基础工程第4讲桩基础.ppt

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1、出卷要求,1、至少四种题型；（选择、填空、判断、问答、计算，选择四个）2、直接在题目上提供标准答案；3、选择、填空、判断2分一个，问答5分一个，计算题10-15分一个，计算题占60%。4、按标准模板排版。5、第十六周交（作为平时成绩的40%）6、每章都要有内容，考题分布合理；7、独立完成，网上下载的习题需修改，自己演算，提供答案。不得抄袭。,第4章 桩基础,软 土 层,桩Pile：指垂直或者稍倾斜布置于地基中，其断面相对其长度较小的杆状构件。桩的功能：通过杆件的侧壁摩阻力和端阻力将上部结构的荷载传递到深处的地基上。,4.1 概述,天然地基浅基础人工地基桩基础,深基础主要有桩基础、地下连续墙和沉

2、井等几种类型，其中桩基础是一种最为古老且应用最为广泛的基础形式。本章着重讨论桩基础的理论与实践。,沉井caisson,4.1.1 桩基础的使用,桩所承受的轴向荷载是通过作用于桩周土层的桩侧摩阻力和桩端地层的桩端阻力来支承的。桩基具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀等特点。,桩之作用：,（1）将荷载传至硬土层（图a），或分配到较大的深度范围（图b），以提高承载力。,（2）减小沉降，从而也减小沉降差，故地基强度够，而变形不合要求时亦用。,（3）抗拔：用于抗风、抗震、抗浮等（4）有一定抗水平荷载能力，特别是斜桩（5）抗液化：深层土不易液化，浅层土液化后，有桩支撑，有助于上部结构的稳定。,一般说来，

3、下列情况可考虑采用桩基础方案：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；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他情况；6、需要减弱其震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；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、

4、海上采油平台及输油、输气管道支架等。,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,新加坡发展银行,四墩7.3m,现场灌注护坡桩，造价低,港珠澳大桥海底隧道基础处理型式,基础处理型式,端承桩,端承桩,基岩,减沉桩,减沉桩,4.1.2 桩基础的类型,根据承台与地面相对位置的高低，桩基础可分为低承台桩基和高承台桩基两种。低承台桩基的承台底面位于地面以下，而高程台桩基的承台底面则高出地面以上，如图所示。,4.1.3 桩基设计原则,桩基设计应满足下列基本条件：1、单桩承受的竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值；2、桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值；3、对位于坡地岸边的

5、桩基应进行桩基稳定性验算。,4.1.4 桩基设计内容,桩基设计包括下列基本内容：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。,不同的分类标准,1、按承台与地面的相对位置分类,低承台 桩,高承台桩,2、按承载性状分类,端承型桩,端承型桩是指桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，但桩端阻力分担荷载较多的桩，其桩端一般进入中密以上的砂类、碎石类土层，或位于中等风化、微风化及新鲜基岩顶面。这类桩的侧摩擦阻力虽属次要，但不可忽略。侧阻和嵌岩阻力是嵌岩桩传递轴向荷载的

6、主要途径，因此，嵌岩桩不宜划归端承桩这一类。,摩擦型桩是指桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，但桩侧阻力分担荷载较多的桩。一般摩擦型桩的桩端持力层多为较多坚实的粘性土、粉土和砂类土，且桩的长径比不很大。,摩擦型桩,摩擦桩：当桩顶竖向荷载绝大部分由桩侧阻力承受，而桩端阻力很小可以忽略不计时，称为摩擦桩。包括：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；桩端下无较坚实的持力层；桩底残留虚土或残渣较厚的灌注桩；打入邻桩使先前设置的桩上抬、甚至桩端脱空等情况。,3、按桩的施工方法分类,（1）预制桩 在施工前预先制作成型，再用各

7、种机械设备把它沉入地基至设计标高的桩，称为预制桩。预制桩可以是木桩、钢桩或钢筋混凝土桩等。,沉桩方法有气锤打入、振动沉桩、静压桩等。,预制桩的沉桩方式主要有：锤击法、振动法和静压法等 1）锤击法沉桩 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。2）振动法沉桩 振动法沉桩是采用振动锤进行沉桩的施工方法，适用于可塑状的粘性土和砂土，3）静压法沉桩 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。,振动沉桩预制桩113m,电动

