桩基础116p学习教程.pptx
软 土 层桩桩Pile：指垂直或者稍倾斜布置于地基中，其断面相：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。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。构的荷载传递到深处的地基上。桩的功能及类型桩的功能及类型第1页/共115页第一节第一节 概述概述一桩的应用桩的应用1 历史十九世纪以前，木桩(1)70008000年前湖上居民,浙江河姆渡(2)30004000年前罗马(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3十九世纪末，现场钻孔桩 (1897,Raymond)第2页/共115页桩的功能桩的功能第3页/共115页新加坡发展银行新加坡发展银行,四墩四墩,每墩直径每墩直径7.3m将荷载传递到下部好土将荷载传递到下部好土层层,承载力高承载力高大直径钻孔桩大直径钻孔桩风化砂岩及粉砂岩风化砂岩及粉砂岩部分风化及不部分风化及不风化泥岩风化泥岩桩的功能桩的功能第4页/共115页新加坡发展银行新加坡发展银行,四墩四墩7.3m第5页/共115页现场灌注现场灌注护坡桩护坡桩造价低造价低桩的功能桩的功能第6页/共115页桩的功能桩的功能第7页/共115页2 2 特点特点优点优点1.将荷载传递到下部好土层将荷载传递到下部好土层,承载力高承载力高2.沉降量小沉降量小3.抗震性能好抗震性能好,穿过液化层穿过液化层4.承受抗拔承受抗拔(抗滑桩抗滑桩)及横向力及横向力(如风载荷如风载荷)5.与其他深基础比较与其他深基础比较,施工造价低施工造价低Downtown HoustonDowntown HoustonSuctionpilesSuctionpiles桩的功能及类型桩的功能及类型第8页/共115页缺点缺点比浅基础造价高比浅基础造价高施工环境影响施工环境影响,预制桩施工噪音预制桩施工噪音,钻孔灌注桩的泥浆钻孔灌注桩的泥浆有地下室时有地下室时,有一定干扰有一定干扰,深基坑中做深基坑中做桩桩桩的功能及类型桩的功能及类型第9页/共115页3 适用条件适用条件(1)水上建筑物水上建筑物(2)深持力层深持力层,高地下水位高地下水位(3)抗震地基抗震地基(4)对沉降非常敏感的建筑对沉降非常敏感的建筑,如精密仪器如精密仪器桩的功能及类型桩的功能及类型第10页/共115页日本阪神地震中发生的桩基础日本阪神地震中发生的桩基础的破坏导致墩倾倒的破坏导致墩倾倒桩的功能及类型桩的功能及类型第11页/共115页二二 桩的分类桩的分类 不同的分类标准不同的分类标准(一一)按承台按承台 承台承台:将几个桩结合起来传递荷载将几个桩结合起来传递荷载(二二)材料材料(三三)形状形状(四四)承载机理承载机理(五五)按尺寸按尺寸(六六)施工方法施工方法软土层桩的功能及类型桩的功能及类型第12页/共115页二二 桩的分类桩的分类(一)按承台 承台承台:将几个桩结合起来传递荷将几个桩结合起来传递荷载载1高承台桩 承台在地面以上,桥桩,码头,栈桥2低承台桩 承台在地面以下,承台本身承担部分荷载软土层桩的功能及类型桩的功能及类型第13页/共115页低承台低承台 桩桩桩的功能及类型桩的功能及类型第14页/共115页高承台桩高承台桩第15页/共115页(二二)按材料按材料 木桩、混凝土、钢筋混凝土、钢管木桩、混凝土、钢筋混凝土、钢管(型钢型钢)桩、复桩、复合桩合桩 