土力学课件第7章桩基础.ppt

第七章第七章 桩基础和其他深基础桩基础和其他深基础 主主 要要 内内 容容桩的类型桩的类型单桩承载力的确定单桩承载力的确定群桩承载力群桩承载力桩基础设计计算桩基础设计计算其他深基础简介其他深基础简介软软 土土 层层桩桩PilePile：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。二二.桩的应用历史桩的应用历史1.十九世纪以前，十九世纪以前，木桩木桩(1)7000-8000年前湖上居民年前湖上居民（浙江河姆渡）浙江河姆渡）(2)3000-4000年前罗马年前罗马(3)古代建塔古代建塔（上海龙华塔，公元（上海龙华塔，公元977年）年）2.十九世纪开始，十九世纪开始，铸铁管桩铸铁管桩1824年波特兰水泥，蒸汽动力年波特兰水泥，蒸汽动力3.十九世纪末，十九世纪末，现场钻孔桩现场钻孔桩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7.3m7.3m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部分风化及不风化泥岩不风化泥岩新加坡发展银行新加坡发展银行,四墩四墩7.3m二、特点二、特点优点优点1.1.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2.2.沉降量小沉降量小3.3.抗震性能好抗震性能好,穿过液化穿过液化层层4.4.承受抗拔承受抗拔(抗滑桩抗滑桩)及横及横向力向力(如风载荷如风载荷)5.5.与其他深基础比较与其他深基础比较,施施工造价低工造价低缺点缺点1.1.比浅基础造价高比浅基础造价高2.2.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3.3.有地下室时有地下室时,有一有一定干扰定干扰,深基坑中深基坑中做桩做桩三、适用条件三、适用条件(1)(1)水上建筑物水上建筑物(2)(2)深持力层深持力层,高地下水位高地下水位(3)(3)抗震地基抗震地基(4)(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不同的分类标准不同的分类标准(一一)按桩的传力方式按桩的传力方式 (二二)按设置桩的施工方法按设置桩的施工方法软土层软土层第一节第一节 桩的类型桩的类型横向受荷桩横向受荷桩竖向受荷桩竖向受荷桩主动桩主动桩被动桩被动桩摩擦桩摩擦桩端承桩端承桩侧阻侧阻端阻端阻(一一)按桩的传力方式分类按桩的传力方式分类端承桩端承桩摩擦桩摩擦桩端承桩端承桩 ：主要由桩端承受极限荷载主要由桩端承受极限荷载,桩不长桩不长,桩端土坚硬桩端土坚硬摩擦桩摩擦桩 ：主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载,桩长桩长,深深侧阻侧阻端阻端阻主动桩：（桩挤土）（桩挤土）桩顶受横向荷载作用，桩身轴线偏桩顶受横向荷载作用，桩身轴线偏离初始位置，桩身所受土压力因桩主动变位而产生。离初始位置，桩身所受土压力因桩主动变位而产生。如：风如：风力、地震力、车辆制动力等作用下的建筑物桩基。力、地震力、车辆制动力等作用下的建筑物桩基。被动桩：（土挤桩）（土挤桩）桩的变位由于被动受到土的压力作桩的变位由于被动受到土的压力作用而造成。如：深基坑支挡桩、坡体抗滑桩、堤岸护桩等均属用而造成。如：深基坑支挡桩、坡体抗滑桩、堤岸护桩等均属于被动桩。