桩基础与深基础图文学习课件

1、2021-5-41 8.1.1桩基础与深基础适用范围 天然地基土质软弱 天然地基土质软弱，天然浅基不满足承载力或变形要求，或采用人工加固 处理地基不经济，或时间不允许，可采用桩基础 高层建筑 尤其对于超高层建筑，要满足地基稳定性要求，在地震区，基础埋深d不 应小于建筑高度的1/15，只能用桩基础或深基础 重型设备 重型设备或超重型设备置于一般的天然地基浅基础上，地基将发生强度破 坏 2021-5-42 深基础特点（埋深大于5m） 施工方法较复杂 地基承载力高 需要专门的设备 技术复杂 造价往主较高 工期较长 2021-5-43 桩基础的定义 桩设置于土中的竖直或倾斜的柱型基础构件，其横截面尺寸

2、比长度小得多。 承台把各桩连成一整体，把上部结构传来的荷载转换、调整分配于各桩，由穿过 软弱土层或水的桩传递到深部较坚硬、压缩性小的土层或岩层。 桩基桩与连接桩顶和上部结构的承台组成深基础，简称桩基。 2021-5-44 承台底面 Mx My y F+G 2021-5-45 2021-5-46 2021-5-47 2021-5-48 402045004020 4020450040202800 1700 1700 8503200 3200 1740 900 533 647 367 337 564 338 563 637 113 524 637113524 270 630550350 113 33

3、8 563 260520 779 253527 367 83 450 253 337564 114 147632 337 564 113 147633 338563 114 30450 205575 420 700200 700200 113 338563 575205 450 30 420 340 560 110 260520 510 390900 480 420 450 450 260520 450 450 260520 450 450 260520 450 450 260520 900 226 644869 7869869 357513 82347 590 280 337 563 113

4、 90014009002188113 338 112 450 147632 113 113 524 113 637 637 113 524 113 113 480 420 30 490290 580 320 130 450 450 7801780 338 563 113 633147 338563 113 562 338 562338 30 30 30 30 113 338563 200 700 350750 700200 113 338563 583318 420 480 30 210 420 480 30 420 450 30 420 480 505 395 100 900370 820

5、260520 113 583318 900300 420480 900840 60 900 84555900 900 562338 338 607 30 637 637 30607 113 337 563 678107 450 450 30 30 450 450 735 165 338 563 563338 450 637 113 524 524113 637 580 320 900 30 870 113 563337 563 338 563337 1500150015001334 7507501500 14001500150015001500150014001120 30 26002600

6、630 110 520260 2021-5-49 轴向荷载 水平荷载 荷 载 桩侧土层的桩侧阻力 桩端土层的桩端阻力 桩侧土层的侧向阻力 2021-5-410 桩的分类 按桩的性 状和竖向 受力情况 端承型桩 摩擦型桩 端承桩 摩擦端承桩 嵌岩桩 摩擦桩 端承摩擦桩 2021-5-411 2021-5-412 桩的分类 按桩的使 用功能分 类 竖向抗压桩 竖向抗拔桩 水平受荷桩 复合受荷桩 高压输电塔的桩基础及抵 抗地下室上浮力的抗拔桩 深基坑的护坡桩等 2021-5-413 桩的分类 按桩身材 料分类 木桩 素混凝土桩 钢筋混凝土桩 钢桩 对桩基承载力要求较低的中小型工程 承压桩.设备简单，

7、承载力不高，不能 抗拔或承受较大弯矩。还可能产生缩 颈断桩、局部离析等。 p343 制作容易，打桩设备简单，但承载力较低,一般 用于盛产木材的地区、小型或临时工程，古代 文物的基础等 组合材料桩 超重型设备基础、江河深水基础、高 层建筑深基槽护坡工程。 承载力高，材料强度均匀可靠，价格 高，易锈蚀 钢管混凝土桩、SMW工法桩 2021-5-414 桩的分类 按桩的施 工方法的 不同 预制桩 灌注桩 混凝土、钢、木桩 沉管灌注桩（动画） 锤击法沉桩 振动法沉桩 静压法沉桩 钻（冲、磨）孔灌注桩（动画） 挖孔桩 爆扩灌注桩（动画） 扩底桩 嵌岩桩 2021-5-415 2021-5-416 桩的分

