《地基与基础工程》课件第4章.ppt

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1、地基与基础工程,第1页,第4章 桩基础与深基础,4.1 概述4.2 竖向承压桩的工作性能4.3 单桩竖向承载力的确定4.4 桩在水平荷载下的性状及水平承载力确定4.5 桩基础的设计步骤4.6 桩基的承载力验算4.7 桩基的沉降验算4.8 桩基的承台计算4.9 桩基技术和理论的新发展4.10 墩基础4.11 沉井基础,地基与基础工程,第2页,第4章 桩基础与深基础,本章学习要求：理解基本概念：桩基、复合桩基、基桩、单桩极限承载力、标准值、特征值、群桩效应等；单桩的荷载传递机理、破坏模式;沉井基础、墩基础的特点、适用条件。掌握桩侧负摩擦力的产生条件、分布特性、危害；单桩承载力影响因素、确定方法；桩

2、基设计的基本内容、步骤、计算方法。,地基与基础工程,第3页,4.1 桩的分类与选型,桩型选用桩型选择时的考虑因素：建筑结构类型；荷载性质；桩的使用功能；桩侧及桩端土层性质；地下水条件；施工设备、环境；施工经验。,地基与基础工程,第4页,4.2 竖向承压桩的工作性能,竖向承压桩的荷载传递单桩竖向抗压承载力组成公式：承载力发挥过程 竖向荷载桩压缩 桩土相对位移桩周土对桩侧 产生桩侧摩阻力 桩侧摩阻力 小于竖向载荷 竖向荷载 传递到桩端桩端持力土层 压缩 土的支承力桩侧摩阻力+桩端阻力,QQs+Qp,QS和QP并非同时产生！,地基与基础工程,第5页,4.2 竖向承压桩的工作性能,桩侧摩阻力桩侧摩阻力

3、的影响因素：桩、土之间相对位移：桩身直径、刚度，自身压缩变形量；周围地层沉降量。桩、土之间法向作用力：成桩工艺，挤土效应桩身表面粗糙度：桩身材料；成桩工艺。桩周土的力学性质：土类及土性，土的物理、力学状态。,地基与基础工程,第6页,4.2 竖向承压桩的工作性能,桩侧摩阻力桩侧摩阻力沿桩身的分布,荷载传递的微分方程:桩长l，周长u，截面面积A,轴向微元dz，据静力平衡得：,地基与基础工程,第7页,4.2 竖向承压桩的工作性能,桩的轴力分布曲线：通过桩身应变测量反求！,N(z),N(z)+dN(z),轴向应变 ds(z),地基与基础工程,第8页,已知桩顶沉降与轴力分布，推求任意截面处的沉降：,4.

4、2 竖向承压桩的工作性能,地基与基础工程,第9页,4.2 竖向承压桩的工作性能,地基与基础工程,第10页,3、桩侧摩阻力和桩端阻力,1）侧摩阻力与桩土界面相对位移函数关系 可简化为折线OAB,Ca,a桩土表面附着力和摩擦角x深度z处的桩侧表面的法向压力Ks桩侧土的侧压力系数,地基与基础工程,第11页,侧阻是随深度线性增大,但砂土中的模型实验表明，当桩入土深达某一临界深度后，侧阻就不随深度增加了，这个现象称为侧阻的深度效应。,桩侧摩阻力传递一般规律：（）桩侧摩阻力优先于桩端阻力；（）桩侧摩阻力随深度线性增大临界深度。,桩端阻力：（）桩端阻力发挥滞后于桩侧摩阻力的发挥。（）桩端阻力发挥需要的位移值

5、远大于桩侧摩阻力达到极限状态需要的位移。,地基与基础工程,第12页,1)桩侧极限摩阻力与对应的桩侧极限位移u。桩侧摩阻力只要桩土间有不太大的相对位移就能得到充分的发挥，一般认为粘性土中为46mm，砂性土中为610mm。随桩顶荷载Q逐级增加，起初Q值较小，桩身截面位移主要在桩身上段，由侧阻承担；Q增大，桩端产生位移，端阻开始发挥，直到桩底持力层破坏。2)桩端阻力qPU与对应的桩端极限位移sPU 桩底阻力的充分发挥需要有较大的位移值，在粘性土中为0.25d，砂性土为(0.080.1)d，硬粘土为0.1d。单桩桩端阻力的安全储备一般大于桩侧阻力的。,地基与基础工程,第13页,3）桩长较大时（l/b2

6、5)，因桩身压缩变形大，桩端反力尚未发挥，桩顶位移已超过实用要求范围。此时传递到桩端的荷载极小。长桩一般按照摩擦桩设计，长桩扩底作用不明显。,地基与基础工程,第14页,4.2 竖向承压桩的工作性能,桩端阻力桩端阻力的计算方法模型：太沙基滑动破坏面,地基与基础工程,第15页,4.2 竖向承压桩的工作性能,桩端阻力的影响因素桩身直径；成桩工艺，挤土效应；桩端土类、土性、土的状态。桩端阻力的深度效应桩端阻力随桩入土深度增加，存在临界深度的现象。桩入土深度小于临界深度时，桩端阻力随深度增加而增大；当大于临界深度时，桩端阻力趋于某常数。注意：端阻“临界深度”；以及砂土中，桩侧阻力“临界深度”现象，“剪胀