8、振动器,锤击沉桩,静力压桩,（2）灌注桩 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。灌注桩的横截面呈圆形，可以做成大直径和扩底桩。通过选择适当的成孔设备和施工方法，灌注桩可适用于各种类型的地基土。与混凝土预制桩比较，灌注桩一般只根据使用期间可能出现的内力配置钢筋，用钢量较省；,（2）灌注桩分类1）沉管灌注桩 钢管沉入土层,2）钻（冲、磨）孔灌注桩,2）钻（冲、磨）孔灌注桩,3）挖孔桩4）爆扩灌注桩,广州市亚洲大酒店人工挖孔桩,UK英国,1.0-3.0 m,0.6-0.9 m,爆破扩底桩,钻扩桩,2）钢桩 H型钢桩以及下端开口或闭口的钢管桩等。钢桩的

9、穿透力强，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。,4、按成桩方法和成桩过程的挤土效应分类,（1）非挤土桩：成桩过程对桩周围的土无挤压作用的桩称为非挤土桩。,主要有：钻（冲）孔桩，挖孔桩。,（2）部分挤土桩（少量挤土桩）：成桩过程对周围土产生部分挤压作用的桩称为部分挤土桩。,主要有：工型或 H 型钢桩，钢板桩，开口钢管桩，开口钢筋混凝土管桩。,（3）挤土桩：成桩过程中，桩孔中的土未取出，全部挤压到桩的四周，这类桩称为挤土桩。,主要有：木桩、钢筋混凝土桩，闭口的钢管桩或钢筋混凝土管桩，沉管灌注桩。,

10、挤土作用会引起桩周土的天然结构、应力状态和性质产生变化,从而影响桩的承载力。,挤土桩的成桩效应 挤土桩成桩过程中产生的挤土作用，将使桩周土扰动重塑、侧向压应力增加，且桩端附近土也会受到挤密。（1）粘性土中挤土桩的成桩效应 桩侧土受到挤压、扰动、重塑,产生超孔隙水压力及随后出现超孔隙水压力消散、产生再固结和触变恢复等方面。桩侧土按沉桩过程中受到的扰动程度可分为三个区:重塑区I,部分扰动区和非扰动区。,（2）砂土中挤土桩的成桩效应 桩周土受挤密的范围,桩侧可达3-5.5倍桩径,桩端下可达2.54.5倍桩径。对于桩群,桩周土的挤密效应更为显著。因此,非密实砂土中挤土桩的承载力增加是由打桩引起的相对密

11、实度增加所造成的。,（3）饱和粘性土中挤土摩擦型桩承载力的时间效应 饱和粘性土中挤土摩擦型桩的承载力随时间而变化的主要原因在于:沉桩引起的超孔隙水压力在沉桩挤压应力下消散,导致桩周土再固结,其强度随时间逐渐恢复(甚至超过原始强度)；沉桩过程中受挤压扰动的桩周土,因土的触变作用使被损失的强度随时间逐步恢复。研究表明,在土质相同的条件下,饱和粘性土中挤土摩擦型桩承载力随时间的增长幅度,无论是单桩还是群桩,均与桩径、桩长有关,桩径愈大、桩愈长,增幅愈大,且前期增长速率愈大,趋于稳定值所需的时间也愈长。与独立单桩相比,群桩由于沉桩所产生的挤土效应受桩群相互作用的影响而加强,土的扰动程度大、超孔隙水压力

12、更大,因此,群桩中单桩的初始承载力及初期增长速率虽然都比独立单桩低,但其增长延续时间长、增长幅度大,且群桩中桩愈多,时效引起的承载力增量愈大。,非挤土桩的成桩效应 非挤土桩在成孔过程中,随着孔壁侧向应力的解除,桩周土将出现侧向松弛变形而产生松弛效应,导致桩周土体强度削弱,桩侧阻力随之降低。桩侧阻力的降低幅度与土性、有无护壁、孔径大小等诸多因素有关。,（1）粘性土中非挤土桩的成桩效应 孔壁周围粘性土软化所致，桩侧阻力受泥浆稠度、混凝土浇注等因素的影响而变化 桩侧阻力或多或少会有所降低（2）砂土中非挤土桩的成桩效应 成桩松弛效应对桩侧阻力的削弱有较大的影响（3）粘性土中非挤土摩擦型桩承载力的时间效

