桩基础与深基础(工管).ppt

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1、第八章 桩基础与深基础,适用范围,、浅层差，深层较好的地基、荷载大、动力荷载、重要建筑物或上部结构对基础的不均匀沉 降敏感、地下水位或地表水位较高，排水困难、大面积荷载的建筑物或软土上活荷载较大的 筒仓、油库,桩基设计原则,桩基规范规定，建筑桩基采用以概率理论为基础的极限状态设计法，并按极限状态表达式计算，且桩基的极限状态分为两类：1）承载力极限状态 2)正常使用极限状态,1、建筑桩基安全等级,2、计算和验算要求以及效应组合,所有桩基均应进行承载能力极限状态计算 有些桩基尚应进行变形验算 对不允许出现裂缝或需限制裂缝宽度的砼桩身和承台还应进行抗裂或裂缝宽度验算（应根据使用要求和裂缝控制等级，分

2、别采用作用效应的短期效应组合或短期效应组合考虑长期荷载的影响）,8.2 桩的类型,一、按桩承载性状分类 1、端承桩 在竖向极限荷载作用下，桩顶荷载全部或主要由 桩端阻力承受，桩侧阻力相对于桩端阻力忽略不计。按端阻力分担荷载的比例可分为：端承桩 摩擦端承桩 2、摩擦桩桩未达到坚硬土层或岩层。按桩侧阻力分担荷载的比例可分为：摩擦桩：桩顶荷载绝大部分由桩侧阻力承受 端承摩擦桩：桩顶荷载主要由桩侧阻力承受,二、按桩身材料分类,砼桩 钢筋混凝土桩 钢桩 组合材料桩 石桩 木桩,三、按桩的施工方法分类：预制桩 or 灌注桩,预制桩：在工厂（12m）或工地(25m)先制作好，然后通过振、压、旋、打入或射水送

3、入土中。,沉桩方法和接长,锤击法_落锤、单动汽锤、双动汽锤、柴油锤振动法_偏心振动器静压沉桩_无噪音和振动，用于均质软粘土地基接长方法：焊接、胶接（浆锚法）、法兰盘,沉桩深度,设计时_根据勘察资料和上部结构荷载估算，定出 桩尖的设计标高；施工时以最后贯入度和桩尖设计标高两方面控制（双控）最后贯入度：指沉至某标高时，每次锤击的沉入量，常以最后每阵 的平均贯入量表示。锤击法_每十次为一阵（每阵1030mm为标准）振动法_每分钟为一阵（最后二阵平均贯入度为1050mm）,钢筋混凝土预制桩优缺点,优点：承载力高、质量好、耐久、桩长及尺 寸可任选缺点：单方造价高、桩长受持力层影响，有时需截桩、噪音、震动

4、、挤土,其它预制桩,1、钢桩 由各种型钢制作，管径为（2501200）mm 优点：承载力高、重量轻、方便运输和沉桩 缺点：造价高、耗钢量大、易锈蚀 上海宝钢采用的钢桩：194.4mm，壁厚 16mm，长61m，深达60m以上 2、木桩 长46m 直径180260mm 3、石桩 4、组合材料桩,灌注桩,现场在桩位开孔，然后向孔内灌注砼成型，砼 C20 桩径为3002000mm时对应的最小配筋率为0.650.2%(大径取小值)，钢筋长度一般为桩长的 承压时配筋率 受弯时配筋率,灌注桩的优缺点,优点无须预先制作、不用运输、节约钢材、直径大承载力高、噪音小、单方造价低、不存在预制桩的桩长问题。缺点颈缩

5、（缩孔压力）、断桩（挤土地面抬升）、夹泥、砼离析、桩身强度低。施工关键：保证桩身成型及砼的质量，防止 颈缩和夹泥。,灌注桩分类,冲、钻孔灌注桩直径：国内0.6m2.0m，国外1.5m2.8m 上海港汇广场850mm，长83m,5405根，40万平方米，55层,45亿元 福州正大广场，1200，长80m,43层（高168m）沉管灌注桩 夯扩桩(Franki Pile)与同直径同桩长非扩底的沉管桩相比，承载力可提高50%100%,造价节约3050%人工挖孔桩 爆扩桩,四、按成桩设置效应分类（成桩挤土效应）,非挤土桩：人工挖孔桩、钻孔灌注桩（干作业法、泥浆护壁法、套管护壁法）部分挤土桩：部分挤土灌注

