桩基础类型介绍和施工工艺.ppt

基础工程,第四章桩基础,4.1概述4.2桩基础的类型及构造4.3桩基础的施工4.4轴向荷载下的单桩4.5横向荷载下的单桩4.6群桩基础内力及位移分析4.7单桩承载力的确定4.8群桩作用和桩基的竖向承载力4.9桩基沉降计算4.10建筑桩基承台计算4.11桩基础设计,主要内容,4.1概述,4.1.1定义,桩基础：通过承台把若干根桩的顶部联结成整体，共同承受动静荷载的深基础。,基桩：设置于土中的竖直或倾斜的基础构件，其作用在于穿越软弱的高压缩性土层或水，将桩所承受的荷载传递到更硬、更密或压缩性更小的地基持力层上。,软弱土层,承台,基桩,4.1概述,4.1.2特点,将荷载传递到下部好土层,承载力高沉降量小抗震性能好承受抗拔及横向力与其他深基础比较,施工造价低,4.1概述,4.1.3发展历史,7000-8000年前湖上居民,浙江河姆渡十九世纪以前，木桩西安灞桥,北京御河桥,隋唐建塔十九世纪开始，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,4.1概述,干栏式建筑,4.1概述,排桩,带撑木桩,4.1概述,4.1概述,新加坡发展银行,4.1概述,4.1.4适用范围,软弱地基或特殊土地基高重建筑物，满足承载力承受水平和抗拔力建筑抗震地基对沉降非常敏感的建筑水上基础,4.1概述,4.1.5桩基础设计内容和步骤,收集资料选桩型、确定桩的基本尺寸确定单桩承载力确定群桩承载力相关检算绘制施工图纸,4.1概述,4.1.6特殊用途桩,抗滑桩树根桩靠船桩,4.1概述4.2桩基础的类型及构造4.3桩基础的施工4.4轴向荷载下的单桩4.5横向荷载下的单桩4.6群桩基础内力及位移分析4.7单桩承载力的确定4.8群桩作用和桩基的竖向承载力4.9桩基沉降计算4.10建筑桩基承台计算4.11桩基础设计,主要内容,4.2桩基础类型及构造,4.2.1桩基础的分类标准,按桩身材料分按承台位置高低分按功能分按桩轴方向分按成桩方法分按成桩方法对土层影响分,4.2桩基础类型及构造,1按桩身材料分,钢筋混凝土桩,混凝土桩,预应力钢筋混凝土桩,钢桩,木桩,2按承台位置高低分,4.2桩基础类型及构造,4.2桩基础类型及构造,低承台桩基,4.2桩基础类型及构造,高承台桩基,4.2桩基础类型及构造,3按功能分,抗轴向压力的桩,抗侧向压力的桩,抗拔桩,摩擦桩,端承桩,端承摩擦桩,港口、码头工程中的板桩，基坑支护桩,抵抗作用于桩上的拉拨荷载,4.2桩基础类型及构造,4按桩轴方向分,倾斜桩,竖直桩,水平外力或弯矩不大，桩不长或桩身直径较大时,水平外力较大且方向不变时，可采用单向斜桩,水平外力较大且作用在两个方向时，采用多向斜桩,注意：先采用竖直桩，检算通不过时再改用倾斜桩,4.2桩基础类型及构造,5按成桩的方法分,预制桩,灌注桩,锤击,打入桩,静压,震动,螺旋,压入桩,震入桩,螺旋桩,机械成孔,人力挖掘,钻孔桩,冲孔桩,挖孔桩,4.2桩基础类型及构造,6按成桩方法对土层影响分,部分挤土桩,挤土桩,非挤土桩,预制桩,沉管灌注桩,粘性土,无粘性土,开口钢管桩,H型钢桩,开口预应力钢筋混凝土桩,预钻孔的钢筋混凝土桩,钻（挖、冲）孔灌注桩,4.2桩基础类型及构造,挤土效应,在饱和软土中进行密集桩群施工将导致,土中超孔隙水压的剧增（可达上覆土压力的1.4倍，甚至更高）地表隆起浅层土体水平位移（影响范围1倍桩长以上）深层土体位移先打设的桩被抬起、挤偏、甚至弯曲、断裂,原有建筑物下沉、局部抬起,临近地面开裂、地下管线位移、破坏,4.2桩基础类型及构造,4.2.2桩型及其特点,1预制桩类型、特点及适用条件,分类;木、钢筋砼、预应力钢筋砼、钢桩,优点,桩单位面积承载力较高，预制桩属挤土桩，打入土层使松软土挤密，提高承载力桩身质量易于保证和控制易于在水上施工桩身砼密度大，抗腐蚀性能强施工效率高,4.2桩基础类型及构造,缺点,单价较灌注桩高，配筋按起吊、打入应力设计，用钢量大，较长则接头用钢量增大一般锤击、震动法下沉，施工噪音大，污染环境，若采用静压受设备等限制挤土桩受起吊设备限制，单桩长不超过10m，接头处为薄弱环节不易穿透较厚坚硬土层桩超长时，截桩困难,4.2桩基础类型及构造,适用条件,不需要考虑噪音污染、震动环境的影响（新开发区、郊外等场地）持力层上覆盖为松软土层，无坚硬夹层持力层顶面起伏变化不大，桩长易于控制水下桩基工程大面积打桩工程，工效高,4.2桩基础类型及构造,钢筋混凝土桩,普通钢筋混凝土桩,空心,实心,桩长,现场制作2530m,工厂预制12m,接桩方法,钢板角钢焊接,法兰盘螺栓和硫磺胶泥锚固等,断面尺寸,200mm200mm600mm600mm,4.2桩基础类型及构造,钢筋混凝土桩,焊接法,硫磺胶泥锚接,4.2桩基础类型及构造,钢筋混凝土管桩,钢筋混凝土管桩,普通钢筋混凝土管桩,预应力钢筋混凝土管桩,离心旋转法制造,特大直径钢筋管桩,普通钢筋混凝土管桩,预应力钢筋混凝土管桩,入土,深度,25m,25m,能承受较大的震动力，抗裂性能好,应用：武汉长江大桥首先采用,4.2桩基础类型及构造,预应力钢筋混凝土桩,预先将钢筋混凝土桩的部分或全部主筋作为预应力张拉，对桩身混凝土施加预压应力，以提高桩的抗冲击能力和抗弯能力。