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文档简介

1、基础工程基础工程主讲教师:张成兴主讲教师:张成兴土木工程学院土木工程学院School of Civil Engineering第第4 4章章 桩基础桩基础 4.1 4.1 概述;概述; 4.2 4.2 桩和桩基的分类与质量检测;桩和桩基的分类与质量检测; 4.3 4.3 竖向荷载下单桩的工作性能;竖向荷载下单桩的工作性能; 4.4 4.4 单桩竖向承载力确定;单桩竖向承载力确定; 4.5 4.5 桩的水平承载力与位移;桩的水平承载力与位移; 4.6 4.6 群桩基础设计;群桩基础设计; 4.7 4.7 桩基础设计。桩基础设计。本章主要内容本章主要内容软软土土层层桩桩(Pile)(Pile):指

2、垂直或者稍倾斜布置于地基中,其断面相对其长度较小的杆状构件。指垂直或者稍倾斜布置于地基中,其断面相对其长度较小的杆状构件。桩的功能:桩的功能:通过桩的侧壁摩阻力和端阻力将上部结构的荷载传递到深处的地基上。通过桩的侧壁摩阻力和端阻力将上部结构的荷载传递到深处的地基上。4.1 4.1 概述概述p 承载力高,稳定性好,沉降量小而均匀,适应性强;承载力高,稳定性好,沉降量小而均匀,适应性强;p 具有很大的抗拔力和水平承载力;具有很大的抗拔力和水平承载力;p 具有很好的抗震性能;具有很好的抗震性能;p 便于机械化施工。便于机械化施工。l 不足:造价高、技术复杂、工期长。不足:造价高、技术复杂、工期长。一

3、、桩基础的优缺点:一、桩基础的优缺点:二、桩基础的适用性二、桩基础的适用性1.1.地基的上层土质太差而下层土质较好;或地基地基的上层土质太差而下层土质较好;或地基软硬不均或荷载不均,不能满足上部结构对软硬不均或荷载不均,不能满足上部结构对不均匀变形的要求;不均匀变形的要求;2.2.地基软弱,不适合采用地基加固措施;或地基地基软弱,不适合采用地基加固措施;或地基土性特殊,如存在可液化土层,自重湿陷性土性特殊,如存在可液化土层,自重湿陷性黄土,膨胀土及季节性冻土等;黄土,膨胀土及季节性冻土等;3.3.除承受较大垂直荷载外,尚有较大偏心荷载,除承受较大垂直荷载外,尚有较大偏心荷载,水平荷载,动力或周

4、期性荷载作用;水平荷载,动力或周期性荷载作用;4.4.上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感;建筑上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感;建筑物受到大面积地面超载的影响;物受到大面积地面超载的影响;5.5.地下水位很高,采用其他基础形式施工困难;地下水位很高,采用其他基础形式施工困难;或位于水中的构筑物基础,如桥梁,码头,或位于水中的构筑物基础,如桥梁,码头,钻采平台等;钻采平台等;6.6.需要长期保存,具有重要历史意义的建筑物。需要长期保存,具有重要历史意义的建筑物。新加坡发展银行新加坡发展银行, ,四墩四墩, , 每墩直径每墩直径7.3m7.3m将荷载传递到下部好土层将荷载传递到下部好土层, ,承

5、载力高。承载力高。风化砂岩及粉砂岩风化砂岩及粉砂岩部分风化及部分风化及不风化泥岩不风化泥岩新加坡发展银行新加坡发展银行, ,四墩直接均为四墩直接均为7.3m7.3m。 金贸大厦相关数据:大厦金贸大厦相关数据:大厦自重自重3030万吨;桩深万吨;桩深83.583.5米;浇筑米;浇筑混凝土混凝土1818万立方米;电梯万立方米;电梯7979台;台;打桩打桩10621062根;挖除土方根;挖除土方3232万立方万立方米;耗用钢材米;耗用钢材7.67.6万吨;抗震烈万吨;抗震烈度度7 7度度 。 金茂大厦,又称金茂大楼,金茂大厦,又称金茂大楼,位于上海浦东新区黄浦江畔的陆位于上海浦东新区黄浦江畔的陆家嘴