13、应 成孔过程中受扰动的孔壁土，因土的触变作用使被损失的强度随时间逐步恢复；泥浆护壁成桩时附着于孔壁的泥浆随时间触变硬化。,4.3 桩的竖向承载力,4.3.1单桩轴向荷载的传递机理 1.桩身轴力和截面位移 单桩轴向荷载的传递过程就是桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程。靠近桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥，侧阻力先于端阻力发挥。,2.影响荷载传递的因素（1）桩端土与桩周土的刚度比（2）桩土刚度比（3）桩端扩底直径与桩身直径之比（4）桩的长径比,3.桩侧摩擦阻力和桩端阻力,拱作用 当桩入土深达某一临界深度后（10-20d），侧阻就不随深度增加了，这个现象称为侧阻的深度效应。,端阻的临界深度 模型和原型

14、桩试验研究都表明，与侧阻的深度效应类似，端阻也存在深度效应现象。当桩端入土深度小于某一临界值时，极限端阻随深度线形增加，而大于该深度后则保持恒值不变。临界深度随持力层密度的提高、上覆荷载的减小而增大。一般对砂类土，临界深度约为（310）d，密度大取高值；粉土和粘性土为（26）d。有关资料表明，侧阻与端阻的临界深度之比约为0.31.0，对于侧阻和端阻的深度效应问题有待于进一步的研究。,1、单桩竖向承载力特征值：,单桩竖向极限承载力标准值：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。,4.3.2 单桩竖向承载力的确定,4.3.2 单桩竖向承载力的确定,Qu取决于

15、：(最小值),桩本身材料强度；,土层的支承能力。,1.按桩身材料强度计算 混凝土桩：R=cfc Ap 钢筋混凝土桩：R=（c fc Ap+fyAg）,R：单桩轴向承载力设计值fy：钢筋抗压强度设计值：桩的稳定系数，一般取1。c：施工工艺系数。,2.静载荷试验：获得单桩承载力最可靠的方法。挤土桩在设置后须隔一段时间才开始载荷试验。,锚桩 桁架法，2400吨,桩顶试验中,单桩竖向静载荷试验的方法，终止加载条件(建筑地基基础规范GB50007附录Q),（1）桩的荷载试验成果荷载沉降曲线,Q(kN),单桩竖向静载荷试验的方法，确定承载力步骤(建筑地基基础规范GB50007附录Q),（2）Slogt曲线

16、(沉降速率)法,特点：,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。,单桩静载荷试验所得的荷载-沉降关系曲线 分为陡降型（A）和缓变型（B）两类形态。1.呈“急进破坏”的陡降型，相应于破坏时的特征点明显，据之可确定单桩极限承载力 2.呈“渐进破坏”的缓变型按建筑物所能承受的最大沉降确定,3.按土的抗剪强度指标确定（1）单桩承载力的一般表达式,单桩竖向允许承载力,（2）粘性土中单桩的承载力1）对于正常固结、弱超固结或灵敏粘性土中的桩,2）强超固结粘性土或非灵敏粘土中桩 取固结不排水抗剪强度估算,排水条件下的长期承载力表达式为：,（3）无粘性土中单桩的承载力,4、规范公式,（1

17、）对直径 d 800mm 的灌注桩和预制桩，单桩竖向 极限承载力标准值：,桩侧第i层土的极限侧阻力标准值,极限侧阻力标准值,桩身周长,表5.3.51 桩的极限侧阻力标准值qsik,kPa,表5.3.52 桩的极限端阻力标准值qpk,（2）对大直径桩（d800mm）：,桩身周长,5、其他现场试验方法 Osterberg法 动测桩法 桩端深层平板载荷试验 离心模型试验 岩基载荷试验（不介绍）,Osterberg法,Osterberg试桩法的主要设备是千斤顶，也可称为压力单元，千斤顶可以是一次性的，也可以是可回收的。可回收的千斤顶一般放置在空心预制桩的内部，放在离桩底不远的位置。一对精细加工的卡口事