,强度重量比高含钢率低耐冲击、耐久性和抗腐蚀性能高穿透能力强制作工艺较复杂（缺点）,4.2桩基础类型及构造,适用情况,超长桩（L50m)需要穿越夹砂层（高层建筑的理想桩型）,制作方法,普通立模浇制预应力空心方桩常见规格：500mm500mm,600mm600mm离心法制作圆环形(方形)的高强预应力管桩(PHC桩）常见规格：外径500mm、550mm、800mm、1000mm壁厚90130mm,桩段长415m,C60C80,4.2桩基础类型及构造,2灌注桩类型、特点及适用条件,优点,可适用于各种地层桩长可随持力层顶面起伏而改变，不需截桩，无接头仅受轴压时，不用配钢筋，需配钢筋笼时，按工作荷载要求布置采用大直径钻孔或挖孔灌注桩时，单桩承载力高一般说来，比预制桩经济,4.2桩基础类型及构造,缺点,桩身直径变化较大，孔底沉积物不易清除干净单桩承载力变化较大大直径灌注桩做单桩承载力费用过高一般情况下，不宜用于水下桩基,桩身质量不易控制和保证,缩颈,沉渣,夹泥,断桩,4.2桩基础类型及构造,沉管灌注桩,带桩靴沉管灌注桩端部封闭，封底材料留于土中，不经济无桩靴沉管灌注桩端部封闭以硬性混凝土厚1m，到底后上提20cm，将砼夯入土中薄壳沉管灌注桩内存芯棒，打入后，抽出芯棒，直径不能过大,4.2桩基础类型及构造,钻孔灌注桩,螺旋钻孔灌注桩不用护壁适用无地下水地层桩长受到限制不能穿越卵石、砾层泥浆护壁钻孔灌注桩防止孔壁坍塌，并借泥浆循环将孔内碎渣带出,4.2桩基础类型及构造,成孔灌注桩工程泥浆护壁工艺,材料及主要机具：1.1水泥：宜采用325号425号普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥。1.2砂：中砂或粗砂，含泥量不大于5%。1.3石子：粒径为0.53.2cm的卵石或碎石，含泥量不大于2%。1.4水：应用自来水或不含有害物质的洁净水。1.5粘土：可就地选择塑性指数IP17的粘土。1.6外加早强剂应通过试验确定。1.7钢筋：钢筋的级别、直径必须符合设计要求，有出厂证明书及复试报告。1.8主要机具有：回旋钻孔机、翻斗车或手推车、混凝土导管、套管、水泵、水箱、泥浆池、混凝土搅拌机、平尖头铁锹、胶皮管等。,4.2桩基础类型及构造,成孔灌注桩工程泥浆护壁工艺,2作业条件：2.1地上、地下障碍物都处理完毕，达到“三通一平”。施工用的临时设施准备就绪。2.2场地标高一般应为承台梁的上皮标高，并经过夯实或碾压。2.3制作好钢筋笼。2.4根据图纸放出轴线及桩位点，按上水平标高木橛，并经过预检签字。2.5要选择和确定钻孔机的进出路线和钻孔顺序，制定施工方案，做好技术交底。2.6正式施工前应做成孔试验，数量不少于两根。,4.2桩基础类型及构造,成孔灌注桩工程泥浆护壁工艺,3.1工艺流程：钻孔机就位钻孔注泥浆下套管继续钻孔排渣清孔吊放钢筋笼射水清底插入混凝土导管浇筑混凝土拔出导管插桩顶钢筋3.2钻孔机就位：钻孔机就位时，必须保持平稳，不发生倾斜、位移，为准确控制钻孔深度，应在机架上或机管上作出控制的标尺，以便在施工中进行观测、记录。3.3钻孔及注泥浆：调直机架挺杆，对好桩位（用对位圈），开动机器钻进，出土，达到一定深度（视土质和地下水情况）停钻，孔内注入事先调制好的泥浆，然后继续进钻。3.4厂套管（护筒）：钻孔深度到5m左右时，提钻下套管。3.4.1套管内径应大于钻头100mm。3.4.2套管位置应埋设正确和稳定，套管与孔壁之间应用粘土填实，套管中心与桩孔中心线偏差不大于50mm。3.4.3套管埋设深度：在粘性土中不宜小于lm,4.2桩基础类型及构造,常用桩径桥梁：0.8m、1.0m、1.25m、1.5m建筑：0.6m、0.8m大直径桩;2.0m以上特点单桩承载力和横向刚度较预制桩大大提高施工过程无挤土、无振动、无噪音,主筋：宜采用光钢筋，尽量不用束筋，宜分段配筋,4.2桩基础类型及构造,人工挖孔灌注桩,特点直径或边长0.8m造价低廉无水施工，质量容易保证直接鉴别、检查土质情况，弥补和纠正勘察工作的不足直接测定、控制桩身与桩底的直径和形状，克服了隐蔽性桩深有限，且需做好安全工作,4.2桩基础类型及构造,结构形式嵌岩端承桩或摩擦端承桩直身桩或扩底桩实心桩或空心桩,护壁形式木板钢环梁套筒式金属壳红砖混凝土,4.2桩基础类型及构造,3钢桩类型、特点及适用条件,基本类型,钢管桩,H型钢桩,钢轨桩,螺旋钢桩,4.2桩基础类型及构造,钢管桩,常见规格桩径：406mm，609mm，914mm，1200mm壁厚：按使用阶段应力设计，一般10mm,优点强度高，抗疲劳冲击性能好贯入性能好，沉桩速度快，挤土影响小单桩承载力高便于割接，质量可靠，运输方便抗弯刚度大,4.2桩基础类型及构造,缺点抗腐蚀性能差，必须做表面防腐处理（2mm)价格昂贵适用情况必须穿越砂层其他桩型无法施工或质量难以保证必须控制挤土影响工期紧迫重要工程,4.2桩基础类型及构造,H型钢桩,优点挤土效应更小穿透性能更强割焊与沉桩更快捷缺点侧向刚度较弱，打桩时桩身易于向刚度较弱的方向倾斜，甚至产生施工弯曲,一次轧制成型，与钢管桩相比,4.2桩基础类型及构造,4.2.3承台类型与构造,承台类型,独立形,条形,环形,井格形,板形,箱形,沉井形,板式承台构造要求,4.2桩基础类型及构造,最小尺寸：上部结构底部尺寸襟边尺寸最大尺寸：混凝土承台满足刚性角要求钢筋砼承台由力学检算确定形状：与墩台形状相符厚度：一般用1.5m3.0m砼标号：C15C25,底部设置一层钢筋网。