6、金融贸易区,楼高家嘴金融贸易区,楼高420.5420.5米,米,目前是上海第目前是上海第2 2高的摩天大楼高的摩天大楼(截至(截至20082008年年8 8月)、中国大陆月)、中国大陆第第3 3高楼、世界第高楼、世界第8 8高楼。高楼。 三、桩基设计内容三、桩基设计内容 选择桩的类型和几何尺寸;选择桩的类型和几何尺寸;2. 2. 确定单桩竖向(和水平向)承载力特征值;确定单桩竖向(和水平向)承载力特征值;3. 3. 确定桩的数量、间距和布桩方式;确定桩的数量、间距和布桩方式;4. 4. 验算桩基的承载力和沉降;验算桩基的承载力和沉降;5. 5. 桩身结构设计;桩身结构设计;6. 6. 承台设计

7、;承台设计;7. 7. 绘制桩基础施工图。绘制桩基础施工图。 设计桩基应先根据建筑物的特点和有关要求,进行设计桩基应先根据建筑物的特点和有关要求,进行岩土工程勘察和场地施工条件等资料的收集工作。岩土工程勘察和场地施工条件等资料的收集工作。四、桩基设计原则四、桩基设计原则 建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范(JGJ 94-2008JGJ 94-2008)规定,建筑桩基础应)规定,建筑桩基础应按下列两类极限状态设计:按下列两类极限状态设计:(1 1)承载能力极限状态:承载能力极限状态:桩基达到最大承载能力,整体失稳或发桩基达到最大承载能力,整体失稳或发生不适于继续承载的变形;生不适于继续承载的变形;

8、(2 2)正常使用极限状态:正常使用极限状态:桩基达到建筑物正常使用所规定的变形桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或耐久性要求的某些限值。限值或耐久性要求的某些限值。 根据根据建筑规模建筑规模、功能特征功能特征、对差异变形的适用性对差异变形的适用性、场地地基场地地基和和建筑物体型的复杂性建筑物体型的复杂性以及由于桩基问题可能造成建筑物破坏或影响以及由于桩基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度,将桩基设计分为三个安全等级:甲级、乙级、丙正常使用的程度,将桩基设计分为三个安全等级:甲级、乙级、丙级。同时要求进行相关计算和验算。级。同时要求进行相关计算和验算。A. A. 所有桩基均根据具体

9、条件分别进行承载能力计算和稳定性验算,内所有桩基均根据具体条件分别进行承载能力计算和稳定性验算,内容包括:容包括:1. 1. 根据桩基使用功能和受力特征分别进行竖向和水平向承载力计算;根据桩基使用功能和受力特征分别进行竖向和水平向承载力计算;2. 2. 计算桩身和承台结构的承载力;计算桩身和承台结构的承载力;3. 3. 桩端平面以下存在软弱下卧层时应进行软弱下卧层承载力验算;桩端平面以下存在软弱下卧层时应进行软弱下卧层承载力验算;4. 4. 坡地、岸边桩基应进行整体稳定性验算;坡地、岸边桩基应进行整体稳定性验算;5. 5. 抗浮、抗拔桩基应进行基桩和群桩的抗拔承载力验算;抗浮、抗拔桩基应进行基

10、桩和群桩的抗拔承载力验算;6. 6. 抗震设防区的桩基应进行抗震承载力验算。抗震设防区的桩基应进行抗震承载力验算。B. B. 以下桩基尚应进行变形验算:以下桩基尚应进行变形验算:沉降计算:沉降计算:水平位移计算:水平位移计算: 对承受大水平荷载或水平位移有严格限制的建筑桩基应计算其对承受大水平荷载或水平位移有严格限制的建筑桩基应计算其水平位移。水平位移。C. C. 对不允许出现裂缝或需限制裂缝宽度的混凝土桩身和承台还应进对不允许出现裂缝或需限制裂缝宽度的混凝土桩身和承台还应进行抗裂或裂缝宽度验算。行抗裂或裂缝宽度验算。n 设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基;设计等级为甲级的非

