《桩基础设计》课件.ppt

第十章 桩基础设计,10.1 桩基础的适用范围10.2 桩基础的分类10.3 建筑桩基设计等级10.4 静荷载试验确定单桩竖向极限承载力10.5 影响桩顶作用效应的因素10.6 确定桩型和截面尺寸的有关规定10.7 桩身设计的有关规定10.8 桩承台设计的一般规定,如果建筑场地浅层的土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求、而又不宜采取地基处理措施时，就需要考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的深基础方案。桩基础是应用最为广泛的一类深基础。,概述,一、概述,桩基础是最古老的基础型式之一。在人类有历史记载以前，就已经在地基土条件不良的河谷及洪积地区采用桩基础来建造房屋；在许多不同文化时期的初期，都可以找到桩基础的房屋。1982年在智利发掘的文化遗址所见到的桩，距今大约有1200014000年。我国最早的桩基础距今大约有7000多年，是在浙江宁波附近的河姆渡，作为古代木结构建筑的基础是有圆木桩、方木桩和板桩组成的桩基础。圆木桩直径在68cm之间，板桩厚2.44.0cm，宽1050cm，木桩均系下部削尖，入土深度最深达115 cm。这是最早的桩的雏形。我国秦代的渭桥、隋朝的郑州超化寺、五代的杭州湾大海堤、南京的石头城和上海的龙华塔等，都是我国古代桩基础的典范。,桩基技术发展的历史阶段,浅基础：施工简单，造价低。有时承载力、变形等不能满足要求桩基础：承载力高，沉降小，稳定性好。不需大范围的开挖（支护、降水）。施工较为复杂，造价较高。深基础:埋置深度比较大，而且往往需要采用特殊的施工方法做成的基础。深基础与浅基础的区别：1）埋置深度比较大；2）施工方法特殊；3）荷载传递方式与浅基础有明显差异。,桩完全或部分设置于土面以下，可通过其侧壁和下端将荷载传至周围土体和深层地基的竖直或倾斜状的受力杆件。桩基础以桩为主体构成的深基础，简称桩基。是由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。承台把桩联结起来并承受上部结构的荷载，然后通过桩传递到地基中去。桩基础具有承载力高、沉降小而均匀、用料较省、机械化程度高而且能够广泛适用于各类地层条件的突出优点。桩基础的造价相对较高。在基础选型时，一般应优先选用浅基础。,桩与桩基础的概念,1.传递荷载；2.消除地基液化影响。对于液化地基，穿过液化土层，将荷载传给稳定的不液化土层；3.减小沉降；4.抵抗水平力、上拔力和倾覆力矩；5.改变地基基础的动力特性。,桩的作用：,桥梁工程中的桩基础,砖木结构，七层，高40.64 米，塔身外平面为八角形，建于公元978年(宋太平兴国三年)。塔基共分四层，第一层在离地表2米多处，打有直径0.18米、长30米的木桩多根，桩间填有三合土，桩上铺0.13米厚垫木，木上再加五层总厚达0.46米的菱角牙子砖，最上层是用方砖砌成高约1.7米砖基。,龙华塔,建筑工程中的桩基础,沉井与桩基的组合,二、桩基础的适用性,1、地基上层土的土质太差而下层土的土质较好；或地基土软硬不均；或荷载不均，不能满足上部结构对不均匀变形限制的要求。2.地基软弱或地基土性特殊，采用地基改良和加固措施不合适。3.除承受较大竖向荷载外，尚有较大的偏心荷载、水平荷载、动力或周期性荷载作用。4.上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感；或建筑物受到大面积地面超载的影响。5.地下水位很高，采用其它基础型式施工困难；或位于水中的构筑物基础。6.需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。,三、桩基设计内容,1.选择桩的类型和几何尺寸；2.确定单桩竖向和水平向承载力设计值；3.确定桩的数量、间距和布桩方式；4.验算桩基的承载力和沉降；5.桩身结构验算；6.承台设计；7.绘制桩基施工图。,四、桩基设计的基本原则,建筑桩基技术规范规定，建筑桩基采用概率极限状态设计法。1）承载能力极限状态 2）正常使用极限状态建筑桩基按其破坏后果的严重性分为三个安全等级（表8.1）。建筑桩基按其安全等级和地基的土质情况进行不同内容的验算,建筑桩基设计等级,甲级（1）重要的建筑（2）30 层以上或高度超过100m 的高层建筑（3）体型复杂且层数相差超过10 层的高低层(含纯地下室)连体建筑（4）20 层以上框架核心筒结构及其他对差异沉降有特殊要求的建筑（5）场地和地基条件复杂的7 层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑（6）对相邻既有工程影响较大的建筑乙级-除甲级、丙级以外的建筑丙级-场地和地基条件简单、荷载分布均匀的 7 层及7 层以下的一般建筑,桩和桩基的分类及质量检测,1.