第八章--桩基础模板PPT课件

.,1,第八章桩基础及其他深基础,.,2,8.1概述8.2桩及其桩基础的分类与质量检测8.3桩的承载力8.4桩基设计8.5其他深基础简介,.,3,一、教学目的1、掌握桩基础、深基础的适用范围和桩基础的分类；2、掌握单桩竖向承载力及群桩竖向承载力的计算；3、掌握桩基础的设计。二、难点1、桩的承载力的计算；2、桩基础设计，尤其承台的设计三、重点1、桩基础与浅基础的区别；2、桩基础的分类及桩的承载力的计算；3、桩基础设计。四、作业P2488.4,.,4,一、深基础适用条件,8.1概述,对下述情况，一般可考虑选用桩基础方案：天然地基承载力和变形不能满足要求的高重建筑物；天然地基承载力基本满足要求、但沉降量过大，需利用桩基减少沉降的建筑物，如软土地基上的多层住宅建筑，或在使用上、生产上对沉降限制严格的建筑物；重型工业厂房和荷载很大的建筑物，如仓库、料仓等；软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物；作用有较大水平力和力矩的高耸结构物（如烟囱、水塔等）的基础，或需以桩承受水平力或上拔力的其他情况；需要减弱其振动影响的动力机器基础，或以桩基作为地震区建筑物的抗震措施；地基土有可能被水流冲刷的桥梁基础；需穿越水体和软弱土层的港湾与海洋构筑物基础，如栈桥、码头、海上采油平台及输油、输气管道支架等。,.,5,.,6,二、常见深基础类型,桩基础，沉井基础，墩基础，沉箱基础，地下连续墙以及高层建筑深基础护坡工程等。,.,7,三、深基础与浅基础区别,1、由深层较好的土来承受上部结构的荷重以外，还有深基础周壁的摩阻力共同承受上部荷重。深基础承载力较高、沉降小。,2、需要用特殊方法进行施工。,3、造价较高。4、工期较长。,5、技术较复杂，需要专职技术人员负责施工及质量检查，发现问题及时处理。,6、抗震性能好,7、能用于复杂的受力方式：抗拔（抗浮桩）、横向力（护坡桩）,.,8,桩基是由桩、土、承台共同组成的基础，应结合地区经验考虑三者的共同作用。由于桩基承载力都较高，通常大多数桩基的首要问题是在于控制其沉降量，因此，桩基设计应按变形控制设计。桩基设计应满足下列条件：强度要求：单桩承受竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值；变形要求：桩基础的沉降不得超过建筑物沉降允许值；对于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。,四、桩基设计原则,.,9,五、桩基设计内容,桩基设计包括下列基本内容：桩的类型和几何尺寸的选择；单桩竖向（和水平向）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。,.,10,一、按承载性状分类：,根据竖向荷载下桩土相互作用特点，达到承载力极限状态时，桩侧与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比例，将桩分为两大类。,1、摩擦型桩分为：纯摩擦桩，端承摩擦桩。特点：软弱土层很厚，桩只需打入一定得深度，不需穿越软弱土层。,2、端承型桩分为：纯端承桩，摩擦端承桩。特点：桩穿越软弱土层，打入深层土中。,8.2桩及桩基础的分类与质量检验,二、按桩的使用功能分：1、竖向抗压桩：使用最广泛的一种桩，主要承受竖向下压荷载的桩。2、竖向抗拔桩：主要承受向上拔荷载的桩，偏心荷载较大,.,11,3、水平受荷桩：承受水平方向的土压力，高层建筑的深基坑护坡工程。4、复合受荷桩：承受较大水平荷载及竖向荷载。,摩擦型桩,端承型桩,.,12,三、按桩身材料分类,（杉木、松木、橡木），长410米，直径1826厘米。,2、混凝土桩,a.材料与规格：混凝土采用的强度等级为C15、C20、C25，规格：直径3050厘米，长不超过25米。,b.适用于：中小型工程承压桩、深基坑护坡桩。大多为施工期间临时性工程桩，待基础完工，基坑回填至地面后报废。,c.优点：设备简单，操作方便，经济，省钢材。,d.缺点：可能产生“缩颈”、断桩、局部夹土、混凝土离析。