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1、第五章 桩基础Pile foundation,本章主要内容,概述-桩的功能及类型桩的承载机理？单桩承载力capacity of single pile桩基础设计capacity of pile group,软 土 层,沉井caisson,深基础,地下连续墙diaphragm,深基础,5.1 概述,桩的应用1 历史十九世纪以前，木桩(1)7000-8000年前湖上居民,浙江河姆渡(2)3000-4000年前在罗马(3)西安灞桥,北京御河桥,隋唐建塔2 十九世纪开始，材料和动力进步 铸铁管桩，1824年波特兰水泥注册专利蒸汽动力十九世纪末，现场钻孔桩(1897,Raymond),新加坡发展银行,四
2、墩,每墩直径7.3m将荷载传递到下部好土层,承载力高,大直径钻孔桩,风化砂岩及粉砂岩,部分风化及不风化泥岩,新加坡发展银行,四墩7.3m,现场灌注护坡桩造价低,现场灌注护坡桩造价低,2 特点,优点将荷载传递到下部好土层,承载力高沉降量小抗震性能好,穿过液化层承受抗拔(抗滑桩)及横向力(如风载荷)与其他深基础比较,施工造价低,缺点施工环境影响,预制桩施工噪音,钻孔灌注桩的泥浆有地下室时,有一定干扰,深基坑中做桩,3 适用条件,(1)水上建筑物(2)深持力层,高地下水位(3)抗震地基(4)对沉降非常敏感的建筑,如精密仪器,二 桩的分类 不同的分类标准,(一)按承台 承台:将几个桩结合起来传递荷载（
3、二）材料（三）形状（四）承载机理（五）按尺寸（六）施工方法,二 桩的分类,(一)按承台 承台:将几个桩结合起来传递荷载高承台桩 承台在地面以上,桥桩,码头,栈桥低承台桩 承台在地面以下,承台本身承担部分荷载,低承台 桩,高承台桩,（二）按材料：木桩、混凝土、钢筋混凝土、钢管（型钢）桩、复合桩 钢筋混凝土：普通混凝土、预应力混凝土（离心预制）、高强混凝土,（三）按形状,按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩按横断面：圆形，八边形，十字桩、X形桩,桩身,桩端,D,d,（四）按尺寸,按断面(直径）的大小：大直径:d80cm;小直径d60m（3):长桩；L10m短桩
4、L/（：桩的特征长度）,(五)按荷载传递方式,（1）竖直荷载：端承桩（嵌岩桩）、摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩Q=Qp+QsTip resistance,Skin friction端承桩 主要由桩端承受极限荷载,桩不长,桩端土坚硬摩擦桩 主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载,桩长,深,端承桩,摩擦桩,（六）按施工方法,施工方法沉桩方法1 预制桩 Prefabricated pile 挤土桩2 现场灌注桩 Cast in place 非挤土桩,1 预制桩2 现场灌注桩,气锤打入振动沉桩静压桩,引孔,部分挤土,大面积地面隆起不引孔,挤土桩,成孔方法,人工挖孔螺旋钻正反循环地下水以下泥浆护壁冲击,夯
5、扩,爆破沉管灌注,浇注法,省,易泥皮,虚土,断桩,水上水下其他,离心,预应力,工厂,现场,振动沉桩预制桩113m,Pile Point,离心预应力预制钢筋混凝土,人工挖孔桩,广州市亚洲大酒店人工挖孔桩,螺旋钻,沉管螺旋钻孔灌注桩,粘性土,砂性土,2.2 扩底桩,人工挖孔扩孔桩（芝加哥法）,UK英国,1.0-3.0 m,0.6-0.9 m,爆破扩底桩,内夯式扩底桩200kN钢锤,碎石,混凝土,钢筋笼,钻扩桩,挤扩桩（支盘桩）,桩的分类总结,挤土桩（打入预制桩）非挤土桩（现场钻孔）摩擦桩端承桩 Q=Qp+Qs,5.2 单桩承载力 Bearing capacity of a single pile,
6、桩的承载力分析1 竖向承载力的组成,摩阻力所需位移很小端阻力需要较大位移;不同阶段二者分担比不同,Qs 桩侧摩阻力 Skin，Shaft frictionQp 桩端阻力 端承力 Point，end resistance,桩侧摩阻力摩阻力的分布,土的极限摩阻力影响因素 随着深度增加,砂土中存在临界深度,超静孔隙水压力消散,土的触变性,打入预制桩,挤土使qs增加(1)挤密(2)残余应力钻孔预制桩,常使qs减少(1)泥皮(2)应力松弛但是也有水泥浆渗入土中使表面粗糙其他施工因素,粘性土的摩阻力有时效,桩的端承力(1)常作为基础承载力问题(太沙基解),太沙基,梅耶霍夫型,(1)很难达到整体破坏(2)端
7、承力与深度有关(3)存在临界深度,(2)土的极限端阻力影响因素 与土性有关,存在临界深度,与施工方法有关,桩端充填粉土,问题侧摩阻力的方向？,1 负摩擦的产生(1)桩周附近地面大面积堆载(2)大面积降低地下水位(3)欠固结土,新填土(4)湿陷性黄土遇水湿陷(5)砂土液化、冻土融解,正摩阻,负摩阻,二 桩的负摩阻力,2 负摩擦力的确定,负摩阻力成为荷载的一部分对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻力,对于一般桩,因为桩土都有变形,视二者的相对位移量和方向,ln,Negative,5.2 单桩竖直向承载力的确定,桩身材料静载荷试验 拟静力法 Osterberg法3 经验方法：静力触探 经验公式,混