6、桩、预钻孔打入式预制桩、打入式敞口桩 挤土桩：挤土灌注桩、打入或静压预制桩,五、按承台高低分类高承台桩：桩承台底面高于地面；低承台桩：桩承台底面低于地面。六、按桩径大小分类 小 桩：中等直径桩：大量使用，工艺多样 大直径桩：多为钻、冲、挖孔灌注桩,七、按桩的使用功能分类,1、竖向抗压桩（抗压桩）2、竖向抗拔桩（抗拔桩）3、水平受荷桩（主要承受水平荷载）4、复合受荷桩（竖向、水平荷载均较大）,八、桩的质量检验,1、开挖检查 2、抽芯法 钻孔直径100150mm，取芯进行观察和单轴抗压试验，了解砼有无离析、空洞、桩底有无沉渣和夹泥现象。3、声波检测法利用超声波在不同强度的介质中传播速度的变化来检测

7、桩身的质量。4、动测法,8.3 桩的承载力,桩通过桩侧阻力和桩端阻力将荷载传递给土体桩顶的轴向位移=桩身压缩+桩底土层压缩先按“桩基规范”（94年）的介绍；再介绍“地基规范”（2002年）的。,（按桩基规范）8.3.1 单桩竖向极限承载力标准值,静载试验法_最基本、可靠的方法（费工、费时,一级桩基应使用）物理指标法_ 8.3.2 单桩竖向承载力设计值 8.3.3 单桩抗拔承载力 8.3.4 单桩水平承载力 8.3.5 桩身材料验算,单桩竖向极限承载力标准值,单桩竖向承载力：指竖直单桩在轴向外荷载的作用下，不丧失稳定、不产生过大变形时可承受的最大荷载值。单桩竖向承载力取决于：1)土对桩的支承力（

8、一般由此控制）2)桩身材料的承载力（对端承桩、超长桩和桩身质量有缺陷）设计时应兼顾上述两方面。,2.静载试验法,在建筑场地沉入试验桩，逐级加荷并测其变形，直至破坏，折减后确定其承载力。试验桩数规范规定：一级建筑桩基应做现场试验 同一条件下试验桩数：1的总桩数 3根 工程桩总数在50根以内应不少于2根。地基条件复杂，桩施工质量可靠性低的二级建筑桩基也须用静荷载试验确定承载力。,试验设备、加载观测、卸载观测,应尽可能再现桩的实际工作情况 试验方法种类：慢速维持荷载法（常用）快速维持荷载法等贯入速率法等时间间隔加载法循环加载法,3.物理指标法（经验公式法）,单桩竖向极限承载力标准值1、一般预制桩及灌

9、注桩 单桩总极限侧阻力标准值 单桩总极限端阻力标准值、大直径（d0.8m）桩单桩竖向极限承载力标准值,对于砼护壁的大直径挖孔灌注桩，计算单桩竖向承载力时，其设计桩径取护壁外直径。*大直径桩的桩底持力层一般都呈渐进破坏，Qs曲线呈缓变型，单桩的承载力常常以沉降控制，极限端阻力和侧阻力随桩径的增大而减小。故要进行修正。,8.3.2 单桩竖向承载力设计值,对于桩数少于3的情况：基桩的竖向承载力设计值：据静载试验确定单桩竖向极限承载力时，基桩的竖向承载力设计值：式中，-单桩总极限侧阻力，端阻力，竖向极限承载力标准值-分别为桩侧阻抗力分项系数、桩端阻抗力分项系数、桩侧阻端阻综合抗力分项系数，按表8.9采