18、先浇筑在试验桩内部桩端的稍上部试验时将千斤顶放到卡口的位置，顺时针旋转90o，就将其锁住了。试验后再逆时针旋转90o将其卸下回收，重复使用。,动测桩法,大应变动测桩承载力方法,大应变检测试桩的基本原理：用重锤冲击壮顶，使桩-土产生足够的相对位移，以充分激发桩周土阻力和桩端支承力，通过安装在桩顶以下桩身两侧的加速度传感器和安装在重锤上的加速度传感器接收桩和锤的应力波信号，应用应力波理论分析处理力和速度时程曲线，从而判定桩的承载力和评价桩身质量完整性。,深层平板载荷试验确定桩端承载力,承载力特征值：1 比例界限2 极限荷载之半3 s/d0.010.05对应荷载,0.8 m,刚性板直径800mm,4

19、.3.3竖向荷载下的群桩效应,群桩基础 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。承台底面处土所分担的荷载,可由零变动至20%35%。承台底面与基土脱开的情况,一般都不考虑承台贴地时承台底土阻力对桩基承载力的贡献,1.端承型群桩基础,桩顶荷载基本上集中通过桩端传给桩底持力层,并近似地按某一压力扩散角(向下扩散且在距桩底深度为h=(s-d)/(2tan)之下产生应力重叠,但并不足以引起坚实持力层明显的附加变形。因此,端承型群桩基础中各根单桩的工作性状接近于独立单桩,群桩基础

20、承载力等于各根单桩承载力之和,群桩效应系数取1。,2.摩擦型群桩基础,(1)承台底面脱地的情况(非复合桩基)应力的相互重叠而增大 桩数愈多则群桩与独立单桩的沉降量之比愈大 摩擦型群桩基础的荷载一沉降曲线属缓变型,群桩效率系数可能小于1,也可能大于1。,群桩效应比影响因素,承台刚度的影响:刚性承台：角桩最大、中心桩最小、边桩居中桩数愈多，桩顶荷载配额的差异愈大。随着承台柔度的增加,各桩的桩顶荷载分配将逐渐与承台上荷载的分布一致。基土性质的影响:砂类土和粉土：摩阻力增值都以中间桩为大，边桩、角桩相 对较小。与承台刚度的影响相反桩距s的影响:桩距过小,应力重叠严重;桩距很大,接近于独立单桩;因此桩距

21、是影响摩擦型群桩基础群桩效应的主导因素。,(2)承台底面贴地的情况(复合桩基),承台底面土反力分担荷载,使承台兼有浅基础的作用,而被称为复合桩基 承台分担荷载既然是以桩基的整体下沉为前提,刚性承台底面土反力呈马鞍形分布。内区反力比外区小而且比较均匀,桩距增大时内外区反差明显降低。,承台贴地引起的群桩效应可概括为下列三方面 对桩侧阻力的削弱作用:承台迫使上部桩间土压缩而下移,这就减少了上部的桩土相对滑移 对桩端阻力的增强作用:提高对桩底土侧方挤出的约束能力,从而增强桩端极限承载力。对基土侧移的阻挡作用:对上部桩间土的侧向挤动产生阻挡作用,同时也引起桩身的附加弯矩。对发挥台底土反力的有利因素是:桩

22、顶荷载水平高、桩端持力层可压缩、承台底面下土质好、桩身细而短、布桩少而疏。,4.3.4 减沉桩基,1、当天然地基承载力已基本接近于满足建筑物荷载要求、或虽能满足建筑物荷载要求，但沉降量过大时;2、采用在基础下天然地基中设置少量的、大间距的摩擦型桩,按控制沉降设计,不仅弥补承载力不足,而且显著减少沉降量。3、这种减沉桩基以减少沉降量为目的，考虑了桩土承台的相互作用,“复合桩基”,但其设计概念与常规意义的复合桩基完全不同。常规意义的复合桩基通常采用按外荷载由桩和承台以某一固定比例分担；而减少沉降量为目的的桩基设计,则应按控制沉降。,桩基沉降计算并应满足下列要求:桩身强度应按桩顶荷载设计值验算:桩、

