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1、8.1 概述8.2 竖向荷载下单桩受力性状8.3 桩基竖向承载力计算8.4 桩基沉降计算8.5 桩基水平承载力8.6 桩身受压承载力与抗裂计算8.7 承台设计计算8.8 桩基础设计与应用举例,第8章 桩基础,8.1 概述,8.1.1桩基础概念和作用,桩基础又称桩基，是一种深基础，它是由延伸到地层深部的基桩和连结桩顶的承台组成。桩基可以承受竖向荷载，也可以承受横向荷载。,a）低承台桩基 b）高承台桩基 c）水平受荷桩基图8-1 桩基础示意图,基桩：指群桩基础中的单桩。复合基桩：指单桩及其对应面积的承台底地基土组成复合承载基桩。桩基础功能是通过桩身侧壁摩阻力和桩端阻力将上部结构的荷载传递到深处的地
2、基上。上海浦东88层高420.5 m的金贸大厦，桩基础的桩入土深度超过80 m。事实上，桩基础已经成为松软深厚地基上高层建筑的主要基础形式。,1893年美国芝加哥人工挖孔桩的问世。挖孔桩问世约50年后，随着大功率钻孔机具研制成功，钻孔灌注桩也首先在美国问世。,现在:木桩、钢筋混凝土预制桩、钻孔灌注桩、钢板桩；常压灌注混凝土桩、高压灌注桩、超流态混凝土桩等。,发展概况：5000年的发展历史。,1、用于荷载大且对地基沉降要求严格的高层建筑基础；2、道路、铁路、轨道交通等桥梁工程基础3、基坑护坡工程桩墙；4、工业场房基础；5、油罐、烟囱、塔楼等特殊建筑物基础；6、抗震工程、滑坡治理工程；7、基础托换
3、工程；8、精密机械设备基础；9、复合地基箱桩基础等其它工程。,8.1.2 桩基础的应用范围,桩基可应用于各种工程地质条件和各种类型的建筑工程，尤其适用于建造在软弱地基上高层、重型建（构）筑物。,桩基础主要用于高层建筑基础；道路、铁路、轨道交通等桥梁工程基础；工业场房基础，精密机械设备基础；油罐、烟囱、塔楼等特殊建筑物基础；抗震工程、滑坡治理工程，基础托换工程等工程领域。,桩基作为深基础具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、沉降速率低而收敛快等特性。,桩基础缺点：桩基础工程造价较高；桩基础的施工比一般浅基础复杂（但比沉井、沉箱等深基础简单）；以打入等方式沉桩存在振动及噪音等环境问题；泥浆护壁钻
4、孔灌注桩对场地环境卫生带来影响。,现场灌注护坡桩造价低,软 土 层,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,8.1.3 桩基础的分类,1按承载性状分类,根据摩阻力和端阻力占外荷载的比例大小将桩基分为摩擦型桩（纯摩擦桩、端承摩擦桩）和端承型桩（纯端承桩、摩擦端承桩）两大类。,a）摩擦型桩 b）端承型桩图8-2 桩的承载性状,1）纯摩擦桩。在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩侧阻力承受，桩端阻力忽略不计。例如，桩底残留虚土或沉渣的灌注桩；桩端脱空的打入桩等。2）端承摩擦桩。在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由桩侧阻力承受，桩端阻力占少量比例。例如，置于软塑状态粘土中的长桩
5、。,3）端承桩。在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受。当桩的长径比较小(小于10)，桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中、微风化及新鲜基岩中时，桩侧阻力可忽略不计，属端承桩。4）摩擦端承桩。在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由桩端阻力承受。通常桩端进入中密以上的砂类、碎石类土层中或位于中、微风化及新鲜基岩顶面。这类桩的侧阻力虽属次要，但不可忽略。,2按成桩方式分类,1）非挤土桩。干作业挖孔桩，泥浆护壁钻（冲）孔桩，套管护壁灌注桩，这类在成桩过程中基本上对桩相邻土不产生挤土效应的桩。2）部分挤土桩。当挤土桩无法施工时，可采用预钻小孔后打较大直径预制或灌注桩的施工方法；或打入部分敞口桩，如