当采用主筋伸入式时，该钢筋网不能截断。,4.2桩基础类型及构造,桩与承台的连接方式,主筋伸入式现浇,桩顶伸入式预制,4.1概述4.2桩基础的类型及构造4.3桩基础的施工4.4轴向荷载下的单桩4.5横向荷载下的单桩4.6群桩基础内力及位移分析4.7单桩承载力的确定4.8群桩作用和桩基的竖向承载力4.9桩基沉降计算4.10建筑桩基承台计算4.11桩基础设计,主要内容,4.3桩基础的施工,4.3.1预制桩的施工,1预应力钢筋混凝土管桩,工厂预制的预应力钢筋混凝土管桩示意图,2预制桩的桩靴pileshoe,4.3桩基础的施工,4.3桩基础的施工,钢筋混凝土预制桩的制作、起吊、运输和堆放。长桩一般在现场预制，短桩可在预制厂生产，现场预制多用叠浇法施工，一般不宜超过4层。（如图）钢筋主筋连接宜用对焊，并满足施工规范要求。混凝土强度达到设计强度的70%方可起吊；达到100%方可运输与打桩。吊点应符合设计要求。,3打桩锤,打桩锤,单动汽锤,坠锤,双动汽锤,柴油锤,震动锤,4.3桩基础的施工,4.3桩基础的施工,4.3桩基础的施工,(a)震动锤结构,(b)偏心锤位置及离心力,4打桩架,钢制万能桩架,柴油锤桩架,4.3桩基础的施工,5静力压桩,4.3桩基础的施工,6沉桩辅助设备,桩帽:既要能起缓冲而保护桩顶的作用，又要能保证沉桩效率,桩垫:桩帽上方填充硬质缓冲材料桩帽下方填充软质缓冲材料,4.3桩基础的施工,送桩:当桩顶设计标高在导杆以下一般采用钢板焊成的钢送桩,4.3桩基础的施工,射水设备:效果取决于水压和水量水压要大到能冲散土层，同时又要有足够的水量使冲散的土颗粒沿桩侧上升，冲出地面,7预制桩起吊点的选择,单点起吊,两点起吊,多点起吊,4.3桩基础的施工,8打入桩的施工顺序,4.3桩基础的施工,由一侧向单一方向进行、自中间向两个方向对称打、自中间向四周打。,质量控制：桩本身情况；垂直偏差；平面位置偏差；惯入度与沉桩标高。,4.3.2灌注桩的施工,1灌注桩的构造介绍,灌注桩典型断面示意图,4.3桩基础的施工,4.3桩基础的施工,2灌注桩钻孔方法介绍,冲击式钻孔,2545KN的十字型冲击式钻头,管锥冲击式钻头,冲抓式钻孔,1524KN的四瓣式冲抓钻头,旋转式钻孔,刺猬钻头,笼式钻头,鱼尾钻头,牙轮钻头,4.3桩基础的施工,螺旋钻,4.3桩基础的施工,冲击钻冲抓钻,3灌注桩施工工艺流程,4.3桩基础的施工,4泥浆护壁介绍,正循环旋转法钻孔,4.3桩基础的施工,泵举反循环排渣,4.3桩基础的施工,正循环回转钻机成孔工艺,反循环回转钻机成孔工艺,4.3桩基础的施工,正循环是冲洗液通过钻杆内壁到达钻头破碎地层，冲洗液从钻杆和孔壁的环状间隙携带出来。反循环是冲洗液从钻杆和孔壁的环状间隙通过，到达钻头，从钻杆内壁携带出孔内。,5扩孔桩施工,4.3桩基础的施工,6爆扩桩,4.3桩基础的施工,6爆扩桩,4.3桩基础的施工,适用于粘性土层中。桩长(H)一般为36m，最大不超过10m，扩大头直径D为2.53.5d。施工方法：1.成孔2.爆扩大头（1）炸药用量（2）安药包（3）灌压爆混凝土（4）引爆3.灌注桩身混凝土,7人工挖孔灌注桩的护壁,4.3桩基础的施工,人工挖孔桩,4.3桩基础的施工,4.3.3水中修筑桩基,1水中打桩设备,若水深在34m左右，可搭便桥或脚手架,若水较深，不宜用上述方法时，可改用铁驳船,若在大而深的江河中修筑桩基，需专用打桩船,4.3桩基础的施工,2水中打桩,水中定位,测量平台定位,木笼法定位、导向,围囹法定位、导向,4.3桩基础的施工,装满重料(如石块或碎砖)的圆木框架或横条木框架,供修建船坞、码头、堤坝或类似结构时沉入水底作基础或挡墙之用。,3水中修筑承台底板,承台底面在河床以上,采用吊箱围堰,先打桩，再设吊箱,先设有底吊箱，再打桩,承台底面在河床以下不深处,承台底面在河床以下较深处,采用无底浮运套箱,采用钢板桩围堰法,4.3桩基础的施工,4.3.4灌注桩的质量检测,1常见质量问题,缩颈,断桩,沉渣,夹泥,蜂窝,2常用检测方法,开挖检查法,钻芯取样法,声波透射法,动力检测法,静力试桩法,低应变法,高应变法,小应变：灌注桩100%预制桩50%大应变：灌注桩30%预制桩20%,检测数量,4.3桩基础的施工,4.1概述4.2桩基础的类型及构造4.3桩基础的施工4.4轴向荷载下的单桩4.5横向荷载下的单桩4.6群桩基础内力及位移分析4.7单桩承载力的确定4.8群桩作用和桩基的竖向承载力4.9桩基沉降计算4.10建筑桩基承台计算4.11桩基础设计,主要内容,4.4轴向荷载下的单桩,4.4.1桩基础荷载传递规律,M,N,H,P,P,M,N,H,桩顶反力,台侧土抗力,台底土反力,低承台桩基,4.4轴向荷载下的单桩,M,N,H,P,P,M,N,H,桩顶反力,高承台桩基,摩阻力所需位移很小一般而言，端阻力需要较大位移;不同阶段二者分担比例不同,Qs桩侧摩阻力sidefrictionQp桩端阻力tipresistance,4.4轴向荷载下的单桩,4.4.2桩的承载力分析,1.竖向承载力的组成,设计用,研究用,2.