23、土荷载分配应按上部结构与地基共同作用分析确定;桩端进入较好的土层,桩端平面处土层应满足下卧层承载力设计要求;桩距可采用4d6d(8为桩身直径)。,“减沉桩基”设计。首先,根据初步确定的筏基埋深及其底面尺寸,假定若干种不同用桩数量的方案,分别计算出相应的沉降量,得出桩数与沉降的关系曲线;其次,根据建筑物允许沉降量从桩数与沉降的关系曲线上确定所需的用桩数量;第三,验算桩基承载力,要求按承载力特征值计算的桩基承载力与土承载力之和应大于等于荷载效应标准组合作用于桩基承台顶面的竖向力与承台及其上土自重之和,以确保桩基有合理的安全度,必要时可适当调整筏基埋深及其底面尺寸。,4.4桩基础沉降的计算,4.4.

24、1单桩沉降的计算 竖向荷载作用下的单桩沉降由下述三部分组成:(1)桩身弹性压缩引起的桩顶沉降;(2)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(图4-l5a),致使桩端下土体压缩而产生的桩端沉降;(3)桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。目前单桩沉降计算方法主要有下述几种:(1)荷载传递分析法;(2)弹性理论法;(3)剪切变形传递法;(4)有限单元分析法;(5)其他简化方法。,4.4.2群桩沉降的计算群桩的沉降包括:1.桩间土的压缩变形;2.桩端平面以下土层的整体压缩变形两部分组成。规范GB50007推荐的群桩沉降计算方法:单向压缩分层总和法,地基内的应力分布 采用各向同性均

25、质线性变形体理论,按实体深基础计算:(1)实体深基础,实体深基础桩底平面处的基底附加压力按下列方法考虑 1)考虑扩散作用时(图4-l7a)2)不考虑扩散作用时(图4-l7b),规范方法,(2)明德林(Mindlin)应力公式 单桩竖向荷载由桩端阻力和桩侧摩阻力共同承担.桩侧摩阻力可假定为沿桩身均匀分布和沿桩身线性增长分布两部分.,叠加原理将各根桩在该点所产生的附加应力逐根叠加按下式计算的:,4.5桩的负摩擦问题,4.5.1产生负摩擦的条件和原因 正摩阻力 负摩阻力,正摩阻,负摩阻,引起桩侧负摩阻力的条件是：桩侧土体下沉必须大于桩的下沉。,桩土之间相对位移的方向决定了桩侧摩阻力的方向。,产生负摩

26、阻力的情况:,1.位于桩周欠固结的软粘土或新填土在重力作用产生固结;2.大面积堆载使桩周土层压密;3.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;4.自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷;5.地面因打桩时孔隙水压力增而隆起、其后孔压消散而固结下沉等。,中性点:桩土之间不产生相对位移的截面位置,下拉荷载:负摩阻力的累计值,4.5.2 负摩阻力的计算,1.单桩负摩阻力的计算(1)中性点的位置 取决于桩与桩侧土的相对位移,目前多采用近似的估算方法。,(2)负摩阻力强度,土中有效覆盖压力 即地面荷载与土的自重压力之和。,(3)下拉荷载的计

27、算,下拉荷载F为中性点深度范围内负摩阻力的累计值,可按下式计算:,负摩阻力强度的取值不能大于正摩阻力强度。,2.群桩负摩阻力的计算,（1）对于桩距较小的群桩,群桩所发生的负摩阻力因群桩效应而降低,即小于相应的单桩值。（2）群桩效应可按等效圆法(远腾,1969)计算 假设独立单桩单位长度的负摩阻力由相应长度范围内半径形成的土体重量与之等效.,4.5.3减小负摩阻力的工程措施,1.预制混凝土桩和钢桩 一般采用涂以软沥青涂层的办法来减小负摩阻力,涂层施工时应注意不要将涂层扩展到需利用桩侧正摩阻力的桩身部分。2.灌注桩 在预制桩段外围形成隔离层。对干作业成孔灌注桩,在桩身与孔壁之间形成可自由滑动的塑料

