基础工程3桩基础和深基础

1、1/68第第3章章 桩基础与深基础桩基础与深基础1桩基础的适用性 2桩的分类与质量检测 3单桩竖向承载力 4群桩竖向承载力 5桩基础设计6其他深基础简介主要内容2/68 第一节 桩基础的适用性 一、桩基础的优点一、桩基础的优点 1. 竖向承载力高 2. 沉降小，沉降速度慢 3. 能承受较大的水平荷载和上拔力 4. 抗震性能好 5. 便于机械化施工3/68二、桩基础的适用条件二、桩基础的适用条件 1.天然地基软弱 2.地下水位较高，采用其它基础型式不 经济或有困难时 3.不允许有过大沉降或不均匀沉降的多 高层和重要建筑物 4.承受上拔力或很大水平荷载的高耸 结构物 5.需进行抗震设防的建筑物4/

2、68一、按承台底面位置一、按承台底面位置 （一）高承台桩（一）高承台桩 （High-cap pile） 承承台台桩桩第二节 桩的分类与质量检测 5/68（二）低承台桩（二）低承台桩（Low-cap pile） 承承台台桩桩6/68二、按桩身材料分类二、按桩身材料分类 （一）木桩（一）木桩 （二）混凝土桩（二）混凝土桩 （三）钢筋混凝土桩（三）钢筋混凝土桩 （四）钢桩（四）钢桩 （五）组合材料桩（五）组合材料桩7/68三、按受力情况分类三、按受力情况分类（一）摩擦型桩（一）摩擦型桩 （Friction pile） （1）摩擦桩建筑地基基础设计规范由桩侧摩阻力和桩端 阻力共同分担荷载；建筑桩基技术

3、规范由桩侧摩阻力承担荷载；软土PQs8/68（2）端承摩擦桩软土中坚土PQpQsP=Qp+Qs9/68（二）端承型桩（二）端承型桩（End-bearing pile）（1）端承桩 软土坚硬土PQpP=Qp10/68（2）摩擦端承桩 软土中坚土PQpQsP=Qp+Qs11/6812/68四、按施工工艺分类四、按施工工艺分类 （一）预制桩（一）预制桩（Precast pile） 1. 截面形式截面形式 实心： 空心： 2. 材料材料 木、素混凝土、钢筋混凝土、钢13/683. 沉桩方法沉桩方法 锤击法、振动法、静力压桩法4. 特点特点 优点桩的质量较好 工厂化生产效率高 缺点施工过程浪费较大 不经

4、济14/68（二）灌注桩（二）灌注桩（Driven cast-in-place pile） 1. 施工方法施工方法 钻(冲)孔 、挖孔 、沉管 、夯扩 、孔底压浆成桩 2. 特点特点 优点因地制宜 施工方便 不浪费 缺点易颈缩、断桩15/68人工挖孔桩16/68（三）扩底桩（墩）（三）扩底桩（墩） 1. 施工方法施工方法 机械成孔人工扩底 人工挖孔人工扩底 机械成孔机械扩底 2.优点优点 承载力成倍提高 高层建筑下一柱一桩，节省桩承台 17/68五、按挤土效应分类五、按挤土效应分类（一）非挤土桩（一）非挤土桩 钻孔灌注、挖孔灌注 （二）部分挤土桩（二）部分挤土桩 预制空心、不封端口的薄壁钢管1

5、8/68 （三）挤土桩（三）挤土桩 1.桩型 预制实心、沉管灌注、冲孔灌注、 封端孔的空心、爆扩 2. 挤土效应 对粘性土 扰动 f 对无粘性土 产生挤密 f 19/68六、按桩径分类六、按桩径分类桩径 d (mm)桩 型d 250小直径桩250 d 800中等直径桩d 800大直径桩20/68七、按使用功能分类七、按使用功能分类 （一）竖向抗压桩（一）竖向抗压桩 （二）竖向抗拔桩（二）竖向抗拔桩 （三）水平受荷桩（三）水平受荷桩 （四）复合受荷桩（四）复合受荷桩21/68第三节 单桩竖向承载力 单桩竖向承载力单桩竖向承载力 单桩在不发生破坏时桩顶能承受的 竖向荷载值（kN） R 设计值 Qu