11、嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基;n 设计等级为乙级的体形复杂、荷载分布显著不均匀或桩端平面设计等级为乙级的体形复杂、荷载分布显著不均匀或桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基;以下存在软弱土层的建筑桩基;n 软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础。软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础。4.2 4.2 桩和桩基的分类与质量检测桩和桩基的分类与质量检测一、桩基的分类:一、桩基的分类:(一)按桩的个数(一)按桩的个数A A 单桩基础:单根桩承受和传递上部结构的荷载。单桩基础:单根桩承受和传递上部结构的荷载。B B 群桩基础:群桩基础:2 2根或根或2 2根以上的多根桩组成群桩,由承台将群桩在上根以上的多根桩组

12、成群桩,由承台将群桩在上部联结成一个整体,建筑物的荷载通过承台分配给各根桩,桩群再部联结成一个整体,建筑物的荷载通过承台分配给各根桩,桩群再把荷载传递给地基。群桩基础中的单桩称为把荷载传递给地基。群桩基础中的单桩称为基桩基桩。(二)按承台分类(二)按承台分类 承台承台: :将几个桩结合起来传递荷载,根据承台与地面的相将几个桩结合起来传递荷载,根据承台与地面的相对位置不同,可以分为:对位置不同,可以分为:u 高承台桩基:高承台桩基:承台底面在地面以上,且常处于水下,水平受力差,可承台底面在地面以上,且常处于水下,水平受力差,可避免水下施工及节省基础材料,多用于桥梁及港口工程。避免水下施工及节省基

13、础材料,多用于桥梁及港口工程。u 低承台桩基:低承台桩基:承台底面在地面以下承台底面在地面以下, , 承台本身承担部分荷载,因此受承台本身承担部分荷载,因此受力性能好,具有较强的抵抗水平荷载的能力,在工业与民用建筑中,几力性能好,具有较强的抵抗水平荷载的能力,在工业与民用建筑中,几乎都使用低承台桩。乎都使用低承台桩。高承台桩基础高承台桩基础承台在地面以上承台在地面以上, ,桥桩桥桩, ,码头码头, ,栈桥。栈桥。低承台桩基础低承台桩基础承台在地面以下承台在地面以下, ,承台本身承担承台本身承担部分荷载部分荷载低承台桩基础低承台桩基础高承台桩基础高承台桩基础v 摩擦型桩摩擦型桩v 端承型桩端承型

14、桩二、桩的分类二、桩的分类摩擦桩摩擦桩端承摩擦桩端承摩擦桩端承桩端承桩摩擦端承桩摩擦端承桩 根据桩竖向荷载下桩土相互作用特点,达到承载力极限状态根据桩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。将桩分为摩擦时,桩侧与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比例。将桩分为摩擦型桩和端承型桩两大类:型桩和端承型桩两大类:在竖向极限荷载作用下,在竖向极限荷载作用下,桩顶荷载全部或主要由桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力承受。桩侧阻力承受。在竖向极限荷载作用下,在竖向极限荷载作用下,桩顶荷载全部或主要由桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承受。桩端阻力承受。1. 1. 按承载性状按

15、承载性状端承型桩端承型桩摩擦型桩摩擦型桩v 预制桩预制桩v 灌注桩灌注桩锤击打入锤击打入振动沉桩振动沉桩静压沉桩静压沉桩2. 2. 按施工方法按施工方法预制桩可以是木桩,钢桩或钢筋混凝土桩等。预制桩可以是木桩,钢桩或钢筋混凝土桩等。沉管灌注桩沉管灌注桩钻孔灌注桩钻孔灌注桩挖孔桩挖孔桩优点:施工过程中无挤土、优点:施工过程中无挤土、 无振动、噪音小,无振动、噪音小, 且桩径不受限制。且桩径不受限制。缺点:泥浆沉淀不易清除,缺点:泥浆沉淀不易清除, 影响端部承载力的影响端部承载力的 充分发挥,并造成充分发挥,并造成 较大沉降。较大沉降。 钻(冲)孔灌注桩:钻(冲)孔灌注桩:优点:优点:在钢管内无水