,3、钢筋混凝土桩,适用范围：大中型各类建筑工程的承载桩。可承压、抗拔、抗弯、承受水平荷载。,1、木桩,.,13,d.优点：承载力大，不受地下水位与土质条件限制。,e.缺点：自重大，预制桩需大型打桩机和吊装的吊车。若桩长不够需接桩，桩太长需截桩，费事，造价较高。,横截面积,b.横截面积与桩长,c.材料与构造：混凝土强度：预制桩强度C30，灌注桩C20受力主筋：按计算确定;配筋率;箍筋;桩顶与桩尖构造,预制桩250-400mm,灌注桩可达1500mm,桩径,工厂预制桩5-12m，现场预制25-30米,灌注桩可达几十米,4、钢桩,a.直径2501200毫米。目前我国最长的钢管桩达88米。,.,14,b.适用于：超重型设备基础；江河深水基础；高层建筑深基槽护坡工程（可多次利用）。,c.优点：承载力高，材料强度均匀可靠。,d.缺点：费钢材，价格高，易锈蚀。,四、按桩的施工方法分类,1、预制桩,2）振动法（砂土地基或钢桩），但不适合一般粘土地基；3）静力压桩法（均质软土地基），适用于可塑、软塑状的粘性土地基，不适合砂土及其他较坚硬的土层。,其主要装置为振动器，利用振动器所产生的激振力，使桩身产生高频振动。,适用于地基土为松散的碎石土（不含大卵石或漂石）、砂土、粉土以及可塑粘性土的情况。缺点：会产生较大的振动、挤土和噪声，引起邻近建筑物或地下管线的附加沉降或隆起，妨碍人们的正常生活与工作。,a.沉桩方法1）锤击法（打入）,.,15,.,16,振动法优点噪音小，不产生废气，沉桩速度快，施工简便，操作安全，结构简单、辅设备少、重量轻、体积小、对桩头的作用力均匀而使桩头不易损坏等特点，还可以用来拔桩。缺点适于砂质粘土、砂土、软土地区施工，不宜用于砾石和密实的粘土层。如用于砂砾石和粘土层中，需配以水冲法辅助施工。,静力压桩依靠持续作用静压力，将桩压入或拔出的桩工机械。,特点：噪声低、振动小、无污染，与冲击式施工方式比较，桩身不受冲击应力，损坏可能性小，施工质量好，效率高。不用试桩可以得出单桩承载力。适用于软弱土地基和压垂直桩，压斜桩困难。,.,17,第二节混凝土预制桩施工,.,18,.,19,.,20,.,21,.,22,.,23,.,24,2、灌注桩,a.优点：,在现场开孔，灌注成型。材料使用混凝土或钢筋混凝土。,1）不需预先制作和运输。适用于当地无砼预制厂和交通不便的地区。,2）可根据桩身内力大小，分段配筋或不配筋以节约钢材。,3）可做成大直径灌注桩提高承载力。,4）无如预制桩打桩时的振动和噪音。,b.缺点：易造成缩颈。,c.据开孔方法和所用机具不同，可分为：,1）沉管灌注桩；2）钻孔灌注桩（冲孔灌注桩）；3）夯扩桩；4）人工挖孔灌注桩；5）爆扩桩。,.,25,五、按成桩方法分类：,考虑成桩挤土效应对桩承载力、成桩质量控制和环境等影响。,1、非挤土桩：干作业法，泥浆护壁法，套管护壁法。,2、部分挤土桩,3、挤土桩,六、按桩径大小分类：,1、小直径桩。d250mm，多用于基础加固的数根桩或静压锚杆托换桩及复合桩基础。,2、中等直径桩。250d800mm,3、大直径桩。d800mm。,.,26,.,27,1.埋设护筒护筒是用48mm厚钢板制成的圆筒，其内径应大于钻头直径100mm，其上部宜开设12个溢浆孔。埋设护筒时，先挖去桩孔处表土，将护筒埋土中，保证其准确、稳定。护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm，护筒与坑壁之间用粘土填实，以防漏水。,护筒的埋设深度，在粘土中不宜小于1.0m，在砂土中不宜小于1.5m。护筒顶面应高于地面0.40.6m，并应保持孔内泥浆面高出地下水位1m以上，在受水位涨落影响时，泥浆面应高出最高水位1.5m以上。,护筒的作用是固定桩孔位置，防止地面水流入，保护孔口，增高桩孔内水压力，防止塌孔和成孔时引导钻头方向。,.,28,.,29,2、制备泥浆1)、泥浆的作用泥浆具保护孔壁、防止坍孔的作用，同时在泥浆循环过程中还可携砂，并对钻头具有冷却润滑作用。泥浆在桩孔内吸附在孔壁上，将土壁上孔隙填渗密实，避免孔内壁漏水，保持护筒内水压稳定；泥浆比重大，加大孔内水压力，可以稳固土壁、防止塌孔；泥浆有一定粘度，通过循环泥浆可将切削碎的泥石碴屑悬浮后排出，起到携砂、排土的作用。