桩基的分类 按桩的数量分类 1）单桩基础 2）群桩基础 按承台位置分类 1）高承台桩基 2）低承台桩基,低承台桩基:桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触的桩基础。高承台桩基:桩身上部露出地面，承台底面位于地面以上的桩基础。,低承台桩基,高承台桩基,高承台、低承台,桩和桩基的分类及质量检测,1.桩基的分类 按承台形式分类 1）板式承台（矩形、三角形）2）条形承台（十字交叉、环形）3）沉井、箱形、筏板,直桩和斜桩,建筑工程中的桩基础,沉井与桩基的组合,桩和桩基的分类及质量检测,2.桩的分类（1）按使用功能分类（2）按承载性状分类（3）按施工方法分类（4）按桩的材料分类（5）按桩的直径分类（6）按桩的设置效应分类,（1）按使用功能分类,竖向抗压桩：以承受竖向抗压荷载为主的桩，包括摩擦桩、端承桩和中间类型的桩。应进行竖向承载力计算，必要时还需计算桩基沉降，验算软弱下卧层的承载力以及负摩阻力产生的下拉荷载。竖向抗拔桩：主要承受竖向上拔荷载的桩。应进行桩身强度和抗裂计算以及抗拔承载力验算。水平受荷桩：主要承受水平荷载的桩。应进行桩身强度和抗裂验算以及水平承载力和位移验算。复合受荷桩（也称为纵横弯曲桩）：承受竖向和水平荷载均较大的桩。应按竖向抗压（或抗拔）桩及水平受荷桩的要求进行验算。,（2）承载性状分类,摩擦桩：当软土层很厚，桩端达不到坚硬土层或岩层上时，则桩顶的极限荷载主要靠桩身与周围土层之间的摩擦力来支承，桩尖处土层反力很小，可忽略不计。端承桩：桩穿过软弱土层，桩端支承在坚硬土层或岩层上时，则桩顶极限荷载主要靠桩尖处坚硬岩土层提供的反力来支承，桩侧摩擦力很小，可以忽略不计。,（2）承载性状分类,摩擦端承桩:桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩端阻力承受。端承摩擦桩:桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩侧阻力承受。,（3）按桩的材料分类,混凝土桩：包括普通钢筋混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩。钢桩：常用钢管桩和H型桩。木桩：用木材制作而成。目前很少使用。组合桩：用两种或两种以上材料做成的桩。可因地制宜加以选取。,（4）按桩的直径分类,大直径桩：桩径d800mm。近年来的发展较快，应用范围逐渐增大。因为桩径大且桩端还可以扩大，因此，单桩承载力较高。此类桩除大直径钢管桩外，多数为钻、冲、挖孔灌注桩。通常用于高层或重型建（构）筑物的基础，并可实现柱下单桩的结构型式。正因为如此，也决定了大直径桩施工质量的重要性。中等直径桩：250mmd800mm。这类桩长期以来在工业与民用建筑物中大量使用，成桩方法和工艺繁多。小直径桩：桩径d250mm。由于桩径小，施工机械，施工场地及施工方法一般较为简单。小桩多用于基础加固（树根桩或锚杆静压桩）及复合桩基础。,（5）按成桩方法分类,桩 基 础,我国应用的主要桩型,成桩方法 材料 桩身与桩尖形状 施工工艺,钢筋混凝土,三角形桩,传统桩尖桩端型钢加强,方桩,现浇预制,空心方桩 传统桩尖 管桩 平底,预应力管桩,尖底平底,预制,钢材,H型钢桩,钢管桩 开口/闭口 焊 接,工厂生产,锤击沉桩振动沉桩静力压桩,预制桩,预制混凝土桩,在工厂或施工现场制作，用锤击打入、振动打入、静力压力、水冲送入或旋入等方式沉桩桩的预制 场地压实、平整场地地平作三七灰土或浇筑混凝土支模绑扎钢筋骨架、安设吊环浇筑混凝土养护至百分之30强度拆模支间隔端头模板、刷隔离剂、绑钢筋浇筑间隔桩混凝土同法间隔制作第二层桩养护至70%强度起吊达100%强度后运输。,预制混凝土桩,桩的起吊桩在起吊和搬运时，必须平稳，并且不得损坏。吊点应符合设计要求。,桩的运输 打桩前，桩从制作处运到现场前备打桩，并应根据打桩顺序随打随运以避免二次搬运。桩的运输方式，在运距不大时，可用起重机吊运；当运距较大时，可采用轻便轨小平台车运输。桩的堆放 堆放桩的地面必须平整、坚实，垫木间距应与吊点位置相同，各层垫木应位于同一垂直线上，堆放层数不宜超过4层。不同规格的桩，应分别堆放。