7、”、“剪缩”等概念,地基与基础工程,第16页,4.2 竖向承压桩的工作性能,单桩的破坏模式单桩破坏模式取决于：桩周土抗剪强度、桩端支撑情况及桩的类型。,屈曲破坏特征:桩折断；Q-S:陡降,破坏荷载明确；桩型:小直径端承、嵌岩桩；地层：桩周为厚淤泥质土，桩端为坚硬土层或岩层。承载力:取决于桩身材料强度,地基与基础工程,第17页,4.2 竖向承压桩的工作性能,整体剪切破坏特征：桩底土层剪切破坏Q-S:陡降型，有峰值桩型：强度高短桩地层：桩周为软弱土层，桩端为强度较高土层。承载力:取决于桩端土承载力,地基与基础工程,第18页,4.2 竖向承压桩的工作性能,刺入破坏特征：桩位移大Q-S:缓变型、陡降型

8、桩型：钻孔灌注桩地层：桩周、端土性质均匀。承载力:主要取决于桩周土强度.,地基与基础工程,第19页,4.2 竖向承压桩的工作性能,桩侧负摩阻力负摩阻力的概念负摩阻力：由于桩侧土相对于桩产生向下的位移而使桩周土对桩产生向下的摩阻力。,地基与基础工程,第20页,桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力当桩周土层的沉降超过桩的沉降时，桩周土产生向下的摩阻力。产生负摩阻力的条件：（1）松软地区下水位下降有效应力增加；（2）桩侧大面积堆载桩侧土层压缩；（3）桩侧存在较厚欠固结土或新填土；（4）湿陷性黄土；（5）冻土地区桩侧冻土融化。（6）打桩引起土中的孔隙水压力上升，施工完成后孔隙水压力的消散而导致土体固结下沉。,地基

9、与基础工程,第21页,4.2 竖向承压桩的工作性能,中性点：桩侧正、负摩阻力分界的地方称为中性点。具体位置(地层沉降稳定后)据经验系数确定。参见“建筑桩基技术规范”。,地基与基础工程,第22页,桩侧负摩擦力分布特征：中性点柱截面沉降量与桩周土层沉降量相等之点（相对位移为零）。1）中性点一般在桩长的70%75%处（桩下方）2）中性点处桩所受的拉荷载最大；3）中性点位置是时间的函数；4）中性点确定一般是经验法。,地基与基础工程,第23页,4.2 竖向承压桩的工作性能,负摩阻力的工程危害导致桩身竖向荷载增大，可能超过单桩竖向承载力，引起桩身或桩基破坏。负摩阻力的确定方法现场试验法-最直接、最可靠费时

10、、费钱；有效应力法-复杂、不实用；经验计算法-负摩擦力的数值与作用在桩侧的有效应力成正比，负摩擦力的极限值近似等于土的不排水抗剪强度。,地基与基础工程,第24页,4.2 竖向承压桩的工作性能,负摩阻力的工程应对措施减小周围土层沉降避免后期堆载；控制水位下降；防止湿陷性黄土的湿陷削减桩侧摩阻力套管法；涂层法-中性点以上桩侧涂抹润滑层（如沥青等）；扩孔法。增加桩的抵抗力,地基与基础工程,第25页,4.3 单桩竖向承载力的确定,基本概念建筑地基基础设计规范GB50007-2002：单桩承载力：单桩受外载作用，不丧失稳定、不产生过大变形时的承载力。对应于正常使用极限状态。单桩竖向承载力特征值(Ra)：

11、在正常使用状态下单桩的抗力设计值。建筑桩基规范JGJ 94-94单桩竖向极限承载力(Qu)：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。对应承载能力极限状态。单桩竖向承载力设计值(R)：在设计计算时，单桩竖向极限承载力乘以分项系数的值。,地基与基础工程,第26页,建筑地基基础设计规范GB50007-2002：单桩承载力单桩在外荷载作用下，不丧失稳定性，不产生过大变形的承载力。取决于地基土对桩的承载力和桩身的材料强度。丧失承载力表现：（1）桩周土、岩的阻力不足；（2）桩身材料强度不够。两者取其小。,地基与基础工程,第27页,4.3 单桩竖向承载力的确定,单桩竖向承载

12、力的确定方法参考两部规范！按材料强度确定-将桩视为轴心受压杆件；现场试验法：单桩竖向静载荷试验法；静力触探法自学；深层平板载荷试验法自学；动力试桩法自学.经验公式法；按土的抗剪强度指标确定。注意对比分析：“建筑地基基础设计规范”、“建筑桩基技术规范”在桩基承载力概念、确定方法方面的异同！,地基与基础工程,第28页,4.3 单桩竖向承载力的确定,4.3.2.1 按材料强度确定,地基与基础工程,第29页,4.3 单桩竖向承载力的确定,4.3.2.2 单桩竖向静载荷试验法特点：同时考虑地基土承载能力和桩身材料强度，是获得单桩承载力最可靠的方法。关于单桩静载试验的有关规定：(1)一级建筑，必须开展静载