6、部分挤土沉管灌注桩，预钻孔打入式预制桩，打入式敞口桩等。3）挤土桩。打入式预制桩或沉管灌注桩，在成桩过程中，桩周围土被压密或挤开，使周围土层受到严重挠动，土的原始结构会遭到破坏。,3按桩径大小分类,8.1.4 常用桩的类型及其适用性,1预制钢筋混凝土桩,1）制造质量高、耐久性好；承载力较高且易于保证。2）钢筋配筋量大、打桩荷载可能比桩身承载能力大。3）打桩噪音大、挤土量大、桩径小，地层及桩长受限。4）接桩难度大。钢板焊接法、法兰盘法及硫磺胶泥浆锚法等。预制桩根据沉桩方法可分为锤击桩、振动沉桩及静压桩等。锤击桩沉桩的实际深度应根据桩位处桩端土层的深度而确定。施工时以最后贯入度和桩尖设计标高两方面
7、控制。最后贯入度系指沉至某标高时，每次锤击的沉入量，通常以最后每阵的平均贯入量表示。静压桩的施工参数是不同深度的压桩力。,离心预应力预制钢筋混凝土,静压桩机,柴油打桩机,它包括各种钻孔灌注桩、振动沉管灌注桩和干作业法（螺旋钻、钻斗及人工挖孔等）。（1）适合各类地层成桩，钻孔桩的桩长、桩径不受限，但沉管桩因挤土量大桩长、桩径将受到一定限制；（2）没有接桩的问题，桩的耐久性好；（3）桩身配筋比钢筋混凝土预制桩少，单桩承载力高；（4）可实施扩底或支盘，以增大单桩的竖向承载力；（5）对于水下导管法灌注桩，混凝土灌注工艺及操作技术较复杂。,2钻（冲）孔灌注桩,如需要提高单桩承载力，可采用扩底桩，即在钻机
8、成孔后，撑开钻头的扩孔刀刃使之旋转切土扩大桩孔，浇灌混凝土后在底端形成扩大桩端，但扩底直径不宜大于3倍桩身直径。,a）施工流程 b）导管法灌注混凝土 泥浆护壁钻孔灌注桩施工工艺,沉管灌注桩:,a）桩机就位；b）沉管；c）灌注混凝土；d）拔管振动；e）下钢筋笼；f）灌注成桩,粘性土,砂性土,螺旋钻孔灌注桩,螺旋钻,钻扩桩,碎石,混凝土,钢筋笼,内夯式扩底桩200kN钢锤,挤扩桩（支盘桩）,爆破扩底桩,3挖孔灌注桩,挖孔桩可采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达所需深度后再进行扩孔、安装钢筋笼及浇灌混凝土而成。挖孔桩内径800mm，开挖直径1000mm，护壁厚度100mm，分节支护，每节高5
9、001000mm。可用混凝土浇注或砖砌筑，桩身长度宜限制在30m以内。挖孔桩桩底常做成扩大头型。,挖孔桩的护壁方法及适用土质条件如下：1）混凝土捣制井圈法。适用于比较硬或松散的土层均可。2）喷射混凝土护壁法。适用于比较硬的粘性土、粉土均可。3）钢套管法。适用于淤泥质土层。4）砖砌法。适用于比较硬的土层。5）钢筋笼骨架法。适用于比较硬的土层。,桩端,挖孔桩,UK英国,1.0-3.0 m,0.6-0.9 m,4.后注浆法灌注桩,（1）后注浆法灌注桩的作用机理,后注浆法灌注桩：在成孔（螺旋钻、旋挖钻、冲击、振动沉管等）、下入钢筋笼及高压注浆系统、灌注混凝土成桩后，向桩体（桩端、桩侧）进行高压注浆作业
10、，实现浆液对桩端（或桩侧）土体的渗透、填充、压密和固结的作用，提高单桩的承载能力，并有效控制桩基的沉降深度。中国建筑科学研究院地基所试验得出：对于细粒土地基，后注浆桩与常规灌注桩相比，其单桩竖向极限承载力可提高20%70%；对于粗粒土，提高幅度则达到40%120%。,1）桩侧后注浆的作用机理 有效消除泥皮对桩周侧阻力的影响作用。通过高压注浆的二次压密作用，可形成强度较高、半径较大的水泥土固结体，相当于增加了灌注桩的横截面尺寸。通过渗透、劈裂、挤密、填充、固结等综合作用，扩大了桩身与桩周土体之间相互作用的界限，从而较大幅度提高了桩侧摩阻力值，可提高23倍，中粗砂、粉细砂及粘性土地区，桩侧摩阻力值