8、类 按成桩方 法分类 非挤土桩 部分挤土桩 挤土桩 部分挤土灌注桩：钻孔局部复打 成桩过程中对桩周围的土无挤压作用 首先清除桩位的土，然后在桩孔中灌注混凝土 预钻孔打入式预制桩 打入式敞口桩 挤土灌注桩：沉管灌注桩 挤土预制桩 在饱和软土中设置挤土桩，注意施工顺序 在非饱和松散土中采用挤土桩，可提高承载力 2021-5-417 2021-5-418 2021-5-419 桩的分类 按桩径大 小分类 小桩 中等直径桩 大直径桩 直径介于250mm和800mm之间 直径小于250mm 中小型工程和基础加固 承载力较大，大量应用 直径大于800mm 承载力高，用于高层建筑、重型设备 基础 2021-

9、5-420 桩的竖向承载力 2021-5-421 单桩轴向荷载传递机理 2021-5-422 1. 桩身轴力和截面位移 逐级增 加荷载 桩身上 部压缩 桩相对土 向下位移 向上摩 阻力 桩身侧摩 阻力渐次 发挥 端阻力 发挥 桩端 下沉 桩身整 体下移 加大桩身各 截面位移 其余荷载 归桩端阻 力承担 极限值 桩底持力 层破坏 极限承 载力 2021-5-423 3.3.1 竖向荷载下单桩的工作性能 载荷试验得Q-S图， 还可得轴力Nz，因 此，可得摩阻力和分 段位移分布 2021-5-424 4.3.2 单桩竖向承载力的确定 桩身的材料强度 地层的支承力 取二者最小值 按桩的载荷 试验确定，

10、 则已兼顾这 两方面 v一般情况下，桩的承载力由地基土 的支承能力所控制，材料强度往往不 能充分发挥，只有对端承桩、超长桩 及桩身质量有缺陷的桩，桩身材料强 度才起控制作用。另外，当桩的入土 深度较大，桩周土质软弱且比较均匀、 桩端沉降量较大，尤其是高层建筑或 对沉降有特殊要求时，还应按上部结 构对沉降的要求来确定单桩竖向承载 力。 2021-5-425 按静载荷试验确定 按土的抗剪强度指标确定 按规范经验公式确定 2021-5-426 静载荷试验方法确定 2021-5-427 3.3.2 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定 2021-5-428 3.3.2 单桩竖向承载力的确定单桩竖向

11、承载力的确定 加载方式及试验过程 2021-5-429 3)按试验结果确定单桩承载力 图3.9 单桩Q-s曲线 图3.10 单桩s-lgt曲线 3.3.2 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定 2021-5-430 2021-5-431 二、静载试验二、静载试验 锚桩反力梁锚桩反力梁 次梁次梁 锚筋锚筋 锚桩锚桩 主梁主梁 千斤顶千斤顶 百分表百分表 基准柱基准柱 2021-5-432 锚桩反力梁法锚桩反力梁法 2021-5-433 2021-5-434 2021-5-435 锚桩锚桩 桁架桁架 法法,2400吨吨 2021-5-436 Q (kN) s(mm) 次梁次梁 锚筋锚筋 锚桩锚

12、桩 主梁主梁 千斤顶千斤顶 百分表百分表 桩的荷载试验成果荷载沉降曲线桩的荷载试验成果荷载沉降曲线 2021-5-437 终止加载的条件终止加载的条件 当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载 当出现某一级荷载下桩的沉降值是前一级荷载下桩沉降量的两倍或两倍以上，且当出现某一级荷载下桩的沉降值是前一级荷载下桩沉降量的两倍或两倍以上，且 经经24h尚未达到稳定时，取前一级荷载。尚未达到稳定时，取前一级荷载。 Qs曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40mm时所对应的荷载值。时所对应的荷载值。 其它辅助方法。其它辅助方法。 2021

