土木基础工程课件--第四章桩基础

第四章桩基础4.1概述4.2桩的类型4.3桩的竖向承载力4.4桩基础沉降的计算4.5桩的负摩擦问题4.7桩的平面布置原则4.8桩承台的设计4.9桩基础设计的一般步骤10/23/2021基础工程课件 一、桩基础的特点桩是竖直或微倾斜的基础构件，横截面尺寸远小于长度方向。荷载传递：桩侧摩擦阻力+桩端阻力OR通过桩身将横向荷载传递给土体10/23/2021基础工程课件 桩的工程作用：(1)桩侧与土体接触，将荷载传递给桩周土体，或荷载传给深层的岩(砂、硬粘土)层；(2)对液化地基，桩穿越液化层，增加结构抗震能力；(3)桩侧竖向刚度大，桩穿越高压缩土层，沉降要求高的结构满足安全和使用要求；(4)桩具有很大的侧向刚度和抗拔力，抵抗台风、地震等巨大水平力；(5)改变地基基础的动力特性，提高地基基础自振频率，减少振幅，保证结构及设备正常运行。10/23/2021基础工程课件 桩的施工工艺分类表主要针对钢筋混凝土桩，机具设备、制桩工艺10/23/2021基础工程课件 预制桩：在地面上预先制作好钢筋混凝土桩身，然后通过锤击、静压或振动等方法将预制桩沉入地基内到达的深度，形成桩基础。桩径较小0.6m以下；地基土为砂性土、粉土、细砂及松散的不含大卵石的土。灌注桩：在施工现场的桩位上，通过机械钻凿或人工挖掘等方法形成桩孔，然后孔内放入钢筋笼，灌注混凝土，形成钢筋混凝土灌注桩。桩长桩径变化大，应用广。10/23/2021基础工程课件 高承台低承台竖直桩斜桩4.1概述10/23/2021基础工程课件 适用性：①天然地基承载力和变形不能满足要求的高重建筑物；②天然地基承载力基本满足要求、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；③重型工业厂房和荷载很大的建筑物，如仓库、料仓等；④软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物；10/23/2021基础工程课件 ⑦地基土有可能被水流冲刷的桥梁基础；⑧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。⑤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它情况；⑥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；10/23/2021基础工程课件 桩基设计原则：荷载效应组合与浅基础相同。桩基设计应满足下列基本条件：单桩承受的竖向荷载不应超过单桩竖向承载力特征值；桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值；对位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。特殊土地基上的桩基：软土、湿陷性黄土、岩溶……10/23/2021基础工程课件 桩基设计内容①桩的类型和几何尺寸的选择；②单桩竖向（和水平向）承载力的确定；③确定桩的数量、间距和平面布置；④桩基承载力和沉降验算；⑤桩身结构设计；⑥承台设计；⑦绘制桩基施工图。10/23/2021基础工程课件 1.根据桩的性状和竖向受力情况划分2.根据施工方法划分3.根据挤土效应划分4.2桩的类型10/23/2021基础工程课件 1、端承型桩和摩擦型桩端承型桩是指桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受的桩。端承型桩包括端承桩和摩擦端承桩两类。当桩侧阻力很小可以忽略不计时，称为端承桩。摩擦型桩是指桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受的桩。摩擦型桩包括摩擦桩和端承摩擦桩。当桩端阻力很小可以忽略不计时,称为摩擦桩。桩侧阻力，桩端阻力10/23/2021基础工程课件 端承型桩：其桩端一般进入中密以上的砂类、碎石类土层，或位于中风化、微风化及新鲜基岩顶面。这类桩的侧摩阻力虽属次要，但不可忽略。端承桩：桩的长径比较小（一般l／d≤10），桩身穿越软弱土层，桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中风化、微风化及未风化硬质岩石顶面（即入岩深度hr≤0.5d）。嵌岩桩：当桩端嵌入完整和较完整的中风化、微风化及未风化硬质岩石一定深度以上（hr>0.5d)时,称为嵌岩桩。工程实践中，嵌岩桩一般按端承桩设计。但这并不意味着嵌岩桩不存在侧阻和嵌岩阻力。10/23/2021基础工程课件 摩擦型桩：桩端持力层多为较坚实的粘性土、粉土和砂类土，且桩的长径比不很大。摩擦桩：具备下列条件之一时：①桩的长径比很大，桩顶荷载只通过桩身压缩产生的桩侧阻力传递给桩周土，因而桩端下土层无论坚实与否，其分担的荷载都很小；②桩端下无较坚实的持力层；③桩底残留虚土或残渣较厚的灌注桩；④打入邻桩使先设置的桩上抬、甚至桩端脱空等情况。10/23/2021基础工程课件 2、预制桩和灌注桩(1)预制桩木桩，混凝土预制桩，钢桩。常用松木，长4~6m，桩径160~260mm，多用于软弱地基上的民宅和小型建筑物。应打入地下水位以下0.5m。要确保桩端进入硬持力层。