桩基础工程清华大学课件.ppt

桩基础 桩基础 考试大纲 3 1桩的类型 选型与布置3 2单桩竖向承载力3 3群桩的竖向承载力3 4特殊条件下的桩基设计及其竖向承载力3 5桩基沉降计算3 6桩基水平承载力和水平位移3 7承台设计计算3 8桩基施工3 9基桩检测与验收3 10沉井基础 3 1桩的类型 选型与布置 掌握桩的类型和各类桩的适用条件 桩的设计选型应考虑的因素 决定桩型和布桩方案的主要因素 3 2单桩竖向承载力 了解单桩在竖向荷载作用下的荷载传递机理和破坏机理掌握单桩竖向极限承载力的概念及如何根据静载试验结果确定单桩竖向极限承载力熟悉单桩竖向极限承载力的常规计算式掌握常用的确定单桩竖向极限承载力的静载试验法 静力触探法 物理指标经验法的要点 并应用其成果掌握单桩竖向承载力设计值与极限承载力标准值之间的关系掌握嵌岩桩单桩竖向极限承载力的计算掌握大直径桩单桩竖向极限承载力的考虑尺寸效应的计算掌握敞口和闭口钢管桩单桩竖向极限承载力的计算掌握桩身承载力 桩身强度 验算要点 3 3群桩的竖向承载力 了解竖向荷载下的群桩效应及基桩 复合基桩的概念掌握荷载效应基本组合及地震作用效应基本组合条件下的复合基桩或基桩的竖向承载力极限状态设计表达式熟悉复合基桩和基桩竖向承载力设计值的计算 熟悉何种条件下不应考虑承台效应了解桩基柔弱下卧层的验算 3 4特殊条件下的桩基设计及其竖向承载力 负摩阻力了解负摩阻力发生机理与条件及哪些情况下应计算桩基的负摩阻力了解中性点的物理意义掌握负摩阻力标准值的计算方法掌握考虑群桩效应 基桩下拉荷载标准值的计算及摩擦型基桩和端承型基桩考虑负摩阻力的承载力验算方法了解减轻负摩阻力和避免负摩阻力的技术措施 3 4特殊条件下的桩基设计及其竖向承载力 抗拔桩基了解桩基出现拔力的条件及受拔桩基承载力验算掌握单桩及非整体破坏群桩中基桩的抗拔极限承载力标准值计算掌握呈整体破坏群桩中基桩的抗拔极限承载力标准值计算 3 5桩基沉降计算 掌握桩基沉降变形的4个控制指标及不同建筑物的容许值熟悉等效作用分层总和法的基本假设 计算式 荷载与土参数取值及具体运算方法 3 6桩基水平承载力和水平位移 熟悉单桩水平静载试验方法及其根据静载试验结果如何确定临界荷载和极限荷载掌握按强度和位移控制的单桩水平承载力设计值计算方法掌握考虑群桩效应的群桩基础中复合基桩水平承载力设计值计算方法 3 7承台设计计算 根据布桩情况合理确定承台型式并掌握各类承台有关构造及配筋要求了解承台的受弯计算 受冲切计算及受剪计算 3 8桩基施工 掌握灌注桩 预制混凝土桩和钢桩的主要施工方法和适用条件 工艺要求和质量标准了解各类灌注桩容易发生的重量问题及其发生原因与预防措施 3 9基桩检测与验收 掌握各种基桩承载力及桩身完整性检测方法的基本原理和适用条件了解基桩验收应提供的基本资料 3 10沉井基础 掌握沉井基础的应用条件及沉井下沉的原理与方法掌握沉井施工的主要工序及沉井施工中常见的问题及处理方法 3 1桩的类型 选型与布置 掌握桩的类型和各类桩的适用条件 桩的设计选型应考虑的因素 决定桩型和布桩方案的主要因素 桩 单桩 桩基础 基桩与复合基桩 桩 抽象的概念单桩 一根单独的桩桩基础 由桩做成的基础群桩 多根桩 承台联结组成群桩基础基桩 群桩基础中的单桩复合基桩 包含有承台底阻力的基桩 桩的应用1历史 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 4 明清 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 有地下室时 有一定干扰 深基坑中做桩 预制桩施工噪音 钻孔灌注桩的泥浆 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 如精密仪器其它 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 软土层 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 