8、凝土R=cfc Ap钢筋混凝土R=c fc Ap+fyAg,钢筋抗压强度设计值,2、桩基现场测试的传统方法,（1）静载试验法获得单桩承载力最可靠的方法,锚桩反力梁,锚桩 桁架法,2400吨,桩顶试验中,Osterberg法,安装钢筋笼,安装,多动式,(2)通过静力载荷试验确定极限承载力Qu判断单桩竖向极限承载力Qu(各规范不同)如果有陡降点,取为Qu缓变曲线,取一定沉降 s=40mm(40-60mm)24小时未稳定,Sn对应的荷载确定平均值(极限承载力标准值),如离散太大,加一折减系数设计值R=,3.静力触探,、：修正系数qc,fsi：探头的端阻与侧阻,Electric static cone
9、,经验公式法,地基承载力,桩身的混凝土强度,c1.0 预制桩 0.9 干作业灌注桩 0.8 其他,4.抗拔桩的承载力浮力,风荷载1 现场抗拔试验2 公式,抗拔折减系数I：砂土0.5-0.7,粉,粘土Gp 为桩的自重,水下为浮重,5.横向受力桩的承载力确定,静力载荷试验 RH为设计值,Hu为横向极限荷载 H 为抗力分项系数理论公式计算 弹性地基梁挠度方程 kh 抗力系数 常数法、m法、k法、c法,常数法,m法,k法,C法,kh 抗力系数,桩的位移,小结,单桩承载力=摩阻力+端阻力摩阻力-土性，深度（临界深度），入桩方式，桩土相对位移 正摩擦力 负摩擦力端阻力-土性，深度（临界深度），入桩方式确定
10、单桩承载力的方法,初步确定桩基础中的桩数,1 竖直荷载(1)中心荷载,计算桩数,G 承台以上总自重,5.3 桩基础设计,1.群桩与群桩效应2.群桩中的单桩承载力3.群桩承载力4.群桩的沉降5.承台设计,问题单桩承载力加起来等于群桩承载力？,1.群桩与群桩效应,岩石,土,压力扩散深度,一 群桩(Pile group)与群桩效应,1 预制桩沉桩 砂土,非饱和土和一般粘性土,填土有挤密作用,使承载力增加饱和粘土,超静孔压积累,地面上浮,先入桩上浮,土层扰动,使承载力降低2 应力叠加 桩底应力增加,使承载力不足;总的沉降增加3 桩之间互相调节 个别桩承载力低总体上可互补;个别桩受荷,其他桩帮助传递荷载
11、4 承台可部分承受荷载,应力叠加 桩底应力增加,使承载力不足;总的沉降增加,对于砂土 sp 1.0,粘性土sp 1.0,P161 表419,二 桩基础承载力计算和验算,(一)群桩中单桩承载力设计值对于9根以上,非端承桩的桩基础,要考虑群桩效应,考虑承台承载能力1 单桩承载力设计值,群桩效应系数,抗力分项系数,2 关于承台承载力问题,承台下土的承载力低于浅基础承台内反力小于外围,双曲线分布在动力荷载下(铁路桥梁);负摩擦力(地面下沉);端承桩情况下不考虑承台承载力,承台宽度的深度内(5m)地基土极限抗力设计值,B,表 420 承台内外土阻力群桩效应系数,(二)桩基础中的单桩荷载验算,1 竖直荷载
12、(1)中心荷载,r0 建筑物重要性系数,一级 r0=1.1二级 r0=1.0三级 r0=0.9,假设每个桩的荷载,单桩承载力设计值,G 承台以上总自重,X,Y,三根桩的荷载计算,偏心竖向荷载荷载线性分布假设,（三）假想实体深基础承载力验算,当单独基础 n 9根,条形基础 m 2 行；且Sa 6d 时需要进行这一项验算,(1)中心荷载(2)偏心荷载Wx,Wy假想实体基础断面抵抗矩Mx,My假想基础底面上的力矩,（四）软弱下卧层的验算,1 Sa 6d 时按整体基础,Sa 6d 时 验算单桩原理相同,三 桩基沉降计算一般不计桩身压缩量及桩与土间的相对位移，以假想基础为刚性整体，验算桩端以下土沉降,1
13、.需要进行沉降计算：甲（1）级建筑物的建筑物桩基 对沉降有严格要求的建筑物桩基 体型复杂或桩端以下存在软弱土层的 乙（2）级建筑物桩基2.不需沉降计算的情况 丙（3）级建筑物桩基 s6d 大于桩距6被倍桩径 n9 独立基础的 m2 条基础 某些单层工业厂房桩基,F,l,G,B0,A,计算S=SiS=S e:沉降计算经验系数p168，e等效沉降系数，由于布氏解作用在弹性体表面，现在是作用在弹性体内部。,5.4 桩基础结构设计,桩端持力层 要求桩端进入持力层一定深度，桩端下持力层留有一定厚度承台设计承台埋深要求(1)高承台:由建筑物决定,如 桥(过船),码头,冲刷深度(2)低承台,确定基础埋深 6
14、0 cm 建筑物要求 地质水文 冻胀,2 承台的尺寸和结构,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C15 cm,保护层7cm,2 承台的厚度的确定,主要决定承台的抗冲切和抗剪沿柱边的冲切,一般沿45o斜截面上产生拉裂,锥体破坏,Um 冲切面中点周长冲切系数,ft混凝土抗拉强度,(2)承台角桩冲切验算道理相同,见书上介绍,N1角桩竖向力设计值1x,1y冲切系数,ft混凝土抗拉强度,(3)斜截面的剪切验算,Vx=Qi垂直X方向的斜截面上最大剪力设计值；剪切系数；fc混凝土抗压强度,（4）抗弯验算-混凝土与结构力学,决定配筋,bx,No,承台设计,桩基础的设计步骤,
