桩基础-土力学PPT课件.ppt

桩基础 第一节概述第二节桩的分类与质量控制第三节单桩竖向承载力的确定第四节桩基竖向承载力设计值第五节桩基础设计 1 第一节概述 桩基础1 组成及作用2 特点3 应用 2 桩基础 1 组成及作用桩承台作用 将上部结构荷载 通过较软弱的地层传递给深部较坚硬的土层或岩层 桩基 桩筏基础 3 桩基础 2 特点 1 承载力高 2 稳定性好 3 沉降小 4 便于机械化施工 桩基础已成为建筑 交通 水利 港口等工程中广为采用的基础形式 单柱单桩基础 4 桩基础 3 应用桩基础主要通过作用于桩尖土层的阻力和桩周土的摩阻力来支承轴向荷载 也可利用桩侧土的侧向阻力抵抗水平荷载 通常遇以下情况时可选用桩基础 1 对地基沉降要求严格 不允许有不均匀或过大沉降的建筑物 2 采用地基加固措施不合适的软弱地基或特殊土地基 5 桩基础 3 当施工水位或地下水位很高或基础位于水中的建筑物 4 高耸建筑物等 5 建筑物受到大面积地面超载的影响 或软土上活荷载比较大的筒仓 油库等 6 承受大荷载 动荷载 大偏心荷载的建筑物 7 精密或大型设备的基础 对基础振动有较高要求的建筑 8 意义重大或需长期保存的建筑物 6 桩基础 下列情况采用桩基础时会对工程产生不利因素 1 上层土比下层土硬得多 2 土层中有障碍物而又无法排除 3 只能采用打入或振入法施工 而附近有重要的或对振动强烈敏感的建筑物时 是否采用桩基础要予以综合考虑 7 第二节桩的分类与质量控制 现行 建筑桩基技术规范 将桩分别按承载性状 使用功能 桩身材料及桩径大小进行分类 一 按承载性状分类二 按桩的使用功能分类三 按桩身材料分类四 按成桩方法分类五 按桩对桩周土的挤压作用分类六 按桩径大小分类七 桩的质量控制 8 一 按承载性状分类 根据桩土相互作用的特点 按桩侧阻力与桩端阻力的发挥程度及各自对荷载的分担比例 桩基础分为端承桩和摩擦桩 1 端承型桩 1 端承桩在极限承载力状态 桩顶荷载由桩端承受 桩侧阻力可忽略不计 2 摩擦端承桩在极限承载力状态 桩顶荷载主要由桩端阻力承受 桩侧阻力属次要地位 9 一 按承载性状分类 2 摩擦型桩根据竖向极限荷载作用下桩侧阻力与桩端阻力所分担荷载的比例 分为摩擦桩和端承摩擦桩 1 摩擦桩竖向极限荷载作用下 桩顶荷载绝大部分由桩侧阻力承担 桩端阻力可忽略不计 2 端承摩擦桩桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担 大部分由桩侧阻力承担 10 二 按桩的使用功能分类 1 竖向抗压桩 以承受竖向荷载为主的桩 2 竖向抗拔桩 以承受竖向上拔荷载为主的桩 3 水平受荷桩 以承受水平荷载为主的桩 4 复合受荷桩 所受的竖向 水平荷载均较大的桩 11 三 按桩身材料分类 1 混凝土桩 1 预制桩在工厂或工地预先将桩身制作好 待就位后用打入或射水法将桩送入土中 2 灌注桩用机械或人工在现场开孔 就地浇筑混凝土而形成的桩2 钢桩钢桩主要有钢管桩 H型钢桩和钢板桩3 木桩 12 四 按成桩方法分类 按照成桩的方法和工艺 桩基础可分为 1 打入桩 将预制好的桩体用击打或振动的方法打入地下成桩 2 灌注桩 先成孔后浇筑混凝土 3 静压桩 利用机械以强力将预制桩压入到设计位置 13 五 按桩对桩周土的挤压作用分类 预制桩粘性土触变性1 挤土桩沉管灌注桩无粘性土2 部分挤土桩 小量挤土桩 开口钢管桩力学指标取原状土的H型钢桩开口的预应力钢筋混凝土桩3 非挤土桩预钻孔的钢筋混凝土桩钻 挖 冲孔 灌注桩 14 六 按桩径大小分类 按照桩径大小 桩基础可分为 1 小桩 d 250mm 2 中等直径桩 250mm d 800mm 3 大直径桩 d 800mm 工程中选用何种桩型 受地质条件 场地条件 承载力要求 施工设备 地下水位和经济条件等方面的限制 15 七 桩的质量控制 桩基础是一种隐蔽性工程 保证桩基础的工程质量对整个建筑结构的安全至关重要 