第8章桩基础与其他深基础ppt课件.ppt

1,第8章 桩基础,8.1 桩基础的类型8.2 桩的承载力8.3 桩基础设计8.4 桩基础检测与验收8.5 其他深基础,2,软 土 层,承台,基桩,桩基的组成,概 述,深基础和桩基础的概念,3,桩基的作用,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,4,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,5,1）高层、重要建筑物；2）重型工业厂房、仓库、料仓；3）较大水平荷载或上拔力的构筑物基础；4）精密或大型设备基础；5）表层软弱土层、需处理土层；6）地震区。,桩基适用范围：,6,新加坡发展银行,四墩, 每墩直径7.3m将荷载传递到下部好土层,承载力高,大直径钻孔桩,风化砂岩及粉砂岩,部分风化及不风化泥岩,7,新加坡发展银行,四墩7.3m,8,现场灌注护坡桩造价低,9,现场灌注护坡桩造价低,10,桩基特点,优点将荷载传递到下部好土层，承载力高沉降量小抗震性能好，穿过液化层承受抗拔(抗滑桩)及横向力(如风载荷),缺点施工环境影响: 预制桩施工噪音 钻孔灌注桩的泥浆造价较高,11,桩基设计原则（建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008） ）,承载能力极限状态桩基达到最大承载力导致整体失稳或发生不适于继续承载的变形。,正常使用极限状态桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的限值。,设计依据,12,安全等级 甲级、乙级、丙级,设计原则,桩基竖向（抗压或抗拔）承载力和水平承载力计算； 桩端平面以下软弱下卧层承载力验算； 桩基抗震承载力验算； 承台及桩身承载力计算。,13,设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基，设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均或桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基，以及软土地基上多层建筑减沉复合疏桩基础应进行沉降计算； 承受较大水平荷载或对水平变位要求严格的建筑桩基的水平变位验算。, 抗裂或裂缝宽度验算,不允许出现裂缝或需要限制裂缝宽度的混凝土桩身和承台应进行抗裂或裂缝开展宽度验算。,原则： 单桩承受的竖向荷载不超过单桩竖向承载力特征值； 桩基础的沉降量不超过建筑物的允许沉降量； 位于坡地、岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。,14,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,15,不同的分类标准,（一）按承台 （二）材料（三）形状（四）按尺寸（五）承载机理（六）施工方法（七）施工对土体的挤土效应,桩的分类,16,高承台桩：承台在地面以上，桥桩、码头、栈桥低承台桩：承台在地面以下，承台本身承担部分荷载,(一) 按承台,承台:将几个桩结合起来传递荷载,17,低承台桩基,18,高承台桩基,19,（二）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位下耐久水位上易腐烂对荷载较大的情况不适用,混凝土（钢筋混凝土）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复合桩,20,（三）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,21,（四）按尺寸,按断面(直径）的大小： 大直径:d800mm; 小直径: d 250mm ; 中等直径 :250mm3)； 超长桩：L 80m L/ （：桩的特征长度）,22,(五) 按承载性状分,Q = Qp+Qs Tip resistance, Skin friction,(1)端承型桩：是指在竖向荷载作用下, 桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承受。根据桩端阻力所分担荷载的比例，分为： 端承桩：桩顶极限荷载绝大部分由桩端阻力承担，桩侧阻力可忽略不计。桩的长径比较小，桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中、微风化及新鲜基岩中。 