13、荷试验；(2)同一条件下试桩数量，不宜少于总数的1,并不少于3根；(3)桩端持力层为密实砂卵石或承载力类似土层时，单桩承载力很大的大直径端承桩，可采用深层平板试验确定桩端土承载力；(4)预制桩试验时间需考虑孔隙水压消散、土体强度恢复。砂类土间歇10d；粉土和粘性土15d；饱和粘性土25d,地基与基础工程,第30页,4.3 单桩竖向承载力的确定,技术要点：试验装置；试验方法；终止加载条件；由试验结果确定单桩极限承载力。,地基与基础工程,第31页,4.3 单桩竖向承载力的确定,单桩竖向静载荷试验试验装置锚桩横梁反力装置：反力、稳压、观测,地基与基础工程,第32页,锚桩 桁架法,2400吨,4.3

14、单桩竖向承载力的确定,地基与基础工程,第33页,4.3 单桩竖向承载力的确定,地基与基础工程,第34页,4.3 单桩竖向承载力的确定,试验加载及观测技术要点：加载方式：多采用慢速维持荷载法；分级加荷：不小于8级，每级加载量宜为预估极限荷载的1/81/10。沉降观测：每级加载后，第5、10、15分钟各测读一次，以后每隔15分钟读一次，累计一小时后每隔半小时读一次。在每级荷载作用下，桩的沉降量连续两次在每小时内小于0.1mm时可视为稳定.然后施加下一级荷载。,地基与基础工程,第35页,4.3 单桩竖向承载力的确定,终止加载条件：某级荷载下，sn+1/sn5；sn+1/sn2，且经24小时仍未达到稳

15、定；达到反力装置提供的极限。补充：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。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6080mm。在特殊条件下，可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大于100mm。,地基与基础工程,第36页,4.3 单桩竖向承载力的确定,单桩极限承载力确定：建筑桩基规范JGJ 94-94 规定了Quk的确定方法：据Q-S曲线，取陡降段起点的荷载值；据沉降量：曲线呈缓变型时,一般取沉降量s=4060mm对应的荷载为Qu。大直径桩取S=（0.030.06)d对应荷载值，细长桩，取S6080mm。因sn+1/sn2，且经24h仍未稳定而停止加

16、载时，取前一级荷载作为Qu。slog t 沉降速率法，取曲线尾部明显向下弯曲的前一级荷载作为Qu。,地基与基础工程,第37页,单桩极限承载力标准值的确定：,4.3 单桩竖向承载力的确定,地基与基础工程,第38页,4.3 单桩竖向承载力的确定,单桩竖向承载力特征值/设计值的确定：,按建筑地基基础设计规范Ra=QU/2,按建筑桩基技术规范(94)3根以下的群桩：R=Quk/sp超3根非端承桩：R=spQuk/sp+cQuk/c,建筑桩基技术规范(08)变化较大，自学！,地基与基础工程,第39页,4.3 单桩竖向承载力的确定,地基与基础工程,第40页,4.3 单桩竖向承载力的确定,4.3.2.3 静

17、力触探法基础设计等级为丙级的建筑，可采用静力触探及标准贯入试验参数确定单桩竖向承载力特征值。静力触探参数：比贯入阻力：psa端阻力：qpa侧阻力：qsa式中qpa、qsia桩端阻力、桩侧阻力标准值。,地基与基础工程,第41页,4.3 单桩竖向承载力的确定,4.3.2.4 经验公式法 以下公式为建筑桩基技术规范(94)推荐一般预制桩或中小直径灌注桩(桩径 800mm)：式中：qsik 桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，可查规范表取值；qpk 极限端阻力标准值。,地基与基础工程,第42页,4.3 单桩竖向承载力的确定,大直径灌注桩(桩径 800mm)：需要考虑桩侧、桩端阻力的尺寸效应；侧阻：砂土成孔

18、，应力松弛致侧阻下降；端阻：随桩径增大，极限端阻下降。式中：,si p 大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，查表取值。,地基与基础工程,第43页,式中：Qsk、Qrk、Qpk分别为土的总极限侧阻力、嵌岩段总极限侧阻力、总极限端阻力标准值；si 覆盖层第i层土的侧阻力发挥系数；当桩的长径比 l/d 30，桩端置于新鲜或微风化硬质岩中且桩底无沉渣时，对于粘性土、粉土、取si=0.8，对于砂类土及碎石类土，取si=0.7；对于其他情况，取si=1；s、p嵌岩断测阻和端阻修正系数。,4.3 单桩竖向承载力的确定,嵌岩桩,地基与基础工程,第44页,4.3 单桩竖向承载力的确定,4.3.2.5 根据土的抗剪强