于被动桩。(二二)按设置桩的施工方法分类按设置桩的施工方法分类1.1.打入桩打入桩 混凝土预制桩混凝土预制桩 钢桩钢桩 木桩木桩2.2.灌注桩灌注桩 钻孔（冲孔）灌注桩钻孔（冲孔）灌注桩 沉管灌注桩沉管灌注桩 人工挖孔桩人工挖孔桩离心预应力预制钢筋混凝土管桩离心预应力预制钢筋混凝土管桩基桩基桩打入桩：打入桩：通过锤击（或以高压射水辅助）将各种预制好的通过锤击（或以高压射水辅助）将各种预制好的桩打入地基内达到所需要的深度桩打入地基内达到所需要的深度 适用：适用：（1 1）桩径较小）桩径较小 （2 2）砂性土、塑）砂性土、塑性土、粉土、细性土、粉土、细砂以及松散的不砂以及松散的不含大卵石或漂石含大卵石或漂石的碎卵石类土的碎卵石类土桩锤桩锤振动锤振动锤振动法沉桩振动法沉桩 是将大是将大功率的振动打桩机安装在功率的振动打桩机安装在桩顶（预制的钢筋混凝土桩顶（预制的钢筋混凝土桩或钢管桩），利用振动桩或钢管桩），利用振动力以减少土对桩的阻力，力以减少土对桩的阻力，使桩沉入土中。使桩沉入土中。桩桩适用：适用：较大桩径，土的抗较大桩径，土的抗剪强度受振动时有较大降低剪强度受振动时有较大降低的砂土等地基。的砂土等地基。振动沉桩振动沉桩静压桩静压桩 通过静力通过静力压桩机的压桩机构压桩机的压桩机构以压桩机自重和机以压桩机自重和机架上的配重提供反架上的配重提供反力而将桩压入土中力而将桩压入土中的沉桩工艺。的沉桩工艺。适用：适用：软土地区，特别是在不软土地区，特别是在不允许有强烈振动允许有强烈振动的情况的情况静力压桩挖挖孔孔桩桩：依依靠靠人人工工（用用部部分分机机械械配配合合）在在地地基基中中挖挖出出桩桩孔孔，然然后后与与钻钻孔孔桩桩一一样样灌灌注注混混凝凝土土而而成成的的桩桩称称为挖孔灌注桩。为挖孔灌注桩。适用：适用：无水或少水的较密实的无水或少水的较密实的各类土层各类土层钻孔桩钻孔桩钻钻孔孔桩桩：用用钻钻孔孔机机具具在在土土中中钻钻进进，边边破破碎碎土土体体边边出出渣渣而而成成孔孔，然然后后放放入入钢钢筋筋笼笼灌灌注注混凝土形成的桩。混凝土形成的桩。适适用用：各各类类砂砂性性土土、粘粘性性土土、碎碎石石、卵卵石石及及岩岩层层。不不适适用用于于淤淤泥泥及及流流砂砂或或承承压压水水地地基。基。螺旋钻孔桩螺旋钻孔桩沉沉管管灌灌注注桩桩：用用锤锤击击或或振振动动的的方方法法将将钢钢套套管管沉沉入入土土中中成成孔孔，然然后后放放入入钢钢筋筋笼笼，边边灌灌注注混混凝凝土土边边拔拔套套管管形成的桩。形成的桩。适适用用：砂砂性性土土、粘粘性性土、砂土地基。土、砂土地基。沉管灌注桩沉管灌注桩缺点：缺点：易产生缩颈、断桩、局部夹土、混凝土离析等质量易产生缩颈、断桩、局部夹土、混凝土离析等质量 事故。事故。优点：优点：由于采用了套管，可避免流砂、坍孔的危害和由泥由于采用了套管，可避免流砂、坍孔的危害和由泥浆护壁所带来的排渣等弊病浆护壁所带来的排渣等弊病沉管灌注桩沉管灌注桩接桩接桩人工挖孔桩人工挖孔桩 人工挖孔扩孔桩人工挖孔扩孔桩（芝加哥法）（芝加哥法）爆破扩底桩爆破扩底桩lQpQ单桩承载力单桩承载力单桩竖向承载力单桩竖向承载力单桩水平承载力单桩水平承载力Qs第二节第二节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定一、单桩竖向承载力一、单桩竖向承载力1.1.