桩基检测分为成桩质量检测和桩基承载力检测 1 成桩质量检测包括在成桩过程中的各项指标和成桩桩身质量的检测 2 测试桩基承载能力方法 a 静载试验b 高 大 应变动测法 16 第三节单桩竖向承载力的确定 一 按材料强度确定单桩竖向承载力二 按静荷载试验确定单桩轴向承载力三 静力触探法确定单桩轴向承载力1 单桥探头法2 双桥探头法四 经验参数法 17 一 按材料强度确定单桩竖向承载力 按材料强度计算单桩竖向承载力时 将桩视为一轴向受压构件 混凝土桩单桩竖向承载力设计值公式 1 式中 单桩竖向承载力设计值 混凝轴心受压构件的稳定系数 混凝土轴心抗压强度设计值 纵向受力钢筋的抗压强度设计值 桩身横截面面积 纵向受力钢筋的截面面积 18 二 按静荷载试验确定单桩轴向承载力 静载试验是在施工现场进行的 考虑 1 地基土的支承能力 2 桩身材料强度对承载力的影响 规范规定 对于一级建筑物必须通过静荷载试验 同一条件下的试桩数不宜少于总桩数的1 并不少于3根 工程桩总数在50根以内时 不应少于2根 对于地基条件复杂 桩的施工质量可靠性低等某些情况下的二级建筑桩基 也须通过静荷载试验 19 二 按静荷载试验确定单桩轴向承载力 测出n根试桩极限承载力后 可通过统计的方法 确定单桩竖向极限承载力的标准值 2 20 三 静力触探法确定单桩轴向承载力 静力触探法在确定混凝土预制桩的竖向承载力时被广泛应用 根据探头的不同分为单桥探头法和双桥探头法 一 单桥探头法 建筑桩基技术规范 中提出了根据比贯入阻力确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力的标准值 3 21 三 静力触探法确定单桩轴向承载力 桩身周长 用静力触探比贯入阻力值估算的桩周土第i层的极限侧阻力标准值 桩穿过第i层土的厚度 桩端阻力修正系数 桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值 桩端面积 桩端穿越粉土 粉砂细砂及中砂底面时按 建筑桩基技术规范 估算的值 需乘以进行修正 22 二 双桥探头法 双桥探头可同时测出探头侧阻力和端阻力 该法较多采用 可按下式计算 式中 桩身周长 第i层土层厚度 第i层土的探头平均阻力 第i层土桩侧阻力综合修正系数 桩端平面上 下探头阻力 桩端面积 23 四 经验参数法 建筑桩基技术规范 中对各类桩基的单桩竖向极限承载力标准值的计算公式如下 1 普通灌注桩及预制桩式中 桩身周长 桩侧第i层土的极限侧阻力标准值 极限端阻力标准值 24 四 经验参数法 2 大直径 d 800mm 桩式中 桩身周长 桩侧第i层土的极限侧阻力标准值 桩径为800mm的极限端阻力标准值 大直径桩侧阻尺寸效力系数 大直径桩端阻尺寸效应系数 25 四 经验参数法 3 钢管桩 桩端闭塞效应系数 4 嵌岩桩嵌岩桩的极限承载力由桩周土总侧阻 嵌岩段总侧阻和总端阻三部分组成 26 第四节桩基竖向承载力设计值 群桩基础在竖向荷载作用下 承台 桩群及地基土形成一个相互作用共同工作的整体 一 群桩的工作特点 一 端承型群桩基础 二 摩擦型群桩基础二 承台下土的作用三 桩基竖向承载力设计值的确定四 桩基水平承载力与位移 27 一 群桩的工作特点 对于桩数超过3根的群桩基础 作用于承台上的荷载实际上是由桩和地基共同承担的 一 端承型群桩基础端承桩组成的群桩基础 竖向荷载绝大部分由桩身传递到桩端 桩底压力分布面积较小 各桩端的压力可认为是互不影响的 群桩基础中各桩的工作状态与单桩的情况基本一致 此时群桩效应系数 1 群桩基础承载力 单桩承载力之和 28 一 群桩的工作特点 二 摩擦型群桩基础摩擦桩组成的群桩基础 主要通过每根桩的桩侧摩擦力将上部荷载传递到桩周土及桩端土层中 附加压应力的分布直径 1 群桩的桩心距较大 6d 桩底处各桩传递的压力互不重叠 2 桩数较多 桩距较小 6d时 桩底处各桩传来的压力将重迭使得桩端处的压力比单桩时大得多 此时群桩沉降量大于单桩的沉降 