,预制混凝土桩,打桩设备多能桩架,履带式桩架,锤击沉桩桩锤 桩锤是对桩施加冲击，将桩打入土中的主要机具。桩锤主要有落锤蒸汽锤、柴油锤和液压锤，目前应用最多的是柴油锤。用锤击沉桩时，为防止桩受冲击应力过大而损坏，力求采用“重锤轻击”。如采用轻锤重击，锤击功能很大一部分被桩身吸收，桩不易打入，且桩头容易打碎。,打入桩,静压力桩 静力压桩是利用静压力将桩压入土中，施工中虽然仍然存在挤土效应，但没有振动和噪音，适用于软弱土层和邻近有怕振动的建（构）筑物的情况。静力压桩机有机械式和液压式之分，目前使用的多为液压式静力压桩机，压力可达5000kN。,1操纵室；2电气控制台；3液压系统；4导向架；5配重；6夹持装置；7吊桩把杆；8支腿平台；9横向行走与回转装置；10纵向行走装置；11桩,液压式静力压桩机,液压式静力压桩机,先利用液压静力夹持预制桩，然后通过夹持机构“抱”住桩身侧面将被夹持的预制桩通过液压静力压入地基。,抱压式桩,抱压式桩,顶压式桩,从预制桩的顶端施压，将其压入地基,上海电信大楼 24层，高151.8m,混凝土、钢筋混凝土灌注桩,灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼并灌注混凝土而成。灌注桩能适应各种地层，无需接桩，施工时无振动、无挤土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。但其操作要求严格，施工后需较长的养护期方可承受荷载，成孔时有大量土渣或泥浆排出。根据成孔工艺不同，分为干作业成孔的灌注桩、泥浆护壁成孔的灌注桩、套管成孔的灌注桩和爆扩成孔的灌注桩等。灌注桩施工工艺近年来发展很快，还出现夯扩沉管灌注桩、钻孔压浆成桩等一些新工艺。,我国应用的主要桩型,成桩方法 材料 桩身与桩尖形状 施工工艺,沉管灌注桩,预制平底大头扩底,扩底,钻孔冲孔人工挖孔,压浆不压浆,灌注桩,内击式扩底,直桩身-预制锥形桩尖,无桩靴夯扩,钻（冲、挖）孔灌注桩,直身桩扩底桩多分支承力盘桩嵌岩桩,b,a,a,c,冲击钻成孔法,潜 水电钻成孔法,冲抓锥成孔法,钻孔机,钻孔桩,冲孔桩,冲孔桩是在泥浆护壁的前提条件下，利用桩锤冲进形成桩孔，采用导管法灌注水下混凝土的施工方法。冲孔、灌注混凝土都是在水下进行，施工过程中易出现的偏心、卡锤、掉锤、塌孔、缩孔、断桩、成孔后露筋等不良现象。,冲孔桩,泥浆护壁成孔灌注桩 泥浆护壁成孔是用泥浆保护孔壁并排出土渣而成孔。泥浆护壁钻孔灌注桩适用于地下水位以下的粘性土、粉土、砂土、填土、碎(砾)石土及风化岩层；以及地质情况复杂，夹层多、风化不均、软硬变化较大的岩层，冲孔灌注桩除适应上述地质情况外，还能穿透旧基础、大孤石等障碍物，但在岩溶发育地区应慎重使用。,泥浆护壁成孔灌注桩施工现场,泥浆护壁成孔灌注桩施工现场,泥浆护壁成孔灌注桩施工工艺 埋设护筒 护筒是保证钻机沿着桩位垂直方向顺利钻孔的辅助工具，其保护孔口和提高桩孔内的泥浆水头，防止踏孔德作用。泥浆制备 护壁泥浆是由高塑性粘土或膨润土和水拌合的混合物，还可在其中掺入其他掺合剂，如加重剂、分散剂、增粘剂及堵漏剂等。成孔方法 安放钢筋笼 浇注水下混凝土 浇注水下混凝土不能将混凝土直接倾倒于水中。最常用的是导管法。导管法采用的主要机具有：导管、漏斗和储料斗、隔水塞。,干作业成孔灌注桩 在软塑土层，含水量大时，可用疏纹叶片钻杆，以便较快地钻进。在可塑或硬塑粘土中，或含水量较小的砂土中应用密纹叶片钻杆，缓慢地均匀地钻进。操作时要求钻杆垂直，钻孔过程中如发现钻杆摇晃或难钻进时，可能是遇到石块等异物，应立即停机检查。钻进速度应根据电流值变化及时调整。在钻进过程中，应随时清理孔口积土，遇到塌孔、缩孔等异常情况，应及时研究解决。适用于地下水位较低、在成孔深度内无地下水的土质，勿需护壁可直接取土成孔。目前常用螺旋钻机成孔，亦有用洛阳铲成孔的。,套管成孔灌注桩工艺流程 套管成孔灌注桩是利用锤击打桩法或振动沉桩法，将带有钢筋混凝土桩靴（又叫桩尖）或带有活瓣式桩靴的钢套管沉入土中，然后边拔管边灌注混凝土而成。若配有钢筋时，则在浇筑混凝土前先吊放钢筋骨架。利用锤击沉桩设备沉管、拔管时，称为锤击沉管灌注桩；利用激振器的振动沉管、拔管时，称为振动沉管灌注桩。,活瓣桩尖1桩管；2锁轴；3活瓣,沉管灌注桩施工过程a）就位；b）沉套管；c）初灌混凝土；d）放置钢筋笼、灌注混凝土；e）拔管成桩,沉管灌注桩设备,1滑轮组；2振动器；3漏斗；4桩管；5吊斗；6枕木；7机架；8拉索；9架底；10卷扬机,沉管灌注桩,人工挖孔灌注桩施工机具 垂直运输工具：单轨电动葫芦配提升金属架与轨道，活底提土吊桶。排水机具：潜水泵。