19、度指标确定极限端阻：将桩视为刚性深基础计算；极限侧阻：单位面积侧阻桩身侧面积,地基与基础工程,第45页,4.3 单桩竖向承载力的确定,单桩竖向抗拔承载力的确定自学影响单桩抗拔承载力的因素：桩的几何特性：桩长、断面形状、尺寸等桩身自重；桩的材料特性，如材料类型、桩身强度；桩侧土特性，如土的类别、软硬密实程度确定单桩抗拔力的主要方法单桩抗拔静载试验确定经验公式法按桩身材料强度确定,地基与基础工程,第46页,4.3 单桩竖向承载力的确定,单桩、基桩竖向承载力特征值的确定地基与基础设计规范(02)：单桩极限承载力 标准值 特征值单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定。同一条件下试桩数量，不宜

20、少于总桩数的1%，且不应少于3根。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。初步设计时可按下式对Ra估算：,地基与基础工程,第47页,4.3 单桩竖向承载力的确定,嵌岩灌注桩端以下3倍桩径范围内无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布，并应在桩底应力范围内无岩体临空面。当桩端无沉渣时，桩端岩石承载力特征值，应据岩石饱和单轴抗压强度标准值乘以折减系数确定。注：建筑地基基础设计规范(02)未专门考虑群桩效应对基桩、单桩的影响，取“单桩竖向承载力特征值”开展桩基设计。深入理解概念：单桩、基桩！,地基与基础工程,第48页,4.3 单桩竖向承载力的确定,建筑桩基技术规范：JGJ94-

21、94 单桩极限承载力 标准值 基桩承载力设计值(考虑群桩效应)注意：建筑桩基技术规范(94)较详细地考虑了群桩效应对基桩承载力的影响，规定桩基按“基桩承载力设计值”设计。JGJ94-2008 单桩极限承载力 标准值 特征值 基桩承载力特征值(考虑承台效应),地基与基础工程,第49页,4.4 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,单桩水平承载力的影响因素桩身强度、刚度、入土深度；桩周土层性质；桩端约束条件；群桩中各桩的相互影响。,地基与基础工程,第50页,4.4 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,桩的水平静载试验加载方式：单向多循环加卸载法加荷分级：每级宜为预估极限荷载的1/101/15终止加载条件

22、：桩身折断或桩顶水平位移超过3040mm（软土取40mm），或桩侧地表出现明显裂缝或隆起时，可终止试验。,试验桩,试验桩,地基与基础工程,第51页,4.4 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,地基与基础工程,第52页,4.4 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,地基与基础工程,第53页,H0g曲线,4.4 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,地基与基础工程,第54页,4.4 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,水平临界荷载Hcr确定方法：取H0-t-x0曲线出现突变点的前一级荷载(荷载增量相同，而位移增量较前一级明显增大)；取H0-X0/H0曲线第一直线段的终点当有钢筋应力测试数据时，取H0-g曲线第

23、一突变点对应的荷载。注：Hcr是对应桩身开裂、受拉区混凝土不参加工作时的桩顶水平荷载。,地基与基础工程,第55页,4.4 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,水平极限荷载Hu确定方法：取H0-t-x0曲线明显陡降的前一级荷载取H0-X0/H0曲线第二直线段的终点对应荷载取桩身折断或钢筋应力达到极限的前一级荷载。注：Hcr是对应桩身达到强度极限时的桩顶水平荷载。,地基与基础工程,第56页,4.4 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,单桩水平承载力特征值、设计值的确定按建筑地基基础设计规范(02规范)确定单桩水平承载力特征值Ra Ra=Hu/2按建筑桩基技术规范(94规范)确定单桩水平承载力设计值Rh

24、 Rh=Hu/h h为水平抗力分项系数，取1.6。,地基与基础工程,第57页,4.4 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,弹性长桩在水平荷载下的理论分析原理：桩视为弹性地基中受水平荷载和地基土抗力作用下的弹性梁，建立挠曲线微分方程，解得桩身各截面的弯矩和剪力。梁的挠曲线方程：,khm zn,地基与基础工程,第58页,4.4 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,水平抗力系数：,桩的位移,地基与基础工程,第59页,4.4 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,桩顶作用荷载：竖向荷载N0,水平荷载H0,弯矩M0,位移、转角、弯矩、剪力、水平抗力公式详见：周景星教材P172,注：1)称为桩的水平变形系数;2)

25、解中系数均与z或l有关。,地基与基础工程,第60页,4.4 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,参数 m确定方法：由水平静载试验确定;根据地基土类别和桩类别查规范表.注意：如桩侧由不同土层组成，应计算主要影响深度hm范围内m的加权平均值。,地基与基础工程,第61页,4.4 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,桩顶水平位移：控制水平承载力的主要因素参数Ax、Bx根据l查表取值(l4查下表),地基与基础工程,第62页,4.4 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,桩身的最大弯矩和位置:配筋设计计算过程：,计算系数：,由系数C，查表得到：,注意：该法只适用于l4.0长桩,地基与基础工程,第63页,4.5 桩

