基础工程桩基础.pptx

桩基础概述桩基础概述1、桩基础的历史回顾2、桩基础的适用性3、桩基设计原则4、桩的类型第1页/共205页基础的类型（复习）第2页/共205页深基础深基础埋置深度比较大，而且往往需要采用特殊的施工方法做成的基础。埋置深度比较大，而且往往需要采用特殊的施工方法做成的基础。深基础与浅基础的区别：深基础与浅基础的区别：1 1）埋置深度比较大；）埋置深度比较大；2 2）施工方法特殊；）施工方法特殊；3 3）荷载传递方式与浅基础有明显差异。）荷载传递方式与浅基础有明显差异。第3页/共205页附图2 桥梁工程中的桩基础第4页/共205页第5页/共205页第6页/共205页第7页/共205页上海龙华塔，7层，40.4m,相当于13层楼高,初建于三国东吴时代(AD220-280),重建于宋代AD977年,用木桩,桩周用灰土防腐，是软基上建高层的范例。第8页/共205页桩基技术的发展历史阶段阶段阶段年代年代主要桩型主要桩型特点特点初期阶段初期阶段人类有人类有历史记历史记载以前载以前（我国（我国70007000多多年前）年前）1919世世纪纪木桩木桩石桩石桩1.1.有天然材料制作而成有天然材料制作而成 ，桩身较短，桩径，桩身较短，桩径小；小；2.2.桩竖直设置，主要用于传递竖向荷载；桩竖直设置，主要用于传递竖向荷载；3.3.多设置于地基条件不良的河谷及洪积地区；多设置于地基条件不良的河谷及洪积地区；4.4.采用简单人工锤打沉桩。采用简单人工锤打沉桩。发展阶段发展阶段1919世纪世纪中叶中叶2020世纪世纪2020年代年代除天然材料除天然材料做成的桩外，做成的桩外，主要是混凝主要是混凝土桩和钢筋土桩和钢筋混凝土桩混凝土桩1.1.受水泥工业出现及其发展的影响；受水泥工业出现及其发展的影响；2.2.桩型不多，开始使用打桩机械沉桩；桩型不多，开始使用打桩机械沉桩；3.3.桩基设计理论和施工技术比较简单，处于桩基设计理论和施工技术比较简单，处于“萌芽萌芽”阶段；阶段；4.4.桩身尺寸有所扩大，桩径约桩身尺寸有所扩大，桩径约30cm30cm，桩长，桩长9 915m15m；5.5.土力学的建立为桩基技术的发展提供了理土力学的建立为桩基技术的发展提供了理论基础。论基础。第9页/共205页现代化现代化阶阶 段段第二次世第二次世界大战界大战后现后现在在 除钢筋混凝土除钢筋混凝土桩外，发展了桩外，发展了一系列的桩系，一系列的桩系，如钢桩系列、如钢桩系列、水泥土系列、水泥土系列、特种桩（超高特种桩（超高强度、超大直强度、超大直径、变截面等）径、变截面等）系列，以及天系列，以及天然材料的砂桩、然材料的砂桩、灰土桩和石灰灰土桩和石灰桩等。桩等。1.1.发展了众多的新型的桩型，形发展了众多的新型的桩型，形成现代桩基的各种不同体系；成现代桩基的各种不同体系；2.2.桩基技术和理论引进了其它桩基技术和理论引进了其它学科的先进的研究成果，大学科的先进的研究成果，大大地拓宽了它的研究领域和大地拓宽了它的研究领域和深度，桩的应用范围大大扩深度，桩的应用范围大大扩展；展；3.3.人工沉桩被复杂的机械和专门人工沉桩被复杂的机械和专门化的工艺代替。化的工艺代替。第10页/共205页桩基础的适用性 地基上层土的土质太差而下层土的土质较好；或地基地基上层土的土质太差而下层土的土质较好；或地基土软硬不均；或荷载不均，不能满足上部结构对不均匀变土软硬不均；或荷载不均，不能满足上部结构对不均匀变形限制的要求。形限制的要求。上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感；或建筑物受上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感；或建筑物受到大面积地面超载的影响。到大面积地面超载的影响。除承受较大竖向荷载外，尚有较大的偏心荷载、水除承受较大竖向荷载外，尚有较大的偏心荷载、水平荷载、动力或周期性荷载作用。平荷载、动力或周期性荷载作用。地基软弱或地基土性特殊，如存在较深厚的软土、可地基软弱或地基土性特殊，如存在较深厚的软土、可液化土层、自重湿陷性黄土、膨胀土及季节性冻土等，采液化土层、自重湿陷性黄土、膨胀土及季节性冻土等，采用地基改良和加固措施不合适。用地基改良和加固措施不合适。