10/23/2021基础工程课件 工程实例－－广州海珠区新窖镇瑞宝村某民宅剖面图平面图北转下页硬土软土10/23/2021基础工程课件 1995年10月6日下午4:20楼房先是缓慢向南倾斜，后突然倾覆倒塌。3名装修工人死亡，室内多人受伤。鉴定结果：违章作业；梁柱钢筋锚固长度严重不足；基础设计错误。判决结果：屋主、转包人、承建人赔偿40万元；承建人被处以有期徒刑一年零六个月。10/23/2021基础工程课件 混凝土预制桩普通混凝土预制桩、预应力混凝土管桩（PC）、预应力高强混凝土管桩（PHC）、预应力砼空心方桩。普通混凝土预制桩截面边长一般为300～500mm。可以在工厂生产，也可在现场预制。现场预制桩的长度一般在25～30m以内，工厂预制桩的分节长度一般不超过12m，沉桩时在现场连接到所需长度。10/23/2021基础工程课件 预应力混凝土管桩采用先张法预应力工艺和离心成型法制作。经高压蒸气养护生产的为预应力高强混凝土管桩（代号为PHC桩），其桩身离心混凝土强度等级不低于C80；未经高压蒸气养护生产的为预应力混凝土管桩（代号为PC桩），其桩身离心混凝土强度等级C60～C80。常用的PHC、PC管桩的外径为300～600mm，分节长度为7～13m，沉桩时桩节处通过焊接端头板接长。桩的下端设置十字型桩尖、圆锥型桩尖或开口型桩尖。10/23/2021基础工程课件 锤击法沉桩施工工艺沉桩前的准备工作：认真处理高空、地上和地下障碍物。对现场周围(50m以内)的建筑物作全面检查。对危房进行必要的处理。对建筑物基线以外4～6m以内的整个区域及打桩机行驶路线范围内的场地进行平整、夯实。在桩架移动路线上，地面坡度不得大于1%。修好运输道路，做到平坦坚实。打桩区域及道路近旁应排水畅通。在打桩现场或附近需设置水准点，数量为两个，用以抄平场地和检查桩的入土深度。根据建筑物的轴线控制桩定出桩基每个桩位，作出标志，并在打桩前，应对桩的轴线和桩位进行复验。打桩机进场后，应按施工顺序铺设轨垫，安装桩机和设备，接通电源、水源，并进行试机。然后移机至起点桩就位，桩架应垂直平稳。10/23/2021基础工程课件 沉桩施工要点：(1)桩帽与桩接触的表面应平整，与桩身应在同一直线上。(2)当桩吊起就位后，要缓缓放下，插入土中，进行桩位和垂直度校正后，并在桩身侧面或桩架上设置标尺，做好记录，才能开始施打，开始时应起锤轻压或轻击数锤，待锤以及桩身等垂直度一致后，即可转入正常施打。(3)沉桩时如桩顶不平，可用麻袋或厚纸板等垫平。(4)打桩顺序；(5)桩停止锤击的控制原则：①桩端位于一般土层时，以控制桩端设计标高为主，贯入度可作参考；②桩端过到坚硬、硬塑的粘性土、粉土、中密以上砂土、碎石类土以及风化岩时，以贯入度控制为主，桩端标高作参考。10/23/2021基础工程课件 建设部行业标准《预应力砼空心方桩》JG197-2006预应力砼空心方桩KFZ，C60预应力高强砼空心方桩HKFZ，C80薄壁预应力砼空心方桩TKFZ，C60边长300~1000mm相比管桩，承载力更高，成本低，抗震性好，更易成桩。10/23/2021基础工程课件 钢桩H型钢桩，下端开口或闭口的钢管桩H型钢桩的横截面大都呈正方形，截面尺寸200×200～360×410mm翼缘和腹板的厚度为9～26mm。H型钢桩贯入各种土层的能力强，对桩周土的扰动亦较小。由于H型钢桩的横截面面积较小，因此能提供的端部承载力并不高。钢管桩的直径一般为400～3000mm，壁厚为6～50mm，国内工程中常用的大致为400～1200mm，壁厚为9～20mm。端部开口的钢管桩易于打入（沉桩困难时，可在管内取土以助沉），但端部承载力较闭口的钢管桩小。10/23/2021基础工程课件 钢桩的穿透能力强，自重轻、锤击沉桩的效果好，承载能力高，无论起吊、运输或是沉桩、接桩都很方便。但钢桩的耗钢量大，成本高，抗腐蚀性能较差，须做表面防腐蚀处理，目前我国只在少数重要工程中使用。工程实例－－杭州湾跨海大桥全长36km，打设钢管桩5475根，桩径1500~1600mm，壁厚20~23mm，l=71~89.35m。砼预制桩主要优缺点：桩身质量好，施工工期短。桩径较小，穿透能力有限，配筋量较大。10/23/2021基础工程课件 （2）灌注桩（4类）灌注桩是直接在所设计桩位处成孔，然后在孔内加放钢筋笼（也有省去钢筋的）再浇灌混凝土而成。适用于各种地基土，桩端可进入中、微风化岩层；桩径可较大，配筋量小；桩长可按要求确定；桩身质量相对较差。特点：10/23/2021基础工程课件 1)沉管灌注桩沉桩方式：锤击、振动、振动冲击。桩径：300~500mm。桩长：20m以内。施工设备简单，沉桩进度快，成本最低，但很易产生缩颈（桩身截面局部缩小）、断桩、局部夹土、混凝土离析和强度不足等质量问题。特点：10/23/2021基础工程课件 2）钻（冲、磨）孔灌注桩国内：桩径600~2500mm，桩长70m。特点：桩端能进入微风化硬质岩石。成本高；现场不够环保（泥浆护壁时）。桩径大；能克服流砂、消除孤石等障碍物；10/23/2021基础工程课件 3)挖孔桩桩径0.8~2m（广州新电视塔用了24根，桩径1m-2m)，桩长宜小于30m。10/23/2021基础工程课件 挖孔桩的优点：可直接观察地层情况，孔底易清除干净，设备简单，噪声小，场区各桩可同时施工，桩径大，适应性强，桩端可以入岩，又较经济；缺点：桩孔内空间狭小、劳动条件差，可能遇到流砂、塌孔、有害气体、缺氧、触电和上面掉下重物等危险而造成伤亡事故，在松砂层（尤其是地下水位下的松砂层）、极软弱土层、地下水涌水量多且难以抽水的地层中难以施工或无法施工。