同时，泥浆还可对钻头有冷却和润滑作用.,.,30,.,31,.,32,人工挖孔桩,.,33,.,34,七.桩的质量检测,1、开挖检测特殊情况下进行，一般不采用2、抽芯法3、声波透射法4、动测法,.,35,.,36,.,37,.,38,.,39,8.3桩的承载力,一、单桩竖向承载力标准值我国确定桩的承载力的方法有两种，建筑地基基础设计规范、建筑桩基技术规范。桩的承载力包括单桩竖向承载力、群桩竖向承载力和水平力等。(1)单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定。(2)地基基础设计等级为丙级的建筑物，可采用静力触探及标贯试验参数确定承载力特征值。(3)初步设计时，单桩竖向承载力特征值可按公式估算。（一）、单桩竖向极限承载力抗压静荷载试验确定1、单桩竖向极限承载力确定：(1)作荷载沉降(Q-s)曲线和其他辅助分析所需的曲线；(2)当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载值；(3)当，且经24h尚未达到稳定时，取前一级荷载值；(4)(Q-s)曲线呈缓变形时，取桩顶总沉降量s40mm所对应的荷载值，当桩长大于40m时，宜考虑桩身的弹性压缩；,.,40,2、单桩竖向极限承载力标准值Quk（1）、建筑地基基础设计规范参加统计的试桩，当满足其极差不超过平均值的30%时，可取其平均值为单桩竖向极限承载力标准值Quk。极差超过平均值的30%时，宜增加试桩数量并分析离差过大的原因，结合工程具体情况确定极限承载力。对桩数为3根及3根以下的柱下承台，取最小值作为单桩竖向承载力标准值。（2）、建筑桩基技术规范法a、计算n根试桩实测极限承载力平均值QumQum=1/nQuib、计算每根试桩的极限承载力实测值Qui与平均值Qum之比aiai=Qui/QumC、计算ai的不标准差SnSn=(ai-1)2/（n-1）1/2Sn0.15时，取Quk=QumSn0.15时，取Quk=Qum单桩竖向极限承载力标准值折减系数，查表,.,41,3、单桩竖向承载力标准值RkRk=Quk/KK安全系数，取2.0（二）、按静力学公式计算（1）、建筑地基基础设计规法摩擦桩Rk=qpAp+upqsilsi端承桩Rk=qpAp式中Rk单桩的竖向承载力标准值qp桩端土的承载力标准值，可查表也可按地区经验值确定Ap桩身的横截面面积up桩身的周边长度qsi桩周土的摩擦力标准值，可查表lsi按土层划分的各段桩长2、建筑桩基技术规范法（1）、据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系Quk=Qsk+Qpk=uqsik+qpkApQsk单桩总极限侧阻力标准值，KNQpk单桩总极限端阻力标准值KNu桩身的周边长度，mqsik桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，查表Qpk极限端阻力标准值，查表,.,42,（2）据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定大直径（d800mm）单桩竖向极限承载力标准值Quk=Qsk+Qpk=usiqsik+pqpkApsi、p大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，查表二、单桩竖向承载力设计值1、建筑地基基础设计规法（1）、单桩竖向承载力设计值RR=1.2RK（2）桩数n3根的桩下承台R=1.1RK2、建筑桩基技术规范凡桩数n3根的桩基（1）、基桩竖向承载力设计值RR=Qsk/rs+Qpk/rpRs、rp桩侧、桩端阻抗力分项系数，查表三、群桩竖向承载力(一)群桩的特点当建筑物上部荷载远大于单桩承载力时，通常由多根桩组成群桩共同承受上部荷载，群桩的受力情况与承载力计算是否与单桩完全相同，由图8-11加以说明。图8-11(a)为单桩受力情况，桩顶轴向荷载N由桩端阻力与桩周摩擦力共同承受。