第十章+桩基础（修改10.6）.ppt

第十章桩基础,本章主要内容,10.1概述10.2桩的分类及质量检验10.3单桩的承载力10.4群桩的竖向承载力10.5桩基础设计,软土层,10.1概述,桩的应用1历史十九世纪以前，木桩(1)7000-8000年前浙江河姆渡(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3十九世纪末，现场钻孔桩(1897,Raymond),现场灌注护坡桩造价低,现场灌注护坡桩造价低,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,缺点施工环境影响,预制桩施工噪音,钻孔灌注桩的泥浆,三、适用条件,(1)竖向荷载大而集中的结构及在沉降方面有较高要求的建筑物，如高层建筑、大型建筑；(2)受大面积地面荷载影响的结构，如重型工业厂房；(3)作用有很大倾覆力矩的高耸结构物，如烟囱、铁塔(4)对沉降非常敏感的建筑,如精密设备基础(5)作为地震区的结构抗震性能；,10.2桩的分类及质量检验,一、桩的分类(一)按承台分承台:将几个桩结合起来传递荷载（二）按施工方法分（三）按设置效应分（四）按受力性能分（五）按桩径大小分,(一)按承台分承台: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2低承台桩承台在地面以下,承台本身承担部分荷载(工业与民用建筑中采用),低承台桩,高承台桩,(二)按施工方法不同分（预制桩和灌注桩）,1.预制桩：在工厂或施工现场制作。,按采用的材料不同分为：钢筋砼桩、钢桩、木桩；,按沉桩方法不同分为：振动打入、静压和旋入等；,(1)钢筋砼桩：承载力高，耐久性好，质量易保证，广泛采用；,普通实心方形截面：边长300550mm，制作运输、堆放较方便。,桩长：现场预制：2530m,工厂预制：12m，可以分节施工,三角形空心桩、十字形桩：用料省，自重较轻；,(2)木桩：杉木、松木桩，桩径（小头）160-260mm,桩长：46m，承载力低，较少采用；,2.灌注桩：直接在设计桩位处开孔，孔内放钢筋笼，浇筑砼而成；,优点：节省钢材（可不加钢筋），持力层起伏不平时，可根据深度决定桩长，便于施工；,(1)沉管灌注桩,施工顺序：锤击、振动、振动冲击沉入钢管管内灌砼振动拔管上部三分之一按构造配筋，灌砼成型。,锤击沉管灌注桩：,，桩长,打至硬塑粘土层或中粗砂层。,优点：施工设备简单，进度快，造价低。,缺点：可能产生缩颈、断桩，砼强度不足等事故；,缩颈：（局部截面缩小）常发生在软硬土层交界处或软土层处，地表下不深处，拨管速度应控制在0.8m/min管内砼量应充足，灌注的充盈系数达1.11.5（实际砼用量与按桩径和桩长计算得出的体积之比），原因：软硬土层交界处软土层处等土中空压打；,断桩：发生在地表下不深处，原因：相邻桩施工时振动作用产生水平力以及土体上拱形成桩身的拉力，桩距不宜太小，减少振动；,（2）钻孔灌注桩,钻孔桩，桩长,，单桩承载力12MN。,施工程序：钻机开孔排除孔内土清除孔底残渣安放钢筋笼灌砼,目前国内的钻孔灌注桩在钻进时不下钢套筒，而是利用泥浆保护孔壁以防坍孔。桩径800，1000，1200mm，,优点：承载力高，桩身变形小；,（3）挖孔灌注桩：人工或机械挖掘开孔,人工挖土：每挖0.91.0m深，浇灌砼护壁，在护壁内安装钢筋笼浇砼。,挖孔桩直径：,，深,，,，桩长,优点：设备简单，互不干扰，噪音小，孔底可以清除干净，较经济，适应性强。,桩身,桩端,D,d,振动沉桩预制桩113m,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,扩底桩,人工挖孔扩孔桩（芝加哥法）,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）,端承桩,摩擦桩,（五）按桩径大小分,小直径桩,中等直径桩,大直径桩,二灌注桩的质量检验,1.开挖检查：只限于观察检查所开挖的外露部分；2.钻芯法：在桩身内进行钻孔取砼芯样进行单轴抗压强度试验，了解砼有无离析、空洞等；3.声波检测法：预先在大桩中埋入34根金属管，利用超声波在砼不同强度中传播速度的变化来进行质量检测；4.动测法：小应变动测法(检验桩身完整性)、大应变动测法(测承载力)；,10.3单桩的承载力,单桩承载力取决于：（1）土对桩的阻力；（2）桩身材料强度。,一、一般规定,1、甲级建筑物：必须由现场静载荷试验确定单桩承载力；并结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定。