通风设备：鼓风机和送风管。挖掘工具：镐、锹、土筐等。此外，还有井内外照明，电等设备,挖孔桩,深圳国际贸易中心大厦，50层，160m 高。,钢管桩及H 型钢桩,壁桩地下连续墙桩,采用成槽机挖槽，泥浆护壁，下钢筋笼，浇筑混凝土，桩深一般达50m以上，最小平面尺寸0.6m2.5m，单体槽壁桩为“一”字型，可组成各种异形桩，如“十”字型、“”字型，“口”型、折线型等。槽壁桩与钢管桩、混凝土预制桩相比，具有承载力大，截面任意，施工无振动、无噪声等优点；与沉井基础相比，具有安全可靠、工期短、对环境影响小等优点。槽壁桩在国外已广泛用于高层建筑、桥梁的基础。在国内，尤其在上海地区，槽壁桩的应用刚起步。槽壁桩作为围护墙和基础桩两用，可在基坑工程中应用。,壁桩（Barrette）,（6）按桩的设置效应分类,挤土桩：成桩过程中对土体有较大排挤和扰动。除施工噪音较大外，不存在泥浆及弃土污染问题，当施工质量好，方法得当时，其单方混凝土材料所提供的承载力较非挤土桩及部分挤土桩高。包括干作业法钻（挖）孔灌注桩、泥浆护壁法钻（挖）孔灌注桩、套管护壁法钻（挖）孔灌注桩；部分挤土桩：当挤土桩无法施工时，可采用预钻小孔后打较大尺寸预制或灌注桩的施工方法，也可打入敞口桩。成桩过程中对土体有明显排挤和扰动，但不如挤土桩强烈。包括有长螺旋压灌灌注桩、冲孔灌注桩、钻孔挤扩灌注桩、搅拌劲芯桩、预钻孔打入（静压）预制桩、打入（静压）式敞口钢管桩、敞口预应力混凝土空心桩和H 型钢桩；非挤土桩：在成桩过程中基本对桩相邻土不产生挤土效应。设备噪音较挤土桩小，而废泥浆、弃土运输等可能会对周围环境造成影响。包括干作业法钻（挖）孔灌注桩、泥浆护壁法钻（挖）孔灌注桩、套管护壁法钻（挖）孔灌注桩。,我国主要桩型实际应用范围,适用建筑物层数,钢管桩 2390 83 1300预制混凝土桩 824 69 75 600预应力管桩 840 40 1300钻（冲）孔桩 1845 618 104 4000人工挖孔桩 1852 314 53 4000沉管灌注桩 515 47 35 700,桥梁 码头 塔架,最大桩身/m,基坑围护/m,桩型,最大桩径/m,桩和桩基的分类及质量检测,3.桩的质量检验开挖检验 抽芯检验 声波透射法 静载试验 各类动力检验法,桩基动力检测技术,包括高应变法和低应变法。当作用在桩顶上的能量较大,直接测得的打击力与设计极限值相当时,是高应变法;作用在桩上的能量较小,仅能使桩土间产生微小扰动,这类方法称为低应变法。目前高应变法主要有动力打桩公式法、波动方程法、Case法、曲线拟合法、锤击贯入法和动静法等。低应变法主要有机械阻抗法、应力波反射法、球击法、动力参数法和水电效应法等。桩基动测具有费用低、快速、轻便、适于普查等优点,这大大地促进了桩基动测技术的研究和应用。,高应变法,高应变动力测试是通过在桩顶量测被激发的阻力产生的应力波和速度波,来确定承载力。目前工程界应用最广泛的高应变法是CASE法和波形拟合法。CASE法是一种通过一维波动方程计算而获得岩土对桩的支撑阻力的新方法。波形拟合法波形拟合法目前被认为是确定单桩承载力最准确的方法。它是通过现场把实测力波和速度波输入计算机进行迭代计算,把桩土系统变为离散的质弹模型,假定各单元桩和土参数,以实测的桩顶速度波(或力波)作为边界条件,用特征线法求解波动方程,反算桩顶力波(或速度波),使计算的波形和实测波形拟合。若两者不吻合,调整桩土参数,再次计算,直至吻合。此时各参数是最佳估算值。最终求得承载力、侧阻分布和计算的曲线。,低应变法,低应变动力测桩是采用低能量的瞬态或稳态激振，使桩在弹性范围内作低幅振动，利用振动和波动理论判断桩身缺陷。现在国内低应变动测法主要用于检测桩身完整性。我国低应变动测桩法主要是应力波反射法，其次还有机械阻抗法、动力参数法、水电效应法、共振法等。其中应力波反射法在桩身质量检测中应用最广泛，主要用来检查桩身完整性，检查缩径、扩径、夹泥、断桩、空洞、离析、沉渣，并核对桩长、推算砼强度。,完整桩：施工质量优良的完整桩的速度波形应光滑，有明显的桩底反射信号，波速正常，桩身混凝土平均波速较高。桩径1.2m，桩长47.0m，波速3960m/s，混凝土强度等级C25，为完整桩。,桂林市某桥梁钻孔灌注桩的检测实例,缺陷桩：缺陷桩的波形曲线存在较明显的异常，实测曲线、波形特征是在桩身缺陷处产生与激振脉冲相同位的第一时间到达t反射时间较为明显，但整桩波速不会下降，与完整桩波较为一致。该桩桩径1.2m，桩长41.0m，在5m处表现为缩径缺陷。