6、k 标准值 Ra 特征值22/68确定单桩竖向承载力的方法：静荷载试验、经验公式、静力触探、打桩公式、动力试验、理论公式等。对各级建筑物的规定：1.一级建筑物通过现场静荷载试验确定。 结合静力触探、标准贯入等原位测试方法。2. 二级建筑物参照试验方法定。3. 三级建筑物利用承载力经验参数估算。23/68经验公式建筑地基基础设计规范 摩擦桩：摩擦桩： isiapppaalquAqRppaaAqRqpa桩端土的承载力特征值（kPa) Ap 桩身的横截面积（m2）up 桩身的周边长度（m）qsia桩周土的摩阻力特征值（kPa)li 按土层划分的各段桩长（m）端承桩：端承桩：24/68 桩身材料强度计

7、算桩身材料强度计算钢筋混凝土桩钢筋混凝土桩syccpAffAQQ相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值Ap 桩身横截面积（m2）fc 混凝土轴心抗压设计强度( kPa)c 基桩施工工艺系数，预制桩取0.75，灌注桩取 0.60.7。fy钢筋的抗拉设计强度（ kPa）As 纵筋总面积（m2）25/68几个名词的区别几个名词的区别 群桩和桩群群桩和桩群构成桩基础的若干根单桩的集合体称为 单桩和基桩单桩和基桩构成桩基础的每一根单桩称为基桩 桩基（础）桩基（础）由两根以上的基桩构成的群桩基础称为 第四节 群桩竖向承载力26/68一、群桩的特点一、群桩的特点 （一）（一）群桩效应群桩效应 群桩效应群

8、桩效应 （Action of pile group） 由于承台、桩、土的相互作用，致使 在竖向荷载作用下，群桩基础中的基桩与 同种地质条件下的同样单桩相比承载力出 现明显差别的现象。27/681. 群桩承载力各基桩的单桩承载力之和 nRRninss2. 群桩沉降量各基桩的单桩沉降量28/68 引起群桩效应的主要原因引起群桩效应的主要原因: (以端承摩擦桩为例）以端承摩擦桩为例）s D = d + 2ltg QQQQDs29/681. 若使： 群桩沉降量=单桩沉降量（s = si） 则桩基中各基桩的承载力得不到充分发挥 基桩的实际承载力单桩承载力inss nRRn2. 若使：桩基中的各基桩受荷载

9、相同 则 基桩沉降量单桩沉降量30/68效应系数效应系数 nRRn31/68（二）（二）桩承台效应桩承台效应承台底面压力 传递部分荷载桩基承载力复合桩基中承台底面的作用：复合桩基中承台底面的作用： 1. 分担作用分担作用 群桩基础总承载力 2. 对侧摩阻力的削弱对侧摩阻力的削弱 承台压力下周土沉降 桩土间相对位移 Qs 基桩承载力32/683. 对桩端阻力的增强对桩端阻力的增强 承台压力有利于约束桩端土的侧向挤出 Qp 基桩承载力4. 对桩侧向压力的增强对桩侧向压力的增强 承台压力在周土中扩散形成侧向挤压力 阻止桩侧移，但同时使桩身产生附加弯矩 33/68二、群桩承载力计算二、群桩承载力计算（

10、一）建筑桩基技术规范法 （1）不考虑群桩效应和承台效应 适用于：适用于： 端承桩端承桩 桩数桩数n3的非端承桩的非端承桩34/68（2）考虑群桩效应和承台效应 a.桩数桩数n3的非端承桩的非端承桩 cckcppkpssks/Q/Q/QRcckcspuksp/Q/QR b.据静载试验确定据静载试验确定Quk时时Qck 一根基桩所受承台底地基土的总极限阻力 标准值（kN）， Qck = qck Ac / nqck 承台底以下 B/2 深度范围内地基土的极限 阻力标准值（kPa）Ac 承台底面与土接触的净面积（m2）35/68s、p、c分别为桩的侧阻、端阻、承台 底土阻力的群桩效应系数 单桩平均极限

11、侧阻力基桩平均极限侧阻力S单桩平均极限端阻力基桩平均极限端阻力p标准值承台底面土极限承载力土阻力群桩承台底面平均极限c36/68ci、ce 内、外区土阻力群桩效应系数 Aci、 Ace、Ac内区、外区、总面积cececciciccAAAAAcicAecA37/68（二）建筑地基基础设计规范法 （1）不考虑群桩效应 nRRn适用于：适用于： 端承桩端承桩 桩数桩数n8的摩擦桩的摩擦桩 条形基础下的摩擦桩不超过两排者条形基础下的摩擦桩不超过两排者38/68（2）按假想实体深基础计算 适用于适用于: sa9 dlpFGG fac(bc)qsk实体深基础模型2桩端持力层M实体深基础模型实体深基础模型