摩擦端承桩：桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但桩端阻力分担荷载较大，桩侧阻力不可忽略。通常桩端进入中密以上的砂类、碎石类土层中或位于中、微风化及新鲜基岩顶面。,嵌岩桩：桩端嵌入岩层一定深度,23,(2)摩擦型桩：是指在竖向荷载作用下，桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力承受。根据桩侧阻力与桩端阻力所分担荷载的比例，分为： 摩擦桩：桩顶极限荷载绝大部分由桩侧阻力承担，桩端阻力可忽略不计。如： 桩长径比很大，桩顶荷载只通过桩身压缩产生的桩侧阻力传递给桩周土，桩端土层分担荷载很小； 桩端下无较坚实的持力层 桩底残留虚土或沉渣的灌注桩 桩端出现脱空的打入桩。 端承摩擦桩：桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但桩侧阻力分担荷载较大，同时有一定的桩端阻力。,24,25,（六）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,26,打入桩,锤击法沉桩是用桩锤（或辅以高压射水）将桩击入地基中的施工方法，适用于地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。锤击法沉桩伴有噪声、振动和地层扰动等问题，在城市建设中应考虑其对环境的影响。,27,打入预制桩第一节桩体,打入预制桩电焊接桩,28,压入桩,静压法沉桩是采用静力压桩机将预制桩压入地基中的施工方法。静压法沉桩具有无噪声、无振动、无冲击力、施工应力小、桩顶不易损坏和沉桩精度较高等特点。但较长桩分节压入时，接头较多会影响压桩的效果。,29,30,优点：造价低，管内无水作业桩身砼质量好； 缺点：产生缩颈、夹土、断桩，因挤土效应相邻桩可能破坏。 防治措施： 控制拔管速度，快振慢拔； 合理选择打桩顺序：“跳打”；采用“复打法”。,31,32,湿作业法适用于地下水位较高的地质条件； 干作业法适用于地下水位以上干土层桩基。,优点：无挤土、无振动、噪音小，对邻近建筑物影响小，城区高层建筑常用。 缺点：泥浆沉淀不易清除，承载力降低，沉降量增大。 防治措施：浇灌前清底，夯填或注水泥浆。 尺寸：一般600800mm，较大3000mm。,33,钻孔灌注桩,钻机钻孔,34,吊钢筋笼入孔,35,浇筑混凝土,36,成 桩,37,挖孔灌注桩：,指用人工方法挖掘成孔（护壁：砼），安放钢筋笼，灌注混凝土而成的桩。,优点：可直接鉴别检验成孔质量，干作业，桩身质量易保证无挤土效应影响，施工简单，造价低。,活瓣圆台形模板,适用条件：粘性土和地下水位较低的条件，忌在含水砂层中施工，防止产生流砂塌孔。宜做大直径桩，单桩承载力大。,缺点：劳动条件差。,38,人工挖孔灌注桩,39,40,人工挖孔桩,41,人工挖孔灌注桩干浇混凝土,42,（七）按施工对土体的挤土效应分挤土桩：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：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：首先在地基中取土成孔（钻、挖孔），然后在钻孔内成桩,43,荷载传递机理发挥过程,单桩竖向承载力,(a)轴向受压的桩 (b)截面位移 (c) 摩阻力分布 (d)轴力分布,桩土体系荷载传递分析,8.2 桩的承载力,44,桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程就是桩土体系荷载的传递过程。 桩顶受竖向荷载后，桩身压缩而向下位移，桩侧表面受到土的向上摩阻力，桩侧土体产生剪切变形，并使桩身荷载传递到桩周土层中去，从而使桩身荷载与桩身压缩变形随深度递减。 随着荷载增加，桩端出现竖向位移和桩端反力。桩端位移加大了桩身各截面的位移，并促使桩侧阻力进一步发挥。 一般说来，靠近桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥，而侧阻力先于端阻力发挥出来。,竖向荷载下单桩的荷载传递,45,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）。,46,桩侧阻力与桩端阻力相对大小与桩径、桩长、桩身的压缩性、桩间距，以及桩侧土体性状、桩端土体性状、成桩方式、荷载水平等因素有关，。