,断桩：断桩的波形曲线存在明显的波峰，且桩底信号不明显，断桩实测曲线、波形与其它缺陷桩的波形是不一样，因为断桩所在位置，应力波无法往下传播，主要因在断裂处空气的波阻抗无穷大于混凝土波阻抗，而实测波形多次反射，反射时间间隔一致，并对反射信号就会自由震荡慢慢的衰减下去，故无法找出桩底反射。根据该工程桩身平均波速，求得该桩在18.0m断桩。,假缺陷桩：水中的桥梁钻孔灌注桩在施工时一般均采用护筒，有时护筒与混凝土浇筑在一起。测试时，在护筒底面处将产生缩颈类缺陷，该桩直径1.5m，从波形反映，该桩在3.2m存在缩径特征。后经查施工记录，该桩桩顶部分采用混凝土护筒，壁厚8cm，并与桩混凝土浇筑在一起，使桩顶部直径达到1.64m，故在护筒底表现为缩径。,竖向荷载下单桩的工作性能,孤立的一根桩称为单桩，群桩中性能不受邻桩影响的一根桩可视为单桩。单桩工作性能的研究是单桩承载力分析理论的基础。通过桩土相互作用分析，了解桩土间的传力途径和单桩承载力的构成及其发展过程，以及单桩的破坏机理等。,竖向荷载下单桩的工作性能,一、桩的荷载传递,对极限状态：,由于桩与桩周土体的紧密接触，当桩相对于土向下位移时，桩侧表面受到土向上的摩阻力。,二、单桩的破坏模式,单桩在轴向荷载的作用下的破坏模式取决于桩周土的抗剪强度、桩端支承情况、桩的尺寸以及桩的类型等条件。,压屈破坏,整体剪切破坏,刺入破坏,小直径端承桩或嵌岩桩 超长桩,打入式短桩钻孔短桩,钻孔灌注桩,三、桩侧负摩阻力,1.负摩阻力的概念 2.负摩阻力的分布特性 3.负摩阻力的确定 4.减小负摩阻力的工程措施,负摩阻力：桩周土由于自重固结、湿陷、地面荷载作用等原因而产生大于基桩的沉降所引起的对桩表面的向下摩阻力。危 害：降低桩的承载力，增大位移条 件：桩周土的下沉量大于桩的下沉量,1.负摩阻力的概念,原 因：桩侧土层的大面积地下水位下降使土层产生固结下沉；桩侧附近大面积堆载使桩侧土层压缩；桩侧有较厚的欠固结土层或新填土，因固结产生下沉；在饱和软土中打下密集的桩群，产生超孔隙水压力，随后因超孔隙水压力消散而重新固结引起桩侧土体下沉；位于湿陷性黄土、季节性冻土或可液化土层的桩，因黄土湿陷、冻土融化或受地震自或其他动力荷载作用而液化的土因重新固结引起的下沉。,负摩阻力的大小受着多种因素的影响，如桩周土与桩端土的强度、土的固结历史、地面荷载、桩的类型及设置方法、地下水位变化以及历时等。,2.负摩阻力的分布特性,中性点 在桩的某一深度以上，桩受负摩阻力作用；在深度以下，土对桩产生正摩阻力。在深度处，既没有负摩阻力也没正摩阻力，称该点为中性点。,3.消减与避免负摩阻力的技术措施,（1）改善土层性质，降低其沉降。,（2）桩土隔离。,（1）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，从而消减负摩阻力的方法称为涂层法。（2）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。（3）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。（4）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。,3.消减与避免负摩阻力的技术措施,（5）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。（6）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。,3.消减与避免负摩阻力的技术措施,建筑桩基设计等级,甲级（1）重要的建筑（2）30 层以上或高度超过100m 的高层建筑（3）体型复杂且层数相差超过10 层的高低层(含纯地下室)连体建筑（4）20 层以上框架核心筒结构及其他对差异沉降有特殊要求的建筑（5）场地和地基条件复杂的7 层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑（6）对相邻既有工程影响较大的建筑乙级-除甲级、丙级以外的建筑丙级-场地和地基条件简单、荷载分布均匀的 7 层及7 层以下的一般建筑,一般规定,单桩竖向极限承载力的确定,按材料强度确定单桩竖向承载力时，可将桩视为轴心受压杆件，根据桩材按混凝土结构设计规范GB50010-2002或现行钢结构设计规范计算。对于钢筋混凝土桩：,一、按材料强度确定,1.静载荷试验装置及方法,单桩静载荷试验的加载装置(a)锚桩横梁反力装置；(b)压重平台反力装置,二、按单桩竖向抗压静载试验法确定,桩基静载试验,单桩 Q-s 曲线 单桩 s-logt 曲线,2.