荷载传递的基本方程,设桩身周长为u，从深度z处取一dz微段，由力的平衡条件有：,4.4轴向荷载下的单桩,代入上式有：,4.4轴向荷载下的单桩,设桩身横截面面积为Ap，弹性模量为Ep，dz微段的变形为dz，据虎克定律有：,4.4轴向荷载下的单桩,是,函数，方程的求解主要取决于二者,之间的关系,S0,Sp,N0,S0,Sp,4.4轴向荷载下的单桩,3.摩阻力分布规律,位移,摩阻力,轴力,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)残余应力钻孔灌注桩,常使qs减少：(1)泥皮(2)应力松弛,粘性土的摩阻力有时效性,其他施工因素如塌孔等,4.土的极限摩阻力影响因素,可用类似于土的抗剪强度的库仑公式表达,4.4轴向荷载下的单桩,粘性土受扰动时，土的强度降低。但静置一段时间，土的强度又逐渐增长，称为土的触变性。,Z处土压力,5.桩的端承力常作为基础承载力问题(太沙基解),太沙基,梅耶霍夫型,4.4轴向荷载下的单桩,很小,6.土的极限端阻力影响因素,与施工方法有关,与土性有关,与深度有关，但有临界深度和临界厚度,4.4轴向荷载下的单桩,临界深度;桩端进入持力层深度小于某一深度时，端阻力随深度线性增大，超过这一深度时，其极限端阻力基本保持不变，该深度即为临界深度,临界厚度;桩端持力层存在软弱下卧层，且桩端与软弱下卧层的距离小于某一厚度时，端阻力将受软弱下卧层的影响而降低，该厚度称为端阻的临界厚度。,7.沉降曲线,4.4轴向荷载下的单桩,假设：a传递函数是线弹塑性关系b桩端持力层垂直方向上的地基反力系数为常数,O,S,O,S,P,1,2,3,4.4.3单桩的破坏形式,L112,4.4轴向荷载下的单桩,(a)屈曲破坏(b)整体剪切破坏(c)刺入破坏,(a)屈曲破坏取决于桩身的材料强度(b)整体剪切破坏-取决于侧摩阻力和桩端阻力，后者占较大比例(c)刺入破坏-取决于桩侧摩阻力和桩端阻力，前者占较大比例,4.4轴向荷载下的单桩,正摩阻,负摩阻,4.4轴向荷载下的单桩,4.4.4桩的负摩阻力,1.负摩阻力的定义,桩周土体因某种原因发生下沉，桩侧土相对于桩向下位移，使土对桩产生向下的摩阻力，称为负摩阻力,是否产生负摩阻力主要看桩与桩周土的相对位移,桩周附近地面大面积堆载大面积降低地下水位欠固结土,新填土密集群桩打桩引起的固结再沉降黄土湿陷、冻土融解引起底面下沉,2.负摩阻力产生的原因,4.4轴向荷载下的单桩,P223,3.中性点及其位置的确定,4.4轴向荷载下的单桩,正、负摩阻力变换的位置，称为中性点，参见表6-6,4.负摩阻力的计算,砂土,4.4轴向荷载下的单桩,5、减小负摩阻力的措施,1）填土沉降稳定后成桩；2）预制桩中性点以上桩身表面涂一薄层沥青；3）预压；4）地基处理。5）最好的方法，等地基固结自然完成。,4.4轴向荷载下的单桩,4.4轴向荷载下的单桩,4.4.5桩的轴向刚度系数,单桩在桩顶处的刚度系数，即桩顶发生单位位移所对应的力。,桩顶发生单位轴向位移，作用于桩顶的轴向力,4.4轴向荷载下的单桩,4.4轴向荷载下的单桩,4.1概述4.2桩基础的类型及构造4.3桩基础的施工4.4轴向荷载下的单桩4.5横向荷载下的单桩4.6群桩基础内力及位移分析4.7单桩承载力的确定4.8群桩作用和桩基的竖向承载力4.9桩基沉降计算4.10建筑桩基承台计算4.11桩基础设计,主要内容,桩在水平荷载下承载能力极限状态：（1）桩身在水平荷载下破坏。（2）桩顶水平位移超过建筑物允许变形值。,4.5.1水平荷载下桩的工作性状,4.5横向荷载下的单桩,刚性桩：桩的水平承载力主要由桩的水平位移、桩侧土的强度控制,桩的换算深度,称为刚性桩,称为柔性桩,柔性桩：桩身在某处产生较大弯矩，可能出现断裂破坏。桩的水平承载力主要由桩的水平位移和桩的材料强度控制。,4.5横向荷载下的单桩,桩的水平变形系数,基本假定：桩受水平外力作用后，桩土协调变形，任一深度z处产生的桩侧土水平抗力与该点的水平位移成正比,4.5.2水平受荷弹性桩的计算,一、方法;弹性地基梁法,4.5横向荷载下的单桩,横向土抗力,桩的横向位移,地基系数,4.5横向荷载下的单桩,二、地基系数及其分布规律,常数法：常数法假定地基系数沿深度为均匀分布，不随深度而变化,常数法,常数,“K”法：假定在桩身挠曲曲线第一挠曲零点所示深度处以上地基系数随深度增加呈凹形抛物线变化；该点以下，地基系数不再随深度变化而为常数,t,”k”法,4.5横向荷载下的单桩,“m”法：假定地基系数随深度成正比例地增长目前我国应用较多,”m”法,4.5横向荷载下的单桩,地基系数随深度变化的比例系数,“c”法：假定地基系数Kh随着深度成幂函数规律增加,”c”法,4.5横向荷载下的单桩,地基土的比例系数,（1）桩的截面计算宽度b0,4.5横向荷载下的单桩,三、相关计算参数,形状换算系数；即在受力方向将各种不同截面形状的桩宽度换算成相当的截面宽度,受力换算系数；考虑到实际上桩侧土在承受水平荷载时为空间受力问题，简化为平面受力时所给的修正系数,表6-10,桩间相互影响系数,4.5横向荷载下的单桩,桩间净距,桩在地面或最大冲刷线下的计算深度,与外力作用平面相互平行所验算的一排桩数n有关的系数,M,N,H,4.5横向荷载下的单桩,（2）地基系数的比例系数m宜采用试验值，无试验资料时，参考表6-7和6-8。