10/23/2021基础工程课件 4）爆扩灌注桩（自学）我国常用灌注桩的适用范围见表4-1。10/23/2021基础工程课件 3、按挤土效应分类(1)挤土桩－－实心的预制桩，下端封闭的管桩，木桩，沉管灌注桩挤土桩在锤击、振动贯入或压入过程中，都将桩位处的土大量排挤开因而使桩周土层受到严重扰动，土的原状结构遭到破坏，土的工程性质有很大变化。粘性土由于重塑作用而降低了抗剪强度，孔隙水压力升高（土体固结后强度会更高）；而非密实的无粘性土则由于振动挤密而使抗剪强度提高。在饱和粘性土中挤土桩若设置过密，会使土体产生横向位移和竖向隆起，致使先打入的桩被推移或被抬起，或对邻近的结构物造成重大影响。“植桩”法施工10/23/2021基础工程课件 钻孔植桩法：放样定桩位→钻机就位钻孔→测量孔深、孔径及孔底虚土沉渣→泥浆护壁→植入预制桩，桩尖达设计标高→拔送桩管、回填送桩内孔虚土。此新工艺将排挤土桩改善为低排挤土桩，减少超空隙水压力上升和土体隆起及位移，从而排除了沉桩时对邻近建筑物、马路、构筑物等不良影响，解决了穿越硬夹土层等的特定条件下的施工难度。10/23/2021基础工程课件 (2)非挤土桩－－钻、冲、挖孔桩设桩时桩周土不但没有受到排挤，相反可能因桩周土向桩孔内移动而产生应力松弛现象。因此，非挤土桩的桩侧摩阻力常有所减小。(3)部分挤土桩－－开口的管桩、钢管桩、H型钢桩10/23/2021基础工程课件 4.3.1单桩轴向荷载的传递机理承载机理：桩顶轴力Q＝桩侧总阻力Qs+桩端总阻力Qp4.3桩的竖向承载力10/23/2021基础工程课件 桩侧阻对应的δu数值：粘性土4~6mm;砂类土6~10mm桩端阻对应的δu数值：粘性土d/10~d/4（d为桩径）；砂类土d/12~d/10。影响荷载传递的主要因素之一：桩的长径比l/d短桩：l/d<10中长桩：10~40长桩：40~100超长桩：>100长径比很大的桩都属于摩擦桩。为什么？10/23/2021基础工程课件 1）桩端土与桩周土的刚度比；对于中长桩，桩端土与桩周土的刚度比分别为多少时，为摩擦桩和端承型桩？2）桩土刚度比；桩土刚度比愈大，传递到桩端的荷载愈大吗？3）桩端扩底直径与桩身直径之比；4）桩的长径比。影响荷载传递的因素：其刚度比愈小，桩身轴力沿深度衰减愈快还是愈慢？传递到桩端的荷载愈小还是愈大？10/23/2021基础工程课件 4.3.2单桩竖向承载力的确定取决于两方面：①桩身的材料强度；②地层的支承力。设计时分别按这两方面确定后取其中的小值。如按桩的载荷试验确定，则已兼顾到这两方面。按材料强度计算低承台桩基的单桩承载力时，可把桩视作轴心受压杆件，而且不考虑纵向压屈的影响（取纵向弯曲系数为1），这是由于桩周存在土的约束作用之故。对于通过很厚的软粘土层而支承在岩层上的端承型桩或承台底面以下存在可液化土层的桩以及高承台桩基，则应考虑压屈影响。10/23/2021基础工程课件 方法1.静载荷试验（实图）静载荷试验是评价单桩承载力诸法中可靠性较高的一种方法。缺点：时间长；费用高。广东最大可加载3000t。10/23/2021基础工程课件 挤土桩在设置后须隔一段时间才开始载荷试验。这是由于打桩时土中产生的孔隙水压力有待消散，且土体因打桩扰动而降低的强度也有待随时间而部分恢复。所需的间歇时间：预制桩在砂类土中不得少于7天；粉土和粘性土不得少于15天；饱和软粘土不得少于25天。灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后才能进行。10/23/2021基础工程课件 加荷分级不应少于8级，每级加载量宜为预估极限荷载的1/8~1/10。符合下列条件之一时可终止加载：1.当荷载～沉降(Q~s)曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过40mm;10/23/2021基础工程课件 2.Δsn+1/Δsn≥2，且经24h尚未达到稳定；3.25m以上的非嵌岩桩，Q~s曲线呈缓变型时，桩顶总沉降量大于60~80mm；4.在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大于100mm。10/23/2021基础工程课件 单桩竖向极限承载力Qu应按下列方法确定：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.当出现终止加载条件第　二款的情况，取前一级　荷载值。4.Q~s曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40mm所对应的　荷载值，当桩长大于40m时，宜考虑桩身的弹性压缩。10/23/2021基础工程课件 在同一条件下，进行静载荷试验的桩数不宜少于总桩数的1％，且不应少于3根。①计算参加统计的极限承载力的平均值，当满足其极差不超过平均值的30%时，可取其什么值为单桩竖向极限承载力Qu？②当极差超过平均值的30%时，宜增加试桩数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Qu。③对桩数为3根及3根以下的柱下桩台，则取哪个值为单桩竖向极限承载力Qu？