终止加载条件,某级荷载下，桩顶沉降量为前一级荷载下沉量的5倍；某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级下沉量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定；已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大质量时。,对于陡降型Q-s曲线，可取曲线发生明显陡降的起始点所对应的荷载为Qu。对于缓变型Q-s曲线，一般可取s4060mm对应的荷载值为Qu。对于大直径桩可取s0.030.06d(d为桩端直径)所对应的荷载值，(大桩径取低值，小桩径取高值)，对于细长桩(l/d 80)，可取s6080mm对应的荷载。也可根据沉降随时间的变化特征确定Qu，取 s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值作为Qu。,3.按试验成果确定单桩承载力,单桩 Q-s 曲线 单桩 s-logt 曲线,国外广泛采用以土力学原理为基础的单桩极限承载力公式。Qu Qsu Qpu(GApl)G表示桩的重力，Apl为与桩同体积的土重，如假设其值等于桩重G，故上式可简化为：Qu Qsu Qpu,三、按土的抗剪强度指标确定,建筑桩基规范提出，当按双桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值Quk时，对于粘性土、粉土和砂土，如无当地经验时可按下式计算：Quk qcAp uli i fsi 粘性土和粉土 i 10.04（fsi）-0.55 砂性土：i 5.05（fsi）-0.45,四、按静力触探法确定,1.一般预制桩及中小直径灌注桩 对预制桩和直径d800mm的灌注桩，单桩竖向极限承载力标准值Quk可按下式计算：2.大直径灌注桩 大直径桩的侧阻及端阻要考虑尺寸效应。,五、按经验公式法确定,3.嵌岩桩 下端嵌入中等风化、微风化或新鲜基岩中的桩。嵌岩桩单桩极限承载力标准值由桩周土总侧阻力、嵌岩段总侧阻力和总端阻力三部分组成。Quk Qsk Qrk Qpk=u si qsik li u r frc hr p frc Ap,动力试桩法是应用振动理论和应力波理论来确定单桩竖向承载力以及检验桩身完整性的一种方法。其最大的优点是速度快、成本低，可对工程桩进行大量的普查。目前的动力试桩法种类繁多。一般将其分为高应变和低应变两大类。国内外普遍采用高应变法测定桩的极限承载力，而用低应变法检测桩的质量和完整性。低应变法在我国应用极为广泛，约有90%的检测单位采用低应变法，每年检测的桩数在4万根以上。,六、按动力试桩法确定,地基规范规定，单桩竖向承载力特征值的确定应符合下列规定：（1）单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载试验确定。在同一条件下的试桩数量，不宜少于总桩数的1%，且不应少于3根。单桩竖向承载力特征值取单桩竖向静载荷试验所得单桩竖向极限承载力除以安全系数2。当桩端持力层为密实砂卵石或其他承载力类似的土层时，对单桩承载力很高的大直径端承型桩，可采用深层平板载荷试验确定桩端土的承载力特征值。,七、单桩竖向承载力特征值,（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Ra值。（3）初步设计时单桩竖向承载力特征值Ra可按下式估算：Ra=qpaAp+uqsiali当桩端嵌入完整及较完整的硬质岩中时，可按下式估算单桩竖向承载力特征值：Ra=qpaAp（4）嵌岩灌注桩桩端以下三倍桩径范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布；并应在桩底应力扩散范围内无岩体临空面。,地基规范所称的单桩竖向承载力特征值是表示正常使用极限状态下的单桩竖向承载力值；建筑桩基规范的单桩竖向承载力设计值是指单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载（即单桩竖向极限承载力）经分项系数处理后得到的承载力值。两者在荷载取值中也存在一定差别，按单桩竖向承载力特征值设计应取荷载效应的标准组合，而按单桩竖向承载力设计值计算时则取荷载效应的基本组合。,例题1某厂房边柱地质剖面及工程性质指标如图，作用在基础顶面的荷载值为：F2100kN，M120kN.m（作用于长边方向），H40kN，采用截面为300300mm的预制混凝土方桩，桩长8m，桩尖进入坚硬粘土层0.9m，试求单桩承载力特征值。