第八章--桩基础.ppt

1、第八章 桩基础及其他深基础, 8.1 概述 8.2 桩及其桩基础的分类与质量检测 8.3 桩的承载力 8.4 桩基设计 8.5 其他深基础简介,一、教学目的 1、掌握桩基础、深基础的适用范围和桩基础的分类； 2、掌握单桩竖向承载力及群桩竖向承载力的计算； 3、掌握桩基础的设计。 二、难点 1、桩的承载力的计算； 2、桩基础设计，尤其承台的设计 三、重点 1、桩基础与浅基础的区别； 2、桩基础的分类及桩的承载力的计算； 3、桩基础设计。 四、作业 P248 8.4,一、深基础适用条件,8.1 概述,对下述情况，一般可考虑选用桩基础方案： 天然地基承载力和变形不能满足要求的高重建筑物； 天然地基承

2、载力基本满足要求、但沉降量过大，需利用桩基减少沉降的建筑物，如软土地基上的多层住宅建筑，或在使用上、生产上对沉降限制严格的建筑物； 重型工业厂房和荷载很大的建筑物，如仓库、料仓等； 软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物； 作用有较大水平力和力矩的高耸结构物（如烟囱、水塔等）的基础，或需以桩承受水平力或上拔力的其他情况； 需要减弱其振动影响的动力机器基础，或以桩基作为地震区建筑物的抗震措施； 地基土有可能被水流冲刷的桥梁基础； 需穿越水体和软弱土层的港湾与海洋构筑物基础，如栈桥、码头、海上采油平台及输油、输气管道支架等。,二、常见深基础类型,桩基础，沉井基础，墩基础，沉箱基础，地下连续墙以

3、及高层建筑深基础护坡工程等。,三、深基础与浅基础区别,1、由深层较好的土来承受上部结构的荷重以外，还有深基础周壁的摩阻力共同承受上部荷重。深基础承载力较高、沉降小。,2、需要用特殊方法进行施工。,3、造价较高。 4、工期较长。,5、技术较复杂，需要专职技术人员负责施工及质量检查，发现问题及时处理。,6、抗震性能好,7、能用于复杂的受力方式：抗拔（抗浮桩）、 横向力（护坡桩）,桩基是由桩、土、承台共同组成的基础，应结合地区经验考虑三者的共同作用。由于桩基承载力都较高，通常大多数桩基的首要问题是在于控制其沉降量，因此，桩基设计应按变形控制设计。 桩基设计应满足下列条件： 强度要求：单桩承受竖向荷载

4、不宜超过单桩竖向承载力特征值； 变形要求：桩基础的沉降不得超过建筑物沉降允许值； 对于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。,四、桩基设计原则,五、桩基设计内容,桩基设计包括下列基本内容： 桩的类型和几何尺寸的选择； 单桩竖向（和水平向）承载力的确定； 确定桩的数量、间距和平面布置； 桩基承载力和沉降验算； 桩身结构设计； 承台设计； 绘制桩基施工图。,一、按承载性状分类：,根据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，将桩分为两大类。,1、摩擦型桩分为：纯摩擦桩，端承摩擦桩。 特点：软弱土层很厚，桩只需打入一定得深度，不需穿越软弱土层。,2、端承

5、型桩分为：纯端承桩，摩擦端承桩。 特点：桩穿越软弱土层，打入深层土中。,8.2 桩及桩基础的分类与质量检验,二、按桩的使用功能分： 1、竖向抗压桩：使用最广泛的一种桩，主要承受竖向下压荷载的桩。 2、竖向抗拔桩：主要承受向上拔荷载的桩，偏心荷载较大,3、水平受荷桩：承受水平方向的土压力，高层建筑的深基坑护坡工程。 4、复合受荷桩：承受较大水平荷载及竖向荷载。,摩擦型桩,端承型桩,三、按桩身材料分类,（杉木、松木、橡木），长410米，直径1826厘米。,2、混凝土桩,a.材料与规格：混凝土采用的强度等级为C15、 C20、 C25，规格：直径3050厘米，长不超过25米。,b.适用于：中小型工程