钢筋混凝土：普通混凝土、预应力混凝土钢筋混凝土：普通混凝土、预应力混凝土(离心离心预制预制)、高强混凝土、高强混凝土桩的功能及类型桩的功能及类型第16页/共115页(三三)按形状按形状按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节(分叉分叉)桩、扩底桩、支盘桩、微型桩桩、扩底桩、支盘桩、微型桩按横断面：圆形，八边形，十字桩、按横断面：圆形，八边形，十字桩、X X形桩形桩桩的功能及类型桩的功能及类型桩身桩身第17页/共115页桩的功能及类型桩的功能及类型第18页/共115页桩端桩端Dd桩的功能及类型桩的功能及类型第19页/共115页横断面横断面桩的功能及类型桩的功能及类型第20页/共115页(四四)按尺寸按尺寸按断面按断面(直径）的大小：大直径直径）的大小：大直径:d80cm;小直径小直径d 60m（3)长桩长桩 l 10m 短桩短桩 水平变形系数水平变形系数 l 2.5 为刚性短桩为刚性短桩2.5 0.8 m刚性板直径刚性板直径800mm单桩承载力确定单桩承载力确定第70页/共115页二二 确定单桩竖直向承载力的方法确定单桩竖直向承载力的方法1静载荷试验静载荷试验2 其他现场试验方法其他现场试验方法3原位测试和经验方法：原位测试和经验方法：静力触探静力触探 标准贯入试验标准贯入试验 经验公式经验公式单桩承载力确定单桩承载力确定第71页/共115页(1)静力触探静力触探Static Cone Penetration 地基基础设计为丙级的建筑物地基基础设计为丙级的建筑物通过单桥探头得到比贯入阻力通过单桥探头得到比贯入阻力ps单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值为为传感器传感器电缆电缆单桥探头单桥探头qs 桩周土承载力标准值桩周土承载力标准值qp 桩端土承载力标准值桩端土承载力标准值Ap 桩底横截面面积桩底横截面面积up 桩身周长桩身周长li 第第i层土的厚度层土的厚度单桩承载力确定单桩承载力确定第72页/共115页(2)经验公式法经验公式法根据相应的地基规范根据相应的地基规范竖向承载力小节竖向承载力小节 承载机理承载机理 确定方法确定方法单桩承载力确定单桩承载力确定第73页/共115页第四节第四节 桩的抗拔承载力与负摩擦力桩的抗拔承载力与负摩擦力 Pullout strength and negative shaft friction一一单桩的抗拔承载力单桩的抗拔承载力 抗浮桩，冻拔桩抗浮桩，冻拔桩 抗拔桩抗拔桩抗拔桩承载力抗拔桩承载力第74页/共115页1.抗拔承载机理特点抗拔承载机理特点抗拔时，桩周土的应力状态、应抗拔时，桩周土的应力状态、应力路径和土的变形与承压桩不同。力路径和土的变形与承压桩不同。一般抗拔的摩阻力小于抗压的摩一般抗拔的摩阻力小于抗压的摩阻力。阻力。pq破坏线破坏线 Kf承压桩路径承压桩路径抗拔桩路径抗拔桩路径抗拔桩承载力抗拔桩承载力第75页/共115页2.单桩抗拔承载力特征值单桩抗拔承载力特征值Ta1 现场抗拔静载荷试验重要建筑物现场抗拔静载荷试验重要建筑物2 公式非重要建筑物公式非重要建筑物第第i i层土抗拔折减系数层土抗拔折减系数 pipi：砂土砂土0.50.7,粉、粘土粉、粘土0.70.8抗拔桩承载力抗拔桩承载力第76页/共115页Nk Ta G GpNk 相应于荷载效应的标准组合，相应于荷载效应的标准组合，单桩上拔力单桩上拔力 Gp 为桩的自重为桩的自重,水下为浮重水下为浮重 G 永久荷载的分项系数永久荷载的分项系数单桩的抗拔验算单桩的抗拔验算抗拔桩承载力抗拔桩承载力第77页/共115页1 