第八章桩基础与深基础课件.ppt

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1、2022/11/29,1,第八章 桩基础与深基础,2022/11/29,2,8.1.1桩基础与深基础适用范围,天然地基土质软弱天然地基土质软弱，天然浅基不满足承载力或变形要求，或采用人工加固处理地基不经济，或时间不允许，可采用桩基础高层建筑尤其对于超高层建筑，要满足地基稳定性要求，在地震区，基础埋深d不应小于建筑高度的1/15，只能用桩基础或深基础重型设备重型设备或超重型设备置于一般的天然地基浅基础上，地基将发生强度破坏,2022/11/29,3,深基础特点（埋深大于5m）,施工方法较复杂地基承载力高需要专门的设备技术复杂造价往主较高工期较长,2022/11/29,4,桩基础的定义,桩设置于土

2、中的竖直或倾斜的柱型基础构件，其横截面尺寸比长度小得多。承台把各桩连成一整体，把上部结构传来的荷载转换、调整分配于各桩，由穿过软弱土层或水的桩传递到深部较坚硬、压缩性小的土层或岩层。桩基桩与连接桩顶和上部结构的承台组成深基础，简称桩基。,2022/11/29,5,2022/11/29,6,2022/11/29,7,2022/11/29,8,2022/11/29,9,2022/11/29,10,轴向荷载,水平荷载,荷载,桩侧土层的桩侧阻力,桩端土层的桩端阻力,桩侧土层的侧向阻力,2022/11/29,11,桩的分类,按桩的性状和竖向受力情况,端承型桩,摩擦型桩,端承桩,摩擦端承桩,嵌岩桩,摩擦桩

3、,端承摩擦桩,2022/11/29,12,2022/11/29,13,桩的分类,按桩的使用功能分类,竖向抗压桩,竖向抗拔桩,水平受荷桩,复合受荷桩,高压输电塔的桩基础及抵抗地下室上浮力的抗拔桩,深基坑的护坡桩等,2022/11/29,14,桩的分类,按桩身材料分类,木桩,素混凝土桩,钢筋混凝土桩,钢桩,对桩基承载力要求较低的中小型工程承压桩.设备简单，承载力不高，不能抗拔或承受较大弯矩。还可能产生缩颈断桩、局部离析等。,p343,制作容易，打桩设备简单，但承载力较低,一般用于盛产木材的地区、小型或临时工程，古代文物的基础等,组合材料桩,超重型设备基础、江河深水基础、高层建筑深基槽护坡工程。承载

4、力高，材料强度均匀可靠，价格高，易锈蚀,钢管混凝土桩、SMW工法桩,2022/11/29,15,桩的分类,按桩的施工方法的不同,预制桩,灌注桩,混凝土、钢、木桩,沉管灌注桩（动画）,锤击法沉桩,振动法沉桩,静压法沉桩,钻（冲、磨）孔灌注桩（动画）,挖孔桩,爆扩灌注桩（动画）,扩底桩,嵌岩桩,2022/11/29,16,2022/11/29,17,桩的分类,按成桩方法分类,非挤土桩,部分挤土桩,挤土桩,部分挤土灌注桩：钻孔局部复打,成桩过程中对桩周围的土无挤压作用首先清除桩位的土，然后在桩孔中灌注混凝土,预钻孔打入式预制桩,打入式敞口桩,挤土灌注桩：沉管灌注桩,挤土预制桩,在饱和软土中设置挤土桩

5、，注意施工顺序,在非饱和松散土中采用挤土桩，可提高承载力,2022/11/29,18,2022/11/29,19,2022/11/29,20,桩的分类,按桩径大小分类,小桩,中等直径桩,大直径桩,直径介于250mm和800mm之间,直径小于250mm中小型工程和基础加固,承载力较大，大量应用,直径大于800mm,承载力高，用于高层建筑、重型设备基础,2022/11/29,21,桩的竖向承载力,2022/11/29,22,单桩轴向荷载传递机理,2022/11/29,23,1. 桩身轴力和截面位移,逐级增加荷载,桩身上部压缩,桩相对土向下位移,向上摩阻力,桩身侧摩阻力渐次发挥,端阻力发挥,桩端下沉