,根据力的竖向平衡，有：,桩的荷载传递的一般规律,47,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Eb/Es桩身刚度与桩侧土的刚度比 Ec/Es,Eb/Es越小，侧摩阻力分担的荷载比例越大，桩身轴力沿深度衰减越快，传递到桩端的荷载越小。,Ec/Es越大，传递到桩端的荷载增大，但当Ec/Es达到较大值后，端阻分担的荷载比的变化将不明显。,48,桩端直径与桩身直径D/d长径比 l/d,l/d增大，传递到桩端的荷载减小，桩身下部侧阻力发挥值相应降低,很长的桩都属于摩擦桩。,为什么？,D/d增大，桩端阻力分担的荷载比增加,49,单桩的破坏形式,1、桩身发生破坏 屈曲破坏取决于桩身的材料强度2、地基土发生破坏 整体剪切破坏-取决于桩端土的支承力 刺入破坏-取决于桩周土强度（土较硬） -取决于上部结构所能承受的极限沉降（土较软）,50,桩侧和桩端土能提供的承载力要超过桩身强度所能承受的荷载，桩身先于土发生曲折或桩顶压屈破坏。易发生桩身材料屈服破坏的桩型： 端承桩 超长摩擦桩,屈曲破坏,51,整体剪切破坏,桩穿透较软弱土层进入较硬持力土层，当桩底压力超过持力土层的极限承载力时，在土中形成完整的滑裂面，土体向上挤出而破坏。易发生整体剪切破坏的桩型： 桩端进入硬土层的摩擦桩,52,刺入剪切破坏,桩周与桩端以下均为具有中等强度的均质土层。易发生刺入剪切破坏的桩型： 均质土中的摩擦桩,土较软,土较硬,53,单桩竖向承载力确定方法,桩身材料强度能提供的承载力,混凝土 R = c fcAp钢筋混凝土 R = （c fcAp+0.9fyAs）,fy钢筋抗压强度设计值, 桩的稳定系数,c基桩施工的工艺系数,54,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。,静载荷试验,55,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。,加荷分级不应少于8级，每级加载量宜为预估极限荷载的1/81/10。,56,符合下列条件之一时可终止加载：1.当荷载沉降(Qs)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;,2.sn+1/sn2，且经24h尚未达到稳定；,3.25m以上的非嵌岩桩，Qs曲线呈缓变型时，桩顶总沉降量大于6080mm；,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。,57,单桩竖向极限承载力Qu应按下列方法确定：,1. 作荷载沉降(Qs)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条的情况，取前一级荷载值。,4. Qs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。,58,单桩竖向极限承载力Qu的确定,1）按右式计算n根试桩的实测极限承载力标准值,2）极差不超过平均值的30%时，取其平均值为单桩竖向抗压极限承载力,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。,3）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。,59,5)单桩竖向承载力特征值,K安全系数，取K=2,4） 对桩数为3根及3根以下的柱下桩台，则取最小值为单桩竖向极限承载力Qu,60,经验公式法,仅限初步设计阶段或不很重要的工程,qsik 桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，查表，和土性及成桩方法有关，沉管灌注桩小，因质量难保证；对预制桩有深度修正系数（灌注桩不修正）,qpk 桩端持力层极限端阻力标准值，查表，和土性及入土深度有关,（a）一般预制桩、灌注桩（d800mm）,1)、建筑桩基技术规范,AP 桩身的横载面面积(m2)；,u 桩身周长(m)，对于钻、挖、冲孔灌注桩应采用桩直径计算。,li 按土层划分的各段桩长(m)。,61,（b）大直径桩 d800mm,qsik 同样查表；qpk 为d=0.8m的端阻标准值,Ysi 、Yp 尺寸效应修正系数,（c）嵌岩桩,以往按端承设计，欠妥：桩不很短时侧阻部分发挥；嵌深段有侧阻，嵌深5d则端承极小。,所以嵌深度过大无用,K安全系数，取K=2,62,2）建筑地基基础设计规范,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。