负摩擦的产生负摩擦的产生(1)桩周附近地面大面积堆载桩周附近地面大面积堆载(2)大面积降低地下水位大面积降低地下水位(3)欠固结土欠固结土,新填土新填土(4)湿陷性黄土遇水湿陷湿陷性黄土遇水湿陷(5)砂土液化、冻土融陷砂土液化、冻土融陷正摩阻正摩阻负摩阻负摩阻二二 桩的负摩阻力桩的负摩阻力桩相对桩相对土向下土向下土相对土相对桩向下桩向下2 负摩擦力的确定负摩擦力的确定,成为荷成为荷载载下部为岩石的端承桩下部为岩石的端承桩,可能可能全桩为负阻力全桩为负阻力,桩的负摩阻力桩的负摩阻力第78页/共115页lnNegative-+摩阻力摩阻力轴向力轴向力N桩桩顶顶位位移移 S Sp p对于一般桩对于一般桩,因为桩土都有变形因为桩土都有变形,视二者的相对位移量和方向视二者的相对位移量和方向桩桩身身压压缩缩 S Sc c土土的的位位移移 S Se e负摩擦区负摩擦区正摩擦区正摩擦区l桩的负摩阻力桩的负摩阻力第79页/共115页 负摩阻力的计算：负摩阻力的计算：对于砂类土，也可以按下式估算负摩阻力标准值：对于砂类土，也可以按下式估算负摩阻力标准值：桩的负摩阻力桩的负摩阻力第80页/共115页 避免负摩阻力的措施：避免负摩阻力的措施：1 1、对于预制桩和钢桩，桩身上涂敷一层具有相当粘度的沥青滑动层；、对于预制桩和钢桩，桩身上涂敷一层具有相当粘度的沥青滑动层；2 2、对于灌注桩，在浇筑混凝土之前在孔壁铺设塑料膜或用高稠度膨润土、对于灌注桩，在浇筑混凝土之前在孔壁铺设塑料膜或用高稠度膨润土泥浆，在桩壁形成滑动层。泥浆，在桩壁形成滑动层。3 3、调整施工顺寻，采取措施减小建筑物使用后的桩土相对位移，也是减小、调整施工顺寻，采取措施减小建筑物使用后的桩土相对位移，也是减小负摩阻力的有效方法。负摩阻力的有效方法。桩的负摩阻力桩的负摩阻力第81页/共115页第五节第五节 桩基在水平荷载下的承载力桩基在水平荷载下的承载力风荷载风荷载吊车制动荷载吊车制动荷载地震荷载地震荷载风荷载风荷载水平承载桩水平承载桩第82页/共115页1 水平承载机理水平承载机理桩土的相互作用桩土的相互作用承载力大小取决于：土性、桩长和桩断面刚度和桩的约束条件。承载力大小取决于：土性、桩长和桩断面刚度和桩的约束条件。l水平承载桩水平承载桩第83页/共115页2.横向受力桩的承载力确定横向受力桩的承载力确定静力载荷试验静力载荷试验 RH为设计值为设计值,Hu为横向极限荷载为横向极限荷载 H 为抗力分项系数为抗力分项系数理论公式计算理论公式计算 弹性地基梁挠度方程弹性地基梁挠度方程 kh 水平抗力系数水平抗力系数 常数法、常数法、m法、法、k法、法、c法法水平承载桩水平承载桩第84页/共115页常数法m法k法C法kh 抗力系数抗力系数桩的位移水平承载桩水平承载桩第85页/共115页不同荷载作用下桩的承载力小结不同荷载作用下桩的承载力小结竖向承压桩承载力竖向承压桩承载力=摩阻力摩阻力+端阻力端阻力 摩阻力摩阻力-土性，深度（临界深度），入桩方式，桩土相对位移土性，深度（临界深度），入桩方式，桩土相对位移 端阻力端阻力-土性，深度（临界深度）土性，深度（临界深度），入桩方式，入桩方式 确定单桩承载力的方法确定单桩承载力的方法抗拔桩及负摩擦力抗拔桩及负摩擦力水平荷载作用下水平荷载作用下桩的承载力桩的承载力水平承载桩水平承载桩第86页/共115页F 第六节第六节 桩基沉降计算桩基沉降计算多数桩基需要进行沉降验算多数桩基需要进行沉降验算荷载采用准永久组合荷载采用准永久组合基本假设：单向压缩、均质基本假设：单向压缩、均质各向同性和弹性假设的分层各向同性和弹性假设的分层总和法总和法方法：假想实体基础法布方法：假想实体基础法布氏解；明德林（氏解；明德林（Mindlin)方法方法第87页/共115页F