《土力学与地基基础》教案 教学设计 第29次 基桩内力计算

福建船政交通职业学院教案NO.29教师姓名盛海洋授课班级21城轨1授课形式讲授授课日期2023年6月3日第16周授课时数2章节名称§9-3基桩内力和位移计算§9-4桩基础设计计算步骤教学目的1、掌握土的横向抗力、地基系数、单桩、单排桩、多排桩、桩的计算宽度、刚性构件和弹性构件的概念和特性。2、学会单桩及单排桩计算。3、掌握桩基础设计计算步骤。掌握沉井基础的组成、构造和旱地上沉井的施工的方法和步骤。了解地下连续墙施工环节。教学重点1、横向抗力、地基系数、单桩、单排桩、多排桩、桩的计算宽度、刚性构件和弹性构件的概念和特性。2、单桩及单排桩计算。3、桩基础设计计算步骤。掌握沉井基础的组成和构造，旱地上沉井的施工的方法和步骤。教学难点1、单桩及单排桩计算。2、确定基桩的根数及其在平面上的布置。桩数与平面布置、桩基验算。教学媒体板书课后分析复习旧课，导入新课：（时间）10’单桩轴向容许承载力的确定方法有：静载试验法、经验公式法、理论公式法、静力触探法。掌握：一个概念、六种方法、一个试验、两个公式。什么是负摩阻力？教学过程（时间）100’/60’教学提示§9-3基桩内力和位移计算一、基本概念（一）土的横向抗力和地基系数1、深度z处土的横向抗力：σzx=Cx（KPa）式中C为地基系数（kN/m3）。2、地基系数的物理意义：使地基产生单位变形时所需施加的压力强度，也即桩侧某点发生单位横向位移时，土对桩的横向抗力。（二）单桩、单排桩和多排桩1、单桩或与横向外力作用方向相垂直的单排桩（图3-43）Pi=N/nQi=H/nMi=M/n2、多排桩或顺横向力作用方向的单排桩（图3-44）（三）桩的计算宽度b1多排桩或顺横向力作用方向的单排桩，每根桩的计算宽度为：b1=KφK0Kb单桩或与横向外力作用方向相垂直的单排桩的计算宽度可按下式计算：矩形截面桩柱b1=b+1（m）圆形截面桩柱b1=0.9（b+1）（m）（四）刚性构件和弹性构件当αL≤2.5时，可将桩柱视为刚性构件。当αL>2.5时，可将桩柱视为弹性构件。二、单桩及单排桩计算（一）桩的挠曲微分方程及桩的内力和变位的计算公式。（二）计算步骤：1、求出每根桩桩顶受力Pi、Qi和Mi及地面或局部冲刷线处横向荷载。2、验算单桩轴向承载力。3、计算b1和α，判别是否为弹性构件，如果是，则可继续。4、计算MZ绘出MZ的分布图，找出最大弯矩值及其位置，以便验算桩的截面强度或配置钢筋。5、计算墩（台）顶水平位移。§9-4桩基础设计计算步骤桩基础设计包括桩的类型及几何尺寸的选择、单桩承载力的确定、确定桩数与平面布置、桩基验算、桩身结构设计、承台设计等。一、桩基础类型的选择1、桩基础类型、承台位置和尺寸的选定2、柱桩桩基和摩擦桩桩基的选定3、单排桩基础和多排桩基础的选定4、施工方法的选择5、承台尺寸的拟定二、桩径、桩长的拟定和单桩容许承载力的确定1、桩径的拟定2、桩长的拟定3、单桩容许承载力的确定三、确定桩的根数及其在平面上的布置1、确定桩数：初步估算桩数时，不考虑群桩效应，根据单桩承载力特征值估算。若桩基为中心受压，按公式8.10计算n≥Fk+Gk/Ra,8.10n-桩数;Fk-承台顶面竖向荷载;Gk-承台及土自重;Ra-复合基桩的竖向承载力特征值。偏心受压，若桩的布置使群桩横截面的重心与荷载合力作用点重合,仍按8.10,否则,桩数应增加10-20%。2、桩的平面布置：即布桩（图8.2），a矩形排列、三角形网格的梅花式-使用柱下桩基；b单排、双排等距-使用墙下桩基；c不等距离-筏形或箱形基础，沿柱网、肋梁或隔墙的轴线布置。另外，桩距要符合表8.6规定。桩距太大会增加承台的工作量，过小将引起桩间应力重叠。四、桩基验算1、单桩承载力验算（1）中心竖向力作用下，Nmax+G≤k[P]，按公式8.11计算Qk=Fk+Gk/n≤Ra8.11Qk-中心竖向力作用下任一单桩竖向力;Fk-承台顶面竖向荷载;Gk-承台及土自重;Ra-复合基桩的竖向承载力特征值.（2）偏心竖向力作用下，按公式8.12计算Qik=Fk+Gk/n+x、y轴弯矩≤Ra8.12Qkmax≤1.2Ra8.132、桩基软弱下卧层验算按公式8.14计算σz+γiz≤qukw/γq8.14γi-软弱下卧层顶面以上各土层加权平均值；z-地面到软弱下卧层顶面的深度；qukw-软弱下卧层经深度修正的地基极限承载力标准值；γq–地基承载力分项系数，取1.65;σz-软弱下卧层顶面的附加应力,分以下2种情况计算:(1)桩距sa≤6d的群桩基础,按整体冲剪破坏考虑(图8.3a)，按公式8.15计算：σz=8.15读书(2)桩距sa>6d的群桩基础,按公式8.16计算：σz=8.16读书3、桩基沉降计算读书A需要验算，B不需要验算。桩基内任意一点的最终沉降量，可用单向压缩分层总和法，按8.17计算:s=ψψes´8.17s-桩基最终沉降量;ψ-桩基沉降计算经验系数，读书；ψe-桩基等效沉降系数；s´-按单向压缩分层总和法计算出的桩基沉降量。五、桩身结构设计包括桩身构造要求、配筋要求等。混凝土预制桩、混凝土灌注桩。略六、承台设计（一）承台设计包括确定承台的材料、底面标高、平面形状及尺寸、承台的厚度及与桩的联结，进行承台内力计算、正截面受弯、斜截面受剪、受冲切和局部受压承载力计算，承台配筋，承台抗裂性、变形验算等。略（二）承台强度的验算七、验算桩基础整体承载力八、计算墩台顶的水平位移Δ=x1-φ1l1+Δ0课程小结：5’1、横向抗力、地基系数、