桩侧为多层土按范围内m值得加权平均值。,（3）钢筋混凝土桩的抗弯刚度建筑桩基EI=0.85EcI桥梁桩基EI=0.8EhI,（4）桩的水平变形系数,单位：1/m,4.5横向荷载下的单桩,四.弹性桩的内力与位移计算,（1）确定桩顶荷载,桩顶与地面齐平,4.5横向荷载下的单桩,（2）桩的挠曲微分方程,4.5横向荷载下的单桩,根据文克尔地基模型假设,代入上式可得到,利用桩顶的边界条件,采用幂级数对上式进行求解,4.5横向荷载下的单桩,（3）方程的解,已知,依次求导，可得,基本原理公式,4.5横向荷载下的单桩,（4）桩顶横向位移和的确定,桩端固定,4.5横向荷载下的单桩,4.5横向荷载下的单桩,桩底支承于土层或岩面上,若忽略桩与土之间的摩擦力，即,当桩底转动角时，桩底竖向抗力引起的弯矩为,4.5横向荷载下的单桩,4.5横向荷载下的单桩,弯矩,剪力,简捷算法,横向抗力：,剪力,弯矩：,转角：,位移：,B,b,M,A,b,H,z,a,a,s,a,a,a,a,j,a,a,s,s,j,j,B,M,A,H,H,:,B,M,A,H,M,B,EI,M,A,EI,H,B,EI,M,A,EI,H,x,0,0,2,0,0,H,0,H,0,z,M,0,M,0,z,0,2,0,z,x,2,0,x,3,0,z,+,=,+,=,+,=,+,=,+,=,4.5横向荷载下的单桩,桩侧土所受的横向压应力的计算,4.5横向荷载下的单桩,桩顶露出地面,地下段,据桩顶与地面齐平的公式，可计算相应参数。,基桩在地面处的位移,4.5横向荷载下的单桩,桩顶的水平位移,桩顶的转角,按悬臂梁计算,4.5横向荷载下的单桩,4.5横向荷载下的单桩,桩身最大弯矩位置和最大弯矩的确定,2根据最大弯矩截面剪力为零的条件得到,1绘制图，从图中求得,4.5横向荷载下的单桩,4.5横向荷载下的单桩,桩的横向刚度系数,4.5横向荷载下的单桩,令,令,同理可变换和于是,4.5横向荷载下的单桩,4.1概述4.2桩基础的类型及构造4.3桩基础的施工4.4轴向荷载下的单桩4.5横向荷载下的单桩4.6群桩基础内力及位移分析4.7单桩承载力的确定4.8群桩作用和桩基的竖向承载力4.9桩基沉降计算4.10建筑桩基承台计算4.11桩基础设计,主要内容,承台为刚体桩与承台是刚性连接,4.6群桩基础内力及位移分析,4.6.1高承台桩基础,4.6群桩基础内力及位移分析,以承台为脱离体，由静力平衡条件可得,总刚度系数,4.6群桩基础内力及位移分析,4.6群桩基础内力及位移分析,4.6.2低承台桩基础,4.6群桩基础内力及位移分析,地基系数分布图,水平抗力分布图,地面或局部冲刷线,桩侧土抗力计算以承台底面为准，此处地基系数为零，以下线性增大；承台侧面土抗力自地面算起，地基系数及抗力分布见图；忽略承台底的竖向抗力及摩阻力；承台转动引起侧面水平位移沿高度成线性变化，其底面处为零。,4.6群桩基础内力及位移分析,基本假设：,4.6群桩基础内力及位移分析,承台的计算宽度,4.6群桩基础内力及位移分析,若是对称布置的竖直桩桩基，则有,单桩刚度系数可令由前述的有关公式求得。,通过上式可求得便可按前述公式计算桩顶荷载。,4.6群桩基础内力及位移分析,4.6.3低承台桩基桩顶荷载的简化计算,条件：水平荷载较小、承台可看成刚性的且埋置深度足够大,4.6群桩基础内力及位移分析,承台埋置深度内土的重度和内摩擦角,与H作用方向垂直的承台侧面宽度,假定：水平荷载由承台侧面土的抗力和承台上下两侧的摩阻力所平衡，忽略承台水平位移和转角的影响，各桩只发生竖向位移，各桩只承受由竖向力和力矩引起的轴向力,4.6群桩基础内力及位移分析,按照组合截面的偏心受压问题求解,桩群组合截面对y轴的惯性矩,4.6群桩基础内力及位移分析,相对很小忽略,若为双向受力,则第i桩桩顶轴向力为,4.6群桩基础内力及位移分析,双向偏心时,4.6.4桥台桩基础,4.6群桩基础内力及位移分析,4.6群桩基础内力及位移分析,由于路基填土作用于桩身上的土压力在桩顶引起的荷载,4.6群桩基础内力及位移分析,地面处的弯矩和剪力分别为,4.6群桩基础内力及位移分析,地面处变形协调关系有,桩顶的弯矩和剪力为,地面处的弯矩和剪力分别为,4.6群桩基础内力及位移分析,4.1概述4.2桩基础的类型及构造4.3桩基础的施工4.4轴向荷载下的单桩4.5横向荷载下的单桩4.6群桩基础内力及位移分析4.7单桩承载力的确定4.8群桩作用和桩基的竖向承载力4.9桩基沉降计算4.10建筑桩基承台计算4.11桩基础设计,主要内容,4.7单桩承载力的确定,一按土阻力确定,二按桩身材料强度,原位试验确定按理论公式确定用经验公式计算,4.7.1确定方法,4.7.2单桩承载力的试验确定,1轴向受压静载试验,4.7单桩承载力的确定,(a)立面图,(b)平面图,千斤顶加载装置示意图,4.7单桩承载力的确定,4.7单桩承载力的确定,桩顶试验中,4.7单桩承载力的确定,攀枝花昔格达岩层中桩基,4.7单桩承载力的确定,4.7单桩承载力的确定,跨沪宁铁路特大桥沪台,4.7单桩承载力的确定,(2)试验方法及要点,加载方式：慢速维持荷载法，即逐级加载；加载原则：每级荷载为预估极限荷载1/151/10；桩顶沉降观测：每级加