l G b0A一 实体深基础法实体深基础法（一）荷载扩散法（一）荷载扩散法a0、b0 群桩外缘长短边的长度群桩外缘长短边的长度l 桩的入土深度桩的入土深度 所有土层内摩擦角平均值所有土层内摩擦角平均值G 扩散后面积上的重量扩散后面积上的重量(矩形矩形)p0第88页/共115页如果忽略桩身如果忽略桩身l长度部分在入桩前后重量的变长度部分在入桩前后重量的变化化a、b 承台的长度和宽度承台的长度和宽度 所有土层内摩擦角平均值所有土层内摩擦角平均值pc0 承台底面处地基土自重应力承台底面处地基土自重应力Gk 承台和承台以上土的重量承台和承台以上土的重量(矩形矩形)F l G b0Ap0第89页/共115页s 桩基最终计算沉降量桩基最终计算沉降量n 计算分层数计算分层数Esi 压缩模量压缩模量 pi 第第i层土的竖向附加应力平层土的竖向附加应力平均值均值 p 沉降计算经验系数沉降计算经验系数按照扩散后的面积进行分层总和法计算沉按照扩散后的面积进行分层总和法计算沉降降F l G b0Ap0第90页/共115页F l G b0A一 实体深基础法实体深基础法（二）扣除桩群侧壁摩阻力法（二）扣除桩群侧壁摩阻力法hi 桩身穿越第桩身穿越第i层土层厚度层土层厚度l 桩的入土深度桩的入土深度qsia 第第i层土侧阻力特征值层土侧阻力特征值Gk 承台和承台以上土的重量承台和承台以上土的重量按照前面的分层总和法计算沉降按照前面的分层总和法计算沉降p0第91页/共115页l Q二二 明德林盖得斯应力计算明德林盖得斯应力计算pi 第第i层土层中点处的附加应力层土层中点处的附加应力m 桩数桩数 zp,k 第第k根桩端荷载产生的附加应力根桩端荷载产生的附加应力 zs,k 第第k根桩侧荷载产生的附加应力根桩侧荷载产生的附加应力Q(1)Qi第92页/共115页第七节第七节 桩基础设计桩基础设计一一 群桩与群桩效应群桩与群桩效应二二 群桩设计群桩设计问题问题单桩承载力加单桩承载力加起来等于群桩起来等于群桩承载力？承载力？实际工程中桩基础是由多根实际工程中桩基础是由多根桩组成，上部由承台连接。桩组成，上部由承台连接。由三根和三根以上的桩组成由三根和三根以上的桩组成的桩基础称为群桩基础的桩基础称为群桩基础作用：作用：1 加强土，加强土，2 将荷载将荷载传递到更深土层中传递到更深土层中第93页/共115页一一 群桩与群桩效应群桩与群桩效应Pile group and group efficiency岩石土压力扩散深度压力扩散深度 6d第94页/共115页一一 群桩与群桩效应群桩与群桩效应1 预制桩沉桩预制桩沉桩 砂土砂土,非饱和土和一般粘性土非饱和土和一般粘性土,填土有挤密作用填土有挤密作用,使承载力增加使承载力增加饱和粘土饱和粘土,超静孔压积累超静孔压积累,地面上浮地面上浮,先入桩上浮先入桩上浮,土层扰动土层扰动,使承载力降低使承载力降低2 应力叠加应力叠加 桩底应力增加桩底应力增加,使承载力不足使承载力不足;总的沉降增加总的沉降增加3 桩之间互相调节桩之间互相调节 个别桩承载力低总体上可互补个别桩承载力低总体上可互补;个别桩受荷个别桩受荷,其他桩帮助传递荷载其他桩帮助传递荷载4 承台可部分承受荷载承台可部分承受荷载第95页/共115页应力叠加应力叠加 桩底应力增加桩底应力增加,侧阻发挥程度降低，侧阻发挥程度降低，端阻发挥程度提高端阻发挥程度提高;总的沉降增加总的沉降增加第96页/共115页关于承台承载力问题关于承台承载力问题承台可以承担荷载，最高达承台可以承担荷载，最高达3030刚性承台下各桩承担的荷载不同刚性承台下各桩承担的荷载不同在动力荷载下在动力荷载下(铁路桥梁铁路桥梁););负摩擦力负摩擦力(地面下沉地面下沉););端承桩情况下不考虑承台承载力端承桩情况下不考虑承台承载力各桩承担的竖向力各桩承担的竖向力第97页/共115页群桩效应与很多因素相关。