13、-5-438 打完桩后什么时候开始做试验？打完桩后什么时候开始做试验？ 2021-5-439 预制桩： 在砂土中不少于7天； 粉土和粘性土中不少于15天； 饱和软粘土中不少于25天 灌注桩： 桩身混凝土达到设计强度 桩承载力时效问题：桩承载力时效问题： 软土中压桩力、软土中压桩力、 长期时效长期时效 2021-5-440 如何根据静载试验成果确定承载力？如何根据静载试验成果确定承载力？ 单桩竖向静载试验的极限承载力的极限承载力必须进行统计，计算参加统计的桩 的极限承载力平均值。 当参加统计桩的极限承载力级差不超过平均值的30%时，取其平均值作为单桩极 限承载力Qu。 桩数为3根及以下的柱下桩台

14、，取最小值为单桩极限承载力Qu。 2021-5-441 按土的物理指标来确定单桩竖向极 限承载力标准值 ppkisikpkskuk AqlquQQQ 端阻尺寸效应系数大直径桩侧阻， AqlquQQQ psi ppkpisiksipkskuk 大直径桩的承载力标准值 2021-5-442 （1）桩基的竖向承载力设计值 p pk s sk r Q r Q R （2）根据载荷试验得确定时，桩 基的竖向承载力设计值 sp uk r Q R 侧阻、端阻、及综合阻抗力分项系数 2021-5-443 按材料强度确定按材料强度确定 按材料强度确定单桩承载力时，可将桩视为按材料强度确定单桩承载力时，可将桩视为

15、轴心受压构件，按相关设计规范进行计算。轴心受压构件，按相关设计规范进行计算。 对于混凝土桩：对于混凝土桩： 8 . 0 8 . 0 8 . 0 9 . 0 0 . 1 )( 0 挤土灌注桩 部分挤土灌注桩 挤土灌注桩泥浆护壁和套管护壁非 干作业非挤土灌注桩 混凝土预制桩 基桩施工工艺系数 构件稳定系数 c sycc AfAfNr 2021-5-444 单桩竖向承载力特征值 K R R u a ppaisiaa AqlquR 2021-5-445 4.4.3竖向荷载下的群桩效应 端承型群桩基础 摩擦型群桩基础 2021-5-446 2021-5-447 问题：问题： 单桩承载力加单桩承载力加 起

16、来等于群桩起来等于群桩 承载力？承载力？ 实际工程中桩基础是由多根实际工程中桩基础是由多根 桩组成，上部由承台连接。桩组成，上部由承台连接。 由三根和三根以上的桩组成由三根和三根以上的桩组成 的桩基础称为群桩基础，以的桩基础称为群桩基础，以 将荷载传递到更深土层中将荷载传递到更深土层中 2021-5-448 岩石 土 压力扩散深度压力扩散深度 6d 2021-5-449 2021-5-450 群桩效应与很多因素相关。可以用群桩效群桩效应与很多因素相关。可以用群桩效 应系数估计应系数估计: 对于砂土、长桩和大间距条件下对于砂土、长桩和大间距条件下 1.0, 工程设计中常取工程设计中常取 1.0

17、= 群桩承载力群桩承载力 群桩中各单桩承载力之和群桩中各单桩承载力之和 u ug nQ Q 2021-5-451 端承型群桩基础 桩顶荷载基本集中通过桩端传给桩底持力层，并近似按某一压力扩散角向下扩散，但并不足以引起坚实持 力层明显的附加变形。 端承型群桩中各根单桩的工作性状接近于独立单桩，群桩承载力等于各单桩承载力之和。 群桩效应系数为1. 2021-5-452 摩擦型群桩基础 承台底面 脱地的影 响 承台底面 贴地的影 响 群桩沉降大于 单桩、缓变形， 不定 承台刚度影响 基土性质影响 桩距s影响 沉降均匀、荷载分配 桩间土挤密 侧阻，单桩 土反力的作用 侧阻削弱作用 端阻增强作用 对基土

18、侧移的阻挡作用 引起附加 弯矩 2021-5-453 桩的负摩阻力桩的负摩阻力 2021-5-454 2021-5-455 一、负摩阻力的概念 二、负摩阻力发生的情况 三、负摩阻力的特性 (一) 中性点 (二)时间效应 (三) 与土的变形速率有关 四、负摩阻力的计算 五、抗负摩阻力的工程措施 2021-5-456 2021-5-457 五、抗负摩阻力的工程措施五、抗负摩阻力的工程措施 套管法（塑料薄膜隔离层，干 作业） 涂层法（预制桩） 扩孔法（扩孔填高稠度膨润土 泥浆） 2021-5-458 No 结构、地质和环境资料结构、地质和环境资料 桩型、桩长、断面桩型、桩长、断面 桩数和布置桩数和布

