基础工程课件3桩基础.ppt

1、第三章 桩基础Pile foundations,桩基础的分类 单桩竖向承载力及其确定 群桩基础的竖向承载力及沉降 桩的水平承载性状 桩基础设计的一般步骤,第三章 桩基础Pile foundations,深基础和桩基础的概念 桩基的使用,将荷载传递到坚硬下卧层,将荷载传递桩周土体,抵抗水平荷载,避免胀缩土带来的问题,提供抗拔阻力,防止土体流失带来的承载力下降,桩基础的设计内容 选定桩的类型及几何尺寸 单桩竖向（及水平）承载力的确定 确定桩的数量、间距及平面布置 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,按桩材料分（桩身材料选择） 木 便宜； 轻，易于处理 可修剪至任意长度 水

2、位下耐久 水位上易腐烂 对荷载较大的情况不适用,混凝土 适合桩的范围很广 地下水对混凝土的侵蚀 混凝土的质量控制非常重要,钢 贵 易处理 承受很大的打桩应力 高强度、高抗弯刚度 长度可很长，可承担荷载大 暴露部分易腐 在海岸工程中长期使用需要保护 薄截面桩可能会屈曲,桩的分类,按桩的截面形状分 实心 方桩 圆形桩 空心 管桩 工字型桩 Y型桩等异型桩,工,Y,按施工方法分 预制桩 混凝土桩（实心、空心），预应力管桩 钢桩（各种截面） 沉桩方法：锤击、振动锤、静压 灌注桩 沉管灌注桩 钻孔灌注桩 挖孔桩 爆破灌注桩 现浇薄壁管桩,关键就是要成孔,按施工对土体的挤土效应分 挤土效应的概念 挤土桩（

3、Large displacement piles）实心桩或者闭口的管桩打入或压入地基中，将挤开大量的土体。 部分挤土桩（Small displacement piles）同样是打入或者压入到地基中，但截面积小，开口管桩，H型桩，I型桩或者箱形桩 非挤土桩（Replacement piles）首先在地基中取土成孔（钻、挖孔），然后在钻孔内成桩,打入挤土桩 优点 缺点 施工前桩身质量可以检查 打入过程中可能断裂 施工不受地下水位影响 噪声及振动 地表之上的多余桩体对挤土可能会造成邻桩 海洋建筑物有利上抬或者建筑物破坏 可以打入很长的长度对净空有要求 设计抗弯和抗拉应力很高运输过程中的未见小破坏会降

4、低承载力 长度可以调节接头或端部的扩大头会降低侧阻力 管桩打入时可以封口在紧密土体或者硬土防止水位的影响体中扩大有限,非挤土桩 优点 缺点 长度可以调节 水位下浇灌混凝土 开挖材料可以检测 桩体浇注后无法检测 孔径可以很大（可达7m）无粘性土体中无法形成扩大头 噪声和振动问题小地面以上无法成桩 无地面隆起问题取土过多可能造成邻近地面或者建筑物下沉 净高低时仍可成桩钻孔的扰动与软化使得端阻力降低,按桩的性状和竖向受力情况分,端承型桩 端承桩,摩擦型桩 摩擦桩,单桩竖向承载力,荷载传递机理 发挥过程,根据微段平衡条件 有 对微段有,静载试验中，测桩顶力和位移，桩身贴应变片测轴力，根据上两式可画出侧

5、阻力和位移随深度变化,荷载机理的主要影响因素（主要是对端阻力、侧阻力的发挥） 桩端土和桩周土刚度之比 桩土刚度比 桩端直径与桩身直径 长径比,侧阻力和端阻力发挥的异步性 侧阻力在桩土相对位移510mm全部发挥（粘性土46mm，砂土610mm），与桩的长度和尺寸无关。 端阻力在桩端位移达0.10.25倍桩径才全部发挥（粘性土0.10.25d，砂土0.080.1d）,陡降型,缓变型,单桩竖向承载力确定方法,桩身材料强度能提供的承载力 桩土体系能提供的承载力 以土力学原理为基础的方法 国外应用较多，考虑土的类别（砂土、粘土）、桩的类型等方面 按现场载荷试验确定 按规范经验公式确定（初步设计估计）,单

6、桩承载力理论公式,单桩极限承载力,总极限侧阻力,极限端阻力,桩自重,Ks和Kp的差异 目前仍然采用单一的安全系数（一般为2）,端阻力,粘土中的桩端阻力 不排水为控制状况 q与桩自重G大体相同，则,D很小,Skempton,1959,桩端以上3倍及以下下1倍桩径内的平均值,砂土中桩的端阻力 比粘土中要复杂很多 c=0,端阻的极限厚度 小于这一值时，端阻随深度线性增加 超过后保持恒值,极限厚度与的关系,侧摩阻力,砂土中的侧阻力,土压力系数,计算深度的有效上覆应力,桩土接触面摩擦角,侧阻的极限深度 小于这一值时，侧阻随深度线性增加，超过后保持恒值,钻孔或压入,低挤土桩,高挤土桩,对高挤土桩Bhusa