26、基设计的内容与步骤,桩基础设计的原则桩基设计的指导思想桩基选型：安全适用、经济合理；桩和承台：足够的强度、刚度和耐久性；地基：足够的承载力和不产生过大的变形。桩基设计原则 建筑桩基技术规范(94)的规定1）2种极限状态承载能力极限状态；正常使用极限状态.,地基与基础工程,第64页,4.5 桩基设计的内容与步骤,2）建筑桩基安全等级划分；3）所有桩基均应进行承载能力极限状态计算：单桩、基桩承载力(特定条件考虑群桩效应)；桩端平面以下软弱下卧层承载力验算；坡地、岸边的桩基整体稳定性验算；桩基抗震承载力验算；桩身承载力验算(含吊运、沉桩强度验算，特定条件下的细长桩的压屈验算)承台承载力验算。,地基与

27、基础工程,第65页,4.5 桩基设计的内容与步骤,4）对以下桩基应进行变形验算：桩端持力层为软弱土的一、二级建筑桩基；桩端持力层为粘性土、粉土或存在软弱下卧层的一级建筑桩基；受水平荷载较大或对水平变位要求严格的一级建筑桩基应验算水平变位。5）对不允许出现裂缝或需要限制裂缝宽度的混凝土桩身及承台需进行抗裂或裂缝宽度验算。,地基与基础工程,第66页,4.5 桩基设计的内容与步骤,6）计算时所对应的荷载效应组合。桩基承载能力极限状态计算：荷载效应基本组合和地震作用效应组合。重要提示：“建筑桩基技术规范”(94规范)中按基桩承载力设计值开展设计，应采用荷载效应的基本组合；(注：08规范有变！自学)“建

28、筑地基基础设计规范”中单桩承载力特征值对应于“正常使用极限状态”，设计采用荷载效应的标准组合.沉降计算：荷载效应的准永久组合。水平变位、抗裂和裂缝宽度验算：荷载效应的标准组合。,地基与基础工程,第67页,4.5 桩基设计的内容与步骤,桩基础设计的基本步骤1.资料收集，调研；建筑结构设计资料：结构形式、荷载性质、安全等级、抗震设防建筑地基地质资料：土层性质及分布周边环境及施工条件资料：相邻建筑安全等级、基础形式及埋深；周边建筑对抗震与噪声的要求；泥浆及弃土的排放条件，材料供应等。,地基与基础工程,第68页,4.5 桩基设计的内容与步骤,2.桩型选择，桩长及截面尺寸初定；桩型选择考虑因素：建筑结构

29、类型、荷载性质;桩的使用功能；穿越土层、桩端持力层土类；地下水位；施工设备、施工环境、施工经验；制桩材料供应条件等；环境限制等。,地基与基础工程,第69页,4.5 桩基设计的内容与步骤,桩长确定：取决于持力层深度，桩端进入持力层的深度；桩端全断面进入持力层的深度，对于粘性土、粉土不宜小于2d，砂土不宜小于1.5d，碎石类土不宜小于1d。当存在软弱下卧层时，桩基以下硬持力层厚度不宜小于4d。当硬持力层较厚且施工条件许可时，桩端进入持力层的深度宜达到桩端阻力的临界深度。临界深度值对于砂土、碎石土为36d，对于粉土、粘性土为510d。,地基与基础工程,第70页,4.5 桩基设计的内容与步骤,3.单桩

30、承载力特征值确定；见上一节；4.桩的数量及布置方案确定；桩数：按下式计算；如偏心，增加1020%。桩距及布置；承台尺寸初步设计。,地基与基础工程,第71页,桩的最小中心距,4.5 桩基设计的内容与步骤,地基与基础工程,第72页,布桩考虑因素：桩的施工工艺、施工效应、承台尺寸及内力等因素.,柱下桩基,4.5 桩基设计的内容与步骤,地基与基础工程,第73页,墙下桩基，按等桩距排列,布桩：桩受力均匀桩群横截面形心与上部荷载中心重合或最大限度地接近。桩基承受较大弯矩或水平荷载处，应增加桩基横截面惯性矩。柱下单独桩基和整片式桩基布桩时宜外密内疏。,4.5 桩基设计的内容与步骤,地基与基础工程,第74页,

31、4.5 桩基设计的内容与步骤,5.桩基承载力验算；见4.6节6.桩基沉降验算；见4.7节7.承台及桩身的设计计算与验算见4.8节,地基与基础工程,第75页,4.5 桩基设计的内容与步骤,桩基设计流程图,场地勘察,提出勘察报告,确定桩基持力层,确定桩型、外形尺寸和构造,确定单桩承载力,确定桩数、布桩,拟定承台尺寸、埋深,验算作用于单桩上的力,验算承台的结构强度,N,验算桩基的整体承载力和沉降量,验算下卧层承载力,N,确定承台的尺寸、配筋构造,单桩设计,绘制桩、承台施工图,地基与基础工程,第76页,4.6 桩基承载力验算,4.6.1 群桩效应及承台效应群桩基础：3根或3根以上的桩组成的桩基础,端承