19、置 验算单桩承载力验算单桩承载力 桩基沉降验算桩基沉降验算 承台与桩身设计计算承台与桩身设计计算 设计结束设计结束 单桩承载力特征值单桩承载力特征值Ra No 荷载、持力层、相邻建筑荷载、持力层、相邻建筑 根据施工条件决定桩根据施工条件决定桩 型型 根据持力层深度确定根据持力层深度确定 桩长桩长 根据荷载大小决定桩根据荷载大小决定桩 截面截面 桩端进入持力层深度：桩端进入持力层深度： 13d，进入较好岩体，进入较好岩体 0.5m。桩端下持力层。桩端下持力层 厚度厚度 4d。 根据第二节的方法确根据第二节的方法确 定单桩承载力特征值定单桩承载力特征值 1单桩的静载荷试验单桩的静载荷试验 2 其他

20、现场试验其他现场试验 3原位测试原位测试 4 经验方法经验方法 初估桩数初估桩数n Fk 竖向荷载效应的标竖向荷载效应的标 准组合准组合 Gk 设计地面下承台底设计地面下承台底 面以上结构和土的自面以上结构和土的自 重，容重用重，容重用19.6kN/m3 桩距桩距 摩擦桩一般摩擦桩一般3d 扩底灌注桩扩底灌注桩扩底直径扩底直径 的的1.5倍倍 群桩承载力合力作用群桩承载力合力作用 点与长期荷载的重心点与长期荷载的重心 重合重合 a kk R GF n 承载力验算采用正常承载力验算采用正常 使用极限状态下荷载使用极限状态下荷载 效应的标准组合效应的标准组合 沉降验算采用正常使沉降验算采用正常使

21、用极限状态下荷载效用极限状态下荷载效 应的准永久组合应的准永久组合 承台和桩身强度验算承台和桩身强度验算 时采用正常使用极限时采用正常使用极限 状态下荷载效应的基状态下荷载效应的基 本组合本组合 承台尺寸、厚度承台尺寸、厚度 承台的抗冲切、抗弯、承台的抗冲切、抗弯、 抗剪验算抗剪验算 钢筋混凝土桩的配筋钢筋混凝土桩的配筋 等设计等设计 2021-5-459 4.7桩平面的布置原则 使桩基中各桩受力比较均匀，群桩横截面的重心应与竖向永久荷载合力的作用点接近或重合 桩间距一般为3D-4D，表4-9 2021-5-460 2021-5-461 2021-5-462 2021-5-463 2 群桩基础

22、中的单桩承载力验算 中心竖直荷载 实实 际际 分分 布布 假设的分布假设的分布 F 假设每个桩的荷载相同假设每个桩的荷载相同 kk k FG Q n G Gk k 承台以上总自重承台以上总自重 n n 桩数桩数 ka QR G 2021-5-464 偏心竖向荷载偏心竖向荷载 荷载线性分布假设荷载线性分布假设 22 yi xi ik jj M x M yFG Q nyx max 1.2 a QR Y x7 y7 Qik 第第i i根桩底竖向力根桩底竖向力 Mxk，Myk 作用于承台作用于承台 底面通过桩群形心的底面通过桩群形心的x， y轴的力矩轴的力矩 My Mx 9 8 7 2 1 6 3 4

23、 5 X 2021-5-465 二二 群桩沉降群桩沉降 2021-5-466 单桩沉降 桩身弹性压缩引起的桩顶沉降 桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力以压力扩散 角向下传递，使桩端土体压缩而产生桩端沉降 桩端荷载引起桩端下土体压缩产生的桩端沉降 2021-5-467 F 多数桩基需要进行沉降验算多数桩基需要进行沉降验算 荷载采用准永久组合荷载采用准永久组合 基本假设：单向压缩、均质基本假设：单向压缩、均质 各向同性和弹性假设的分层各向同性和弹性假设的分层 总和法总和法 方法：假想实体基础法布方法：假想实体基础法布 氏解；明德林（氏解；明德林（Mindlin)方法方法 2021-5-468 群桩沉