载后间隔一定时间测量一次沉降；沉降相对稳定标准：沉降不超过0.1mm/h，认为沉降稳定，进行下一级加载；,4.7单桩承载力的确定,终止加载条件:当荷载沉降曲线上有可判断极限承载力的陡降段；某级荷载作用下，桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5陪；某级荷载作用下，桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的2陪，且经24小时尚未稳定；已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量；桩底支撑在坚硬岩土层上，桩的沉降量很小时，最大加载量已达到设计荷载的2陪；卸载与卸载沉降观测：每级卸载值为加载值的2陪。,4.7单桩承载力的确定,(3)承载力的确定如果荷载沉降曲线有明显的陡降段，取陡降段起点相应的荷载值；如果荷载沉降曲线没有明显的陡降段，曲线比较平缓，则根据桩顶沉降量确定：一般桩取s=4060mm对应的荷载；大直径桩可取s=(0.030.06)d对应的荷载；对于细长桩(l/d80)可取s=6080mm对应的荷载。,4.7单桩承载力的确定,(4)试桩试验时间的选择打入桩砂土：不宜少于7天；粉土：不宜少于15天；饱和粘土：不得少于25天；灌注桩：桩身混凝土达到设计强度后进行。,(5)试桩数量的有关规定同一条件下的试桩数量不宜少于总桩数的1%，且不应少于3根；工程总桩数在50根以内时不应少于2根。,4.7单桩承载力的确定,2轴向抗拔静载试验,3横向力静载试验,4轴向受压动力试验,低应变法高应变法,4.7单桩承载力的确定,既可以确定桩的轴向受压承载力，又可以检测桩的桩身质量,打入桩、震动下沉桩及桩端爆扩桩,1摩擦桩的轴向受压容许承载力,4.7单桩承载力的确定,4.7.3经验公式法,单桩容许承载力,桩身截面周长,桩底面积,桩侧各土层厚度，冲刷线以下！,震动沉桩对桩周各土层摩阻力和端阻力的影响系数,桩端爆扩体直径和桩身直径比值有关的系数,桩侧各土层的极限摩阻力和桩端土的极限端阻力,4.7单桩承载力的确定,4.7单桩承载力的确定,4.7单桩承载力的确定,4.7单桩承载力的确定,钻（挖）孔灌注桩,4.7单桩承载力的确定,桩身截面周长，按成孔桩径计算。一般情况下，按钻头类型分别比设计桩径增大下列数值:旋转钻为3050mm，冲击钻为50100mm，冲抓钻为100150mm,钻孔灌注桩桩底支承力折减系数,打桩公式,桩底地基土的容许承载力,4.7单桩承载力的确定,2柱桩的轴向受压容许承载力,支撑于岩层上的打入桩、震动下沉桩及管柱,4.7单桩承载力的确定,R岩石试块单轴抗压极限强度,C折减系数。均质无裂缝的岩层采用C=0.45，有严重裂缝、风化或易软化的岩层采用C=0.3,4.7单桩承载力的确定,3摩擦桩的轴向受拉容许承载力,支撑于岩层上或嵌入岩层内的钻（挖）孔灌注桩及管柱,h自新鲜岩面算起的嵌入深度,C1，C2决定于岩层破损程度和清底情况的系数,4.7.4建筑桩基的单桩轴向承载力,4.7单桩承载力的确定,自学,4.1概述4.2桩基础的类型及构造4.3桩基础的施工4.4轴向荷载下的单桩4.5横向荷载下的单桩4.6群桩基础内力及位移分析4.7单桩承载力的确定4.8群桩作用和桩基的竖向承载力4.9桩基沉降计算4.10建筑桩基承台计算4.11桩基础设计,主要内容,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,M,N,H,群桩的承载力是否等于独立单桩的承载力之和？,桩基的沉降量是否与独立单桩相同？,4.8.1群桩的共同作用,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,土,单桩,群桩,对嵌岩桩，认为桩底平面处地基所受压力只分布在桩底面积范围内，群桩基础各桩的工作性能与独立单桩相同,群桩竖向承载力等于各独立单桩承载力之和，沉降量也与独立单桩一致,端承桩,摩擦桩,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,单桩,群桩,当群桩基础的桩间距大于6倍桩径时，桩底的应力不会发生重叠，群桩中的基桩与独立单桩的工作情况相同，群桩竖向承载力等于各独立单桩承载力之和，沉降量也与独立单桩一致,压力扩散深度,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,当群桩基础的桩间距小于6倍桩径时，桩底的应力部分发生重叠，地基所受压力无论在数值及其影响范围和深度上都会明显增大，群桩基础的沉降量也比独立单桩大,4.8.2桥梁桩基的竖向承载力及沉降计算,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,地基承载力检算,将群桩基础等效成一定埋深的实体基础，检算桩底平面处的地基承载力,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,实体基础底面形心处的竖向力，包括承台底面以上的竖向力，桩重及1234范围内土的重量,低桩承台底面以上外力对该平面处桩群形心的力矩或高桩承台局部冲刷线以上外力对该平面处桩群形心的力矩,实体基础底面的面积和截面模量,桩底平面处地基土的容许承载力,沉降计算,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,按照铁路桥涵地基基础设计规范的规定：当群桩基础的桩间距小于6倍桩径时，应将桩基视作实体基础，按照明挖基础沉降检算的原则和要求，验算桩基的沉降量和相邻基础的沉降差。