离心预制 混凝土 高强混凝土 三 按形状 按纵断面 楔形桩 十字桩 X形桩 树根桩 螺旋桩 多节 分叉 桩 扩底桩 按横断面 桩身 桩端 d D 横断面 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 细长 瘦长 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 Qs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 2 竖直 水平荷载 拔力 水平荷载 斜桩叉桩 低承台桩 高承台桩 其它 3 抗浮桩 4 主动桩与被动桩 锚固桩 抗滑桩 六 按施工方法 施工方法 沉桩方法1预制桩2现场灌注桩 七 按沉桩挤土 非挤土桩部分挤土桩挤土桩 1预制桩离心 预应力 工厂 现场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 振动沉桩 离心预应力预制钢筋混凝土 人工挖孔桩 螺旋钻 螺旋钻 沉管螺旋钻孔灌注桩 大孔径嵌岩桩 八 扩底桩 人工挖孔扩孔桩 芝加哥法 UK英国 爆破扩底桩 软土地基振扩 压扩桩 内夯式扩底桩 钻扩桩 钻扩桩 挤扩桩 支盘桩 加固层 持力层 干硬混凝土 挤密土体 夯扩桩示意图 一些常用桩的适用条件 一些常用桩的适用条件 掌握桩的设计选型应考虑的因素 决定桩型和布桩方案的主要因素 桩基的适用情况 荷载大 对沉降要求严堆载过大的单层厂房等解决相邻建筑物影响对于限制倾斜有特殊要求活载占很大比例重级工业吊车抗地震液化 地震区柔弱地基 掌握桩的设计选型应考虑的因素 决定桩型和布桩方案的主要因素 1 因地制宜2 建筑物要求 荷载大小 性质 基础几何尺寸对沉降敏感性 工期3 工程地质 地层分布 持力层深度 不良地质现象 地下水 水位 腐蚀性 流速4 环境 振动与噪音 泥浆处理 夯扩5 设备 材料 运输 机具 技术力量 6 造价 工期等经济技术综合分析比较 泥浆护壁钻孔桩 地下水位以下 粘性土 粉土 砂土 填土 碎石土 风化岩层沉管灌注桩 粘性土 粉土 淤泥质土 砂土 填土夯扩桩 桩端持力层为中低压缩性粘性土 粉土 砂土 碎石土 埋深 20m干作业成孔灌注桩 人工挖孔 地下水位以上 大孔径 高重建筑物 各种桩基础的适用条件 决定桩型和布桩方案的主要因素 桩长 持力层 嵌岩 地下建筑物 其它桩径 1 最小 预制 25 25cm 干作业钻孔30cm 人工挖孔80cm 2 材料强度 3 端承桩 短桩尺寸大些间距 挤土 超静孔压 避免互相干扰 群桩效应 承台效应 3 2单桩竖向承载力 了解单桩在竖向荷载作用下的荷载传递机理和破坏机理掌握单桩竖向极限承载力的概念及如何根据静载试验结果确定单桩竖向极限承载力熟悉单桩竖向极限承载力的常规计算式掌握常用的确定单桩竖向极限承载力的静载试验法 静力触探法 物理指标经验法的要点 并应用其成果掌握嵌岩桩单桩竖向极限承载力的计算掌握大直径桩单桩竖向极限承载力的考虑尺寸效应的计算掌握敞口和闭口钢管桩单桩竖向极限承载力的计算掌握桩身承载力 桩身强度 验算要点 3 2单桩竖向承载力 了解单桩在竖向荷载作用下的荷载传递机理和破坏机理 3 2单桩竖向承载力 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 Q kN Qs Qp Q S mm 桩侧摩阻力摩阻力的分布 S0 Sp Q qs S0 Sp 各点位移 轴向力N 摩阻力 u为桩的周长 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粘性土的摩阻力有时效 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 泥浆 桩的端承力常把它作为基础承载力问题 太沙基解 太沙基 梅耶霍夫型 很小 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 