16、环境中沉放钢筋和浇灌混凝土,从而为桩身混凝土的在钢管内无水环境中沉放钢筋和浇灌混凝土,从而为桩身混凝土的 质量供了保障。质量供了保障。缺点:缺点:a.a.拔除套管时,如果提管速度过快会造成缩颈、夹泥,甚至断桩。拔除套管时,如果提管速度过快会造成缩颈、夹泥,甚至断桩。 b.b.沉管过程的挤土效应除产生与预制桩类似的影响外,还可能使混沉管过程的挤土效应除产生与预制桩类似的影响外,还可能使混 凝土尚未结硬的邻桩被剪断。凝土尚未结硬的邻桩被剪断。 对策:对策:a.a.控制提管速度;控制提管速度; b.b.采取采取“跳打跳打”顺序施工。顺序施工。 沉管灌注桩沉管灌注桩 :就位就位 沉入沉入浇筑浇筑 成型

17、成型边拔边浇边拔边浇放入钢筋笼放入钢筋笼继续浇筑继续浇筑挖孔桩主要适用于粘性土和地下水位挖孔桩主要适用于粘性土和地下水位较低的条件,最忌在含水砂层中施较低的条件,最忌在含水砂层中施工,因易引起流砂坍孔,十分危险。工,因易引起流砂坍孔,十分危险。 人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩3. 3. 按桩的设置效应按桩的设置效应 桩的设置方法(打入或钻孔成桩等)不同,桩周土所受的排挤桩的设置方法(打入或钻孔成桩等)不同,桩周土所受的排挤作用也很不同,排挤作用将使土的天然结构,应力状态和性质发生作用也很不同,排挤作用将使土的天然结构,应力状态和性质发生很大变化,从而影响桩的承载力和变形性质。这些影响统称为桩的很

18、大变化,从而影响桩的承载力和变形性质。这些影响统称为桩的设置效应。桩按设置效应可分为下列三类。设置效应。桩按设置效应可分为下列三类。A A 非挤土桩:非挤土桩:钻孔,挖孔,冲孔灌注桩,先钻孔后再打入的预制桩。钻孔,挖孔,冲孔灌注桩,先钻孔后再打入的预制桩。B B 部分挤土桩:部分挤土桩:H H型钢桩,开口钢管桩,开口预应力混凝土管桩。型钢桩,开口钢管桩,开口预应力混凝土管桩。C C 挤土桩:挤土桩:实心的预制桩,下端封闭的管桩,木桩,沉管灌注桩。实心的预制桩,下端封闭的管桩,木桩,沉管灌注桩。4. 4. 桩径大小桩径大小小桩(小桩(d d250mm););普通桩(普通桩(250mm250mmd

19、800mm ););大直径桩(大直径桩( d800mm )。)。 竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平受荷桩以及复合受荷桩。竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平受荷桩以及复合受荷桩。5. 5. 按桩的使用功能分类按桩的使用功能分类 木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩以及组合材料桩。木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩以及组合材料桩。6. 6. 按桩身材料分类按桩身材料分类三、桩的质量检验三、桩的质量检验 桩基础属于地下隐蔽工程,尤其是灌注桩,很容易出现桩基础属于地下隐蔽工程,尤其是灌注桩,很容易出现颈缩颈缩,夹泥夹泥,断桩断桩或或沉渣过厚沉渣过厚等多种形态的质量缺陷,影等多种形态的质量缺陷,影响桩身结构完整性和单桩承载力,因此必须进行施工监督、响桩身结构完整性和单桩承载力,因此必须进行施工监督、现场记录和质量检测,以保证质量,减少隐患。常用的桩现场记录和质量检测,以保证质量,减少隐患。常用的桩身结构完整性检测技术:身结构完整性检测技术:A A 开挖检查。只限于对暴露的桩身进行观察检查;开挖检查

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