,F,M,杂填土,软塑粘土,可塑粘土,1500,硬塑粘土,900,2600,4400,V,1,2,3,6,4,5,例题1某厂房边柱地质剖面及工程性质指标如图，作用在基础顶面的荷载值为：F2100kN，M120kN.m（作用于长边方向），V40kN，采用截面为300300mm的预制混凝土方桩，桩长8m，桩尖进入坚硬粘土层0.9m，试求单桩承载力特征值。,群桩基础计算,群桩的工作特点群桩的竖向承载力特征值 桩顶作用效应简化计算 基桩竖向承载力验算 桩基软弱下卧层承载力验算 桩基沉降验算,1.端承型群桩基础 桩侧摩阻力不易发挥，各桩端的压力没有重叠群桩基础的承载力就等于各单桩的承载力之和群桩的沉降量也与单桩基本相同,一、群桩的工作特点,2.摩擦型群桩基础,（1）桩间距大，桩底压应力不叠加（2）桩间距小桩底压应力叠加（3）群桩对桩间土的影响砂土和粉土：桩侧摩阻力提高粘 土：桩侧摩阻力降低,群桩基础中因承台、桩和土三者相互影响而导致群桩基础与单桩在工作状态上的差异称为群桩效应。群桩基础中桩的极限承载力问题极为复杂，其与桩的间距、土质、桩数、桩径、入土深度以及桩的类型和排列方式等因素有关。目前工程上考虑群桩效应的方法有两种：一种是基于概率极限设计法的群桩分项效应系数法；一种是把承台、桩和桩间土视为一假想的实体基础的实体基础法。,群桩效应,二、群桩的竖向承载力特征值,(1).不考虑承台效应的承载力特征值,群桩中的一根桩称为基桩，单桩及其对应面积的承台下地基土组成的复合承载基桩。,(2).复合基桩的承载力特征值,对于一般建筑物和受水平力较小的高大建筑物，当桩基中各桩的桩径相同时，可假定：.承台是刚性的；.各桩刚度相同；.x、y是桩基平面的惯性主轴。,三、桩顶作用效应简化计算,四、基桩竖向承载力验算,五、桩基软弱下卧层承载力验算,六、桩基沉降验算,例题2某厂房边柱地质剖面及工程性质指标如图，作用在基础顶面的荷载值为：F2100kN，M120kN.m（作用于长边方向），V40kN，采用截面为300300mm的预制混凝土方桩，桩长8m，桩尖进入坚硬粘土层0.9m，试求单桩承载力特征值。并进行单桩承载力验算。,桩基础设计,进行调查研究，场地勘察，收集有关资料；确定桩基持力层；选择桩型及成桩工艺，确定桩的类型、外形尺寸和构造；确定单桩承载力特征值；根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平面布置；初步拟订承台的轮廓尺寸及承台底标高；验算作用于单桩上的竖向和横向荷载；验算承台尺寸及结构强度；必要时验算桩基整体承载力和沉降量，当持力层下有软弱下卧层时，验算软弱下卧层的地基承载力；单桩设计，绘制桩和承台的结构及施工图。,设计内容和步骤,一、选择桩型及成桩工艺,1.桩的根数 初步估算桩数时，当桩基为轴心受压时，桩数n按下式估算偏心受压时，应按轴心受压确定的桩数增加1020,二、桩数及桩位布置,2.桩的中心距 一般桩的最小中心距应符合表规定。对于大面积桩群,尤其是挤土桩，桩的最小中心距还应按表列数值适当加大。,3.桩位的布置布置时应尽可能使上部荷载的中心与桩群的横截面形心重合或接近，使桩基中各桩受力比较均匀，尽可能将桩布置在靠近承台外围部分，增加桩基横截面的惯性矩。（外密内疏）保持桩距在表最小桩距之外,桩的平面布置(a)柱下桩基；(b)墙下桩基,三、桩身截面强度计算,双点起吊时,单点起吊时,桩基承台可分为柱下独立承台、柱下或墙下条形承台（梁式承台），以及筏板承台和箱形承台等。承台的作用是将桩联结成一个整体，并把建筑物的荷载传到桩上承台应有足够的强度和刚度,四、承台设计,承台厚度及强度计算 承台的强度计算包括受冲切、受剪切、局部承压及受弯计算。承台厚度一般按抗冲切和抗剪切条件确定，通常可先按抗冲切计算，再按抗剪切复核；承台配筋通常按抗弯条件确定。,柱下承台的冲切,承台厚度及强度计算 承台的强度计算包括受冲切、受剪切、局部承压及受弯计算。承台厚度一般按抗冲切和抗剪切条件确定，通常可先按抗冲切计算，再按抗剪切复核；承台配筋通常按抗弯条件确定。,承台斜截面受剪计算,承台厚度及强度计算 承台的强度计算包括受冲切、受剪切、局部承压及受弯计算。承台厚度一般按抗冲切和抗剪切条件确定，通常可先按抗冲切计算，再按抗剪切复核；承台配筋通常按抗弯条件确定。,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，应按现行混凝土结构设计规范(GB50010-2002)验算承台的局部受压承载力。