6、,桩身整体下移,加大桩身各截面位移,其余荷载归桩端阻力承担,极限值,桩底持力层破坏,极限承载力,2022/11/29,24,3.3.1 竖向荷载下单桩的工作性能,载荷试验得Q-S图，还可得轴力Nz，因此，可得摩阻力和分段位移分布,2022/11/29,25,4.3.2 单桩竖向承载力的确定,桩身的材料强度,地层的支承力,取二者最小值,按桩的载荷试验确定，则已兼顾这两方面,一般情况下，桩的承载力由地基土的支承能力所控制，材料强度往往不能充分发挥，只有对端承桩、超长桩及桩身质量有缺陷的桩，桩身材料强度才起控制作用。另外，当桩的入土深度较大，桩周土质软弱且比较均匀、桩端沉降量较大，尤其是高层建筑或对

7、沉降有特殊要求时，还应按上部结构对沉降的要求来确定单桩竖向承载力。,2022/11/29,26,按静载荷试验确定,按土的抗剪强度指标确定,按规范经验公式确定,2022/11/29,27,静载荷试验方法确定,2022/11/29,28,3.3.2 单桩竖向承载力的确定,2022/11/29,29,3.3.2 单桩竖向承载力的确定,加载方式及试验过程,2022/11/29,30,3)按试验结果确定单桩承载力 图3.9 单桩Q-s曲线 图3.10 单桩s-lgt曲线,3.3.2 单桩竖向承载力的确定,2022/11/29,31,2022/11/29,32,二、静载试验,锚桩反力梁,次梁,锚筋,锚桩,

8、基准柱,2022/11/29,33,锚桩反力梁法,2022/11/29,34,2022/11/29,35,2022/11/29,36,锚桩 桁架法,2400吨,2022/11/29,37,Q (kN),次梁,锚筋,锚桩,主梁,千斤顶,百分表,桩的荷载试验成果荷载沉降曲线,2022/11/29,38,终止加载的条件,当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载当出现某一级荷载下桩的沉降值是前一级荷载下桩沉降量的两倍或两倍以上，且经24h尚未达到稳定时，取前一级荷载。Qs曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40mm时所对应的荷载值。其它辅助方法。,2022/11/29,39,打完桩后什么时候开始做试验？

9、,2022/11/29,40,预制桩：在砂土中不少于7天；粉土和粘性土中不少于15天；饱和软粘土中不少于25天灌注桩：桩身混凝土达到设计强度,桩承载力时效问题：软土中压桩力、长期时效,2022/11/29,41,如何根据静载试验成果确定承载力？,单桩竖向静载试验的极限承载力的极限承载力必须进行统计，计算参加统计的桩的极限承载力平均值。当参加统计桩的极限承载力级差不超过平均值的30%时，取其平均值作为单桩极限承载力Qu。桩数为3根及以下的柱下桩台，取最小值为单桩极限承载力Qu。,2022/11/29,42,按土的物理指标来确定单桩竖向极限承载力标准值,大直径桩的承载力标准值,2022/11/29

10、,43,（1）桩基的竖向承载力设计值,（2）根据载荷试验得确定时，桩基的竖向承载力设计值,侧阻、端阻、及综合阻抗力分项系数,2022/11/29,44,按材料强度确定按材料强度确定单桩承载力时，可将桩视为轴心受压构件，按相关设计规范进行计算。对于混凝土桩：,2022/11/29,45,单桩竖向承载力特征值,2022/11/29,46,4.4.3竖向荷载下的群桩效应,端承型群桩基础,摩擦型群桩基础,2022/11/29,47,2022/11/29,48,问题：单桩承载力加起来等于群桩承载力？,实际工程中桩基础是由多根桩组成，上部由承台连接。由三根和三根以上的桩组成的桩基础称为群桩基础，以将荷载传

11、递到更深土层中,2022/11/29,49,岩石,土,压力扩散深度,2022/11/29,50,2022/11/29,51,群桩效应与很多因素相关。可以用群桩效应系数估计:,对于砂土、长桩和大间距条件下 1.0,工程设计中常取 1.0, =,群桩承载力,群桩中各单桩承载力之和,2022/11/29,52,端承型群桩基础,桩顶荷载基本集中通过桩端传给桩底持力层，并近似按某一压力扩散角向下扩散，但并不足以引起坚实持力层明显的附加变形。端承型群桩中各根单桩的工作性状接近于独立单桩，群桩承载力等于各单桩承载力之和。群桩效应系数为1.,2022/11/29,53,摩擦型群桩基础,承台底面脱地的影响,承台