12、acbcl39/68a.验算群桩地基强度验算群桩地基强度1. 中心荷载下中心荷载下：2. 偏心荷载下：偏心荷载下：fAGNpfWMWMAGNpyyxx2 . 1max40/68 b. 群桩中各桩受力验算群桩中各桩受力验算1.中心受压时中心受压时2.偏心受压时偏心受压时akkkRnGFQaiyixkkRxxMyyMnGFQ2 .12max2maxmaxyxixiyiyxF+GMyMx41/68 三、桩的负摩阻力三、桩的负摩阻力 （一）规定（一）规定 对桩身： Ps+Ps-42/68（二）二） 出现负侧摩阻力的情况出现负侧摩阻力的情况 当桩周土为下列情况时： 1. 欠固结土或新填土 2. 大面积地

13、面堆载时 3. 地下水位大面积或大幅度下降时 4. 自重湿陷性黄土遇水浸湿后 43/68（三）负侧摩阻力的分布（三）负侧摩阻力的分布+ +- -znsqsq中性点中性点位置：大多在桩长的7075（靠下方）处。44/68（四）影响（四）影响 负侧摩阻力的出现，直接将 地面下沉后的土层自重应力、地 面堆载传给桩身，相当于对桩身 施加了向下的竖向附加荷载，故 降低了降低了桩的实际承载能力，使桩 产生附加沉降附加沉降。 Ps-45/68（五（五）考虑负摩阻力基桩承载力验算考虑负摩阻力基桩承载力验算 (1)摩擦型基桩 取桩身计算中性点以上侧阻力为零，按下式验算基桩承载力 RN 0RQN6 . 127.

14、10（(2)端承型基桩 尚应计入下拉荷载Q，按下式验算基桩承载力：46/68第五节第五节 桩基础设计桩基础设计 桩基础的设计内容：桩基础的设计内容： 1. 选择桩的类型和几何尺寸 2. 确定单桩的竖向和水平承载力 3. 确定桩数、间距和布置方式 4. 验算桩基的承载力和沉降 5. 进行单桩结构设计 6. 桩承台设计 7. 绘制桩基础施工图47/68一、选择桩的类型、几何尺寸一、选择桩的类型、几何尺寸 （一）选择桩型（一）选择桩型 1. 先依据地质条件、土层分布、荷载、 施工条件等，选择预制桩或灌注桩； 2. 再依据地基条件确定端承桩或摩擦桩。48/681.1.地基土分布极不均匀时，或土中有孤石

15、、 土洞及金属残片时，不宜采用预制桩；2.2.在同一建筑物下，不宜同时采用端承桩 和摩擦桩。否则须用沉降缝隔开。49/68（二）选择桩的截面形状及尺寸（二）选择桩的截面形状及尺寸 按荷载、楼层数、施工设备、地质条件等 预制桩常用： 灌注桩常用： 上海地区桩基经验数据上海地区桩基经验数据楼层数（层）预制桩 bp(mm)灌注桩 dp(mm)40550 预应力最大可达 5 m50/68（三）选择桩长（三）选择桩长 l 1. 按持力层深度按持力层深度 H 确定确定 Hl cZ持力层软弱下卧层lclHllc 桩尖嵌入持力层深度 粘性土、粉土持力层： lc2d 砂土持力层： lc1.5d 碎石土持力层：

16、lcd 中等、微风化岩石持力层： lc0.5m51/682. 当桩尖持力层下有软弱下卧层或土洞时当桩尖持力层下有软弱下卧层或土洞时 坚实土层持力层：dZ4dZ3Hl cZ持力层软弱下卧层l岩层持力层：52/68（1 1）具体 Z 值还应按软弱下卧层验算确定；（2 2）桩尖嵌入持力层深度 lc不宜太大；（3 3）为满足Z的要求，宜采用小直径桩；（4 4）同一承台下的基桩长度不宜相差过大 端承桩： d 摩擦桩： l/1053/68（四）初选承台埋深（四）初选承台埋深d 低承台桩基础，一般初选 d =12 m54/68二、确定单桩竖向和水平承载力二、确定单桩竖向和水平承载力 （设计值）（设计值） 仅

17、当： 水平荷载 / 竖向荷载1 /10 时 才需计算水平承载力55/68三、确定桩数和布桩方式三、确定桩数和布桩方式 （一）桩数（一）桩数 n 中心受压时： 偏心受压时： N承台上竖向荷载（kN） R基桩承载力设计值（ kN） G承台及土重（ kN） 桩基偏心受压系数，取1.11.2RGNnRGNn56/68（二）桩距（二）桩距 sa 中心距 s0 净距 1. 构造要求构造要求 最小桩距samin： 最小边距：d 且300 2. 常用桩距：常用桩距：s = ( 3 4 )d 3. 最佳桩距：最佳桩距：s = 3.5 d57/68（三）布桩（三）布桩 1. 原则：原则： （1）各桩受力均衡，双心