6、承压桩、深基坑护坡桩。大多为施工期间临时性工程桩，待基础完工，基坑回填至地面后报废。,c.优点：设备简单，操作方便，经济，省钢材。,d.缺点：可能产生“缩颈”、断桩、局部夹土、混凝土离析。,3、钢筋混凝土桩,适用范围：大中型各类建筑工程的承载桩。可承压、抗拔、抗弯、承受水平荷载。,1、木桩,d.优点：承载力大，不受地下水位与土质条件限制。,e.缺点：自重大，预制桩需大型打桩机和吊装的吊车。若桩长不够需接桩，桩太长需截桩，费事，造价较高。,横截面积,b.横截面积与桩长,c.材料与构造： 混凝土强度：预制桩强度C30，灌注桩 C20 受力主筋：按计算确定;配筋率;箍筋;桩顶与桩尖构造,预制桩250

7、-400mm,灌注桩可达1500mm,桩径,工厂预制桩5-12m， 现场预制25-30米,灌注桩可达几十米,4、钢桩,a.直径2501200毫米。目前我国最长的钢管桩达88米。,b.适用于：超重型设备基础；江河深水基础；高层建筑深基槽护坡工程（可多次利用）。,c.优点：承载力高，材料强度均匀可靠。,d.缺点：费钢材，价格高，易锈蚀。,四、按桩的施工方法分类,1、预制桩,2）振动法（砂土地基或钢桩），但不适合一般粘土地基； 3）静力压桩法（均质软土地基），适用于可塑、软塑状的粘性土地基，不适合砂土及其他较坚硬的土层。,其主要装置为振动器，利用振动器所产 生的激振力，使桩身产生高频振动。,适用于地

8、基土为松散的碎石土（不含大卵石或漂石）、砂土、粉土以及可塑粘性土的情况。 缺点：会产生较大的振动、挤土和噪声，引起邻近建筑物或地下管线的附加沉降或隆起，妨碍人们的正常生活与工作。,a.沉桩方法 1）锤击法（打入）,振动法优点 噪音小，不产生废气，沉桩速度快，施工简便，操 作安全，结构简单、辅设备少、重量轻、 体积小、对 桩头的作用力均匀而使桩头不易损坏等特点，还可以用 来拔桩。 缺点 适于砂质粘土、砂土、软土地区施工，不宜用于砾石 和密实的粘土层。如用于砂砾石和粘土层中，需配以水 冲法辅助施工。,静力压桩依靠持续作用静压力，将桩压入或拔出的桩工机械。,特点：噪声低、振动小、无污染，与冲击式施工

9、方式比较，桩身不受冲击应力，损坏可能性小，施工质量好，效率高。不用试桩可以得出单桩承载力。 适用于软弱土地基和压垂直桩，压斜桩困难。,第二节 混凝土预制桩施工,2、灌注桩,a.优点：,在现场开孔，灌注成型。材料使用混凝土或钢筋混凝土。,1）不需预先制作和运输。适用于当地无砼预制厂和交通不便的地区。,2）可根据桩身内力大小，分段配筋或不配筋以节约钢材。,3）可做成大直径灌注桩提高承载力。,4）无如预制桩打桩时的振动和噪音。,b.缺点：易造成缩颈。,c.据开孔方法和所用机具不同，可分为：,1）沉管灌注桩；2）钻孔灌注桩（冲孔灌注桩）；3）夯扩桩；4）人工挖孔灌注桩；5）爆扩桩。,五、按成桩方法分类

10、：,考虑成桩挤土效应对桩承载力、成桩质量控制和环境等影响。,1、非挤土桩：干作业法，泥浆护壁法，套管护壁法。,2、部分挤土桩,3、挤土桩,六、按桩径大小分类：,1、小直径桩。d250mm，多用于基础加固的数根桩或静压锚杆托换桩及复合桩基础。,2、中等直径桩。 250 d800mm,3、大直径桩。d800mm。,1. 埋设护筒 护筒是用48mm 厚钢板制成的圆筒，其内径应大于钻头直径100mm，其上部宜开设12个溢浆孔。埋设护筒时，先挖去桩孔处表土，将护筒埋土中，保证其准确、稳定。护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm，护筒与坑壁之间用粘土填实，以防漏水。,护筒的埋设深度，在粘土中不宜小于1.