单桩竖向承载力特征值Ra=Qu/210/23/2021基础工程课件 方法2.按土的抗剪强度指标确定（少用）方法3.规范经验公式式中Ra——单桩竖向承载力特征值；qpa、qsia——桩端端阻力、桩侧阻力特征值，由当地静载荷试验结果统计分析算得（查表）；Ap——桩底横截面面积；up——桩身周边长度；li——第i层岩土的厚度。10/23/2021基础工程课件 当桩端嵌入完整或较完整的硬质岩中时，单桩竖向承载力特征值可按下式估算：Ra=qpaAp（4-23）式中qpa为桩端岩石承载力特征值,可按《建筑地基基础设计规范》附录H用岩基载荷试验方法确定，或根据室内岩石饱和单轴抗压强度标准值按下式计算：qpa=ψrfrk（4-24）式中frk——岩石饱和单轴抗压强度标准值，可按《建筑地基基础设计规范》附录J确定；ψr——折减系数。10/23/2021基础工程课件 例题某承台下设置了3根直径为480mm的灌注桩，桩长10.5m，桩侧土层自上而下依次为：淤泥，厚6m，qsia=7kPa；粉土，厚2.5m，qsia=28kPa；粘土，很厚（桩端进入该层2m），qsia=35kPa，qpa=1800kPa。试计算单桩竖向承载力特征值。解：10/23/2021基础工程课件 4.3.3竖向荷载下的群桩效应群桩基础：由2根以上桩组成的桩基。竖向荷载作用下，由于承台、桩、土相互作用，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，这种现象称为群桩效应。群桩效应系数η：>1=1<110/23/2021基础工程课件 1.端承型群桩基础端承型群桩基础中各根单桩的工作性状接近于独立单桩，故η＝1。10/23/2021基础工程课件 2．摩擦型群桩基础应力重叠沉降增加单桩承载力下降，η<1。当桩距小于3d（d为桩径）时，桩端处应力重叠现象严重；当桩距大于6d时，应力重叠现象较小。对打入较疏松的砂类土和粉土中的挤土群桩，其桩间土和桩端土被明显挤密，所以群桩效应系数η常大于1。1）承台底面脱地的情况（非复合桩基）10/23/2021基础工程课件 2）承台底面贴地的影响由摩擦型桩组成的群桩基础，当其承受竖向荷载而沉降时，承台底面一般与地基土紧密接触，因此承台底面必产生土反力，从而分担了一部分荷载，使桩基承载力随之提高。考虑到一些因素可能会导致承台底面与基土脱开（例如挤土桩施工时产生的孔隙水压力会在承台修筑后继续消散而引起地基土固结下沉），为了保证安全可靠，设计时一般不考虑承台贴地时承台底反力对桩基承载力的贡献。10/23/2021基础工程课件 结论设计群桩基础时，一般可不考虑群桩效应对单桩竖向承载力的影响，即取群桩效应系数η＝1，但对摩擦型桩基、设计等级为甲级以及部分乙级的建筑物桩基，必须进行沉降验算，以确保桩基沉降不超过允许值。10/23/2021基础工程课件 采用某种方法设置于土中的预制桩，或在地下隐蔽条件下成型的灌注桩，均应进行施工监督、现场记录和质量检测，以保证质量，减少隐患。特别是大直径桩采用一柱一桩的工程，桩基的质量检测就更为重要。目前已有多种桩身结构完整性的检测技术，下列几种较为常用：1）开挖检查。这种方法只能对所暴露的桩身进行观察检查。桩的质量检验(p179)10/23/2021基础工程课件 2）抽芯法。在灌注桩桩身内钻孔（直径100～150mm），了解混凝土有无离析、空洞、桩底沉渣和入泥等情况，取混凝土芯样进行观察和单轴抗压试验。有条件时可采用钻孔电视直接观察孔壁孔底质量。10/23/2021基础工程课件 3）声波检测法。利用超声波在不同强度（或不同弹性模量）的混凝土中传播速度的变化来检测桩身质量。为此，预先在桩中埋入3～4根金属管，然后，在其中一根管内放入发射器，而在其它管中放入接收器，并记录不同深度处的检测资料。10/23/2021基础工程课件 桩基础超声波试验示意图10/23/2021基础工程课件 在基桩施工前，根据桩直径的大小预埋一定数量的声测管，作为换能器的通道。测试时每两根声测管为一组，通过水的耦合，超声脉冲信号从一根声测管中的换能器发射出去，在另一根声测管中的声测管接收信号，超声仪测定有关参数并采集记录储存。换能器由桩底同时往上依次检测，遍及各个截面。10/23/2021基础工程课件 超声波透射法检测桩身结构完整性的基本原理是：由超声脉冲发射源在砼内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在砼内传播过程中表现的波动特征:①当砼内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低；②当砼内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射。根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，可以获得测区范围内砼的密实度参数。测试记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内砼的参考强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置。检测标准：参照国家行业标准《基桩低应变动测规程》JGJ/T93-95中有关声波透射法规定进行。10/23/2021基础工程课件 4）动测法。