当需要进行承台的抗震验算时，尚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受弯计算 承台的受弯计算方法同于一般梁板。,五、验算作用于单桩上的竖向荷载,1.荷载效应基本组合,基桩竖向承载力验算,2.地震作用效应组合,六、桩基软弱下卧层承载力验算,例题3实验大厅地质剖面及工程性质指标如图，作用在基础顶面的荷载标准值为：F1500kN，M300kN.m（作用于长边方向），H50kN，拟采用截面为300300mm的预制混凝土方桩，承台混凝土强度等级为C20，配置II级钢筋，试设计该桩基础（不考虑承台效应）。,例题3实验大厅地质剖面及工程性质指标如图，作用在基础顶面的荷载标准值为：F1500kN，M300kN.m（作用于长边方向），H50kN，拟采用截面为300300mm的预制混凝土方桩，承台混凝土强度等级为C20，配置II级钢筋，试设计该桩基础（不考虑承台效应）。,F,M,杂填土,软质粘土,饱和软粘土,2000,粘土,1500,2000,4500,V,500,课 后 练 习 某厂房边柱地质剖面及工程性质指标如图，作用在基础顶面的荷载标准值为：F3000kN，M200kN.m（作用于长边方向），H50kN，采用截面为300300mm的预制混凝土方桩，桩长8m，桩尖进入坚硬粘土层0.9m，试求单桩承载力特征值，并进行单桩承载力验算。,F=3000KN,M=200KNm,杂填土,软塑粘土,可塑粘土,1500,硬塑粘土,900,2600,4400,V=50KN,300,600,300,600,300,600,600,300,1,2,4,8,5,7,3,6,600,600,F=3000KN,M=200KNm,1500,900,2600,4400,V=50KN,300,600,300,600,300,600,600,300,1,2,4,8,5,7,3,6,600,600,例题4某二级建筑桩基如图4-39所示，柱截面尺寸为450600mm，作用在基础顶面的荷载设计值为：F2800kN，M210kN.m（作用于长边方向），H145kN，拟采用截面为350350mm的预制混凝土方桩，桩长12m，已确定基桩竖向承载力设计值R500kN，水平承载力设计值Rh45kN，承台混凝土强度等级为C20，配置II级钢筋，试设计该桩基础（不考虑承台效应）。解:C20混凝土：ft1100kPa，fc10000kPa；II级钢筋，fy310 N/mm2。基桩持力层、桩材、桩型、外形尺寸及单桩承载力设计值均已选定，桩身结构设计从略。,确定桩数及布桩初选桩数：暂取6根，并按表4-22取桩距s3d30.351.05m，按矩形布置如图4-39所示。初选承台尺寸 取承台长边和短边为：a2（0.35+1.05）2.8m b20.35+1.051.75 m 承台埋深1.3m，承台高0.8m，桩顶伸入承台50mm，钢筋中心至桩顶的距离取为35mm，则承台有效高度为：,例题计算图示,ho 0.80.0500.0350.715 m715mm 计算桩顶荷载设计值 取承台及其上土的平均重度G20kN/m3，则桩顶平均竖向力设计值为：,基桩水平力设计值：H1 H/n 145/6 24.2 kN 其值远小于单桩水平承载力设计值Rh 45kN，因此无须验算考虑群桩效应的基桩水平承载力设计值。承台受冲切承载力验算.柱边冲切,2ox(bc aoy)oy(hc aox)ft ho 20.717(0.450 0.125)1.800(0.600 0.575)11000.715 3975.4 kN oFl 1.0(28000)2800 kN（可以）.角桩冲切，c1c20.525m，a1xaox，1xox a1yaoy，1yoy。1x(c2 a1y/2)1y(c1 a1x/2)ft ho=0.478(0.525+0.125/2)+1.200(0.6+0.575/2)11000.715 987.7 kN oNmax 1.0571.7 571.7 kN（可以）,承台受剪切承载力计算 剪跨比与以上冲跨比相同，故对II斜截面：x ox 0.804(介于0.31.4之间)故剪切系数 所以 fcboho 0.10996001.750.715=1309.3 kN 2oNmax 21.0571.7 1143.4 kN IIII斜截面按0.3计，其受剪切承载力更大，故验算从略。,承台受弯承载力计算 Mx Niyi 3492.10.325 479.8 kNm 选用2212 As 2488 mm2，沿平行y轴方向均匀布置。My Nixi 2569.70.757 862.5 kNm 选用1420 As 4398 mm2，沿平行x轴方向均匀布置。,