11、0m，在砂土中不宜小于1.5m。护筒顶面应高于地面0.40.6m，并应保持孔内泥浆面高出地下水位1m以上，在受水位涨落影响时，泥浆面应高出最高水位1.5m 以上。,护筒的作用是固定桩孔位置，防止地面水流入，保护孔口，增高桩孔内水压力，防止塌孔和成孔时引导钻头方向。,2、制备泥浆 1)、泥浆的作用 泥浆具保护孔壁、防止坍孔的作用，同时在泥浆循环过程中还可携砂，并对钻头具有冷却润滑作用。泥浆在桩孔内吸附在孔壁上，将土壁上孔隙填渗密实，避免孔内壁漏水，保持护筒内水压稳定；泥浆比重大，加大孔内水压力，可以稳固土壁、防止塌孔；泥浆有一定粘度，通过循环泥浆可将切削碎的泥石碴屑悬浮后排出，起到携砂、排土的作

12、用。同时，泥浆还可对钻头有冷却和润滑作用.,人工挖孔桩,七.桩的质量检测,1、开挖检测 特殊情况下进行，一般不采用 2、抽芯法 3、声波透射法 4、动测法,8.3 桩的承载力,一、单桩竖向承载力标准值 我国确定桩的承载力的方法有两种，建筑地基基础设计规范、 建筑桩基技术规范。桩的承载力包括单桩竖向承载力、群桩竖向承 载力和水平力等。 (1)单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定。 (2)地基基础设计等级为丙级的建筑物，可采用静力触探及标贯试 验参数确定承载力特征值。 (3)初步设计时，单桩竖向承载力特征值可按公式估算。 （一）、单桩竖向极限承载力抗压静荷载试验确定 1、单桩竖向极限承

13、载力确定： (1)作荷载沉降(Q-s)曲线和其他辅助分析所需的曲线； (2)当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载值； (3)当，且经24h尚未达到稳定时，取前一级荷载值； (4)(Q-s)曲线呈缓变形时，取桩顶总沉降量s40mm所对应的荷载 值，当桩长大于40m时，宜考虑桩身的弹性压缩；,2、单桩竖向极限承载力标准值Quk （1）、建筑地基基础设计规范 参加统计的试桩，当满足其极差不超过平均值的30%时，可取其平 均值为单桩竖向极限承载力标准值Quk。极差超过平均值的30%时， 宜增加试桩数量并分析离差过大的原因，结合工程具体情况确定极 限承载力。 对桩数为3根及3根以下的柱下承台，取最小

14、值作为单桩竖向承载力 标准值。 （2）、建筑桩基技术规范法 a、计算n根试桩实测极限承载力平均值Qum Qum=1/nQui b、计算每根试桩的极限承载力实测值Qui与平均值Qum之比ai ai=Qui/Qum C、计算ai的不标准差Sn Sn= ( ai-1)2/（n-1）1/2 Sn0.15时，取Quk = Qum Sn0.15时，取Quk = Qum 单桩竖向极限承载力标准值折减系数，查表,3、单桩竖向承载力标准值Rk Rk= Quk/K K安全系数，取2.0 （二）、按静力学公式计算 （1）、 建筑地基基础设计规法 摩擦桩 Rk=qpAp+upqsilsi 端承桩 Rk=qpAp 式中

15、 Rk单桩的竖向承载力标准值 qp桩端土的承载力标准值，可查表也可按地区经验值确定 Ap桩身的横截面面积 up桩身的周边长度 qsi桩周土的摩擦力标准值，可查表 lsi按土层划分的各段桩长 2、建筑桩基技术规范法 （1）、据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系 Quk= Qsk+ Qpk=uqsik+qpkAp Qsk单桩总极限侧阻力标准值，KN Qpk 单桩总极限端阻力标准值KN u桩身的周边长度，m qsik桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，查表 Qpk极限端阻力标准值，查表,（2）据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定大直径 （d800mm）单桩竖向极限承载力标准值 Quk= Q

16、sk+ Qpk=usiqsik+pqpkAp si、 p大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，查表 二、单桩竖向承载力设计值 1、 建筑地基基础设计规法 （1）、单桩竖向承载力设计值R R=1.2RK （2）桩数n3根的桩下承台 R=1.1RK 2、建筑桩基技术规范凡桩数n3根的桩基 （1）、基桩竖向承载力设计值R R= Qsk/ rs+Qpk/rp Rs、rp桩侧、桩端阻抗力分项系数，查表 三、群桩竖向承载力 (一)群桩的特点 当建筑物上部荷载远大于单桩承载力时，通常由多根桩组成群桩共同 承受上部荷载，群桩的受力情况与承载力计算是否与单桩完全相同， 由图8-11加以说明。图8-11(a)为单桩受力