试验桩数：在同一条件下的试桩数量不宜小于总桩数的1%，且大于等于3根,2、乙级建筑物：可参照地质条件相同的桩试验资料根据具体情况确定；,3、丙级建筑物：可用经验公式估算。,二、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,Qsk桩侧摩阻力Qpk桩端阻力端承力,桩侧摩阻力摩阻力的分布,S0,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,三、桩的负摩阻力,1、负摩阻力的概念,其存在降低了桩的承载力，并可导致桩发生过量的沉降,摩擦力的方向与桩、土的相对位移有关：,桩相对土上升：摩阻力向下为：“”,桩相对土下沉：摩阻力向上为：“”,摩阻力的大小取决于：桩、土的相对位移、桩、土类别摩擦面法向力,(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,正摩阻力,负摩阻力,2负摩阻力的产生,轴向力N,2负摩阻力的确定,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,P306、P307,四、单桩竖直向承载力的确定,桩身材料静载荷试验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,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,(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Ra=,2、静力触探,：桩端阻力修正系数,（1）单桥探头静力触探（P298）,2、静力触探,、：修正系数qc,fsi：探头的端阻与侧阻,（2）双桥探头静力触探（P299）,3、经验公式法,地基承载力特征值,桩身的混凝土强度,c0.75预制桩0.60.7灌注桩,端承桩：,Q相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值,注：单桩承载力标准值确定方法见P300,四、抗拔桩的承载力浮力,风荷载1现场抗拔试验2公式（P308）,抗拔折减系数I：砂土0.5-0.7,粉、粘土0.7-0.8,五、横向受力桩的承载力确定,P295（8-11）,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,一群桩与群桩效应,岩石,土,压力扩散深度,10.4群桩的竖向承载力,群桩与群桩效应,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sp1.0,粘性土sp1.0,二粘性土中的群桩承载力,取下列两种破坏型式所得的较小值：,1.桩距较大，发生冲切剪切破坏，群桩竖向承载力=各根单桩极限承载力之和,2.整体剪切破坏：群桩与桩间土看作假想的实体基础（假象实体基础）,四、群桩承载力验算方法,验算原则,(1)符合下列情况之一可不验算群桩承载力=各单桩承载力之和,a、端承桩桩基各桩的受力状态基本不相互影响b、摩擦桩桩基：柱下n6d时验算单桩原理相同,（五）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s6d大于桩距6被倍桩径n9独立基础的m2条基础某些单层工业厂房桩基,F,l,G,B0,A,计算S=SiS=Se: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。,五、桩身结构设计,钢筋混凝土预制桩,构造要求：,（1）混凝土强度等级：C30，达到强度等级后方可运输，吊装；,（2）钢筋：截面边长350500，纵向钢筋（经过计算，考虑水平荷载）；边长4m时，每隔2m设加劲箍筋一道。,1承台的尺寸和结构,形状方形,矩形,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混凝土标号C20cm,保护层7cm有垫层时不应小于4cm,六承台设计,（6）桩頂嵌入承台长度：轴向荷载：50mm；水平荷载100mm主筋伸入承台的锚固长度且；对于单桩承台宜在桩頂处设置钢筋网以扩散压力；,（7）钢筋：矩形承台：（板式）双向配置条形承台：（梁式）箍筋架力筋,2条形承台计算,梁上的墙体荷载取值方法：（1）将建筑物全部高度的墙体荷载作为梁上的均匀荷载；（2）将条形承台作为倒置梁，按直线分布的简化假设计算桩頂反力作为梁上的外荷载