3 2单桩竖向承载力 掌握单桩竖向极限承载力的概念及如何根据静载试验结果确定单桩竖向极限承载力掌握常用的确定单桩竖向极限承载力的静载试验法 静力触探法 物理指标经验法的要点 并应用其成果 3 2单桩竖向承载力的确定 桩身材料静力载荷试验拟静力法Osterberg法3经验计算法 静力触探经验公式 混凝土R fcAp钢筋混凝土R fcAp fyAg 钢筋抗压强度设计值 堆载反力法 锚桩反力梁法 锚桩桁架法 2400吨 Osterberg 安装钢筋笼 安装 多动式 桩顶试验中 地下连续墙 静载试验 各规范不同 数目方法布置要求加载 慢速维持荷载法稳定条件极限承载力确定极限承载力标准值确定 通过Q S曲线确定承载力的方法 1 对于陡降曲线 曲线明显陡降的起始点 s lgt曲线及其它辅助方法 2 对于缓降曲线 取40 60mm沉降对应的荷载3 对于大直径桩 0 03 0 06 D4 对于细长桩 取40 60mm沉降对应的荷载 通过Q S曲线确定承载力的方法 桩基工程与施工技术 1994 及 桩基工程手册 1995 均规定 对于缓变型Q S曲线 一般可取S 40 60mm对应的荷载为极限承载力 2静力载荷试验 1 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 60cm 24小时未稳定 Sn对应前一级的荷载 3 确定平均值 极限承载力标准值 如离散太大 加一折减系数 4 设计值R 3 2单桩竖向承载力 掌握常用的确定单桩竖向极限承载力的静载试验法 静力触探法 物理指标经验法的要点 并应用其成果 3 静力触探 修正系数qc fsi 探头的端阻与侧阻 Electricstaticcone 物理指标经验法 地基承载力 桩身的混凝土强度 3 2单桩竖向承载力 熟悉单桩竖向极限承载力的常规计算式 其中qsi与qp可以通过不同方法确定 3 2单桩竖向承载力 掌握嵌岩桩单桩竖向极限承载力的计算 上层土及嵌岩深度段的摩阻力不能忽略 嵌岩桩承载力 上层土摩阻力 乘发挥系数 0 7 1 0 嵌岩段摩阻力 岩石单轴抗压强度 侧阻修正系数0 0 07 嵌岩段的段阻力 岩石单轴抗压强度 段阻修正系数0 0 50 系数与嵌岩深度比hr d有关 3 2单桩竖向承载力 掌握大直径桩单桩竖向极限承载力的考虑尺寸效应的计算考虑尺寸效应 尤其 在砂土与碎石土中由于开挖而松弛导致侧阻力减少端阻力也下降 由于呈缓降型曲线 由沉降决定承载力 大孔径 扩底 桩承载力 效应系数 与土性有关 粘土 粉土 砂土 碎石土 3 2单桩竖向承载力 掌握敞口和闭口钢管桩单桩竖向极限承载力的计算 n 2 n 4 n 9 等效直径de 隔板分割数n ds 桩的外径 钢管桩 有两种分析方法 1 考虑内部土塞等摩阻力 及桩底环形断面的端阻力2 按理论分析与经验考虑挤土效应和桩端闭塞效应系数方法 与一般单桩承载力形式相同 hb ds 5 hb ds 5 桩端闭塞效应系数 闭口时 1 侧阻挤土效应系数 闭口管 1 敞口 0 77 1 0 桩端闭塞效应系数方法 hb 进入持力层深度 3 2单桩竖向承载力 掌握桩身承载力 桩身强度 验算要点 fc 混凝土轴心抗压强度kPa fy纵向钢筋抗压强度 混凝土 钢筋混凝土 3 3群桩的竖向承载力 了解竖向荷载下的群桩效应及基桩 复合基桩的概念掌握荷载效应基本组合及地震作用效应基本组合条件下的复合基桩或基桩的竖向承载力极限状态设计表达式熟悉复合基桩和基桩竖向承载力设计值的计算 熟悉何种条件下不应考虑承台效应了解桩基柔弱下卧层的验算 了解竖向荷载下的群桩效应及基桩 复合基桩的概念群桩 多根桩 承台联结组成群桩基础基桩 群桩基础中的单桩复合基桩 包含有承台底阻力的基桩 3 3群桩的竖向承载力 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 时效 固结触变作用 2应力叠加桩底应力增加 使承载力不足 总的沉降增加 同样单桩荷载下降 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 