18、重合 （2）尽量减少 n （3）使承受M、H的方向有较大抵抗矩 （4）在墙、柱下对应布桩，减小承台的弯矩 （5）门窗洞口处桩布置于两侧，以防不均匀 沉降开裂 （6）布桩方式力求统一58/682. 布桩方式：布桩方式： （1）墙下 梁式承台下： 单排： 双排： 并列式 错列式59/68（2）柱下 板式承台下： 行列式 梅花式60/68四、桩基础验算四、桩基础验算1.单桩承载力验算1）建筑桩基技术规范法(1)中心荷载作用(2)偏心荷载作用RnGFN0RxxMyyMnGFNiyix2.12max2max0max61/682）建筑地基基础设计规范法(1)中心荷载作用(2)偏心荷载作用akkkRnGFQ

19、aiyixkkRxxMyyMnGFQ2.12max2maxmax62/682.桩基沉降计算 当桩端持力层为软弱土的一、二级建筑桩基粘性土、粉土或存在软弱下卧层的一级建筑桩基 应验算沉降。63/68 五、承台设计五、承台设计 （一）构造（一）构造 1. 承台类型承台类型 柱下独立板式 柱下、墙下条形梁式 建筑物下筏板、箱型64/682. 承台尺寸承台尺寸 a. 宽 bc 500mm b. 外挑长度 150 mm c. 厚 t 独立板式、梁式 300 筏板、箱型 250 mm lmin / 20bc500t15065/683. 埋深：埋深：d 600 mm4. 钢筋钢筋 a. 梁式承台：纵筋12

20、架力筋10 箍筋6 b. 独立板式承台：受力筋 10100200 均匀、通长 c. 筏板承台：双向 101215020066/685. 混凝土混凝土 C15 保护层：无垫层时70 有垫层时40 垫层：厚100，素混凝土 C7.567/686. 承台与桩顶的连接承台与桩顶的连接 桩顶嵌入承台深度： 大直径桩100mm 小直径桩50mm大直径桩：100小直径桩：5068/68第六节第六节 其它深基础简介其它深基础简介 沉井基础（沉箱基础） 地下连续墙 箱桩基础 深基坑护坡工程69/68深基础的特点：深基础的特点：1. 埋深大2. 地基承载力高3. 施工需专门设备4. 技术复杂5. 造价高6. 工期

21、长70/68沉井基础1. 工作原理 一种竖向的筒形结构物。通常用砖、素混凝土或钢筋混凝土材料制成。 沉井施工:先在地面制作一个井筒形结构，然后从井筒内挖土，使沉井失去支承靠自重作用而下沉，直至设计高程为止，最后封底。沉井的井筒，在施工期间作为支撑四周土体的护壁，竣工后即为永久性的深基础。71/682.用途(1)重型结构物基础(2)江河上的结构物 (3)取水结构物(4)地下工程(5)邻近建筑物的深基础(6)房屋纠倾工作井72/683.类型(1)按沉井断面形状分类单孔沉井单排孔沉井多排孔沉井73/68(2)按沉井竖向剖面形状分类柱形沉井锥形沉井阶梯形沉井74/68(3)按沉井所用材料分类砖石沉井素

22、混凝土沉井钢筋混凝土沉井75/681. 结构(1)刃脚与踏面 (2)井筒(3)内隔墙和底梁 (4)封底与沉井底板(5)顶盖 76/681. 施工(1)准备工作平整场地放线定位(2)沉井制作承垫木方法无垫木方法土模法77/68(3)沉井下沉材料强度要求抽出承垫木的要求沉井下沉方法：a人工挖土法b排水下沉法c不排水下沉法 测量监控沉井封底a干封法b水下封底法78/68地下连续墙是近期发展起来的一种新的深基础形式。它的施工要点为：修筑导墙，用机械在导墙内分段竖直挖槽，采用泥浆护壁，就地吊放钢筋笼，水下浇注混凝土，一段段连接成一堵地下钢筋混凝土连续墙，成为永久性深基础工程。 地下连续墙的优点：施工期间不需降水，不需挡土护坡，不需立模板与支撑，把施工护坡与永久性工程融为一体。因此，这种基础形式可以避免开挖大量的土方量，缩短工期，降低造价。尤其在城市密集建筑群中修建深基础时，为防止对邻近建筑物安全稳定的影响，地下连续墙更显示出它的优越性。地下连续墙79/682地下连续墙的设计与施工 (1)导墙 (2)槽段开挖 (3)