承载力小于各单桩承载力之和 即 1 29 二 承台下土的作用 承台下的地基土与桩共同承担荷载形成复合桩基 遇到下列情况之一 不应考虑承台的荷载分担效应 1 承受经常出现的动力作用 2 承台下可能产生负摩擦力的土层 3 饱和软土中沉入密集群桩 引起超静孔隙水压力和土体隆起 随时间推移 桩间土逐渐固结下沉与承台底脱开等 4 若建筑物对沉降敏感或对沉降限制严格或承台下为软土时 不应考虑这一作用 30 三 桩基竖向承载力设计值的确定 桩基竖向承载力设计值与基土类别 桩型 桩数 桩距 桩径 承台等技术指标有关 按目前的研究水平还无法进行理论求解 建筑桩基技术规范 中桩数不超过三根的桩基和桩数超过三根的非端承桩复合桩基的竖向承载力设计值计算公式如下 31 三 桩基竖向承载力设计值的确定 桩数不超过三根的桩基 根据静载试验确定单桩竖向极限承载力标准值 竖向承载力设计值 单桩总极限侧阻力标准值 总极限端阻力标准值 32 三 桩基竖向承载力设计值的确定 桩数超过三根的非端承复合桩基 根据静载试验确定单桩竖向极限承载力标准值时 33 三 桩基竖向承载力设计值的确定 相应于任一复合基桩的承台底地基土总极限阻力标准值 承台底1 2承台宽度深度范围 5m 内地基土极限阻力标准值 承台底地基土净面积 单桩竖向极限承载力标准值 桩侧阻群桩效应系数 桩端阻群桩效应系数 桩侧阻端阻综合效应系数 承台底土阻力群桩效应系数 34 四 桩基水平承载力与位移 以承受水平荷载为主的桩基 可采用斜桩 一般当水平荷载与竖直荷载的合力与垂线的夹角不超过50时 采用竖直桩能满足要求 确定桩水平承载力的具体方法大致分为两类 1 直接试验法 2 理论分析计算法 35 四 桩基水平承载力与位移 桩基的沉降验算主要是针对 建 构 筑物对桩基的沉降有特殊要求桩端 存在有软弱下卧层 摩擦型群桩基础 桩基的变形特征分为沉降量 沉降差 倾斜和局部倾斜 倾斜 桩基础倾斜方向两端点的沉降差与它们之间距离的比值 局部倾斜 指墙下条形承台沿纵向某一长度范围内桩基础两点的沉降差与其距离之比值 36 四 桩基水平承载力与位移 建筑桩基技术规范 规定 考虑到土层厚度与性质的不均匀 荷载差异 体型复杂等因素 桩基的变形指标按如下规定选用 1 砌体承重结构应由局部倾斜控制 2 框架结构 应由相邻柱基的沉降差控制 3 多层或高层和高耸结构则应由倾斜值控制 4 建筑物桩基 容许变形值应根据上部结构对桩基变形的适应能力和使用要求予以确定 37 第五节桩基础设计 天然地基或地基经过加固处理后仍不能满足建筑物上部结构要求时 常采用桩基础 桩基的设计应满足以下要求 1 在外荷载作用下 桩与基土之间的相互作用能保证有足够的竖向 抗压或抗拔 或水平承载力 2 桩基的沉降 或沉降差 水平位移及桩身挠曲在容许范围内 3 考虑技术和经济上的合理性和可能性 38 第五节桩基础设计 桩基础设计步骤 一 设计资料的收集二 选择桩的类型 桩材及几何尺寸三 基桩根数及平面布置四 各桩荷载效应计算五 桩身结构设计六 承台的设计 39 一 设计资料的收集 进行桩基设计前应进行调查研究 1 建筑物上部结构的类型 尺寸 构造和使用要求 以及上部结构的荷载 2 符合国家现行规范规定的工程地质勘探报告和现场勘察资料 3 当地建筑材料的供应及施工条件 4 施工场地及周围环境 包括交通 进出场条件 有无对振动敏感的建筑物 有无噪音限制 等 40 二 选择桩的类型 桩材及几何尺寸 我国使用的桩主要是钢筋混凝土桩 建筑桩基技术规范 规定 桩身混凝土强度等级不得低于C15 预制桩桩尖混凝土强度等级不低于C30 灌注桩水下浇筑的混凝土强度等级不得低于C20 钢筋级别按混凝土强度等级相应选 级 级或 级 41 二 选择桩的类型 桩材及几何尺寸 桩型的选择应根据上部结构荷载的大小及性质 工程地质条件 施工条件等进行综合考虑 1 土层中存在大孤石 金属残渣及未风化岩脉时 可采用灌注桩 2 坚硬土层埋得很深 宜采用摩擦桩 