12、底面贴地的影响,群桩沉降大于单桩、缓变形，不定,承台刚度影响,基土性质影响,桩距s影响,沉降均匀、荷载分配,桩间土挤密,侧阻，单桩,土反力的作用,侧阻削弱作用,端阻增强作用,对基土侧移的阻挡作用,引起附加弯矩,2022/11/29,54,桩的负摩阻力,2022/11/29,55,2022/11/29,56,一、负摩阻力的概念二、负摩阻力发生的情况三、负摩阻力的特性(一) 中性点(二)时间效应(三) 与土的变形速率有关四、负摩阻力的计算五、抗负摩阻力的工程措施,2022/11/29,57,2022/11/29,58,五、抗负摩阻力的工程措施,套管法（塑料薄膜隔离层，干作业）涂层法（预制桩）扩孔法

13、（扩孔填高稠度膨润土泥浆）,2022/11/29,59,二桩基础的设计步骤,荷载、持力层、相邻建筑,根据施工条件决定桩型根据持力层深度确定桩长根据荷载大小决定桩截面桩端进入持力层深度：13d，进入较好岩体0.5m。桩端下持力层厚度 4d。,根据第二节的方法确定单桩承载力特征值1单桩的静载荷试验2 其他现场试验3原位测试4 经验方法,初估桩数nFk 竖向荷载效应的标准组合Gk 设计地面下承台底面以上结构和土的自重，容重用19.6kN/m3桩距 摩擦桩一般3d扩底灌注桩扩底直径的1.5倍群桩承载力合力作用点与长期荷载的重心重合,承载力验算采用正常使用极限状态下荷载效应的标准组合,沉降验算采用正常使

14、用极限状态下荷载效应的准永久组合,承台和桩身强度验算时采用正常使用极限状态下荷载效应的基本组合承台尺寸、厚度承台的抗冲切、抗弯、抗剪验算钢筋混凝土桩的配筋等设计,2022/11/29,60,4.7桩平面的布置原则,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接近或重合桩间距一般为3D-4D，表4-9,2022/11/29,61,2022/11/29,62,2022/11/29,63,2022/11/29,64,2 群桩基础中的单桩承载力验算,中心竖直荷载,实际分布,假设的分布,F,假设每个桩的荷载相同,Gk 承台以上总自重n 桩数,G,2022/11/29,65,偏心

15、竖向荷载荷载线性分布假设,Y,x7,y7,Qik 第i根桩底竖向力Mxk，Myk 作用于承台底面通过桩群形心的x，y轴的力矩,9,8,7,2,1,6,3,4,5,X,2022/11/29,66,二 群桩沉降,2022/11/29,67,单桩沉降,桩身弹性压缩引起的桩顶沉降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，使桩端土体压缩而产生桩端沉降桩端荷载引起桩端下土体压缩产生的桩端沉降,2022/11/29,68,F,多数桩基需要进行沉降验算荷载采用准永久组合基本假设：单向压缩、均质各向同性和弹性假设的分层总和法方法：假想实体基础法布氏解；明德林（Mindlin)方法,2022/11/2

16、9,69,群桩沉降,桩间土压缩变形,桩间平面以下土层整体压缩变形,F,2022/11/29,70,规范推荐的方法,单向压缩分层总和法不考虑桩间土的压缩变形对沉降的影响,2022/11/29,71,F,l,G,b0,A,实体深基础法（一）考虑扩散作用,a0、b0 群桩外缘长短边的长度l 桩的入土深度 所有土层内摩擦角平均值G 扩散后面积上的重量(矩形),p0,2022/11/29,72,s 桩基最终计算沉降量n 计算分层数Esi 压缩模量 pi 第i层土的竖向附加应力平均值p 沉降计算经验系数,按照扩散后的面积进行分层总和法计算沉降,F,l,G,b0,A,p0,2022/11/29,73,F,l