单桩竖向荷载的传递单桩竖向荷载的传递对于摩擦为主的桩对于摩擦为主的桩摩阻力所需位移很小摩阻力所需位移很小端阻力需要较大位移端阻力需要较大位移;不同阶段二者分担比不同不同阶段二者分担比不同Q/kNQsQpQS/mmQ Qs s 桩侧摩阻力桩侧摩阻力Q Qp p 桩端阻力桩端阻力QsQpQ桩顶受竖向荷载作桩顶受竖向荷载作用，桩身上部产生用，桩身上部产生压缩，桩相对于土压缩，桩相对于土发生向下位移，发生向下位移，桩桩侧表面就会受到土侧表面就会受到土的向上摩阻力的向上摩阻力随着荷载增加，随着荷载增加，桩身压缩量和位桩身压缩量和位移量移量h，桩底土，桩底土层也因受到压缩层也因受到压缩而产生桩端阻力而产生桩端阻力桩端土层的压缩桩端土层的压缩加大桩土相对位加大桩土相对位移，使桩身摩阻移，使桩身摩阻力进一步发挥到力进一步发挥到极限值极限值荷载继续增加，荷载继续增加，其增量全部由桩其增量全部由桩端阻力承担。直端阻力承担。直至桩端阻力达到至桩端阻力达到极限，位移迅速极限，位移迅速增大而破坏。增大而破坏。d dpsQd dpsppQpsuppuQUd dpsuppQ承载能力承载能力极限状态极限状态1.1.单桩竖向荷载的传递单桩竖向荷载的传递 负摩擦的产生负摩擦的产生(1)(1)桩周附近地面大面积堆载桩周附近地面大面积堆载(2)(2)大面积降低地下水位大面积降低地下水位(3)(3)欠固结土欠固结土,新填土新填土(4)(4)湿陷性黄土遇水湿陷湿陷性黄土遇水湿陷(5)(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桩相对桩相对土向下土向下土相对土相对桩向下桩向下负摩擦力的确定负摩擦力的确定 成为荷载，下部为岩石的成为荷载，下部为岩石的端承桩端承桩,可能全桩为负阻力可能全桩为负阻力2.2.桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力1.1.在荷载作用下，桩在地基土中不丧失稳定性在荷载作用下，桩在地基土中不丧失稳定性2.2.桩顶不产生过大位移桩顶不产生过大位移3.3.桩身不发生材料破坏桩身不发生材料破坏二、单桩竖向承载力的确定二、单桩竖向承载力的确定两个取决因素两个取决因素材料强度材料强度土对桩的支承力土对桩的支承力三个要求三个要求1.1.按材料强度确定单桩竖向承载力按材料强度确定单桩竖向承载力2.2.按土对桩的支承力确定单桩竖向承载力按土对桩的支承力确定单桩竖向承载力静载荷试验静载荷试验其他现场试验方法其他现场试验方法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(1)(1)静载试验法静载试验法 获得单桩承载力最可靠的方法获得单桩承载力最可靠的方法锚桩反力梁锚桩反力梁 次梁次梁锚筋锚筋锚桩锚桩主梁主梁千斤顶千斤顶百分表百分表基准柱基准柱锚桩反力梁法锚桩反力梁法锚桩锚桩 桁架法桁架法,2400吨吨桩顶试验中桩顶试验中Q Q(kN)(kN)s s(mm)(mm)次梁次梁锚筋锚筋锚桩锚桩主梁主梁千斤顶千斤顶百分表百分表桩的荷载试验成果荷载沉降曲线桩的荷载试验成果荷载沉降曲线 极限荷载的确定极限荷载的确定 有明显陡降点：有明显陡降点：取其对应值为极限承载力取其对应值为极限承载力Pj Pj 缓变型曲线：缓变型曲线：单桩轴向承载力容许值单桩轴向承载力容许值PPs(mm)P(kN)P j取沉降量取沉降量s=40mms=40mm或或s=0.05ds=0.05d对对应值为极限承载力应值为极限承载力PjPjPjs(2)经验公式法根据相应的规范根据相应的规范建筑桩基技术规范（建筑桩基技术规范（JGJ94-2008JGJ94-2008）建筑地基基础设计规范（建筑地基基础设计规范（GB50007-2002GB50007-2002）公路桥涵地基与基础设计规范（公路桥涵地基与基础设计规范（JTG63-2007JTG63-2007）三、单桩水平承载力三、单桩水平承载力1.1.