,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,初步设计时,按土的抗剪强度指标确定（少用）,63,例题,有一根直径为480mm的灌注桩，桩长10.5m，桩侧土层自上而下依次为：淤泥，厚6m，qs1k=7kPa；粉土，厚2.5m，qs2k=28kPa；粘土，很厚（桩端进入该层2m），qs3k=35kPa，qpk=1800kPa。试计算单桩竖向承载力标准值和竖向承载力特征值。,64,单桩水平承载力,单桩水平承载力取决于桩的材料与断面尺寸、入土深度、土质条件及桩顶约束条件等因素。,桩水平承载力一般通过现场荷载试验确定，亦可用理论方法确定。,单桩抗拔承载力,高耸建（构）筑物、受地下水浮力作用的地下结构物等桩基受上拔力作用。,单桩抗拔承载力由抗拔静载荷试验确定。,在水平荷载作用下，桩基应满足,相应于荷载效应标准组合时，作用于任一单桩的水平力；,单桩水平承载力特征值。,65,群桩的竖向承载力,群桩效应群桩基础：由2根以上桩组成的桩基。,低承台桩基,高承台桩基,单桩承载力加起来是否等于群桩承载力？,66,群桩的工作特点,1）端承型群桩 端承型群桩的承载力等于各单桩承载力之和（这是由于端承型群桩的承载力完全依赖于桩尖土层的支承，桩端处承压面积很小，各桩端的压力彼此不影响），群桩的沉降量也与单桩基本相同（由于端承桩桩端持力层土质坚硬，使得群桩沉降量基本同单桩）。2）摩擦型群桩 在竖向荷载作用下，桩顶荷载的大部分通过桩侧摩阻力传递到桩侧土层中，剩余部分由桩端承受。由于贯入性变形和桩身弹性压缩，对低承台桩，有时承台底部土体也产生一定的反力，使得承台底面土体、桩间土、桩端土体共同作用，使得群桩中的基桩工作条件明显不同于单桩。,67,一般假定桩侧摩阻力在土中引起的附加应力z按一定角度沿桩长向下扩散分布，在桩端平面处，压力分布如图所示 1）当桩数较少时，桩的中心距sa较大时，如sa6d,则桩端平面处各桩传来的压应力互不重叠或重叠不多，群桩中基桩的工作情况与单桩一致，故群桩的承载力等于各单桩承载力之和。 2）当桩数较多时，如桩距较小如sa=(34）d时，桩端处压应力比单桩大得多，产生群桩效应,68,群桩与群桩效应,岩石,土,压力扩散深度,69,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率系数,沉降比：指在每根单桩承担相同荷载的条件下，群桩沉降量与单桩沉降量之比：,沉降比,单桩沉降量,群桩沉降量,群桩效应系数越小，沉降比越大，则表示群桩效应越强，也就意味着群桩承载力越低，沉降越大。,70,模型及载荷试验表明：,1、桩距增大时，提高，减小；,2、桩距相同时，桩数越多，越低，加大；,3、桩距增大至一定值后，增加不显著；,可见，桩距，桩数及排列是主要因素，规范归纳为如下原则：, 端承桩和桩数n9根的摩擦桩以及条形基础下不超过两排的摩擦桩，其群桩的竖向抗压承载力为各单桩竖向抗压承载力的总和。, 桩距s6d，桩数n9根的摩擦桩基，可视作一假想的实体深基础，进行基础下地基承载力验算和沉降计算。,71,1. 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1。,72,2摩擦型群桩基础,应力重叠,沉降增加,单桩承载力下降，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，所以群桩效应系数常大于1。,1）承台底面脱地的情况（非复合桩基）,摩擦型桩的桩顶荷载通过侧阻扩散形成的桩端平面压力分布 （a）单桩 （b）群桩,73,2）承台底面贴地的影响（复合桩基）,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。,74,由桩承台贴地引起的群桩效应，可概括为以下几个方面：对桩侧阻力的削弱作用 低承台限制了桩群上部的桩土相对位移，使基桩上部的侧阻力发挥值降低； 承台对桩群上部桩土相对位移的制约，影响桩身荷载的传递性状，使得桩侧阻力发挥不是始于桩顶，而是始于桩身下部（短桩）或桩身中部（中、长桩）。对桩端阻力的增强作用 对于低承台桩基础，当承台宽度与桩长之比Bc/L0.5，承台底压力传递到桩端平面上使桩端平面处主应力差减小，具有阻止桩端平面以下土体的侧向位移的作用，桩端阻力提高； 承台还具有限制桩土相对位移、减小桩端贯入变形的作用，导致桩端阻力的提高； 承台底地基土越软弱，承台效应越小。