24、降 桩间土压缩变形 桩间平面以下土 层整体压缩变形 F 2021-5-469 规范推荐的方法 单向压缩分层总和法 不考虑桩间土的压缩变形对沉降的影响 2021-5-470 F l G b0 A 00 (2)(2); 4 Abltgaltg FG p A 一一 实体深基础法实体深基础法 （一）考虑扩散作用（一）考虑扩散作用 a0、b0 群桩外缘长短边的长度群桩外缘长短边的长度 l 桩的入土深度桩的入土深度 所有土层内摩擦角平均值所有土层内摩擦角平均值 G 扩散后面积上的重量扩散后面积上的重量(矩形矩形) 0 ()ppdl p0 2021-5-471 1 n ii p i si p h s E s

25、 桩基最终计算沉降量桩基最终计算沉降量 n 计算分层数计算分层数 Esi 压缩模量压缩模量 pi 第 第i层土的竖向附加应力平层土的竖向附加应力平 均值均值 p 沉降计算经验系数沉降计算经验系数 按照扩散后的面积进行分层总和法计算沉降按照扩散后的面积进行分层总和法计算沉降 F l G b0 A p0 2021-5-472 F l G b0 A 00 0 0 0 2() ksiai FGabq h p a b 一一 实体深基础法实体深基础法 （二）不考虑扩散作用（二）不考虑扩散作用 hi 桩身穿越第桩身穿越第i层土层厚度层土层厚度 l 桩的入土深度桩的入土深度 qsia 第第i层土侧阻力特征值层

26、土侧阻力特征值 Gk 承台和承台以上土的重量承台和承台以上土的重量 按照前面的分层总和法计算沉降按照前面的分层总和法计算沉降 p0 1 n ii p i si ph s E 2021-5-473 l Q , 1 () m izp kzs k k p 二二 明德林盖得斯应力计算明德林盖得斯应力计算 pi 第第i层土层中点处的附加应力层土层中点处的附加应力 m 桩数桩数 zp,k 第第k根桩端荷载产生的附加应力根桩端荷载产生的附加应力 zs,k 第第k根桩侧荷载产生的附加应力根桩侧荷载产生的附加应力 1 n ii p i si ph s E Q (1 )Q i 2021-5-474 Pi 1 i

27、NZi Pi =P/ NZi Pc Pus Pb Kp*d 1 2 P c Pus Pb Pu Ps Pt Pb Pus (a) 节点群桩(b) 单桩台(c) 单桩土体 (d)侧阻力分布(e)单桩 2021-5-475 3 承台的设计计算承台的设计计算 独立承台、条形承台梁，独立承台、条形承台梁， 筏板承台和箱形承台筏板承台和箱形承台 承台的埋置深度一般与承台的埋置深度一般与 浅基础相同，主要由建浅基础相同，主要由建 筑物结构设计和环境条筑物结构设计和环境条 件决定件决定 对于承台应进行抗弯、对于承台应进行抗弯、 抗冲切和抗剪计算抗冲切和抗剪计算 2021-5-476 3 承台的设计计算承台的

28、设计计算 构造基本要求构造基本要求 形状形状 方方,矩型矩型,三角形三角形,多边形多边形,圆形圆形 最小宽度最小宽度 50 cm 最小厚度最小厚度 30 cm 桩外缘距离桩外缘距离承台边承台边 15 cm 边桩中心距离边桩中心距离承台边承台边 1.0D 桩嵌入桩嵌入承台承台 大桩横向荷载大桩横向荷载 10 cm, 小桩小桩 5 cm,钢筋伸入钢筋伸入承台承台30d 混凝土标号混凝土标号 C20 cm,保护层保护层7cm 配筋要求配筋要求 1.0d 15cm 5、10 cm 承台承台 2021-5-477 2021-5-478 4.8 桩承台的设计 选择承台的材料及其强度等级、几何形状及尺寸 进