群桩效应：图8-11摩擦桩应力传递,.,43,分析，图8-11（a）为单桩受力情况，桩顶轴向荷载由N由桩端阻力与桩周摩擦力共同承担，图8-11（b）为群桩受力情况，同样每根桩的桩顶轴向荷载N由桩端阻力与桩周摩擦力共同承担，但因桩距小，桩间摩擦力不能充分发挥作用，同时在桩端产生应力叠加，因此群桩的承载力小于单桩承载力与桩数的乘积,即：RnnRRn与nR之比值称为群桩效应系数，=Rn/n试验表明，群桩效应系数与桩距、桩数、桩径、桩入土长度、排列承台宽度及土性质因素有关，其中，以桩距为主要因素。,.,44,8-11,.,45,（二）、群桩承载力计算1、不考虑群桩效应Rn=nR适用于：a端承桩b桩数n8的摩擦桩c条形基础下摩擦桩不超过2排2、考虑群桩效应（按假想实体深基础计算）（1）验算群桩地基强度中心荷载：p=（N+G）/Af偏心荷载：pmax=（N+G）/A+Mx/Wx+My/Wy1.2f（2）验算群桩中各桩受力中心受压Q=（N+G）/nR偏心受压Qmax=（N+G）/n+Mxymax/yi2+Myxmax/xi21.2RQ桩基中单桩所承受的外力设计值，knN作用于桩基上的竖向力设计值，knG桩基承台自重设计值和承台上土自重标准值R单桩竖向承载力设计值Mx、My作用于群桩上外力，对通过群桩重心的小，y轴的力矩设计值Xi、yi桩i至通过群桩重心的y、x轴线的距离Xmax、yma自桩基主轴到最远桩的距离。见下图,.,46,.,47,8.4桩基设计,一般桩基设计按下列步骤进行：调查研究、收集相关的设计资料；根据工程地质勘探资料、荷载、上部结构的条件要求等确定桩基持力层；选定桩材、桩型、尺寸、确定基本构造；计算并确定单桩承载力；根据上部结构及荷载情况，初拟桩的平面布置和数量；根据桩的平面布置拟定承台尺寸和底面高程；桩基础验算；桩身、承台结构设计；绘制桩基(桩和承台)的结构施工图。一、确定桩的规格与单桩竖向承载力1、确定桩的规格a、桩的长度桩端全截面进入持力层的深度，对于黏性土、粉土不宜小于2d；对于砂土，不宜小于1.5d；对于碎石类土，不宜小于ld。当存在软弱下卧层时，桩基以下硬持力层厚度不宜小于4d。b、桩的横截面面积钢筋混凝土预制桩，中小工程常用250250mm或300300mm，大工程常用350350mm或400400mm2、确定单桩竖向承载力根据8.3节计算,.,48,二、计算桩的数量进行平面布置1、桩的数量计算中心受压：n=（N+G）/Q偏心受压：n=（N+G）/Q桩基偏心受压系数，通常取1.11.22、桩的平面布置a、桩的中心距一般取（34）d（桩径），最小中心距可查表b、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。如等间距布置、不等间距布置，以及正方形、矩形网格，三角形、梅花形等布置形式。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。对于桩基，通常布置梅花形或行列式；对于条形基础，通常布置成一字形，小型工程一排桩，大中型工程两排桩；对于烟囱、水塔基础，通常布置成圆环形。桩离桩承台边缘的净距应不小于d/2。,.,49,三、桩基础验算1、单桩受力验算中心荷载作用：Q=（N+G)/nR偏心荷载作用：Qmax=（N+G)/n+Mxymax/yi2+Myxmax/xi21.2R2、群桩地基承载力验算中心荷载作用：（N+G）/Af偏心荷载作用：（N+G）/A+Mx/Wx+My/Wy1.2f,桩的布置图（a）柱下桩基；（b）墙下桩基,.,50,四、桩承台设计1、作用：将各桩联成一整体，把上部结构的荷载转换、调整、分配于各桩。2、分类：柱下独立承台、墙下条形承台、筏板承台和箱形承台。3、承台设计内容选择承台的材料及强度等级；几何形状及其尺寸；进行承台结构承载力计算；满足构造要求。,.,51,4.构造要求1)桩承台的宽度不应小于500mm。边桩中心至承台边缘的距离不宜小于桩的直径或边长，且桩的外缘至承台边缘的距离不小于150mm。对于条形承台粱，桩的外边缘至承台梁边缘的距离不小于75mm。2)承台的最小厚度不应小于300mm。