,75,考虑承台效应的复合桩基竖向承载力特征值R可按下式确定：,不考虑地震作用：,考虑地震作用：,单桩竖向承载力特征值：,单桩竖向极限承载力标准值,安全系数，取2,承台下1/2承台宽度且不超过5m深度范围内承台土的地基承载力特征值。,计算基桩所对应的承台底净面积,地基抗震承载力调整系数,承台计算域面积,桩身截面面积,76,桩顶荷载计算,轴心竖向力作用下：,偏心竖向力作用下：,桩基承载力验算,水平力作用下：,77,荷载效应标准组合,轴压,偏压,地震作用效应组合,轴压,偏压,地震震害调查表明，不论桩周土类别如何，基桩竖向承载力均可提高25%，故：,78,【例题 】某厂房柱底内力即承台顶面的竖向荷载设计值为F=3400kN，弯矩设计值M=500kNm，水平力设计值为H=40kN。承台埋深2m，承台尺寸及柱间距如图所示，选择灰黄色粉土为桩端持力层，桩侧土层自上而下依次为：灰色粘土，qs1k=40kPa，fak=220kPa；灰黄色粉土，qs2k=66kPa，qpk=2100kPa，fak=500kPa，采用边长为300mm的钢筋砼预制方桩，其平面布置及有关承台尺寸、地质情况等如图所示，不考虑地震作用，试进行基桩承载力验算。,79,解： 1、根据经验参数法确定单桩竖向承载力标准值,2、单桩竖向承载力特征值,3、基桩竖向承载力特征值 在考虑承台效应、不考虑地震作用的条件下来计算基桩竖向承载力特征值。,80,4、基桩承载力验算 承台及上填土的重量,绕y轴力矩,作用在基桩顶的平均竖向力,作用在基桩顶的最大竖向力,因此，基桩承载力满足条件,81,桩基础软弱下卧层承载力验算,z作用于软弱下卧层顶面的附加应力；m 软弱层顶面以上各土层重度加权平均设计值；z地面至软弱层顶面的深度；faz软弱下卧层经深度修正的地基极限承载力标准值,对桩距sa6d的群桩基础，当桩端持力层以下受力层范围内存在承载力低于桩端持力层1/3的软弱下卧层时，应进行软弱下卧层的承载力验算：,Fk作用于承台顶面的竖向力设计值；Gk承台及其上土重设计值；a0、b0 桩群外围桩边包络线内矩形面积的长、短边长 桩端硬持力层扩散角t 桩端至软弱下卧层顶面的距离,82,桩基础的沉降验算,群桩沉降一般包括：桩身弹性压缩引起的桩顶沉降桩侧应力传递到桩端平面引起的桩端沉降桩端应力引起的桩端沉降各桩相互影响引起的桩端附加沉降上述沉降可以笼统划分为：桩间土的压缩变形和桩端平面以下地基土的整体压缩变形。,83,需要进行沉降计算 ： 甲级建筑物的桩基 对沉降有严格要求的建筑物桩基 体型复杂或桩端以下存在软弱土层的建筑物桩基 乙级建筑物的桩基不需沉降计算的情况 丙级建筑物桩基 s6d 桩距大于6倍桩径 n9 独立基础 m2 条基础 某些单层工业厂房桩基,84,沉降的计算,桩基规范采用等效作用分层总和法计算桩基础沉降，适用于桩距小于或等于6倍桩径的桩基础。 假定群桩基础为一假想的实体深基础，它不考虑桩基础的侧面应力扩散作用，将承台底面的长与宽看成实体深基础的长宽，作用在实体深基础桩端等效作用面上的附加应力近似取为承台底的平均附加压力，等效作用面以下的应力分布采用各向同性均质直线变形理论，取基础中心点以下附加应力。,85,计算： ：沉降计算经验系数e ：等效沉降系数。,F,l,G,B0,A,A=AcBc,86,一）负摩阻力的概念,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擦力，称为正摩阻力。 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擦力，称为负摩阻力。,桩的负摩阻力问题,87,二）负摩阻力的产生 （桩侧土体沉降必须大于桩的沉降）(1)桩周附近地面大面积堆载(2)大面积降低地下水位(3)欠固结土,新填土(4)湿陷性黄土遇水湿陷(5)砂土液化、冻土融解,88,三）中性点,桩土之间不产生相对位移的截面位置，称为中性点。,89,桩侧负摩阻力的应用 主要应用于桩基的承载力和沉降的计算中 1）摩擦型桩：负摩阻力相当于对桩体施加下拉荷载，使持力层压缩量加大，引起桩基沉降。桩基沉降一旦出现，土相对桩的位移减少，使摩阻力降低，直至为零。一般情况下对摩擦型桩，可近似看成中性点以上桩侧负摩阻力为零来计算桩基承载力。 2）端承桩：由于其桩端持力层较坚硬，受负摩阻力引起的下拉荷载不至于产生沉降或沉降量较小，负摩阻力长期作用于桩身中性点以上侧表面。应计算中性点以上负摩阻力形成的下拉荷载，并将其作为外荷载的一部分来验算桩基承载力。