可采用与建筑桩基相同的计算方法计算桥梁桩基的沉降。,4.8.3建筑桩基的竖向承载力,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,对于3根以上,非端承桩的桩基础,要考虑群桩效应；若承台底面土体与承台底不脱开，则考虑承台承载能力（承台效应）,单桩承载力设计值,摩擦桩（P极限承载力标准值）,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,由静载试验确定基桩极限承载力,侧阻端阻综合抗力分项系数,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,承台承载力计算,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、饱和软土中沉入密集桩群等情况下不考虑承台承载力。,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,嵌岩桩,嵌岩段的侧阻,嵌岩段的端阻,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,基桩荷载检算,1.荷载效应标准组合,偏心竖向荷载,中心荷载,建筑物重要性系数,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,2.地震作用效应组合,偏心竖向荷载,中心荷载,地震震害调查表明，不论桩周土类别如何，基桩竖向承载力均可提高25%,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,抗拔承载力检算,单桩或群桩基础呈非整体破坏,基桩抗拔极限承载力标准值,群桩基础受拔而呈整体破坏,抗拔承载力验算,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,基桩或桩土自重设计值，地下水位以下采用浮重度,群桩基础所包围体积的桩土总自重设计值除以总桩数，地下水位以下采用浮重度,4.8.2软弱下卧层检算,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,1时整体冲剪破坏,作用于软弱下卧层顶面的附加应力,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,软弱下卧层经深度修正的地基极限承载力标准值,地基承载力分项系数，取1.65,桩群外缘矩形面积的长、短边长,桩端持力层压力扩散角,地面至软弱下卧层顶面的深度,4.8群桩作用和桩基的竖向承载力,2时，且持力层厚度,4.1概述4.2桩基础的类型及构造4.3桩基础的施工4.4轴向荷载下的单桩4.5横向荷载下的单桩4.6群桩基础内力及位移分析4.7单桩承载力的确定4.8群桩作用和桩基的竖向承载力4.9桩基沉降计算4.10建筑桩基承台计算4.11桩基础设计,主要内容,4.9建筑桩基沉降计算,4.9.1单桩的沉降计算,附加应力计算,4.9建筑桩基沉降计算,明德林附加应力计算公式,4.9建筑桩基沉降计算,端阻力引起的附加应力,均匀分布侧阻力引起的附加应力,三角形分布侧阻力引起的附加应力,桩端阻力比,均匀分布侧阻力比,考虑桩径比的应力影响系数,沉降计算,4.9建筑桩基沉降计算,采用单向压缩分层总和法计算土层的沉降，并计入桩身压缩量（单桩、不考虑群桩效应）,桩身压缩系数,4.9建筑桩基沉降计算,桩基沉降计算经验系数,端承桩,摩擦桩,需要进行沉降计算：一级或二级且桩端持力层为软弱土的建筑桩基桩端以下存在软弱下卧层的一级建筑桩基对沉降有严格要求的建筑物桩基,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，验算桩端以下土的沉降,4.9建筑桩基沉降计算,4.9.2桩基的沉降计算(群桩),4.9建筑桩基沉降计算,对于桩中心距不大于6倍桩径的桩基，其最终沉降量计算采用等效作用分层总和法。等效作用面位于桩端平面，等效作用面积为桩承台投影面积，等效作用附加应力近似取承台底平均附加应力。等效作用面以下的应力分布采用各向同性均质直线变形体理论,4.9建筑桩基沉降计算,采用布辛奈斯克解，按实体深基础分层总和法计算出的桩基沉降量,桩基沉降计算经验系数,桩基等效沉降系数,4.1概述4.2桩基础的类型及构造4.3桩基础的施工4.4轴向荷载下的单桩4.5横向荷载下的单桩4.6群桩基础内力及位移分析4.7单桩承载力的确定4.8群桩作用和桩基的竖向承载力4.9桩基沉降计算4.10建筑桩基承台计算4.11桩基础设计,主要内容,4.10.1承台的正截面抗弯计算,（1）矩形承台,4.10建筑桩基承台计算,其破坏特征呈梁式破坏：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。