17、情况，桩顶轴向荷载N由桩 端阻力与桩周摩擦力共同承受。群桩效应：图8-11 摩擦桩应力传递,分析，图8-11（a）为单桩受力情况，桩顶轴向荷载由N由桩端阻力 与桩周摩擦力共同承担，图8-11（b）为群桩受力情况，同样每根 桩的桩顶轴向荷载N由桩端阻力与桩周摩擦力共同承担，但因桩距 小，桩间摩擦力不能充分发挥作用，同时在桩端产生应力叠加，因 此群桩的承载力小于单桩承载力与桩数的乘积,即： RnnR Rn与nR之比值称为群桩效应系数， =Rn/n 试验表明，群桩效应系数与桩距、桩数、桩径、桩入土长度、排列 承台宽度及土性质因素有关，其中，以桩距为主要因素。,8-11,（二）、群桩承载力计算 1、不

18、考虑群桩效应 Rn=nR 适用于：a端承桩 b桩数n8的摩擦桩 c条形基础下摩擦桩不超过2排 2、考虑群桩效应（按假想实体深基础计算） （1）验算群桩地基强度 中心荷载：p=（N+G）/A f 偏心荷载：pmax= （N+G）/A +Mx/Wx +My/Wy 1.2f （2）验算群桩中各桩受力 中心受压 Q= （N+G）/n R 偏心受压 Qmax = （N+G）/n + Mxymax/ yi2 +Myxmax/ xi2 1.2R Q桩基中单桩所承受的外力设计值，kn N作用于桩基上的竖向力设计值，kn G桩基承台自重设计值和承台上土自重标准值 R单桩竖向承载力设计值 Mx、My作用于群桩上外

19、力，对通过群桩重心的小，y轴的力矩设计值 Xi、yi桩i至通过群桩重心的y、x轴线的距离 Xmax、yma自桩基主轴到最远桩的距离。见下图,8.4桩基设计,一般桩基设计按下列步骤进行：调查研究、收集相关的设计资料； 根据工程地质勘探资料、荷载、上部结构的条件要求等确定桩基持 力层；选定桩材、桩型、尺寸、确定基本构造；计算并确定单桩承 载力；根据上部结构及荷载情况，初拟桩的平面布置和数量；根据 桩的平面布置拟定承台尺寸和底面高程；桩基础验算；桩身、承台 结构设计；绘制桩基(桩和承台)的结构施工图。 一、确定桩的规格与单桩竖向承载力 1、确定桩的规格 a、桩的长度 桩端全截面进入持力层的深度，对于

20、黏性土、粉土不宜小 于2d；对于砂土，不宜小于1.5d；对于碎石类土，不宜小于ld。当存在 软弱下卧层时，桩基以下硬持力层厚度不宜小于4d。 b、 桩的横截面面积 钢筋混凝土预制桩，中小工程常用250250mm或 300300mm，大工程常用350350mm或400400mm 2、确定单桩竖向承载力 根据8.3节计算,二、计算桩的数量进行平面布置 1、桩的数量计算 中心受压： n=（N+G）/Q 偏心受压： n=（N+G）/Q 桩基偏心受压系数，通常取1.11.2 2、桩的平面布置 a、桩的中心距 一般取（34）d（桩径），最小中心距可查表 b、桩的平面布置 根据桩基的受力情况，桩可采用多种形

21、式的 平面布置。如等间距布置、不等间距布置，以及正方形、矩形网 格，三角形、梅花形等布置形式。布置时，应尽量使上部荷载的中 心与桩群的中心重合或接近，以使桩基中各桩受力比较均匀。对于 桩基，通常布置梅花形或行列式；对于条形基础，通常布置成一字 形，小型工程一排桩，大中型工程两排桩；对于烟囱、水塔基础， 通常布置成圆环形。桩离桩承台边缘的净距应不小于d/2。,三、桩基础验算 1、单桩受力验算 中心荷载作用： Q=（N+G)/n R 偏心荷载作用： Qmax= （N+G)/n + Mxymax/ yi2 +Myxmax/ xi2 1.2R 2、群桩地基承载力验算 中心荷载作用：（N+G）/A f

22、偏心荷载作用：（N+G）/A +Mx/Wx +My/Wy 1.2f,桩的布置图（a）柱下桩基；（b）墙下桩基,四、桩承台设计 1、作用：将各桩联成一整体，把上部结构的荷载转换、调整、分配于各桩。 2、分类：柱下独立承台、墙下条形承台、筏板承台和箱形承台。 3、承台设计内容 选择承台的材料及强度等级； 几何形状及其尺寸； 进行承台结构承载力计算； 满足构造要求。,4.构造要求 1)桩承台的宽度不应小于500mm。边桩中心至承台边缘的 距离不宜小于桩的直径或边长，且桩的外缘至承台边缘 的距离不小于150mm。对于条形承台粱，桩的外边缘至承 台梁边缘的距离不小于75mm。 2)承台的最小厚度不应小于