29、行承台结构承载力计算，并使其构造满足一定要求 2021-5-479 构造要求 2021-5-480 3 承台的设计计算承台的设计计算 构造基本要求构造基本要求 形状形状 方方,矩型矩型,三角形三角形,多边形多边形,圆形圆形 最小宽度最小宽度 50 cm 最小厚度最小厚度 30 cm 桩外缘距离桩外缘距离承台边承台边 15 cm 边桩中心距离边桩中心距离承台边承台边 1.0D 桩嵌入桩嵌入承台承台 大桩横向荷载大桩横向荷载 10 cm, 小桩小桩 5 cm,钢筋伸入钢筋伸入承台承台30d 混凝土标号混凝土标号 C20 cm,保护层保护层7cm 配筋要求配筋要求 1.0d 15cm 5、10 cm

30、 承台承台 2021-5-481 2021-5-482 3 承台的设计计算承台的设计计算 独立承台、条形承台梁，独立承台、条形承台梁， 筏板承台和箱形承台筏板承台和箱形承台 承台的埋置深度一般与承台的埋置深度一般与 浅基础相同，主要由建浅基础相同，主要由建 筑物结构设计和环境条筑物结构设计和环境条 件决定件决定 对于承台应进行抗弯、对于承台应进行抗弯、 抗冲切和抗剪计算抗冲切和抗剪计算 2021-5-483 0 9 . 0/hfMA ys 2021-5-484 梁式破坏梁式破坏 2021-5-485 (1) 承台的抗弯计算承台的抗弯计算 如果承台厚度较小，配如果承台厚度较小，配 筋量不足，承台

31、可能发筋量不足，承台可能发 生弯曲破坏。生弯曲破坏。 XX Y Y xi yi x y 1）多桩矩形承台）多桩矩形承台 计算截面在柱边和计算截面在柱边和 承台截面变化处承台截面变化处 Mx = Niyi My = Nixi 2021-5-486 h0 h0 XX Y Y Ni xi yi 1）多桩矩形承台）多桩矩形承台 Mx = Niyi My = Nixi 2021-5-487 (1) 承台的抗弯计算承台的抗弯计算 2） 三桩三角形承台三桩三角形承台 与矩形承台类似与矩形承台类似 Mx = Niyi My = Nixi XX Y Y xi yi x y 2021-5-488 2021-5-4

32、89 (2) 柱下桩基独立承台的冲切计算柱下桩基独立承台的冲切计算 板式承台的厚度主要由冲切计算决定。两种破板式承台的厚度主要由冲切计算决定。两种破 坏形式坏形式 v柱对承台的冲切，由柱边沿或者变阶处形成柱对承台的冲切，由柱边沿或者变阶处形成 一个一个 45o的冲切锥体的冲切锥体 v角桩处形成一个倒冲切锥体角桩处形成一个倒冲切锥体 QQ F Q F Q Q Q 2021-5-490 1) 柱对承台的冲切 沿柱边或者变阶面的冲切沿柱边或者变阶面的冲切, ,一般沿大约一般沿大约4545o o斜截面上斜截面上 产生拉裂产生拉裂, ,锥体破坏锥体破坏 00000 2()() lxcyycxhpt li

33、 Fbaaaf h FFN h0 冲切锥体的有效高度冲切锥体的有效高度 0 x、 0y 冲切系数冲切系数, ft 混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度 a0 x、a0y 柱边或变阶处至柱边或变阶处至 相应桩边的水平距离相应桩边的水平距离 hp 截面高度影响系数截面高度影响系数 F 45 o h0 2021-5-491 2)2) 承台角桩冲切验算承台角桩冲切验算 道理相同道理相同, ,见书上介绍见书上介绍 1 1 12110 22 y x lxyhpt a a Nccf h Nl 角桩竖向力设计值角桩竖向力设计值 F F 4 4 5 5o o h h0 0 aix aiy c1 c2 2021-5-492 3) 三桩三角形承台冲切计算三桩三角形承台冲切计算 1 111110 (2)tan 2 lhpt Ncaf h 底部角桩底部角桩 a11 x y 1 2 c1 c2 a12 顶部角桩顶部角桩 2 12120 (2 2)tan 2 lhpt Ncaf h 2021-5-493 (3)(3) 斜截面的剪切验算斜截面的剪切验算 0 ; 1.75 1.0 hst Vf bh a