承台的配筋，对于矩形承台，其钢筋应按双向均匀通长布置，见下图b.3)钢筋直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm；对于三桩承台，钢筋应按三向板带均匀布置且最里面的三根钢筋围成的三角形应在柱截面范围内，见下图b，承台梁的主筋除满足计算要求外，尚应符合最小配筋率的要求，主筋直径不宜小于12mm，架立筋不宜小于10mm，箍筋直径不宜小于6mm见下图c。,.,52,承台混凝土强度等级不应低于C20，纵向钢筋的混凝土保护层厚度不应小于70mm，当有混凝土垫层时，不应40mm。,承台配筋示意,(a)矩形承台配筋；(b)三桩承台配筋；(c)承台梁,.,53,五、柱下桩基独立承台设计,1、受弯计算a）柱下多桩矩形承台的配筋不足情况下将产生弯曲破坏，其破坏特征呈梁式破坏。所谓梁式破坏，指挠曲裂缝在平行于柱边两个方向交替出现，承台在两个方向交替呈梁式承担荷载，最大弯矩产生在平行于柱边两个方向的屈服线处.,.,54,五、柱下桩基独立承台设计,（一）承台受弯计算,当承台配筋不足时承台将产生弯曲破坏。,1、柱下多桩矩形承台,.,55,弯矩计算截面取柱边和承台高度变化处（杯口外侧或台阶边缘），按下式计算弯矩：,算出弯矩后，按下式计算配筋后取各向最大值双向配筋，并应符合构造要求。,.,56,有：等边和等腰两种形式。,(1)等边三桩承台,式中M由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯矩设计值；Nmax扣除承台和其上填土自重后的三桩中相应于荷载效应基本组合时的最大单桩竖向力设计值；s桩距；c方柱边长，圆柱时c0.866d（d为圆柱直径）。,算出弯矩后，按下式配筋,2、柱下三桩三角形承台,注：建筑地基基础设计规范和建筑桩基技术规范不同,.,57,(2)等腰三桩承台,式中：M1,M2分别为由承台形心到承台两腰和底边的距离范围内板带的弯矩设计值；s长向桩距；短向桩距与长向桩距之比，当小于0.5时，应按变截面的二桩承台设计；c1、c2分别为垂直于、平行于承台底边的柱截面边长。,.,58,（二）承台受冲切计算,当承台有效高度不足时，承台将产生冲切破坏。承台冲切破坏的方式：柱对承台的冲切；角桩对承台的冲切。冲切破坏锥体斜面与承台底面的夹角45o柱边冲切破坏锥体的顶面在柱与承台交界处或承台变阶处，底面在桩顶平面处；角桩冲切破坏的顶面在内缘处，底面在承台上方；计算以矩形或方形桩、柱为例，圆形桩、柱换算成方形。计算中假定承台与地基土脱空，对非脱空承台偏于安全。,(a)柱对承台冲切计算简图,(b)矩形承台角桩冲切计算简图,.,59,（1）柱对承台的冲切验算,.,60,.,61,（2）角桩对承台的冲切验算,多桩矩形承台角桩的冲切,.,62,（2）角桩对承台的冲切验算,三桩三角形承台角桩的冲切,.,63,（三）承台受剪切计算,桩基承台的抗剪计算，在小剪跨比的条件下具有深梁的特征。柱下桩基独立承台应分别对柱边和桩边、变截面和桩边联线形成的斜截面进行受剪计算（如图)。当柱边外有多排桩形成多个剪切斜截面时，尚应对每个斜截面进行验算。,.,64,b0如何定？,.,65,1)对于阶梯形承台应分别在变阶处(A1-A1,B1-B1）及柱边处（A2-A2，B2-B2）进行斜截面受剪计算。计算变阶处截面A1-A1、B1-B1的斜截面受剪承载力时，其截面有效高度均为h0l，截面计算宽度分别为by1和bx1。计算柱边截面A2-A2和B2-B2处的斜截面受剪承载力时，其截面有效高度均为h01h02，截面计算宽度按下式计算：,b0的确定,.,66,2)对于锥形承台应对A-A及B-B两个截面进行受剪承载力计算截面有效高度均为h0，截面的计算宽度按下式计算：,b0的确定,.,67,当承台的混凝土强度等级低于柱或桩的混凝土强度等级时，尚应验算柱下或桩上承台的局部受压承载力。当进行承台的抗震验算时，应根据现行建筑抗震设计规范的规定对承台的受弯、受剪切承载力进行抗震调整。,（四）局部受压计算,.,68,六桩基础设计步骤,桩基设计应符合安全、合理和经济的要求。对桩和承台来说，应有足够的强度、刚度和耐久性；对地基来说，要有足够的承载力和不产生过量的变形。大多数桩