32、型群桩基础,地基与基础工程,第77页,摩擦型群桩桩端平面上的压力分布,摩擦型群桩基础,群桩承载力单桩承载力,群桩承载力单桩承载力,地基与基础工程,第78页,4.6 桩基承载力验算,群桩效应：在竖向荷载作用下，因基桩、承台、土的相互作用，导致桩侧、桩端阻力及沉降性状与单桩明显不同，群桩承载力小于单桩承载力之和，沉降量大于单桩沉降量的现象。,地基与基础工程,第79页,4.6 桩基承载力验算,群桩效应系数：用于度量构成群桩承载力的各因素分量因群桩效应而降低或提高的幅度的指标。桩侧阻力群桩效应系数：群桩中基桩平均极限侧阻力与单桩平均极限侧阻之比。桩端阻力群桩效应系数：群桩中基桩平均极限端阻力与单桩平均

33、极限端阻之比。桩侧阻力端阻综合群桩效应系数：群桩中基桩平均极限承载力与单桩平均极限承载力之比。,地基与基础工程,第80页,4.6 桩基承载力验算,考虑群桩效应的计算方法：群桩分项效应系数法：基于概率极限设计方法，对群桩中的每根基桩侧阻力和端阻力分别乘以群桩效应系数。建筑桩基技术规范应用。实体基础法：将承台、桩、桩间土视为深基础，进行深基础下的地基承载力和变形验算。建筑地基基础设计规范应用。,地基与基础工程,第81页,4.6 桩基承载力验算,群桩效应影响因素：桩间距桩数桩长地基土刚度群桩排列形式注：其它概念见建筑桩基基础规范JGJ94-94或JGJ94-2008,地基与基础工程,第82页,4.6

34、 桩基承载力验算,承台效应承台效应：承台底面受土体反力作用，对荷载的分担作用.承台效应系数：竖向荷载作用下，承台底面地基土体承载力的发挥率。,地基与基础工程,第83页,4.6 桩基承载力验算,不考虑承台效应的情况：在动力荷载下(铁路桥梁);存在产生负摩擦力的地层(地面下沉);饱和软土沉入密集桩群；端承桩情况下不考虑承台承载力。,地基与基础工程,第84页,4.6 桩基承载力验算,群桩基础中的单桩承载力验算 按建筑地基基础设计规范(02)荷载组合：正常使用极限状态荷载效应标准组合；桩顶作用效应：荷载效应；地震作用效应；荷载效应简化计算假设：承台为刚性；各基桩刚度相同；x、y为桩基平面惯性主轴。,地

35、基与基础工程,第85页,4.6 桩基承载力验算,单桩的轴力计算公式：轴心荷载作用：偏心荷载作用：水平力作用：,地基与基础工程,第86页,4.6 桩基承载力验算,单桩的轴力验算公式：轴心荷载作用：偏心荷载作用：除满足轴心荷载下：还应满足：水平力作用：注：单桩承载力特征值由前文方法确定。针对荷载效应的基本组合，还应满足桩身材料的强度要求（满足桩身材料承载能力）！,地基与基础工程,第87页,4.6 桩基承载力验算,群桩持力层承载力验算建筑地基基础设计规范(02)未要求(89曾要求)!计算原理：假想为实体基础，按浅基础验算；验算公式：轴心荷载作用：偏心荷载：,地基与基础工程,第88页,4.6 桩基承载

36、力验算,桩基的下卧层承载力验算介绍建筑桩基技术规范JGJ94-94、JGJ94-2008推荐方法，新规范已改动!注意对比自学！桩距sa6d群桩：整体冲剪破坏；验算公式：,JGJ94-94,地基与基础工程,第89页,4.6 桩基承载力验算,建筑桩基技术规范(JGJ94-94)中公式：,地基与基础工程,第90页,4.6 桩基承载力验算,建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)中验算示意图：,地基与基础工程,第91页,4.6 桩基承载力验算,建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)中验算公式：,JGJ94-2008,地基与基础工程,第92页,4.6 桩基承载力验算,桩距sa6d，且桩端压力扩散线未相

37、交于硬持力层中的群桩(即硬持力层厚度t(sa-De)cot/2)及单桩基础：按基桩冲剪破坏验算。验算公式：,JGJ94-94,地基与基础工程,第93页,4.6 桩基承载力验算,建筑桩基技术规范(JGJ94-94)中公式：,地基与基础工程,第94页,4.7 桩基的沉降计算,建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)关于桩基沉降计算的规定：荷载组合：正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合。需进行桩基沉降计算的建筑：地基基础设计等级为甲级的建筑物桩基；体型复杂、荷载不均或桩端存在软弱土层的、设计等级为乙级的建筑物桩基；摩擦型桩基（包括摩擦桩和端承摩擦桩）。,地基与基础工程,第95页,4.7 桩

38、基的沉降计算,桩基的容许变形值取值规定：无当地经验时，可按地基规范中的表规定采用，对于表中不包括的建筑物桩基容许变形值，可根据上部结构对桩基变形的适应能力和使用上的要求确定。砌体结构由局部倾斜控制；对框架结构和单层排架结构由相邻柱基的沉降差控制；而对多层或高居建筑和高耸结构应由倾斜值控制。桩基沉降计算方法假想的实体基础法；Mindlin应力计算法。,地基与基础工程,第96页,4.7 桩基的沉降计算,假想的实体基础法：计算原理：将桩端以上一定范围的承台、桩、桩间土视为实体基础；桩端平面视为弹性介质表面，按布辛内斯克解计算桩端以下地基内的附加应力；忽略地面桩端平面之间的桩、土压缩变形；按浅基础的分