包括PDA（打桩分析仪）等大应变动测、PIT（桩身结构完整性分析仪）和其它（如锤击激振、机械阻抗、水电效应、共振等）小应变动测。对于等截面、质地较均匀的预制桩，这些测试效果可靠（PIT、PDA）或较为可靠。灌注桩的动测检验，目前已有相当多的实践经验，而具有一定的可靠性。小应变动测法常用于普查，其他方法用于抽查。10/23/2021基础工程课件 群桩承载力不符合设计要求时的补救措施：1.对中小直径桩（非端承桩）当承载力相差较多时，必须补桩，并重新设计承台；当承载力相差不多时，可通过加大承台面积、加大承台间联系梁的刚度等措施来弥补。2.对大直径灌注桩通常须对地基或桩身砼作补强处理。10/23/2021基础工程课件 某18层大楼采用人工挖孔桩基础，桩长25m。在挖孔过程中，由于地下水的剧烈流动和大量涌入，使得花岗岩残积土强度降低，且由于灌注桩底和桩身砼时，难于将地下水完全排出，因而影响了桩身的完整性和单桩承载力。工程实例110/23/2021基础工程课件 措施：沿桩身轴线钻孔，钻孔穿过桩端进入残积土，然后在桩端下方采用三重管旋喷工艺灌注水泥浆，在桩端下形成一水泥“结石”人工地基。在以水泥浆回灌桩身钻孔的同时，采用压密灌浆工艺对桩身缺陷进行补强。经动测检验，处理后桩身完整性良好，单桩承载力从处理前的5093~6287kN提高到约8200kN，满足原设计7900kN的要求。10/23/2021基础工程课件 上部28层，筒体承台15m×15m，厚度2.5m，其下打设了80根直径500mm的管桩。当基坑开挖至设计标高时，坑底隆起严重，管桩普遍向坑内弯曲，桩顶水平位移最大达1.52m，并造成附近路面下沉开裂。工程实例2：澳门某基坑工程10/23/2021基础工程课件 10/23/2021基础工程课件 事故发生后，在移位大的管桩旁补打12英寸H型钢桩共49根，然后浇筑承台。但是在拔出部分板桩及在承台附近打设一排沉管灌注桩时，使承台整体漂移了115mm。经分析，事故的起因是坑底隆起，并造成管桩断67根、弯曲11根。补强方案为补18根14英寸H型钢桩。10/23/2021基础工程课件 4.3.4减沉桩基按浅基础设计时，若地基强度足够或略差一些，但地基变形不满足要求，这时可设置少量的桩以减少地基变形。在天然地基强度已能满足要求的前提下，所增加的桩的作用是为了什么？这种情况下，若采用在基础下天然地基中设置桩，应该设置间距大的还是小的摩擦型桩？10/23/2021基础工程课件 减沉桩特点：1)是摩擦型桩；2)桩顶荷载接近或达到其极限承载力（桩身材料强度要有一定的安全储备）；3)桩距大。10/23/2021基础工程课件 1.单桩沉降的组成桩顶沉降＝桩身压缩量＋桩端沉降（1）桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力以压力扩散角向下传递，致使桩端下土体压缩而产生的桩端沉降；（2）桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。4.4桩基础沉降的计算10/23/2021基础工程课件 2.群桩沉降计算计算桩基础沉降时，可不考虑桩间土的压缩变形对沉降的影响，采用单向压缩分层总和法按下式计算桩基础的最终沉降量。地基内的应力分布宜采用各向同性均质线性变形体理论，可按实体深基础（桩距不大于6d）或其他方法（包括明德林应力公式方法）计算。10/23/2021基础工程课件 4.5.1产生负摩擦的条件和原因在桩顶竖向荷载作用下，当桩相对于桩侧土体向下位移时，土对桩产生的向上作用的摩阻力，称为正摩阻力。但是，当桩侧土体因某种原因而下沉，且其下沉量大于桩的沉降（即桩侧土体相对于桩向下位移）时，土对桩产生的向下作用的摩阻力，称为负摩阻力。4.5桩的负摩擦问题10/23/2021基础工程课件 中性点10/23/2021基础工程课件 产生负摩阻力的情况有多种，例如：位于桩周欠固结的软粘土或新填土在重力作用下产生固结；大面积堆载使桩周土层压密；在正常固结或弱超固结的软粘土地区，由于地下水位全面降低(例如长期抽取地下水)，致使有效应力增加，因而引起大面积沉降；自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷；地面因打桩时孔隙水压力剧增而隆起、其后孔压消散而固结下沉等。后果使桩的竖向承载力减小，而桩身轴力加大。为什么？10/23/2021基础工程课件 4.5.2负摩阻力的计算（不成熟）（一）中性点及其位置的确定中性点深度多按经验估计，即：（二）负摩力的计算对于软粘土层的负摩阻强度计算，可按太沙基所建议的方法计算，即：10/23/2021基础工程课件 4.5.3减小负摩阻力的工程措施对可能出现负摩阻力的桩基，宜按下列原则设计：①对于填土建筑场地，先填土并保证填土的密实度，待填土地面沉降基本稳定后再成桩；②对于地面大面积堆载的建筑物，采取预压等处理措施，减少堆载引起的地面沉降；③对位于中性点以上的桩身进行处理，以减少负摩阻力；④对于自重湿陷性黄土地基，采取强夯、挤密土桩等先行处理，消除上部或全部土层的自重湿陷性；⑤采用其他有效而合理的措施。10/23/2021基础工程课件 1.平面布置形式对称式梅花式行列式环状排列，不等距排列，外密内疏等4.7桩的平面布置原则10/23/2021基础工程课件 为了使桩基中各桩受力比较均匀，群桩横截面的重心应与竖向永久荷载合力的作用点重合或接近。