10、用。注意分项系数取值一样是由于试验资料较少，理论上应该不一样。,8.3.3 桩的抗拔承载力,高耸建筑物桩基、承受浮力的基础、承受水平力的桩结构，桩侧部分或全部承受上拔力，须验算桩的抗拔承载力。桩的抗拔承载力主要取决于桩身材料强度及桩与土之间的抗拔侧阻力和桩身自重。规范规定，对于二、三级建筑物估算单桩抗拔极限承载力,单桩抗拔承载力标准值：（8.13）单桩抗拔承载力设计值（8.14）“桩基规范”（8.16）N基桩上拔力设计值；Gp基桩自重设计值。,8.3.4 单桩水平承载力,水平荷载种类：风荷载、地震荷载、土压力、水压力 和上部传来水平力等。破坏状态：水平力作用下，桩身产生裂缝以至断裂或土体 明显

11、开裂和隆起，桩的水平位移超过容许值，桩 基达破坏状态。影响承载力的因素：桩的截面尺寸、刚度、材料强度、桩顶嵌固程度、桩侧地基土的性质、桩的入土深 度、桩的水平位移容许值、桩的间距等。,确定水平承载力的方法：1、水平静载荷试验2、理论计算（据桩顶水平位移或材料强度、抗裂 度等）,8.3.5 桩身材料验算,施工时起吊、运输；考虑三方面 沉桩时动荷载作用；桩身材料 按轴心受压杆件，确定桩身承载力 钢筋砼桩 砼构件的弯曲（稳定）系数，低承台桩为1.0 桩的工作条件（工艺）系数 0.60.75,综述：,一级桩基_静载结合静力触探、标贯等原位试验 确定二级桩基_静力触探、标贯、经验参数等估算，参照周围试桩

12、经验综合确定三级桩基_无试验资料，可用经验参数估算,按“地基规范”02年计算8.3.6 单桩竖向承载力特征值,一般规定按静载试验确定(8.18)Ru单桩竖向极限承载力；Ra单桩竖向承载力特征值。3.按公式确定(8.19),8.3.7 群桩竖向承载力,竖向荷载下的群桩基础，各桩的承载力发挥和沉降常与相同情况下的单桩有显著的差别。群桩效应：群桩基础受荷载后，由于桩、土、承台的相互作用，使桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩有所不同。,端承桩或桩数不超过三根的非端承桩基，各桩相互影响小，群桩承载力等于全部单桩承载力之和,群桩的沉降也与单桩基本相同不考虑群桩效应 对于承台底桩数超过3根的非端

13、承桩基要考虑桩、土、承台的相互作用考虑群桩效应,1、复合基桩或基桩的竖向承载力设计值 2、根据静载试验确定单桩竖向极限承载力设计值式中，s，p，c 和sp 分别为侧阻,端阻,承台底土阻力和侧阻端阻群桩效应系数;Qck为复合基桩的承台底地基土的总极限阻力标准值，其余符号同于不考虑群桩效应的公式。,8.3.8 桩侧负摩阻力,负摩阻力:桩周土相对于桩向下位移，桩相对于桩侧的土上抬，桩侧产生向下的摩阻力。负摩阻力仅存在于桩周土相对于桩下沉的范围内。中性点的概念？1、发生负摩阻力的情况：桩穿越较厚的松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层；桩周存在软弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载

14、，或地面大面积堆载（包括填土）；由于降低地下水位，使桩周土中有效应力增大，并产生显著压缩沉降。,8.4 桩基础的设计,一、调查研究、收集资料、建筑物上部结构的类型、平面尺寸、构造及使用要求；、上部结构传来的荷载及其性质；、工程地质勘察资料（必须在提出工程地质勘察任务时，说明拟用的桩基方案）；、当地建筑材料供应情况；、当地施工条件，包括沉桩机具、施工方法及施工质量；、施工现场及周围情况，交通和施工机械进出场地条件，周围是否有对振动敏感的建筑物；、当地及现场周围建筑基础设计及施工的经验教训。,二、确定桩的规格与单桩竖向承载力,1、桩材：主要使用砼和钢筋。砼:预制桩 C30 预应力桩 C40 灌注桩