39、层总和法计算假想之实体基础沉降。适用：s6d。,地基与基础工程,第97页,4.7 桩基的沉降计算,(1)荷载扩散法荷载扩散角：群桩外缘长宽：a0、b0；假想实体基础：桩端附加应力：,地基与基础工程,第98页,4.7 桩基的沉降计算,桩基沉降：,地基与基础工程,第99页,4.7 桩基的沉降计算,(2)扣除桩群侧壁摩阻力法群桩外缘长宽：a0、b0；假想实体基础：a、b（边长同承台）桩端附加应力：,地基与基础工程,第100页,4.7 桩基的沉降计算,明德林盖得斯法（Mindin-Geddes）适用:单桩、单排桩、桩距大于6倍桩径的疏桩基础原理:对于沉降计算点水平影响区内的有限个基桩，基桩自身有压缩变

40、形；基桩端、侧阻作为土体附加荷载，诱发附加应力；承台底面压力在地基任一点诱发附加应力;附加应力诱发的沉降采用分层总和法计算；桩基沉降附加应力沉降桩基自身压缩。说明：此法已列入建筑桩基基础规范JGJ94-2008，建筑地基基础设计规范GB50007-2002。关键：基桩端、侧阻诱发的附加应力计算，参考教材P177-178，以及上述规范自学！,地基与基础工程,第101页,4.7 桩基的沉降计算,不考虑承台压力：考虑承台压力：,地基与基础工程,第102页,4.7 桩基的沉降计算,公式中符号的含义：,地基与基础工程,第103页,4.7 桩基的沉降计算,沉降计算深度,地基与基础工程,第104页,4.7

41、桩基承台的设计计算,4.7.1 承台类型及构造要求参照规范自学！承台类型柱下或墙下独立承台；柱下或墙下条形承台梁；桩筏基础筏板承台；桩箱基础箱形承台。承台构造平面形状：方,矩,三角,多边,圆；剖面形状：台阶、锥台、平板；最小宽度：50 cm；最小厚度：30 cm；,地基与基础工程,第105页,4.7 桩基承台的设计计算,桩外缘距承台边：15 cm；边桩中心距离承台边：1.0D；桩嵌入承台深度：大桩10 cm,中小桩5 cm；钢筋伸入承台30dg；混凝土标号：C15,保护层7cm配筋按计算确定,地基与基础工程,第106页,4.7 桩基承台的设计计算,4.7.2 承台计算荷载组合：承载能力极限状态

42、下的基本组合.设计方法：先据经验初定厚度，再验算校核按建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)介绍;建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)与此一致!计算内容:,地基与基础工程,第107页,4.7.2.1 柱下承台抗冲切计算1)柱对承台的冲切验算冲切破坏锥：柱边或变阶处与相邻桩顶边缘连线所构成的锥体；锥体斜面与承台底面之夹角不小于45。,4.7 桩基承台的设计计算,地基与基础工程,第108页,柱下矩形独立承台受柱冲切计算：,地基与基础工程,第109页,2)角桩对多桩矩形承台的冲切验算冲切破坏锥：角桩顶边缘与柱边或承台变阶处连线构成的锥体。锥体斜面与承台底面夹角45,4.7 桩基承台的设

43、计计算,地基与基础工程,第110页,柱下多桩矩形承台受角桩冲切计算,地基与基础工程,第111页,3)角桩对三桩三角形承台的冲切验算冲切破坏锥：图示虚线,4.7 桩基承台的设计计算,地基与基础工程,第112页,柱下三桩三角形承台受角桩冲切计算,地基与基础工程,第113页,4.7.2.2 柱下承台抗剪切计算剪切破坏面：柱边与桩边、变阶处与桩边之间连线形成的斜截面.,4.7 桩基承台的设计计算,注意：1)矩形承台，分别对x、y方向进行验算；2)多排桩形成多个剪切斜截面时，对每一截面进行验算。,地基与基础工程,第114页,柱下等厚度承台受剪计算公式：,地基与基础工程,第115页,4.7.2.3 承台抗

44、弯计算1)多桩矩形平台：计算截面：柱边和 承台截面变化处；弯矩公式：,4.7 桩基承台的设计计算,地基与基础工程,第116页,2)等边三角形三桩承台按受力最大的桩计算设计弯矩；弯矩公式:教材P1843)等腰三角形三桩承台弯矩公式 教材P185,4.7 桩基承台的设计计算,注意：如果按图中x、y方向计算弯矩，因方向与配筋方向不一致，应先做弯矩转换计算！,地基与基础工程,第117页,承台配筋示意图,10100200mm,4.7 桩基承台的设计计算,地基与基础工程,第118页,桩基设计例题,例41(见周景星教材P188194),地基与基础工程,第119页,本章作业,周景星教材P208：习题443,地