红色代表挤密作用有利于侧摩阻力增加蓝色代表土体变形增加 桩土的相对变形减少 不利于侧摩阻的发挥 饱和粘土中打桩高孔隙水压力屏蔽现象 承台承受荷载 群桩效应 挤密效应扰动与超静孔压力地面与桩的侧移与上浮约束效应荷载的调节作用应力叠加沉降增加承台承担部分荷载 一般对于砂土 sp 1 0 粘性土 sp 1 0 3 3群桩的竖向承载力 掌握荷载效应基本组合及地震作用效应基本组合条件下的复合基桩或基桩的竖向承载力极限状态设计表达式 中心竖向力 偏心竖向力 横向力 荷载的分配简化计算 荷载效应基本组合 轴心竖向力偏心竖向力 建筑物重要性系数 0 9 1 1 地震作用效应组合 轴心竖向力偏心竖向力 熟悉复合基桩和基桩竖向承载力设计值的计算 熟悉何种条件下不应考虑承台效应 3 3群桩的竖向承载力 基桩础竖向承载力设计值 对于3根以上 非端承桩的桩基础 要考虑群桩效应及考虑承台承载能力 不考虑承台阻力的情况 1 纯端承桩 2 3根与3根以下的非端承桩 3 负摩擦力 地面下沉 承台下 可液化土 湿陷性黄土 高灵敏度粘土 欠固结土 新近填土 可出现震陷 降水 沉桩过程产生高超静水压力及地面隆起的地基土 4 在动力荷载下 铁路桥梁 1每根桩的承载力设计值 群桩效应系数 抗力分项系数 2关于承台承载力问题 承台下土的抗力发挥比浅基础低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 qck 承台宽度的深度内 5m 地基土极限抗力标准值 1竖直荷载 1 中心荷载 0建筑物重要性系数 一级 0 1 1二级 0 1 0三级 0 0 9 假设每个桩的荷载 了解桩基柔弱下卧层的验算 软弱下卧层的验算 1Sa 6d时按整体基础 2 Sa 6d时验算单桩原理相同 柔弱下卧层 X Y 三根桩的荷载计算 偏心竖向荷载荷载线性分布假设 3 4特殊条件下的桩基设计及其竖向承载力 负摩阻力了解负摩阻力发生机理与条件及哪些情况下应计算桩基的负摩阻力了解中性点的确定方法掌握负摩阻力标准值的计算方法掌握考虑群桩效应 基桩下拉荷载标准值的计算及摩擦型基桩和端承型基桩考虑负摩阻力的承载力验算方法了解减轻负摩阻力和避免负摩阻力的技术措施 了解负摩阻力发生机理与条件及哪些情况下应计算桩基的负摩阻力 穿过厚松散填土 自重湿陷性黄土 欠固结土 新近沉积土 进入相对硬土层桩周存在软弱土层 附近地面受较大长期荷载 地面堆载由于降低地下水 使桩周土有效应力加大 产生显著地面沉降地震液化使地基下沉 冻土融解 桩的负摩阻力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 桩相对土向下位移 土对桩是向上的正摩擦力桩相对土向上位移 土对桩是向下的负摩擦力 正摩擦 负摩擦 了解中性点的确定方法 中性点 桩与周围土间没有相对位移 作用在桩上的摩阻力为零 该点称为中性点 0 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 但是危险不大对于一般桩 因为桩土都有变形 视二者的相对位移量和方向 ln negative 土位移Ss 桩位移Sp 摩阻力 轴向力N 中性点 掌握负摩阻力标准值的计算方法 土的侧压力系数 有效内摩擦角 桩周土的有效竖向应力 桩周土的负摩擦系数 侧压力系数 0 15 0 35 对于砂土也可用下公式计算 掌握考虑群桩效应 基桩下拉荷载标准值的计算及摩擦型基桩和端承型基桩考虑负摩阻力的承载力验算方法 对于摩擦桩 取中性点以上侧阻为零 对于端承桩 除满足上式外 考虑群桩效应 基桩下拉荷载标准值的计算 任一基桩的下拉荷载 Sax say为纵横向桩的中心距 了解减轻负摩阻力和避免负摩阻力的技术措施 防止周围土体的沉降一定范围涂抹适当粘度的沥青桩型 3 4特殊条件下的桩基设计及其竖向承载力 抗拔桩基了解桩基出现拔力的条件及受拔桩基承载力验算掌握单桩及非整体破坏群桩中基桩的抗拔极限承载力标准值计算掌握呈整体破坏群桩中基桩的抗拔极限承载力标准值计算 