28、薄膜隔离层。,4.6桩的水平承载力,水平荷载 4.6.1水平荷载下桩的工作性状(l)刚性桩 刚性桩的破坏一般只发生于桩周土中,桩体本身不发生破坏。(2)弹性桩 一般半刚性桩的桩身位移曲线只出现一个位移零点 柔性桩则出现两个以上位移零点和弯矩零点,4.6.2 水平荷载作用下弹性桩的计算,地基反力系数法、弹性理论法和有限元法等 1.基本假设:,地基反力系数法假定的4种较为常用的分布图式:(1)常数法:(2)“k”法:(3)m法:目前在我国应用最广。(4)“c值”法:在我国多用于公路。,2、计算参数计算宽度b0:方形截面桩:当实际宽度b lm时,ho=b+1;当blm时,bo=l.5b+0.50 圆

29、形截面桩:当桩径dlm时,ho=0.9(d+1);dlm时,ho=0.9(1.5 d+0.5)。桩身抗弯刚度:混凝土桩,可采用混凝土的弹性模量E的0.85倍,3.单桩计算,(3)桩身最大弯矩及其位置 设计者最关心桩身的最大弯矩值和最大弯矩截面的位置。,4.6.3单桩水平静载荷试验,1.试验装置,2.加荷方法 对于承受反复作用的水平荷载的桩基,其单桩试验宜采用多循环加卸载方式。承受长期作用的水平荷载的桩基,宜采用分级连续的加载方式,3.终止加荷的条件 当出现下列情况之一时,即可终止试验:(1)桩身已断裂(2)桩侧地表出现明显裂缝或隆起;(3)桩顶水平位移超过3040mm,(软土取40mm);(4

30、)所加的水平荷载已超过按下述方法所确定的极限荷载。,4.资料整理绘制桩顶水平荷载一时间一桩顶水平位移曲线 水平荷载一位移梯度曲线 桩身应力分布图以及水平荷载与最大弯矩截面钢筋应力曲线,(横轴为时间),5.水平临界荷载与极限荷载 各曲线中两个特征点,所对应的桩顶水平荷载,可称为临界荷载和极限荷载。水平临界荷载 水平极限荷载,4.6.4单桩水平承载力特征值,影响桩的水平承载力的因素较多,如桩的材料强度、截面刚度、入土深度、土质条件、桩顶水平位移允许值和桩顶嵌固情况等。,当作用于桩基上的外力主要为水平力时,应根据使用要求对桩顶变位的限制,对桩基的水平承载力进行验算。水平荷载作用下桩的水平位移和水平极

31、限承载力主要受地面以下深度为34倍桩直径范围内的土性决定。设计时要特别注意这一深度范围内的土性调查、评定和沉桩以及加载方式等的影响。,4.7 桩的平面布置原则,4.7.1一般原则 平面布置可采用对称式、梅花式、行列式和环状排列。对柱下单独桩基和整片式的桩基,宜采用外密内疏的布置方式。布置桩位时,桩的间距(中心距)一般采用34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。,4.7.2布桩方法举例,4.8桩承台的设计,承台的作用是将各桩联成一整体,把上部结构传来的荷载转换、调整、分配于各桩。承台设计包括选择承台的材料及其强度等级、几何形状及其尺寸

32、、进行承台结构承载力计算,并使其构造满足一定的要求。4.8.1构造要求,4.8.2柱下桩基独立承台1.受弯计算(1)柱下多桩矩形承台 其破坏特征呈梁式破坏。所谓梁式破坏,指挠曲裂缝在平行于柱边两个方向交替出现,(2)柱下三桩三角形承台 柱下三桩承台分等边和等腰两种形式,其受弯破坏模式有所不同,后者呈明显的梁式破坏特征。1)等边三桩承台,2)等腰三桩承台,2.受冲切计算 当桩基承台的有效高度不足时,承台将产生冲切破坏。承台冲切破坏的方式,一种是柱对承台的冲切,另一种是角桩对承台的冲切。,3.受剪切计算 桩基承台的抗剪计算,在小剪跨比的条件下具有深梁的特征。,阶梯形承台变阶处及锥形承台的计算宽度按