,90,消减与避免负摩阻力的技术措施主要有降低摩擦法、隔离法、预处理等方法。 桩侧涂层法：在可能产生负摩阻力范围的桩段，采用在桩侧涂沥青或其他化合物的办法来降低土与桩身的摩擦，从而消减负摩阻力； 预钻孔法：在桩位采用预钻孔，然后将桩插入，在桩周围灌入膨润土混合浆，达到消减负摩阻力的方法，该方法一般适用于黏性土地层； 双重套管法：即在桩外侧设置套管，用套管承受负摩阻力的方法； 设置消减负摩阻桩群法：即在群桩周围设置一排桩，用以承受负摩阻力，从而达到消减负摩阻力的方法； 地基处理法：对于松散填土、欠固结土层，如采用预固结法、强夯法等使土层密实、充分固结；对于湿陷性黄土采用浸水、强夯等方法消除湿陷，从而达到消减与避免负摩阻力产生的方法；,91,其他方法：在饱和软土地区，可选择非挤土桩或部分挤土桩，对挤土型桩，可适当增加桩距，选择合理的打桩流程，控制沉桩速率及打桩根数，打桩后休止一段时间后再施工基础及上部结构；对于周边有大面积抽吸地下水或降水情况时，在桩群周围采取回灌等方法来达到消减或避免负摩阻力的产生。,92,桩基础设计的一般步骤,必要的资料准备选定桩型，确定单桩承载力桩的类型（预制桩还是灌注桩；材料等）截面（尺寸，几何形状）长度（持力层）,93,桩型：上部结构的型式、荷载、地质条件、环境条件及当地的施工条件和经验。,截面尺寸：,1.混凝土灌注桩,断面形式：圆形沉管灌注桩直径：300500mm； 钻孔灌注桩直径：5001200mm； 扩底钻孔灌注桩：扩底直径1.52d.,2.混凝土预制桩,断面形式：方形、圆形、三角形等,断面尺寸：550mm,94,桩长的选择,考虑因素：主要桩端持力层选择，同时考虑桩的材料及施工工艺。,桩端持力层选择：较硬土层,桩端全截面进入持力层深度： 粘性土、粉土：2d；砂土：1.5d；碎石土：1d。,有软弱下卧层时桩基下持力层厚度：4d,嵌岩桩嵌入岩层深度： 0.5m,端承桩,摩擦桩,考虑因素：承载力与沉降量桩端应尽量达到低压缩土、中等压缩强度的土层上。,注意：,1.同一种建筑物尽量采用同一种桩； 2.除落在岩面上的桩，桩端间高差d； 3.摩擦型桩，桩端间高差l/10；4.高层及荷载大的建筑物宜用大桩径(挖孔)。,95,确定桩数和平面布置桩的根数,承受竖向中心荷载的桩基，可按下式计算桩数：,承受竖向偏心荷载的桩基,Fk标准组合时，承台 顶面竖向力； Gk承台及上覆土自重； Ra单桩竖向承载力； n桩基中的桩数； 偏心增大系数，一般取1.11.2。,96,桩的中心距,桩的间距过大，承台体积增加，造价增加，有时基础间的空间不允许；桩的间距过小，桩的承载能力不能充分发挥，且给施工带来较大困难。 一般情况下： 具体见下表规定,97,桩位布置,布置原则： 各桩受力均匀，尽可能使上部荷载的中心与群桩的横截面形心重合或接近； 偏心作用时，应增加桩基横截面的惯性矩，对群桩基础，宜采用外密内松的布置方式； 尽量使桩基础的各桩受力比较均匀 对横墙下桩基，可在外纵墙之外设一至二根“探头”桩； 在有门洞口的墙下布桩应将桩设置在门洞的两侧。 桩在平面上可布置为：方形（或矩形）、三角形、多边形、梅花形；条形基础下的桩，可采用单排或双排，也可采用不等距。,98,对称式梅花式行列式,环状排列不等距排列外密内疏等,桩的常用布置形式（a）柱下桩基（b）墙下桩基（c）圆（环）形桩基,99,100,承载力验算单桩承载力验算软弱下卧层验算桩基沉降验算负摩阻力验算桩身结构设计包括承台设计注意构造要求注意配筋要求桩的质量检查（非常重要）,101,1. 桩身混凝土强度应满足桩的承载力要求：,fc混凝土轴心抗压强度设计值;,Q相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值;,Ap桩身的横截面面积;,c桩工作条件系数，预制桩取0.75,灌注桩取0.60.7(水下灌注桩或长桩时用低值)。,桩身截面强度计算,102,2.桩混凝土等级、配筋要求,（1）桩混凝土等级,预制桩的混凝土强度等级不应低于C30；灌注桩不应低于C20；预应力混凝土桩不应低于C40。,（2）桩配筋要求桩的主筋应经计算确定,预制桩钢筋：主筋（纵向）应按计算确定并根据断面的大小及形状，选用48根直径为1425的钢筋。最小配筋率：打入式预制桩：min0.8%，一般可为1%左右。 静压法沉桩的预制桩：min0.6% ；,主筋混凝土保护层应30。,103,箍筋直径：68mm，间距200mm，在桩尖和桩顶处应适当加密（如图所示）；用打入法沉桩时，桩顶23d范围箍筋应加密。直接受到锤击的桩顶应设置三层 64070mm的钢筋网，间距50mm。