17、,G,b0,A,实体深基础法（二）不考虑扩散作用,hi 桩身穿越第i层土层厚度l 桩的入土深度qsia 第i层土侧阻力特征值Gk 承台和承台以上土的重量按照前面的分层总和法计算沉降,p0,2022/11/29,74,l,Q,二 明德林盖得斯应力计算,i 第i层土层中点处的附加应力m 桩数zp,k 第k根桩端荷载产生的附加应力zs,k 第k根桩侧荷载产生的附加应力,Q,(1)Q,i,2022/11/29,75,Pi,Pc,Pus,Pb,Kp*d,Pus,Pb,Pu,Ps,Pb,Pus,(a) 节点群桩,(b) 单桩台,(c) 单桩土体,(d)侧阻力分布,(e)单桩,2022/11/29,76,承

18、台的设计计算,独立承台、条形承台梁，筏板承台和箱形承台承台的埋置深度一般与浅基础相同，主要由建筑物结构设计和环境条件决定对于承台应进行抗弯、抗冲切和抗剪计算,2022/11/29,77,承台的设计计算构造基本要求,形状 方,矩型,三角形,多边形,圆形最小宽度 50 cm最小厚度 30 cm桩外缘距离承台边15 cm 边桩中心距离承台边1.0D桩嵌入承台 大桩横向荷载10 cm,小桩5 cm,钢筋伸入承台30d 混凝土标号C20 cm,保护层7cm配筋要求,5、10 cm,承台,2022/11/29,78,2022/11/29,79,4.8 桩承台的设计,选择承台的材料及其强度等级、几何形状及尺

19、寸进行承台结构承载力计算，并使其构造满足一定要求,2022/11/29,80,构造要求,2022/11/29,81,承台的设计计算构造基本要求,形状 方,矩型,三角形,多边形,圆形最小宽度 50 cm最小厚度 30 cm桩外缘距离承台边15 cm 边桩中心距离承台边1.0D桩嵌入承台 大桩横向荷载10 cm,小桩5 cm,钢筋伸入承台30d 混凝土标号C20 cm,保护层7cm配筋要求,5、10 cm,承台,2022/11/29,82,2022/11/29,83,承台的设计计算,独立承台、条形承台梁，筏板承台和箱形承台承台的埋置深度一般与浅基础相同，主要由建筑物结构设计和环境条件决定对于承台应

20、进行抗弯、抗冲切和抗剪计算,2022/11/29,84,2022/11/29,85,梁式破坏,2022/11/29,86,(1) 承台的抗弯计算,如果承台厚度较小，配筋量不足，承台可能发生弯曲破坏。,1）多桩矩形承台计算截面在柱边和承台截面变化处Mx = NiyiMy = Nixi,2022/11/29,87,1）多桩矩形承台Mx = NiyiMy = Nixi,2022/11/29,88,(1) 承台的抗弯计算,2） 三桩三角形承台与矩形承台类似Mx = NiyiMy = Nixi,2022/11/29,89,2022/11/29,90,(2) 柱下桩基独立承台的冲切计算,板式承台的厚度主要

21、由冲切计算决定。两种破坏形式柱对承台的冲切，由柱边沿或者变阶处形成一个45o的冲切锥体角桩处形成一个倒冲切锥体,Q,Q,F,2022/11/29,91,1) 柱对承台的冲切,沿柱边或者变阶面的冲切,一般沿大约45o斜截面上产生拉裂,锥体破坏,h0 冲切锥体的有效高度0 x、0y 冲切系数, ft 混凝土抗拉强度a0 x、a0y 柱边或变阶处至相应桩边的水平距离hp 截面高度影响系数,2022/11/29,92,2) 承台角桩冲切验算道理相同,见书上介绍,Nl 角桩竖向力设计值,2022/11/29,93,3) 三桩三角形承台冲切计算,底部角桩,顶部角桩,2022/11/29,94,(3) 斜截面的剪切验算,V 扣除承台及其上土自重后斜截面上最大剪力设计值；剪切系数hs 高度影响系数,bx,2022/11/29,95,X,Y,三根桩的荷载计算,2022/11/29,96,第八节 桩基础的常规设计,2022/11/29,97,一、桩基的安全等级与设计原则,2022/11/29,98,