15、 C20 水下灌注时C20 钢筋:、级2、桩顶嵌入承台内的长度不宜小于50mm，主筋伸入承台的锚固长度:级钢30d，、级35d。3、桩型：包括种类、断面尺寸、桩长 需作具体的技术经济比较，才能作出决定。,4、持力层：选择坚实土层和岩层，其次为中等强度土层，否则重选桩规格。避免在同一结构体系下采用不同型式的桩基。中等强度土层：中密以上砂层或中等压缩性的一般粘性土 在层厚较大的高灵敏度流塑粘土中，不宜采用桩距小而桩数多的打入式桩，应该采用承载力高而桩数少的大直径桩。5、桩端进入持力层深度 桩端全断面进入持力层深度：宜(13)d 当硬持力层较厚且施工条件许可时，桩端全断面进入持力层的深度宜达到桩端阻

16、力的临界深度。桩端阻力的临界深度-指桩端阻力随桩端进入持力层的深度增加而增加的界限深度。,桩长=桩顶嵌入承台尺寸+初定桩长+桩尖摩擦桩的长与持力层、承载力和沉降量有关。确定持力层桩长（初定）选型截面尺寸承台底标高（初定）确定桩长确定单桩竖向承载力,三、确定桩数及布置桩位,1、确定桩数中心受压时偏心受压时,2、桩位的布置 尽可能使上部荷载（基本组合）的中心与群桩横截面重心重合，弯距M较大时加密外围桩。桩的中心距不宜小于规范规定的最小中心距（表8-20），要求摩擦型桩中心距不宜小于3d，扩底灌注桩不宜小于1.5倍桩扩大头直径，当D大于2m时，桩端净距不宜小于1m。桩可布置成方形、梅花形、条形基础下

17、单排或双排布置。,四、桩基础验算,1、单桩承载力验算：单桩所受的力应小于容许值。1）按桩基规范（JGJ 94-94）的方法 2）按地基规范（GB20007-2002）的方法2、桩基沉降计算:在某些情况下，必须验算。S S,1、单桩承载力验算：单桩受力应小于容许值。1）按桩基规范（JGJ 94-94）的方法（1）中心荷载作用（8.37）（2）偏心荷载作用（8.38）2）按地基规范（GB20007-2002）的方法（1）中心荷载作用（8.39）（2）偏心荷载作用（8.40）,五、承台的设计,1、承台的构造要求承台平面形状：根据上部结构要求和桩布置形式决定。常见形状：矩形、三角形、多边形、圆形、环形

18、及条形（若发生桩基补桩则承台形式怪异）。横截面：锥形和阶梯形底板厚度 300mm承台宽度 500mm,2、承台厚度的确定 承台厚度由冲切和剪切条件确定。先冲切计算，后剪切验算。柱边冲切计算位置 承台变阶处 角桩,柱对承台的冲切：F 作用在柱（墙）底的竖向承载力设计值 冲切破坏锥体范围内各基桩的净反力（不计承台和承台上土的重力）设计值之和。对于圆柱和圆桩，计算时应将截面换算成方柱（0.8dC）及方桩(0.8d)*对于柱(墙)冲切破坏锥体以外的基桩,尚应考虑单 桩对承台的冲切作用.,剪切验算：ax、ay为柱边（墙边）或承台变阶处至x、y方向计算一排桩的水平距离。,3、承台的配筋计算 承台经常为受弯破坏，故按最大弯矩配筋。,矩形承台,三角形承台计算截面：柱边,计算截面：柱边和承台变阶处,墙下条形承台 可按墙梁理论计算弯矩 六、绘制施工图七、例题 1）确定：桩持力层、桩材、桩型、外形尺寸及单桩承载力设计值 2）确定桩数及布桩 3）初步选择承台尺寸 4）计算桩顶荷载设计值 5）承台抗冲切验算 6）承台剪切验算 7）承台抗弯验算 8）绘制施工图,8.5 其它深基础简介,8.5.1 沉井基础8.5.2 地下连续墙8.5.3 箱桩基础8.5.4 大直径桩墩基础8.5.5 深基槽护坡工程,沉井基础,地下连续墙,