在有门洞的墙下布桩时，应将桩设置在门洞的两侧。梁式或板式承台下的群桩，布桩时应多布设在柱、墙下，减少梁和板跨中的桩数，以使梁、板中的弯矩尽量减小。为了节省承台用料和减少承台施工的工作量，在可能情况下，墙下应尽量采用单排桩基，柱下的桩数也应尽量减少。一般地说，桩数较少而桩长较大的摩擦型桩基，无论在承台的设计和施工方面，还是在提高群桩的承载力以及减小桩基沉降量方面，都比桩数多而桩长小的桩基优越。10/23/2021基础工程课件 2.桩的间距桩的间距(中心距)一般采用3～4倍桩径。间距太大会增加承台的体积和用料，太小则将使桩基(摩擦型桩)的沉降量增加，且给施工造成困难。《建筑地基基础设计规范》规定：摩擦型桩的间距不宜小于桩径的3倍；扩底灌注桩的间距不宜小于扩底直径的1.5倍，当扩底直径大于2m时，桩端净距不宜小于1m。对于大面积桩群，尤其是挤土桩，桩的最小中心距宜适当加大。参见表4-9、表4-10。10/23/2021基础工程课件 根据桩身直径的大小:可以分为小桩、中等直径桩、大直径桩。小桩是指桩径d≤250mm的桩，一般用于基础加固和复合基础。中桩直径是指桩径2503；b、破坏情况斜裂缝一出现，很快形成临界斜裂缝，并迅速伸展到手压区边缘，使构件沿斜向被拉断成两部分而破坏，如图。破坏突然发生，是脆性破坏。c、防止措施：设置一定数量的箍筋，且箍筋面积不大，箍筋配筋率大于最小配箍率。10/23/2021基础工程课件 2、斜压破坏a、发生场合当剪跨比较小（m<１），或者腹筋配置过多，腹板(webplate)很薄时，都会由于主压应力过大而造成腹板斜向压坏如图。b、破坏情况随着荷载的增加，梁腹板被一系列平行的斜裂缝分割成许多倾斜的受压短柱。最后，因混凝土在弯矩和剪力的复合作用下被压碎而破坏。斜压破坏一般发生在剪力大、弯矩小的区段内，破坏时腹筋的应力尚未达到屈服强度(yieldingstrength)。c、防止措施梁的截面尺寸不要太小，腹筋不要太多。10/23/2021基础工程课件 3、剪压破坏a、发生场合：当腹筋配置适当时或无腹筋梁，剪跨比大致在１＜m＜３的情况下。b、破坏情况：随着荷载的增加，首先出现了一些垂直裂缝和微细的倾斜裂缝。随着荷载的进一步增加，斜裂缝向集中荷载的作用点处伸展，这种斜裂缝可能不止一条。当荷载增加到一定程度时，在众多斜裂缝中形成一条延伸较长、扩展较宽的主要斜裂缝，即临界斜裂缝。临界斜裂缝出现后，梁还能继续增加荷载，斜裂缝向上伸展，与斜裂缝相交的腹筋应力迅速增长而达到屈服强度，进而砼也达到极限强度而破坏如图b。所以，当剪压破坏时所施加的荷载明显地大于斜裂缝出现时的荷载。剪压破坏具有明显的破坏征兆，属于塑性破坏，是设计中普遍要求的情况。c、防止措施：通过计算确定足够数量的腹筋。10/23/2021基础工程课件 2.承台受冲切计算(1)柱对承台的冲切10/23/2021基础工程课件 式中Fl——扣除承台及其上填土自重，作用在冲切破坏锥体上相应于荷载效应基本组合的冲切力设计值，冲切破坏锥体应采用自柱边或承台变阶处至相应桩顶边缘连线构成的锥体，锥体与承台底面的夹角不小于45°；βhp——受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，βhp取1.0，当h大于等于2000mm时，βhp取0.9，其间按线性内插法取用；ft——承台混凝土轴心抗拉强度设计值；h0——冲切破坏锥体的有效高度；10/23/2021基础工程课件 β0x、β0y——冲切系数；λ0x、λ0y——冲跨比，λ0x＝a0x／h0、λ0y＝a0y／h0，a0x、a0y为柱边或变阶处至桩边的水平距离；当a0x（a0y）<0.2h0时，a0x（a0y）＝0.2h0；当a0x（a0y）>h0时，a0x（a0y）＝h0；Ｆ——柱根部轴力设计值；∑Ni——冲切破坏锥体范围内各桩的净反力设计值之和。10/23/2021基础工程课件 (2)角桩对承台的冲切1)矩形承台受角桩冲切10/23/2021基础工程课件 式中Nl——扣除承台和其上填土自重后角桩桩顶相应于荷载效应基本组合时的竖向力设计值；β1x、β1y——角桩冲切系数；λ1x、λ1y——角桩冲跨比，其值满足0.2～1.0，λ1x＝a1x／h0、λ1y＝a1y／h0；c1、c2——从角桩内边缘至承台外边缘的距离；a1x、a1y——从承台底角桩内边缘引45°冲切线与承台顶面或承台变阶处相交点至角桩内边缘的水平距离；h0——承台外边缘的有效高度。10/23/2021基础工程课件 2)三桩三角形承台受角桩冲切底部角桩顶部角桩10/23/2021基础工程课件 式中λ11、λ12——角桩冲跨比，λ11＝a11／h0、λ12＝a12／h0；a11、a12——从承台底角桩内边缘向相邻承台边引45°冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离；当　　　　　柱位于该45°线以内时，则取柱边与桩内边缘连　　　　　线为冲切锥体的锥线。对圆柱和圆桩，计算时可将圆形截面按等周长原则换算成正方形截面，即取方形截面边长b=0.8d（d为圆形截面直径）。10/23/2021基础工程课件 3.承台受剪切计算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。