桩尖所有主筋应焊接在一根圆钢上，或在桩尖处用钢板加强。,104,预制桩的弯矩一般与桩的起吊、运输、锤击过程中的各种强度验算有关。桩长在20m以下者，起吊时采用双点起吊；在打桩架龙门吊立时，采用单点吊。吊点位置应按吊点间的正弯矩和吊点处的负弯矩相等的条件确定。如图所示，式中的q为桩单位长度的重力。K=1.3。,预制桩施工阶段验算：,105,双点起吊时,单点起吊时,106,配筋要求： 对甲级桩基础，应配置桩顶与承台的连接钢筋笼，主筋为610根 1214，锚入承台30倍主筋直径，深入桩身长度不小于10倍桩身直径。 对乙级桩基础，主筋为48根 1012，锚入承台30倍主筋直径，深入桩身长度不小于5倍桩身直径。,灌注桩钢筋：,min0.2%0.65%，小直径桩取大值。,箍筋直径：68，间距：200300，宜采用螺旋式箍筋，受水平荷载较大的桩基，桩顶35d范围箍筋适当加密。当钢筋笼长度超过4m，应每隔2m左右设一道1218焊接加劲箍筋。,主筋混凝土保护层应35，水下灌注混凝土50。,107,配筋长度要求：,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、淤泥质土或液化土层；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。,108,1、类型：柱下独立承台、柱下或墙下条形承台梁、筏板承台和箱形承台。2、作用：是将桩联结成一个整体，并把建筑物的荷载传到桩上，因而承台应具有足够的强度、刚度。,1 ） 外形尺寸及构造外形尺寸：主要为平面尺寸，高度是通过抗冲切、抗剪切确定的。承台的平面尺寸一般由上部结构、桩数及布桩形式确定。通常，墙下桩基采用条形承台梁；柱下桩基采用板式承台（矩形或三角形），其剖面形状可作成锥形、台阶形和平板形。,承台设计,承台设计的内容：确定承台的材料、承台埋深、外形尺寸及承台配筋。计算内容有局压计算、抗冲切计算、抗剪抗弯计算,109,（）矩形承台（）三角承台,110,承台的平面尺寸和厚度：厚度：应300，宽度500。平面尺寸：承台边缘至边桩中心距离不应小于桩的直径或边长，边缘挑出部分应150，对于条形承台梁应75。桩顶嵌入长度：为保证群桩与承台之间连接的整体性，桩顶应嵌入承台一定长度，对大直径桩宜100；对中等直径桩宜50。桩顶主筋锚固长度：混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度宜30倍主筋直径，对于抗拔桩基应40倍主筋直径。承台混凝土强度等级：承台的混凝土强度等级宜C15，采用级钢筋时宜C20。,构造要求：,111,钢筋配置：承台的配筋按计算确定，对于矩形承台板，宜双向均匀配置，钢筋直径宜10，间距应满足100200；对于三桩承台，应按三向板带均匀配置，最里面3根钢筋相交围成的三角形，应位于柱截面范围以内。钢筋保护层厚度：台底钢筋的混凝土保护层厚度宜70。当有混凝土垫层时不应小于40，承台梁的纵向主筋应12。,112,柱下多桩矩形承台：计算截面应取在柱边和承台高度变化处（杯口外侧或台阶边缘） 式中： Mx ,My-垂直于x、y轴方向计算截面弯矩设计值； xi,yi-垂直y轴和x轴方向自桩轴线到相应计算距离； Ni-扣除承台和承台上土重设计值后,桩竖向净 反力设计值；当不考虑承台效应时，则为第 i根桩的竖向总反力设计值。,计算公式：,）承台正截面弯矩计算：,四桩承台弯曲破坏模式,113,柱下三桩三角形承台 柱下三桩承台的受弯破坏模式与承台形状有关，分等边和等腰两种形式。等边三桩承台,取(a)、(b)两种破坏模式所确定的弯矩平均值作为截面弯矩设计值：,式中 M 由承台形心到承台边缘之距离范围内板带的弯矩设计值(kNm);,s 桩的中心距(m);,Nmax不计承台及其上土重，三桩中最大基桩竖向反力设计值（kN)。,114,等腰三桩承台,等腰三桩承台的典型的屈服线基本上都垂直于等腰三桩承台的两腰边。试件先在长跨产生开裂破坏，然后才在短距内产生裂缝。因此根据试件的破坏形态并考虑梁的约束影响作用，按梁的理论可得：,式中Mx 、My 承台形心到承台两腰和底边距离范围内板带的弯矩设计值(kNm),c1 、c2 垂直和平行于承台底边的柱截面边长(m);,s 长向桩的中心距离(m);, 短向桩距与长向桩距之比,115,柱下或墙下条形承台梁 一般采用弹性地基梁方法计算。当桩端持力层较硬且桩轴线不重合时，可视装为不动支座，按连续梁计算。,116,承台厚度计算：冲切及剪切条件确定，先按冲切计算，后按剪切验算。