7、n推荐：,常见的桩土接触面摩擦角,常见的土压力系数,桩壁侧阻系数,粘土中的侧阻力 粘土中侧阻力占总承载力的比例要比砂土中高很多，因此粘土中侧阻力的研究更受重视。 三种方法,假设各深度为Kp破坏条件,桩长范围内的竖向平均有效应力,下部坚硬土 上部砂、砾土,下部坚硬土层 上部为软粘土,全长打入坚硬土层中,重塑粘土的排水摩擦角,对正常固结粘土,对超固结粘土,单桩承载力静载荷试验确定,试验装置： 加荷稳压系统 提供反力部分 沉降观测部分,加荷方法 试验终止条件 详见规范,试验类型： 抗压；抗拔 水平；抗扭,试验目的（或试验的功能） 反推土层数据，修正设计 验证设计方法 确定极限承载能力 确定工作荷载下

8、的沉降（确定桩的荷载沉降曲线） 验证桩的结构稳定性,群桩的竖向承载力,群桩效应 群桩基础：两根桩以上，间距通常24D，桩顶通常通过承台连接,低承台桩基,高承台桩基,群桩效应：荷载作用下群桩基础中的一根桩单独受荷时的承载力和沉降性状往往与相同地质条件和设置方法的同样独立单桩有显著差别，这种现象叫群桩效应 群桩效应系数 效率 可能大于1 也可能小于1,剪切区的重叠,单桩和群桩的应力影响范围大的应力区,砂土中的群桩基础 根据现场测试结果及其它研究结果，通常的认为 对d3D打入群桩，n11.2 桩打入对桩间砂土的挤密作用（松砂、中密砂），紧砂有可能小于1。 对常规桩间距3D的钻孔桩，n2/33/4 没

9、有挤密作用，剪切区的重叠占主导作用,粘土中的群桩基础 粘土中的群桩基础有可能作为一个整体破坏 低承台桩基取*式和单桩承载力叠加之和（即n1）的最小值；而高承台取*式和n2/3的最小值,*,桩基础的沉降,单桩沉降 S1桩身压缩 S2桩端荷载引起桩端下土体压缩 S3桩侧阻力（荷载传递）引起的沉降 单桩沉降主要计算方法有：荷载传递法；弹性理论法；剪切变形传递法；有限单元法；其它简化方法。,群桩沉降 群桩沉降包括桩间土的压缩变形和桩端土层整体压缩变形两部分 我国规范中未考虑桩间土压缩的影响,地基中应力分布的计算 等效实体法 （桩间距小于6d） 把桩基础作为一个实体 实体基础地面与桩端齐平 按浅基础进行

10、沉降计算,考虑压力扩散,不考虑压力扩散,考虑桩间土压缩的影响,粘土,砂土,等效实体底面在(2/3)L处 (2/3)L范围内按1:4扩散（考虑侧阻力） (2/3)L之下按1:2扩散（附加应力计算）,等效实体底面进入砂层中的(2/3)深度处 (2/3)Db范围内按1:4扩散 (2/3)Db之下按1:2扩散,桩的负摩擦问题,什么情况下会出现负摩擦 桩周欠固结土或新填土的固结 大面积堆载 水位下降引起有效应力增加，土体压缩变形 自重湿限性黄土浸水后的湿陷 打桩后超孔隙水压力的消散 土体沉降大于桩的沉降,几个概念 中性点 负摩阻力强度 下拉荷载 减小负摩阻力的措施 涂抹沥青涂层 形成自由滑动层,桩的水平

11、承载力,介绍 几乎所有桩都会受到水平荷载作用 某些情况水平荷载相对竖向荷载很小，无需专门设计（如高层的桩基础，风荷载） 某些情况需要专门设计（抗滑桩，码头桩） 主动桩（荷载作用在桩上）、被动桩（荷载作用在土上） 本节主要介绍竖直主动桩的水平承载能力,桩在水平荷载下的性状 桩前正应力增加，桩后应力减少； 桩前位移径向向外，桩后径向向内； 某一阶段，桩后桩和土脱开，桩前浅层土体呈楔体破坏； 桩深处土体沿着桩成流动破坏（flow），没有孔隙产生； 在计算桩身极限压力的分布时，必须考虑到这些不同。,桩的破坏模式 自由桩（无桩帽）,短桩、刚桩 整体转动 转动点之上被动土压力 转动点之下主动土压利,长桩、

12、柔性桩 发展出塑性铰 只需知道转动点之上的压力分布,有桩帽的情况 限制转动,短桩 水平移动 无塑性铰,中长桩 有一个塑性铰 在桩帽处,长桩 有两个塑性铰 桩帽处和桩身中下部,根据不同的破坏模式 若已知道桩两侧土体的抗力，则可根据力、力矩的平衡条件，确定水平荷载及塑性铰位置,土体极限侧向压力的确定 无粘性土中 浅层楔体被动破坏 Kp是被动土压力系数； 深层由于三维效应，比平面被动破坏土压力要大，可按 确定，或按旁压试验类比确定。,各假定分布与离心机试验的对比,粘性土体中 塑性流动解答（plasticity solution） 旁压试验类比法（pressuremeter analogy） 综合考虑，土体侧向极限压力