法有关 桩端充填粉土 问题侧摩阻力的方向 1负摩擦的产生 1 桩周附近地面大面积堆载 2 大面积降低地下水位 3 欠固结土 新填土 4 湿陷性黄土遇水湿陷 5 砂土液化 冻土融解 正摩阻 负摩阻 二桩的负摩阻力 2负摩擦力的确定 负摩阻力成为荷载的一部分对于下部为岩石的端承桩 可能全桩为负阻力 对于一般桩 因为桩土都有变形 视二者的相对位移量和方向 ln Negative 5 2单桩竖直向承载力的确定 桩身材料静载荷试验拟静力法Osterberg法3经验方法 静力触探经验公式 混凝土R cfcAp钢筋混凝土R cfcAp fyAg 钢筋抗压强度设计值 2 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 锚桩桁架法 2400吨 桩顶试验中 Osterberg法 安装钢筋笼 安装 多动式 2 通过静力载荷试验确定极限承载力Qu 判断单桩竖向极限承载力Qu 各规范不同 如果有陡降点 取为Qu缓变曲线 取一定沉降s 40mm 40 60mm 24小时未稳定 Sn对应的荷载 确定平均值 极限承载力标准值 如离散太大 加一折减系数 设计值R 3 静力触探 修正系数qc fsi 探头的端阻与侧阻 Electricstaticcone 经验公式法 地基承载力 桩身的混凝土强度 c 1 0预制桩0 9干作业灌注桩0 8其他 4 抗拔桩的承载力浮力 风荷载1现场抗拔试验2公式 抗拔折减系数 I 砂土0 5 0 7 粉 粘土0 7 0 8Gp为桩的自重 水下为浮重 5 横向受力桩的承载力确定 静力载荷试验RH为设计值 Hu为横向极限荷载 H为抗力分项系数理论公式计算弹性地基梁挠度方程kh抗力系数常数法 m法 k法 c法 常数法 m法 k法 C法 kh抗力系数 桩的位移 小结 单桩承载力 摩阻力 端阻力摩阻力 土性 深度 临界深度 入桩方式 桩土相对位移正摩擦力负摩擦力端阻力 土性 深度 临界深度 入桩方式确定单桩承载力的方法 初步确定桩基础中的桩数 1竖直荷载 1 中心荷载 计算桩数 G承台以上总自重 5 3桩基础设计 1 群桩与群桩效应2 群桩中的单桩承载力3 群桩承载力4 群桩的沉降5 承台设计 问题单桩承载力加起来等于群桩承载力 1 群桩与群桩效应 岩石 土 压力扩散深度 一群桩 Pilegroup 与群桩效应 1预制桩沉桩砂土 非饱和土和一般粘性土 填土有挤密作用 使承载力增加饱和粘土 超静孔压积累 地面上浮 先入桩上浮 土层扰动 使承载力降低2应力叠加桩底应力增加 使承载力不足 总的沉降增加3桩之间互相调节个别桩承载力低总体上可互补 个别桩受荷 其他桩帮助传递荷载4承台可部分承受荷载 应力叠加桩底应力增加 使承载力不足 总的沉降增加 对于砂土 sp 1 0 粘性土 sp 1 0 P161表4 19 二桩基础承载力计算和验算 一 群桩中单桩承载力设计值对于9根以上 非端承桩的桩基础 要考虑群桩效应 考虑承台承载能力1单桩承载力设计值 群桩效应系数 抗力分项系数 2关于承台承载力问题 承台下土的承载力低于浅基础承台内反力小于外围 双曲线分布在动力荷载下 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 承台宽度的深度内 5m 地基土极限抗力设计值 B 表4 20承台内外土阻力群桩效应系数 二 桩基础中的单桩荷载验算 1竖直荷载 1 中心荷载 r0建筑物重要性系数 一级r0 1 1二级r0 1 0三级r0 0 9 假设每个桩的荷载 单桩承载力设计值 G承台以上总自重 X Y 三根桩的荷载计算 偏心竖向荷载荷载线性分布假设 三 假想实体深基础承载力验算 当单独基础n 9根 条形基础m 2行 且Sa 6d时需要进行这一项验算 1 中心荷载 2 偏心荷载Wx Wy假想实体基础断面抵抗矩Mx My假想基础底面上的力矩 四 软弱下卧层的验算 1Sa 6d时按整体基础 Sa 6d时验算单桩原理相同 三桩基沉降计算一般不计桩身压缩量及桩与土间的相对位移 以假想基础为刚性整体 验算桩端以下土沉降 1 需要进行沉降计算 甲 1 级建筑物的建筑物桩基对沉降有严格要求的建筑物桩基体型复杂或桩端以下存在软弱土层的乙 2 级建筑物桩基2 不需沉降计算的情况丙 3 级建筑物桩基s 6d大于桩距6被倍桩径n 9独立基础的m 2条基础某些单层工业厂房桩基 F l G B0 A 计算S Si S S e 沉降计算经验系数p168 e等效沉降系数 由于布氏解作用在弹性体表面 现在是作用在弹性体内部 5 4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 2承台的尺寸和结构 形状方 矩型 三角形 多边形 圆形最小宽度 50cm最小厚度 30cm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 C15cm 保护层7cm 2承台的厚度的确定 主要