11、增加幅度较大。,2）桩端后注浆的作用机理 采用桩端后注浆的灌注桩，其桩端承载力极限值可提高24倍。高压水泥浆液进入桩端后，将桩底业已疏松的沉渣土体和桩体被离析的部分混凝土残渣进行充分置换、充填、密实和固结，形成强度较高的水泥土复合体。桩端土体受压产生较大压缩变形，形成水泥土结石体“扩大头”，增大了桩端受力面积，或者水泥浆液渗入地层中固结形成“树根桩”作用。桩身混凝土会在注浆过程中得到进一步的密实，并会消除混凝土内部在灌注时已经形成的一些气泡，提高其抗压强度。,（2）后注浆法主要技术参数,1）浆液水灰比 泥浆护壁灌注桩：0.450.65，根据土的密实度、强度确定；密实度和强度较高者取较大值；干作
12、业灌注桩：0.70.9，松散砂砾0.50.6。,2）注浆量计算,（8-1）,3）流量 注浆时，浆液流量不宜超过75L/min。4）注浆终止压力 桩端注浆终止压力根据土性、注浆点深度而定。风化岩，非饱和黏土、粉土，宜为 310MPa。饱和土1.24 MPa，软土取低值。桩侧注浆终止压力为桩端注浆的1/2左右。,（3）注浆管路布置,图8-4桩端注浆管布置1.浆液逆止阀；2.注浆管；3.桩身砼；4.喷浆孔；5.桩底碎石,1）桩端注浆管路布置,2）桩侧注浆管路布置,（4）注浆顺序及施工工艺流程,8.1.5桩基础施工质量要求,灌注桩易出现缩颈、夹泥、断桩或沉渣过厚等质量缺陷，影响桩身结构完整性和单桩承载
13、力，必须进行施工质量检测。,动测法又分为低应变动测法和高应变动测法，低应变动测法有球击频率分析法、共振法、机械阻抗法、水电效应法和动力参数法等，主要用于检测桩身完整性。高应变动测法主要有波动方程法、锤贯法、波形拟合法、动力打桩公式法、CASE法、TNO法等，用于检测基桩的竖向抗压承载力和桩身完整性。,8.2 竖向荷载下单桩受力性状,8.2.1 桩土体系的荷载传递机理,1）桩身上部先受到压缩，并产生相对于土体的向下位移，而桩侧表面将受到桩周土体的向上摩阻力。2）随荷载逐步增大，桩身的压缩变形与桩侧摩阻力，将由桩顶向下逐渐扩展或延深；桩身截面上的荷载、变形与侧摩阻力均随桩深度而递减，存在位移零点，
14、零点以下无荷载（或称内力）、变形与侧摩阻力。3）荷载继续增大，零点下移直至桩底端，即桩身下部摩阻力得以发挥；但某一断面处存在极值，极值点之下，摩阻力将逐步变小。4）当桩端产生压缩位移时，桩端阻力才发生作用，并随变形加大而增大；此时，桩侧摩阻力将进一步发挥，并随桩身位移变化而重新分布。5）当桩身侧摩阻力全部发挥出来后，再增加荷载，荷载增量将全部由桩端阻力来承担；荷载加大会使桩底端下移，桩底土体压缩过大或发生塑性挤出。,8.2.2 竖向荷载下单桩内力、侧摩阻力和位移的分布,a)轴向受压的桩 b)截面位移 c)摩阻力分布 d)轴力分布图8-5桩土体系荷载传递,桩土体系荷载传递过程的基本微分方程：,8.2.3 荷载传递性状的影响因素,8.2.4 桩端阻和桩侧阻的深度效应,端阻临界深度,1.桩侧阻的深度效应,8.1 概述,本次课小结：,8.1.1桩基础概念和作用8.1.2桩基础的应用范围8.1.3桩基础的分类8.1.4常用桩的类型及其适用性 1预制钢筋混凝土桩 2钻（冲）孔灌注桩 3挖孔灌注桩 4.后注浆法灌注桩8.1.5桩基础施工质量要求,8.2 竖向荷载下单桩受力性状,8.2.1 桩土体系的荷载传递机理8.2.2 竖向荷载下单桩内力、侧摩阻力和位移的分布8.2.3 荷载传递性状的影响因素8.2.4 桩端阻和桩侧阻的深度效应,