,4.10建筑桩基承台计算,垂直于x、y轴方向计算截面弯矩设计值；垂直y轴和x轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离；扣除承台和承台上土重设计值后i桩竖向净反力设计值；,（2）柱下三桩三角形承台受弯计算,等边三桩承台,由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯距设计值；扣除承合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;桩距;方柱边长，圆柱时c=0.866d(d为圆柱直径)。,4.10建筑桩基承台计算,60,4.10建筑桩基承台计算,等腰三桩承台,由承台形心至承台两腰和底边距离范围内板带的弯距设计值；扣除承合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;长向桩距;短向桩距与长向桩距之比；分别垂直于、平行于承台底边的柱截面边长。,4.10建筑桩基承台计算,柱下三桩三角形承台也可按下式计算,柱下或墙下条形承台梁,柱下条形承台梁的正截面弯矩设计值一般可按弹性地基梁进行分析，地基的计算模型应根据地基土层的特性选取。当桩端持力层较硬且桩轴线不重合时，可视桩为不动支座，按连续梁计算。墙下条形承台梁可按倒置的弹性地基梁计算弯矩和剪力。,4.10建筑桩基承台计算,4.10建筑桩基承台计算,4.10.2承台抗冲切与抗剪切,板在集中或局部均布荷载作用下，出现沿应力扩散角的破裂面，混凝土被拉坏，即冲切破坏（跨高比较大或者配筋率较高）；梁在集中或均布荷载作用下，沿斜截面发生的受剪破坏，即为剪切破坏。广东省建筑地基基础设计规范：。冲切和剪切，其破坏机理类似，承载力均受混凝土的抗拉强度所控制。不同的是剪切破坏面可视为平面，而冲切破坏面则可视为空间曲面。对于双向受力的柱下独立基础应验算控制面的受冲切承载力，必要时应验算抗剪承载力；对于单向受力的墙下条形基础只需要验算控制截面的受剪承载力。,4.10.2承台抗冲切计算,4.10建筑桩基承台计算,破坏特征：若承台高度不足，或承台变阶处的高度不足，将会产生冲切破坏。其破坏方式分为沿柱边的冲切和角桩对承台的冲切（为柱冲切破坏锥体以外角桩对承台冲切作用）。,Um冲切破坏体一半有效高度处周长,4.10建筑桩基承台计算,（1）柱对承台冲切的承载力,柱边冲切破坏锥体斜面与承台底面的夹角大于或等于450，该斜面的上周边位于柱与承台交接处或变阶处，下周位于相应的桩顶内边缘处。,F,F,4.10建筑桩基承台计算,扣除承台及其上填土自重，作用于冲切破坏锥体上相应于荷载效应基本组合的冲切力设计值，,冲切破坏锥体范围内各基桩的净反力（不计承台和承台上土的自重）设计值之和；,柱根部轴力设计值；,4.10建筑桩基承台计算,承台混凝土抗拉强度设计值；,F,受冲切承载力截面高度影响系数,承台冲切破坏锥体的有效高度；,4.10建筑桩基承台计算,冲切系数；,冲跨比（0.251.0）；,柱边或承台变阶处到桩边水平距离；,4.10建筑桩基承台计算,（2）角桩对承台的冲切,扣除承台及其上填土自重，在荷载效应基本组合作用下角桩反力设计值，,4.10建筑桩基承台计算,角桩冲跨比（0.251.0）；,角桩冲切系数；,角桩内边缘引450线与冲切顶面相交点至角桩内边缘的距离；当柱底面或变阶处边线位于该450线以内时，则取柱边或变阶处与桩内边缘的水平距离,角桩内边缘至承台外边缘水平距离。,4.10建筑桩基承台计算,（3）三桩三角形承台角桩的冲切承载力,底部角桩,顶部角桩,4.10建筑桩基承台计算,角桩冲跨比(0,251.0),角桩内边缘引450线与冲切顶面相交点至角桩内边缘的水平距离；当柱底面处边线位于该450线以内时，则取柱边与桩内边缘的水平距离。,角桩冲切系数；,角桩内边缘至承台外边缘水平距离。,4.10建筑桩基承台计算,4.10.3承台抗剪切计算,破坏特征：柱与桩边连线所形成的斜截面（如右图）。当柱（变阶处）外有多排桩形成多个剪切斜截面时，对每一个斜截面都要进行受剪承载力计算。,4.10建筑桩基承台计算,扣除承台及其上填土自重后相应于荷载效应基本组合时斜截面的最大剪力设计值；,受剪切承载力截面高度影响系数；,剪切系数；,为柱边或承台变阶处至x、y方向计算一排桩的桩边的水平距离，,承台计算截面处的计算宽度。,计算截面的剪跨比（0.253）；,4.10建筑桩基承台计算,阶梯形承台变阶处、锥形承台的计算宽度b0、有效高度h0的确定：,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。,4.10建筑桩基承台计算,A1-A1截面：,B1-B1截面：,变阶处（A1-A1，B1-B1）斜截面受剪计算:,4.10建筑桩基承台计算,计算柱边截面（A2-A2，B2-B2）进行斜截面受剪计算：,A2-A2截面：,B2-B2截面：,4.10建筑桩基承台计算,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。此时,截面有效高度均为：h0,A-A