45、基与基础工程,第120页,4.8.1 桩的形式与规模通过扩底、扩径提高桩基承载力：复合载体夯扩桩:细长锤夯击成孔，护筒沉到设计标高后，细长锤击出护筒底一定深度，分批投入填充料和干硬性混凝土，再反复夯实、挤密，形成桩端复合载体，最后放置钢筋笼，灌注成桩。JGJ/T135-2001复合载体夯扩桩设计规程DX多节挤扩灌注桩。超长、超大直径高承载力桩。例：天兴洲长江大桥3号主塔墩基础，40根大直径(3.40)钻孔桩,桩孔深度达105.5m.,4.8 桩基技术和理论的新发展,地基与基础工程,第121页,4.8 桩基技术和理论的新发展,复合载体夯扩桩,地基与基础工程,第122页,4.8 桩基技术和理论的新

46、发展,DX多节挤扩灌注桩。,地基与基础工程,第123页,4.8.2 桩的施工工艺消除泥浆污染套管钻进、稳定液钻进.降低噪声影响静压桩(最长已超过70m)；4.8.3 单桩承载力测定与桩的检测动力测桩法（动测）自反力静压测桩法最大已用于150MN承载力的桩,4.8 桩基技术和理论的新发展,地基与基础工程,第124页,4.8 桩基技术和理论的新发展,桩的静压施工,静力压桩机,地基与基础工程,第125页,4.8.4 桩基设计复合桩基考虑承台底桩间土抗力的桩基。复合基桩复合桩基中的单根桩。承台底土阻力影响因素：桩土相对位移；以下工况不考虑承台效应：承台底面以下存在可液化土、湿陷性黄土、高灵敏度软土、欠

47、固结土、新填土或可能出现震陷、降水、沉桩过程产生高孔隙水压力和土体隆起时,4.8 桩基技术和理论的新发展,地基与基础工程,第126页,减沉桩基疏桩基础目的：控制沉降；特点：桩数少，间距大,sa=(46)d或更大;按沉降量指标确定基桩数量；允许桩基进入极限承载状态；承台的荷载分担作用显著；需验算桩身强度及软弱下卧层承载力；总体而言，减沉桩基设计理论尚不成熟。,4.8 桩基技术和理论的新发展,地基与基础工程,第127页,4.9.1 墩基础的特点与应用特点 直径通常较大，而长细比较小；原位灌注或砌筑而成，不能打入、压入；一般支承在较坚硬的土层或岩层上；通常单独承载，承载力一般远高于单桩。应用多用于桥

48、梁、海洋钻井平台、港口码头等近海建、构筑物，以及高层建筑基础。,4.9 墩基础,地基与基础工程,第128页,4.9.2 墩基础的分类4.9.2.1 按承载性状分类抗压墩；抗滑墩；抗拔墩。4.9.2.2 按施工方法分类按成孔方法：挖孔墩、钻孔墩、冲孔墩;按护壁方式：护壁、无护壁;按浇(砌)筑方式：浇筑：水下浇筑、干作业浇筑；砌筑：浆砌石、砖砌筑等;,4.9 墩基础,地基与基础工程,第129页,4.9.2.3 按墩的形状分类横截面：挖圆形、方形、矩形等。轴向截面：柱形、锥形、齿形、嵌岩墩。4.9.10.3 墩基础设计1.墩的竖向抗压承载力确定1）现场静载荷试验法：Q-s有陡降段，取其起点为极限承载

49、力Qu;Q-s为缓变型，取墩顶沉降s=40mm时对应的荷载作为Qu;Q-s为缓变型，取墩顶沉降s=s时对应的荷载作为Qu。直墩,s=1025mm;扩底墩,s=1015mm。,4.9 墩基础,地基与基础工程,第130页,墩的承载力特征值：Ra=Qu/2。2）经验公式法略；3）按墩身材料强度确定略.2.墩的抗拔承载力与水平承载力略.3.墩的沉降估算墩顶沉降量的组成：s=sp+sb+sssp、sb、ss墩身压缩量、墩底土层压缩量、墩端以下沉渣压缩变形量。可通过原位试验测定其在工作荷载下的沉降量。,4.9 墩基础,地基与基础工程,第131页,4.9.4 墩的承台设计略,4.9 墩基础,地基与基础工程,

50、第132页,4.10.1 沉井基础的特点、应用与类型4.10.1.1 沉井基础的特点底部带刃脚的筒状结构，地面预制，挖土下沉;自身可抵挡侧向水、土压力；断面尺寸大，承载力高。,4.10 沉井基础,地基与基础工程,第133页,泰州大桥中塔沉井http:/,泰州大桥：主桥桥跨为39010801080390m，三塔悬索桥。,地基与基础工程,第134页,泰州大桥中塔沉井,中塔沉井概况：58.444.4米，高76米，12个井孔；下层38米为钢箱结构，上层38米为钢筋混凝土结构。沉井施工简介：首节钢沉井8米工厂预制；浮运至现场预制场地后接高至38米；然后浮运到墩位处定位(2007-11-11)，再接高12