桩基础的水平荷载桩基础的水平荷载土的侧压力土的侧压力风荷载风荷载地震水平作用地震水平作用水平荷载种类水平荷载种类2.2.单桩水平承载力单桩水平承载力与桩的类型、受力特点及配筋率有关与桩的类型、受力特点及配筋率有关建筑桩基技术规范（建筑桩基技术规范（JGJ94-2008JGJ94-2008）还可通过水平荷载试验或按理论公式计算还可通过水平荷载试验或按理论公式计算一、群桩与群桩效应一、群桩与群桩效应岩石岩石土土压力扩散深度压力扩散深度 6d第三节第三节 群桩承载力群桩承载力应力叠加应力叠加 桩底应力增加桩底应力增加,侧阻发挥程度降侧阻发挥程度降低，端阻发挥程度提高低，端阻发挥程度提高;总的沉降增加总的沉降增加不考虑地震荷载作用不考虑地震荷载作用考虑地震荷载作用考虑地震荷载作用二、考虑承台效应的复合基桩承载力特征值二、考虑承台效应的复合基桩承载力特征值承台效应系数承台效应系数承台下一定深度地基承承台下一定深度地基承载力特征值载力特征值地基抗震承载力调整系数地基抗震承载力调整系数计算基桩对应承台底净面积计算基桩对应承台底净面积桩身截面积桩身截面积中心竖直荷载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三、群桩承载力的验算三、群桩承载力的验算偏心竖向荷载偏心竖向荷载Yx7y7Nik 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要求要求s s 桩基最终计算沉降量桩基最终计算沉降量n n 计算分层数计算分层数E Esi si 压缩模量压缩模量p p0 0 承台底平均附加应力承台底平均附加应力 e e 桩基等效沉降系数桩基等效沉降系数 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降按照扩散后的面积进行分层总和法计算沉降F l G b0Ap0四、群桩基础的变形验算四、群桩基础的变形验算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沉井沉井工作间工作间梯子梯子支护支护通气通气桶桶第五节第五节 其他深基础简介其他深基础简介砂垫层施工完成砂垫层施工完成刃脚砖胎模施工刃脚砖胎模施工沉井立模沉井立模井内除土井内除土井筒接高下沉井筒接高下沉海上大型圆端形沉井海上大型圆端形沉井钢筋绑扎钢筋绑扎浇筑混凝土浇筑混凝土拖曳下水拖曳下水浮运浮运沉水安放沉水安放n地下连续墙：地下连续墙：成成槽机沿着深基础或地下构筑物周槽机沿着深基础或地下构筑物周边，开挖出具有一定宽度边，开挖出具有一定宽度(或直径或直径)与深度的沟槽与深度的沟槽(或孔或孔)，在槽内设置钢筋笼，浇注砼，筑成一个单元的墙段。，在槽内设置钢筋笼，浇注砼，筑成一个单元的墙段。再继续开挖、浇筑砼，并以某特定接头方式连接墙段，再继续开挖、浇筑砼，并以某特定接头方式连接墙段，形成一道连续的现浇壁式地下钢筋砼连续墙。形成一道连续的现浇壁式地下钢筋砼连续墙。n 作用作用:基坑开挖时防基坑开挖时防渗、挡土，邻近建筑物渗、挡土，邻近建筑物的支护，以及作为基础的支护，以及作为基础的一部分。的一部分。地下连续墙地下连续墙