33、以下方法确定:,4.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。当进行承台的抗震验算时,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。,4.9 桩基础设计的一般步骤,桩基设计应符合安全、合理和经济的要求。对桩和承台来说,应有足够的强度、刚度和耐久性;对地基(主要是桩端持力层)来说,要有足够的承载力和不产生过量的变形。考虑到桩基相应于地基破坏的极限承载力甚高,因此,大多数桩基的首要问题在于控制沉降量,即桩基设计应按桩基变形控制设计。,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

34、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

35、算钢筋混凝土桩的配筋等设计,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:1、建筑物类型及其规模2、岩土工程勘察报告3、施工机具4、技术条件5、环境条件6、检测条件7、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 桩类选择应考虑的主要因素：场地的地层条件、各类型桩的成桩工艺和适用范围。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。桩的设计长度,主要取决于桩端持力层的选择。2.确定单桩竖向及水平承载力 初定出承台底面标高后,便可按4.3节、4.6节的方法计算单桩竖向及水平承载

36、力了。,4.9.3桩的平面布置及承载力验算1.桩的根数和布置1)桩的根数,管桩单桩承载力特征值的取值300，壁厚70，单桩承载力特征值700800KN。400，壁厚90，单桩承载力特征值12001300KN。400，壁厚95，单桩承载力特征值1400KN。500，壁厚100，单桩承载力特征值20002200KN。500，壁厚125，单桩承载力特征值2300KN。,2)桩在平面上的布置 桩在平面上的布置应遵循4.7节的原则。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。桩数较少而桩长较大的摩擦型桩

37、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。,桩在平面内可布置成方形、矩形、三角形和梅花形等。,2.桩基承载力验算,桩顶荷载简图,（1）桩顶荷载计算,上式假设：承台是刚性的;各桩刚度相同;x，y是桩基平面的惯性主轴。,(2)单桩承载力验算 轴心竖向力作用 偏心竖向力作用 水平力作用 抗震设防区的桩基 轴心竖向力作用下偏心竖向力作用下,(3)桩基软弱下卧层承载力验算可按整体冲剪破坏考虑 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 与浅基础的软弱下卧层验算类似,桩端群持力层中的冲剪破坏面与竖直线的夹角为,其验算方

38、法按2.5.2节浅基础的软弱下卧层验算进行。,(4)桩基沉降验算 桩基沉降计算按4.4.2节方法进行,建筑物的允许沉降值可按表26的规定采用(5)桩基负摩阻力验算 单桩竖向承载力特征值只计中性点以下部分的侧阻力和端阻力。,2)端承型桩基端承型桩基除应满足式(4-85)的要求外,尚应考虑负摩阻力引起的下拉荷载,4.9.4 桩身结构设计,桩身强度应符合下式要求:1、桩轴心受压时 2、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)。3、配筋长度:（构造要求）,4 桩及桩基础的构造要求

39、,1、桩的最小中心距,2、扩底灌注桩的扩底直径，不应大于桩身直径3倍。,3、桩底进入持力层的深度为桩身直径的 13倍。,5、桩的混凝土强度等级应该符合下表要求。,6、桩的配筋率应该符合下表要求。,4、布置桩位时宜使桩基承载力合力点与竖向荷载标准值组合合力作用点重合,7、配筋长度,注：表中d为桩身主筋直径。,8、桩身主筋伸入承台的长度,4.9.5桩的质量检验,施工监督、现场记录和质量检测,以保证质量,减少隐患 下列几种较为常用。1.开挖检查。暴露的桩身进行观察检查。2.抽芯法。单轴抗压试验 3.声波检测法。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 4.动测法。大应变动测，小应变动测。,管桩桩径600mm单桩极限承载力4000kN，锤的重量50kN,检测前后的对比照片,（放心：有垫板保护，对桩头的质量没有影响）,本章重点,1、掌握桩基承载力、群桩承载力、负摩阻力、桩基沉降、水平承载力、桩基承台的计算；2、掌握桩身轴力、位移等分布规律和影响因素3、掌握群桩效应。,