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为桩的自重设计值 水下为浮重 非整体破坏的基桩 Uk 基桩的抗拔极限承载力标准值 群桩呈整体破坏时的抗拔极限承载力标准值 群桩所围体积的桩 土总自重设计值 桩数 群桩呈整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值 3 5桩基沉降计算 掌握桩基沉降变形的4个控制指标及不同建筑物的容许值熟悉等效作用分层总和法的基本假设 计算式 荷载与土参数取值及其运算方法 掌握桩基沉降变形的4个控制指标及不同建筑物的容许值 砌体 局部倾斜框架结构等 沉降差桥式吊车 高耸建筑物等 倾斜高耸结构的基础 沉降量 见表5 3 4 三桩基沉降计算 1 需要进行沉降计算 1 桩端持力层为软弱土的一 二级建筑物的建筑物以及桩端持力层为粘性土 粉土或存在柔弱下卧层的一级建筑物桩基 2 受水平荷载较大或者对水平变形要求严格的一级建筑物应验算水平变位 2 不需沉降计算的情况三级建筑物桩基s 6d桩距大于桩距6倍桩径n 9独立基础m 2条基础吊车为A5及以下的单层工业厂房桩基 等效作用分层总和法 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 等效作用面 桩端平面等效作用面积 承台投影面积等效作用附加应力 承台底平均附加应力等效作用面以下附加应力 按弹性理论计算 Ai 桩基中任意点点最终沉降 桩基沉降计算经验系数 e 桩基等效沉降系数 Mindlin m 矩形荷载分块数n 划分的土层数Esi 第i分层土的压缩模量 i i 1 平均附加应力系数p0j 第j块矩形的平均附加应力 承台底平均附加应力 长期效应组合荷载下 l G B0 计算S Si S sS e s 沉降计算经验系数 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Mindlin d l F G B0 p 承台底平均基底压力p0 承台底平均附加应力A 承台底面积G 承台 土重 d 与 e 1 0 非软土地基 或持力层良好 1 7 软土地基 或无良好持力层 l 25m 5 9l 20 7l 100 软土地基 或无良好持力层 l 25m e 附录H 一般小于1 0 3 6桩基水平承载力和水平位移 熟悉单桩水平静载试验方法及其根据静载试验结果如何确定临界荷载和极限荷载掌握按强度和位移控制的单桩水平承载力设计值计算方法掌握考虑群桩效应的群桩基础中复合基桩水平承载力设计值计算方法 熟悉单桩水平静载试验方法及其根据静载试验结果如何确定临界荷载和极限荷载 装置与试验试验步骤分级 预估1 10 1 15终止 30 49mm临界荷载 明显直线前一级极限荷载 第二直线段终点 折断 钢筋流动前一级 H X 水平荷载 最大弯距点钢筋应力 Hcr Hu 水平荷载 位移梯度mm kN 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 横向荷载承台绝对刚性 各桩头位移相等 则平均分配水平荷载 实际的荷载分布比较复杂 屏蔽的作用 前面的桩水平荷载大 计算水平荷承载力的设计值 缺少水平载荷试验资料时 配筋率 0 65 灌注桩 5 4 2 1 预制桩 钢桩 配筋率不小于0 65 的灌注桩 5 4 2 2 群桩基础的复合基桩水平承载力设计值 群桩效应 h群桩效应系数 影响因素 桩径 桩距 桩数 位移 3 7承台设计计算 根据布桩情况合理确定承台型式并掌握各类承台有关构造及配筋要求了解承台的受弯计算 受冲切计算及受剪计算 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 60cm 二 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 主要决定承台的抗冲切和抗左右斜截面上产生拉裂 锥体破坏 Um冲切面中点周长 冲切系数 ft混