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。式中V——扣除承台及其上填土自重后相应于荷载效应基本　　　　　　组合时斜截面的最大剪力设计值；βhs——受剪切承载力截面高度影响系数，βhs＝（800／h0）1/4，当h0小于800mm时，h0取800mm，当h0大于2000mm时，h0取2000mm；10/23/2021基础工程课件 β——剪切系数；λ——计算截面的剪跨比，λx＝ax/h0，λy＝ay/h0。此处，ax、ay为柱边或承台变阶处至x、y方向计算一排桩的桩边的水平距离，当λ<0.3时，取λ＝0.3；当λ>3时，取λ＝3；b0——承台计算截面处的计算宽度；h0——计算宽度处的承台有效高度。10/23/2021基础工程课件 4.承台局部受压计算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。10/23/2021基础工程课件 4.9桩基础设计的一般步骤4.9.1必要的资料准备桩基设计前必须具备的资料主要有：建筑物类型及其规模、岩土工程勘察报告、施工机具和技术条件、环境条件、检测条件及当地桩基工程经验等，其中，岩土工程勘察资料是桩基设计的主要依据。4.9.2选定桩型，确定单桩竖向及水平承载力1.桩的类型、截面和桩长的选择10/23/2021基础工程课件 1）桩的类别（预制桩或灌注桩）桩类选择应考虑的主要因素是：场地的地层条件、各类型桩的成桩工艺和适用范围。下列地质条件不宜选用预制桩：Ⅰ）预制桩的穿透能力有限，当土中存在大孤石、废金属以及花岗岩残积层中未风化的石英脉时，预制桩将难以穿越；Ⅱ）当土层分布很不均匀时，混凝土预制桩的预制长度较难掌握。10/23/2021基础工程课件 软土地区的桩基，应考虑桩周土自重固结、蠕变、大面积堆载及施工中挤土对桩基的影响，在层厚较大的高灵敏度流塑粘性土中（如我国东南沿海的淤泥和淤泥质土），不宜采用大片密集有挤土效应的桩基，宜采用承载力高而桩数较少的桩基。同一结构单元宜避免采用不同类型的桩。为什么？10/23/2021基础工程课件 2）桩的截面尺寸和长度①桩的截面尺寸选择应考虑的主要因素是:成桩工艺和结构的荷载情况。从楼层数和荷载大小来看（如为工业厂房可将荷载折算为相应的楼层数），建筑桩基可考虑采用的桩的截面尺寸：a）10层以下：直径500mm左右的灌注桩、边长为400mm的预制桩；10/23/2021基础工程课件 b）10～20层：直径800～1000mm的灌注桩、边长450～500mm的预制桩；c）20～30层：直径1000～1200mm的钻（冲、挖）孔灌注桩、边长等于或大于500mm的预制桩；d）30～40层：直径大于1200mm的钻（冲、挖）孔灌注桩、边长500～550mm的预应力混凝土管桩和大直径钢管桩；e）楼层更多的高层建筑所采用的挖孔灌注桩直径可达5m左右。10/23/2021基础工程课件 3)桩的设计长度主要取决于桩端持力层的选择。通常，坚实土（岩）层（可用触探试验或其它指标来鉴别）最适宜作为桩端持力层。对于10层以下的房屋，如在桩端可达的深度内无坚实土层时，也可选择中等强度的土层作为桩端持力层。桩端进入坚实土层的深度，应根据地质条件、荷载及施工工艺确定，一般不宜小于1～3倍桩径（对粘性土、粉土不宜小于2倍桩径；砂类土不宜小于1.5倍桩径；碎石类土不宜小于1倍桩径）。10/23/2021基础工程课件 对薄持力层、且其下存在软弱下卧层时，桩端以下坚实土层的厚度不宜小于4倍桩径。当硬持力层较厚且施工条件许可时，为充分发挥桩的承载力，桩端全断面进入持力层的深度宜尽可能达到该土层桩端阻力的临界深度（砂与碎石类土为3～10倍桩径；粉土、粘性土为2～6倍桩径）。10/23/2021基础工程课件 对于穿越软弱土层而支承在倾斜岩层面上的桩，当风化岩层厚度小于2倍桩径时，桩端应进入新鲜或微风化基岩。端承桩嵌入微风化或中风化岩体的最小深度，不宜小于0.5m，以确保桩端与岩体接触。同一基础的邻桩桩底高差，对于非嵌岩桩，不宜超过相邻桩的中心距，对于摩擦型桩，在相同土层中不宜超过桩长的1／10。10/23/2021基础工程课件 嵌岩桩或端承桩桩端以下3倍桩径范围内应无软弱夹层、断裂破碎带、洞穴和空隙分布；在桩端应力扩散范围内应无岩体临空面（例如沟、槽、洞穴的侧面，或倾斜、陡立的岩面)。实践证明，作为基础施工图设计依据的详细勘察阶段的工作精度，较难满足这类桩的设计和施工要求。所以，在桩基方案选定之后，还应根据桩位进行专门的桩基勘察，或施工时在桩孔下方钻取岩芯（“超前钻”），以便针对各根桩的持力层选择埋入深度。照片10/23/2021基础工程课件 高层或重型建筑物采用大直径桩通常是有利的，但在碳酸岩类岩石地基，当岩溶很发育、而洞穴顶板厚度不大时，为满足桩底下有3倍桩径厚度的持力层的要求及有利于荷载的扩散，宜采用直径较小的桩和条形或筏形承台。10/23/2021基础工程课件 4）桩长的施工控制为保证桩的施工长度满足设计桩长的要求，打入桩的入土深度应按桩端设计标高和最后贯入度（经试打确定）两方面控制。最后贯入度是指打桩结束以前每次锤击的沉入量，通常以最后每阵（10击）的平均贯入量表示。一般要求最后二、三阵的平均贯入量（贯入度）为10～30mm／阵（锤重、桩长者取大值，质量为7t以上的单动蒸汽锤、柴油锤可增至30～50mm／阵）。