23、300mm。承台的配筋，对于矩 形承台，其钢筋应按双向均匀通长布置，见下图b . 3)钢筋直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm；对于三 桩承台，钢筋应按三向板带均匀布置且最里面的三根钢 筋围成的三角形应在柱截面范围内，见下图b，承台梁的 主筋除满足计算要求外，尚应符合最小配筋率的要求， 主筋直径不宜小于12mm，架立筋不宜小于10mm，箍筋直 径不宜小于6mm见下图 c。,承台混凝土强度等级不应低于C20，纵向钢筋的混凝土保护层厚度 不应小于70mm，当有混凝土垫层时，不应40mm。,承台配筋示意,(a)矩形承台配筋；(b)三桩承台配筋；(c)承台梁,五、柱下桩基独立承台设计,1、受弯

24、计算 a）柱下多桩矩形承台的配筋不足情况下将产生弯曲破坏，其破坏特征呈梁式破坏。所谓梁式破坏，指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.,五、柱下桩基独立承台设计,（一）承台受弯计算,当承台配筋不足时承台将产生弯曲破坏。,1、柱下多桩矩形承台,弯矩计算截面取柱边和承台高度变化处（杯口外侧或台阶边缘），按下式计算弯矩：,算出弯矩后，按下式计算配筋后取各向最大值双向配筋，并应符合构造要求。,有：等边和等腰两种形式。,(1)等边三桩承台,式中 M由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯矩设计值； Nmax扣除承台和其上填土自重

25、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； s桩距； c方柱边长，圆柱时c0.866d（d为圆柱直径）。,算出弯矩后，按下式配筋,2、柱下三桩三角形承台,注：建筑地基基础设计规范和建筑桩基技术规范不同,(2)等腰三桩承台,式中： M1 , M2分别为由承台形心到承台两腰和底边的距离范围内 板带的弯矩设计值； s长向桩距； 短向桩距与长向桩距之比，当小于0.5时，应按变截面的二桩承台设计； c1、c2分别为垂直于、平行于承台底边的柱截面边长。,（二）承台受冲切计算,当承台有效高度不足时，承台将产生冲切破坏。 承台冲切破坏的方式：柱对承台的冲切；角桩对承台的冲切。 冲切破坏锥体斜面

26、与承台底面的夹角45o 柱边冲切破坏锥体的顶面在柱与承台交界处或承台变阶处，底面在桩顶平面处； 角桩冲切破坏的顶面在内缘处，底面在承台上方； 计算以矩形或方形桩、柱为例，圆形桩、柱换算成方形。 计算中假定承台与地基土脱空，对非脱空承台偏于安全。,(a) 柱对承台冲切计算简图,(b) 矩形承台角桩冲切计算简图,（1）柱对承台的冲切验算,（2）角桩对承台的冲切验算,多桩矩形承台角桩的冲切,（2）角桩对承台的冲切验算,三桩三角形承台角桩的冲切,（三）承台受剪切计算,桩基承台的抗剪计算，在小剪跨比的条件下具有深梁的特征。 柱下桩基独立承台应分别对柱边和桩边、变截面和桩边联线形成的斜截面进行受剪计算（如

27、图)。当柱边外有多排桩形成多个剪切斜截面时，尚应对每个斜截面进行验算。,b0如何定？,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。 计算变阶处截面A1-A1、 B1-B1的斜截面受剪承载力时，其截面有效高度均为h0l ，截面计算宽度分别为b y1和bx1。 计算柱边截面A2-A2和B2-B2处的斜截面受剪承载力时，其截面有效高度均为h01h02，截面计算宽度按下式计算：,b0的确定,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 截面有效高度均为h0，截面的计算宽度按下式计算：,b0的确定,当承台的混凝土强度等级低于柱或桩的混凝土强度等级时，尚应验算柱下或桩上承台的局部受压承载力。 当进行承台的抗震验算时，应根据现行建筑抗震设计规范的规定对承台的受弯、受剪切承载力进行抗震调整。,（四）局部受压计算,六 桩基础设计步骤,桩基设计应符合安全、合理和经济的要求。对桩和承台来说，应有足够的强度、刚度和耐久性；对地基来说，要有足够的