可以用群桩效应系数估计群桩效应与很多因素相关。可以用群桩效应系数估计对于砂土、长桩和大间距条件下对于砂土、长桩和大间距条件下 1.0,工程设计中常取工程设计中常取 1.0 =群桩承载力群桩承载力群桩中各单桩承载力之和群桩中各单桩承载力之和第98页/共115页二二 桩基础设计桩基础设计1.桩基础设计步骤桩基础设计步骤2.群桩中的单桩承载力群桩中的单桩承载力3.承台设计承台设计第99页/共115页桩桩基基础础的的设设计计步步骤骤No结构、地质和环境资料结构、地质和环境资料桩型、桩长、断面桩型、桩长、断面桩数和布置桩数和布置验算单桩承载力验算单桩承载力桩基沉降验算桩基沉降验算承台与桩身设计计算承台与桩身设计计算设计结束设计结束单桩承载力特征值单桩承载力特征值RaNo荷载、持力层、相邻建筑荷载、持力层、相邻建筑根据施工条件决定桩型根据施工条件决定桩型根据持力层深度确定桩长根据持力层深度确定桩长根据荷载大小决定桩截面根据荷载大小决定桩截面桩端进入持力层深度：桩端进入持力层深度：13d，进入较好岩体，进入较好岩体0.5m。桩端。桩端下持力层厚度下持力层厚度 4d。根据第二节的方法确定单桩承根据第二节的方法确定单桩承载力特征值载力特征值1单桩的静载荷试验单桩的静载荷试验2 其他现场试验其他现场试验3原位测试原位测试4 经验方法经验方法初估桩数初估桩数nFk 竖向荷载效应的标准组合竖向荷载效应的标准组合Gk 设计地面下承台底面以上设计地面下承台底面以上结构和土的自重，容重用结构和土的自重，容重用20kN/m3桩距桩距 摩擦桩一般摩擦桩一般3d扩底灌注桩扩底灌注桩扩底直径的扩底直径的1.5倍倍群桩承载力合力作用点与长期群桩承载力合力作用点与长期荷载的重心重合荷载的重心重合承载力验算采用正常使用极限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常使用极限状态下荷载效应的基本组合基本组合承台尺寸、厚度承台尺寸、厚度承台的抗冲切、抗弯、抗剪验承台的抗冲切、抗弯、抗剪验算算钢筋混凝土桩的配筋等设计钢筋混凝土桩的配筋等设计第100页/共115页2 2 群桩基础中的单桩承载力验算群桩基础中的单桩承载力验算中心竖直荷载实实际际分分布布假设的分布假设的分布F假设每个桩的荷载相同假设每个桩的荷载相同G Gk k 承台以上总自重承台以上总自重n n 桩数桩数G第101页/共115页偏心竖向荷载偏心竖向荷载荷载线性分布假设荷载线性分布假设Yx7y7Qik 第第i i根桩底竖向力根桩底竖向力Mxk，Myk 作用于承台底作用于承台底面通过桩群形心的面通过桩群形心的x，y轴的力矩轴的力矩MyMx987216345X第102页/共115页3 承台的设计计算承台的设计计算 独立承台、条形承台梁，筏板承台和箱形承独立承台、条形承台梁，筏板承台和箱形承台台承台的埋置深度一般与浅基础相同，主要由承台的埋置深度一般与浅基础相同，主要由建筑物结构设计和环境条件决定建筑物结构设计和环境条件决定对于承台应进行抗弯、抗冲切和抗剪计算对于承台应进行抗弯、抗冲切和抗剪计算第103页/共115页3 承台的设计计算承台的设计计算构造基本要求构造基本要求 形状形状 方方,矩型矩型,三角形三角形,多边形多边形,圆形圆形最小宽度最小宽度 