摩擦桩的桩长与桩基的承载力和沉降量有关 在确定桩长时 应综合考虑桩基的承载力和沉降量 桩的实际长度包括桩尖及嵌入承台的长度 42 三 基桩根数及平面布置 一 基桩根数的确定初拟桩数时 大多不考虑群桩效应及承台底面处地基土的承载力 当桩基为轴心受压时 基桩数n可按下式估算 F 作用在承台顶面的竖向力设计值 G 桩基承台及承台上填土自重的设计值 R 单桩竖向承载力设计值 43 三 基桩根数及平面布置 当桩基为偏心受压时 各桩受力不均匀 应按10 20 适当增加桩数 桩数的确定还应考虑满足水平承载力的要求 一般以各桩的水平承载力之和作为桩基的水平承载力 由上式算得的桩数n乘以单桩的水平承载力应大于 或等于 作用于桩基的总水平荷载 44 三 基桩根数及平面布置 二 桩间距的确定桩间距一般取为4 5倍桩径 不可太大 桩间距太大会增加承台的体积和用料 也不可太小 桩间距太小会造成施工困难 桩的承载力得不到发挥 桩的最小中心距应符合 建筑桩基技术规范 规定 对于大面积桩群 尤其是挤密桩 桩的最小中心距应适量加大 45 三 基桩根数及平面布置 三 桩的平面布置根据桩基的受力情况 桩可采用多种形式的平面布置 布置时应尽量使上部荷载的中心与桩群的中心重合或接近 以使桩基中各桩受力比较均匀 当作用在承台底面的弯矩较大时 应设法增大桩基横截面的惯性矩 46 四 各桩荷载效应计算 大多数桩基是以承受竖向荷载为主 对于轴心受压 Mx My 0 群桩中基桩的桩顶作用效应为 47 四 各桩荷载效应计算 在偏心竖向荷载作用下 群桩中基桩的桩顶作用效应为 48 四 各桩荷载效应计算 轴心竖向荷载作用下 应满足 偏心竖向荷载作用下 除满足上式外 还要满足 建筑桩基重要性系数 对于一 二 三级建筑桩基 分别取1 1 1 0 0 9 对于柱下单桩的一级建筑桩基 取1 2 49 四 各桩荷载效应计算 考虑地震作用的效应组合时 应满足 轴心受压 N 1 25R偏心受压 Nmax 1 5R 50 五 桩身结构设计 一 钢筋混凝土预制桩 1 钢筋混凝土预制桩的混凝土强度应不低于C30 2 配筋率 min一般为1 左右 一般按截面的形状和大小采用4 8根直径12 15mm的钢筋 边长30mm以下者用4根 箍筋直径采用6 8mm 间距不大于200mm 在桩尖和桩顶处加密 51 五 桩身结构设计 3 主筋的保护层一般取35mm 在桩身混凝土强度达到设计强度后方可起吊 搬运 为方便吊装 运输 预制桩身时需设置吊环 支点应设在设计的吊点处 图 4 预制桩的截面常设计成圆形 方形的实心截面 圆柱体的空心截面 5 根据施工和运输条件考虑桩身的分节 一般桩长超过25 30m时需要接桩 桩的接头不宜超过两个 52 五 桩身结构设计 二 混凝土灌注桩灌注桩的混凝土强度一般不得低于C15 水下浇筑灌注桩的混凝土强度不得低于C20 素混凝土桩宜采用的坍落度为60 80mm 当桩身配有钢筋时 坍落度可适当加至80 100mm 水下浇筑混凝土的坍落度宜采用180 220mm 53 五 桩身结构设计 为保证钢筋骨架有一定的刚性 其主筋不宜过细过少 通常钢筋直径不小于12mm 配筋率不小于0 2 1 桩身受弯则不宜小于0 4 主筋锚入承台的长度应大于钢筋直径的30倍 2 主筋的保护层厚度应 35mm 水下浇筑时 主筋的保护层厚度应 50mm 3 箍筋一般采用螺旋式箍筋 直径应 6mm 间距为200 300mm 54 五 桩身结构设计 三 桩身强度计算桩身强度是在确定了荷载大小 计算出桩身截面所需的主筋面积 还必须满足 混凝土结构设计规范 规定的最小配筋率的要求 对于长期或经常受到水平荷载或上拔荷载作用的桩 还应验算桩身裂缝宽度 最大裂缝宽度不得超过0 2mm 55 56 六 承台的设计 承台是桩基础的一个重要组成部分 作用是将各基桩联结成一个整体 并将上部结构的荷载传递给各桩 承台的设计主要是确定其平面尺寸 厚度 与桩的连接及配筋等 一般是先按要求初步拟定上述各项的尺寸和