承台强度计算：受冲切、受剪切、局部承压和受弯计算。（1）受冲切计算破坏特征：若承台高度不足，或承台变阶处的高度不足，将会产生冲切破坏。 其破坏方式分为沿柱边的冲切和基桩对承台的冲切（其中基桩对承台的冲切主要为柱冲切破坏锥体以外的基桩，即单桩多为角桩对承台的冲切作用）。,）承台厚度和强度计算,117,柱边冲切破坏锥体斜面与承台底面的夹角大于或等于450，该斜面的上周边位于柱与承台交接处或变阶处，下周位于相应的桩顶内边缘处,柱下承台的冲切,118,计算公式： 承台抗冲切承载力与冲切锥体有关，用冲跨比表示。,受柱（墙）冲切承载力可按下列公式计算：,式中：Fl作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值； ft承台混凝土抗拉强度设计值； um冲切破坏锥体有效高度中线周长； h0 承台冲切破坏锥体的有效高度； 0 冲切系数； hp 截面高度影响系数； 冲跨比，=a0/h0,119,柱下矩形独立承台受柱冲切时可按下式计算：式中： 0 x、0y由下式计算 hc、bc柱截面长、短边尺寸； a0 x、a0y自柱长边或短边到最近桩边的水平距离。,120,对于圆柱及圆桩，计算时应将截面换算成方柱或方桩，取换算柱或桩截面边宽bp0.866d,121,角桩对承台的冲切,针对位于柱（墙）冲切破坏椎体外的桩基对承台的冲切破坏矩形承台受角桩冲切对四桩及以上承台受角桩冲切承载力计算,122,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；1x、1y角桩冲切系数；1x、1y角桩冲跨比，其值满足0.21.0，1xa1xh0、1ya1yh0；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。,123,破坏特征：主要为柱（墙）荷载（最大）影响的剪切破坏，即柱与桩边连线所形成的斜截面。当柱（墙）外有多排桩形成多个剪切斜截面时，对每一个斜截面都要进行受剪承载力计算。计算公式：柱下等厚度承台的斜截面受剪承载力计算：,（2）受剪切计算,式中： V斜截面的最大剪力设计值； fc混凝土轴心抗压强度设计值； b0承台计算截面处的计算宽度; h0承台计算截面处的有效高度； 剪切系数； 计算截面的剪跨比,124,承台斜截面受剪计算,125,（3）局部受压计算,对于柱下桩基承台，当混凝土强度等级低于柱的强度等级时，应按混凝土结构验算局部受压承载力。,（4）抗弯验算根据混凝土与结构力学,决定配筋,126,例题 某乙级建筑桩基，地面标高0.00m，场地地质条件见图示，承台顶标高-0.95m，作用在承台顶面的竖向荷载设计值F=2200kN，弯矩设计值Ml=650kN，水平力设计值H=86.3kN，柱截面尺寸800400mm，承台混凝土等级C25，试设计该桩基础。,qs1k=24kPa,qs2k=70kPa,qs3k=85kPa,qpk=3000kPa,127,1. 持力层：硬塑粘土层；2. 桩型：300300mm的预制钢筋混凝土桩，桩端进入持力层不小于2d，选择桩端进入持力层0.85m，初拟承台高度700mm，承台底标高-1.65m，桩顶伸入承台0.05m，桩尖长度取0.4m，结构桩长9.35m，设计桩长8.9m；3. 单桩承载力（按建筑桩基技术规范中的经验公式计算）,128,先不考虑群桩效应，基桩竖向承载力设计值：4. 初拟桩数 ， 取n=6根5. 平面布置 最小桩距3d，考虑为挤土桩，桩距可取大些，按23矩形布置，初拟x方向桩中心距1250mm，y方向1700mm，承台挑出x方向取250mm，y方向150mm，承台平面尺寸为,129,130,6. 桩顶荷载效应计算承台底面中心处的弯矩：桩顶平均作用荷载：7. 复合基桩承载力验算Bc=2.3m， l=8.9m， Bc/l=0.258查表：,131,复合基桩承载力设计值,132,8. 承台计算(1). 基桩净反力设计值(2). 柱边冲切验算冲切力：冲切系数：初拟 h0=700-100=600mm,133,C25混凝土，ft=1.27N/mm2，h800mm，hp=1.0(3). 角桩冲切验算冲切系数：,134,(4). 承台抗剪验算h800mm，hs=1.0 x方向（长边方向）,135,y方向（短边方向）,(5). 受弯和配筋计算,y方向（短边方向）,136,x方向（长边方向）取18根，沿平行于x轴的方向均匀布置，间距满足要求承台侧面保护层厚度取35mm。绘制施工详图（略）,137,采用某种方法设置于土中的预制桩，或在地下隐