50 cm最小厚度最小厚度 30 cm桩外缘距离桩外缘距离承台边承台边 15 cm 边桩中心距离边桩中心距离承台边承台边 1.0D桩嵌入桩嵌入承台承台 大桩横向荷载大桩横向荷载 10 cm,小桩小桩 5 cm,钢筋伸入钢筋伸入承台承台30d 混凝土标号混凝土标号 C20 cm,保护层保护层7cm配筋要求配筋要求 1.0d 15cm5、10 cm承台承台第104页/共115页(1)承台的抗弯计算承台的抗弯计算 如果承台厚度较小，配筋量不足，承台可能如果承台厚度较小，配筋量不足，承台可能发生弯曲破坏。发生弯曲破坏。XXYYxiyixy1）多桩矩形承台）多桩矩形承台计算截面在柱边和计算截面在柱边和承台截面变化处承台截面变化处Mx=NiyiMy=Nixi第105页/共115页h0h0XXYYNixiyi1）多桩矩形承台）多桩矩形承台Mx=NiyiMy=Nixi第106页/共115页(1)承台的抗弯计算承台的抗弯计算 2）三桩三角形承台三桩三角形承台与矩形承台类似与矩形承台类似Mx=NiyiMy=NixiXXYYxiyixy第107页/共115页(2)柱下桩基独立承台的冲切计算柱下桩基独立承台的冲切计算板式承台的厚度主要由冲切计算决定。两种破坏形式板式承台的厚度主要由冲切计算决定。两种破坏形式柱对承台的冲切，由柱边沿或者变阶处形成一个柱对承台的冲切，由柱边沿或者变阶处形成一个 45o的冲切锥体的冲切锥体角桩处形成一个倒冲切锥体角桩处形成一个倒冲切锥体QQFQFQQQ第108页/共115页1)柱对承台的冲切柱对承台的冲切沿柱边或者变阶面的冲切沿柱边或者变阶面的冲切,一般沿大约一般沿大约4545o o斜截斜截面上产生拉裂面上产生拉裂,锥体破坏锥体破坏h0 冲切锥体的有效高度冲切锥体的有效高度 0 x、0y 冲切系数冲切系数,ft 混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度a0 x、a0y 柱边或变阶处至相柱边或变阶处至相应桩边的水平距离应桩边的水平距离 hp 截面高度影响系数截面高度影响系数F45oh0第109页/共115页2)2)承台角桩冲切验算承台角桩冲切验算道理相同道理相同,见书上介绍见书上介绍Nl 角桩竖向力设计值角桩竖向力设计值F F 4545o oh h0 0aixaiyc1c2第110页/共115页3)三桩三角形承台冲切计算三桩三角形承台冲切计算底部角桩底部角桩a11xy12c1c2a12顶部角桩顶部角桩第111页/共115页(3)(3)斜截面的剪切验算斜截面的剪切验算a ax xh h0 0V 扣除承台及其上土自重后斜截扣除承台及其上土自重后斜截面上最大剪力设计值；面上最大剪力设计值；b剪切系数剪切系数 hs 高度影响系数高度影响系数bx第112页/共115页XY三根桩的荷载计算三根桩的荷载计算MyMx第113页/共115页3.4 桩基础结构设计桩基础结构设计一桩端持力层桩端持力层 要求桩端进入持力层一定深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度，桩端下持力层留有一定厚度二承台设计承台设计1承台埋深要求承台埋深要求 (1)高承台高承台:由建筑物决定由建筑物决定,如如 桥桥(过船过船),码头码头,冲刷深度冲刷深度 (2)低承台低承台,确定基础埋深确定基础埋深 60 cm 建筑物要求建筑物要求 地质水文地质水文 冻胀冻胀粘土粘土 2d砂土砂土 1.5d碎石碎石 1.0d 4d第114页/共115页感谢您的观看！第115页/共115页