10/23/2021基础工程课件 桩长的施工控制原则：①打进可塑或硬塑粘性土中的摩擦型桩，沉桩深度宜按桩端设计标高控制，同时以最后贯入度作参考，并尽可能使同一承台或同一地段内各桩的桩端实际标高大致相同；②打到基岩面或坚实土层的端承型桩，沉桩深度宜按最后贯入度控制，同时以桩端设计标高作参考，并要求各桩的贯入度比较接近；③大直径的钻（冲、挖）孔桩则以取出的岩屑（可分辨出风化程度）为主、结合钻进速度等来确定施工桩长。10/23/2021基础工程课件 2.确定单桩竖向及水平承载力桩的类型和几何尺寸确定之后，应初步确定承台底面标高，然后按4.3节、4.6节的方法计算单桩竖向及水平承载力。10/23/2021基础工程课件 4.9.3桩的平面布置及承载力验算1.桩的根数和布置一般可先按n>(Fk+Gk)/Ra估算桩数（偏心受压时桩数再增加10%-20%），然后进行桩的平面布置，确定承台平面尺寸。10/23/2021基础工程课件 (1)桩顶荷载（竖向力）计算轴心竖向力作用下：(4-77)偏心竖向力作用下：2.桩基承载力验算10/23/2021基础工程课件 水平力作用下：式中Mxk、Myk——相应于荷载效应标准组合作用于承台底面的外力对通过桩群形心的x、y轴的力矩标准值；xi、yi——桩i至通过桩群形心的y、x轴线的距离。10/23/2021基础工程课件 三桩承台三桩承台桩顶竖向力计算1号桩桩顶竖向力Q1k：2号桩桩顶竖向力Q2k：式中s1、s2――分别为长向桩距和短向柱距。10/23/2021基础工程课件 (2)单桩承载力验算轴心竖向力作用下：Qk≤Ra(4-80)偏心竖向力作用下：Qk≤Ra(4-80)Qkmax≤1.2Ra(4-81)水平力作用下：Hik≤RHa抗震设防区Qk≤1.25RaQkmax≤1.5Ra10/23/2021基础工程课件 (3)桩基软弱下卧层承载力验算当桩基的持力层下存在软弱下卧层，尤其是当桩基的平面尺寸较大、桩基持力层的厚度相对地较薄时，应考虑桩端平面下受力层范围内的软弱下卧层发生强度破坏的可能性。对于桩距s≤6d的非端承群桩基础，桩基下方有限厚度持力层的冲剪破坏，一般可按整体冲剪破坏考虑。此时，桩基软弱下卧层承载力验算常将桩与桩间土的整体视作实体深基础，实体深基础的底面位于桩端平面处，其验算方法按浅基础的软弱下卧层验算方法进行。10/23/2021基础工程课件 (4)桩基沉降验算一般来说，对地基基础设计等级为甲级的建筑物桩基，体型复杂、荷载不均匀或桩端以下存在软弱土层的设计等级为乙级的建筑物桩基，以及摩擦型桩基，应进行沉降验算；对于地基基础设计等级为丙级的建筑物，可根据当地工程经验估算建筑物的沉降量，也可不进行沉降验算。而对于嵌岩桩、对沉降无特殊要求的条形基础下不超过两排桩的桩基、吊车工作级别A5及A5以下的单层工业厂房桩基（桩端下为密实土层），可不进行沉降验算；当有可靠地区经验时，对地质条件不复杂、荷载均匀、对沉降无特殊要求的端承型桩基也可不进行沉降验算。10/23/2021基础工程课件 桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求。计算中应按桩的类型和成桩工艺的不同将混凝土的轴心抗压强度设计值乘以工作条件系数Ψc，桩身强度应符合下式要求：桩轴心受压时：（4-87）式中fc——混凝土轴心抗压强度设计值，按现行《混凝土结构设计规范》取值；Q——相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值，Q＝1.35Qk；Ψc——工作条件系数，预制桩取0.75，灌注桩取0.6～0.7（水下灌注桩或长桩时用低值)。4.9.4桩身结构设计10/23/2021基础工程课件 桩的主筋应经计算确定。打入式预制桩的最小配筋率不宜小于0.8％；静压预制桩的最小配筋率不宜小于0.6％；灌注桩最小配筋率不宜小于0.2％～0.65％(小直径桩取大值)。配筋长度：①受水平荷载和弯矩较大的桩，配筋长度应通过计算确定。②桩基承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时，配筋长度应穿过淤泥、淤泥质土层或液化土层。10/23/2021基础工程课件 ③坡地岸边的桩、8度及8度以上地震区的桩、抗拔桩、嵌岩端承桩应通长配筋。④桩径大于600mm的钻孔灌注桩，构造钢筋的长度不宜小于桩长的2／3。10/23/2021基础工程课件 桩基础施工小结10/23/2021基础工程课件 预制桩的施工10/23/2021基础工程课件 灌注桩的施工10/23/2021基础工程课件 10/23/2021基础工程课件 10/23/2021基础工程课件 10/23/2021基础工程课件 10/23/2021基础工程课件 10/23/2021基础工程课件 10/23/2021基础工程课件 10/23/2021基础工程课件 10/23/2021基础工程课件 10/23/2021基础工程课件 例题4-310/23/2021基础工程课件 10/23/2021基础工程课件 10/23/2021基础工程课件 10/23/2021基础工程课件 10/23/2021基础工程课件 10/23/2021基础工程课件 10/23/2021基础工程课件 从以上计算可见，该承台高度首先取决于Ⅰ-Ⅰ斜截面的受剪切承载力，其次取决于沿柱边的受冲切承载力。10/23/2021基础工程课件 10/23/2021基础工程课件