第11页/共205页桩基设计原则建筑桩基安全等级安全等级安全等级破坏破坏后果后果建筑物类型建筑物类型重要性系数重要性系数一级一级二级二级三级三级很严很严重重严重严重不严不严重重重要的工业与民用建筑；对桩基变重要的工业与民用建筑；对桩基变形有特殊要求的工业建筑形有特殊要求的工业建筑一般的工业与民用建筑一般的工业与民用建筑次要的建筑次要的建筑1.11.1（1.21.2）1.01.0（1.11.1）0.90.9（1.01.0）第12页/共205页桩基计算的荷载效应组合 根据建筑地基基础设计规范GB50007-2002进行设计时：按单桩承载力确定桩数时，传至承台底面上的按单桩承载力确定桩数时，传至承台底面上的荷载效应按荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的标准正常使用极限状态下荷载效应的标准组合组合；相应的抗力采用单桩承载力特征值。；相应的抗力采用单桩承载力特征值。计算地基变形时，传至承台底面上的荷载效应计算地基变形时，传至承台底面上的荷载效应按按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合；相应的限值为地基变形允许值。相应的限值为地基变形允许值。第13页/共205页确定桩承台高度、配筋和验算桩身材料强确定桩承台高度、配筋和验算桩身材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合度时，上部结构传来的荷载效应组合按承载按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用，采用相应的分项系数。相应的分项系数。验算桩台或桩身的裂缝宽度时，验算桩台或桩身的裂缝宽度时，按正常使按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合用极限状态下荷载效应的标准组合。由永久荷载控制的基本组合值可以取标准组合值的1.35倍，即：第14页/共205页 桩基设计应满足下列基本条件：1 1单桩承受的竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值；单桩承受的竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值；2 2桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值；桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值；3 3对位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。对位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。第15页/共205页桩基础的类型承台底与地面不接触承台底与地面不接触高承台桩基高承台桩基 承台底在地面以下，与地基土接触承台底在地面以下，与地基土接触低承台桩基低承台桩基工业与民用建筑中常用低承台桩基础第16页/共205页按桩的承载性状和使用功能分类(1).(1).竖向抗压的桩竖向抗压的桩 (2).(2).侧向受荷桩侧向受荷桩 (3).(3).抗拔桩抗拔桩第17页/共205页按桩侧与桩端阻力大小及分担比例差异，分为如下两大类：端承型桩摩擦型桩 摩擦端承桩摩擦端承桩：荷载主要由桩端阻力承担，桩侧 阻力承担部分荷载；端端 承承 桩：桩：（l/d10）荷载绝大部分由桩端 阻力承担，桩侧阻力不计。端承摩擦桩：端承摩擦桩：荷载主要由桩侧阻力承担，桩端 阻力承担部分荷载；摩摩 擦擦 桩：桩：（l/d 较大）荷载绝大部分由桩侧 阻力承担，桩端阻力不计。第18页/共205页较软弱土层软弱土层较坚硬土层(a)摩擦桩(b)端承摩擦桩第19页/共205页软弱土层较坚硬土层极软弱土层坚硬土层(c)摩擦端承桩(d)端承桩第20页/共205页按施工工艺分类桩按施工工艺可分为桩按施工工艺可分为预制桩预制桩和和灌注桩灌注桩两大类。两大类。(一一)预制桩的种类预制桩的种类 预制桩系指借助于专用机械设备将预先制预制桩系指借助于专用机械设备将预先制作好的具有一定形状、刚度与构造的桩杆打入、压入、作好的具有一定形状、刚度与构造的桩杆打入、压入、或振入土中的桩型。主要有以下几种：或振入土中的桩型。主要有以下几种：预制钢筋混凝土桩预制钢筋混凝土桩预应力钢筋混凝土桩预应力钢筋混凝土桩钢桩：钢管桩和钢桩：钢管桩和H H形桩。形桩。第21页/共205页1.预制钢筋混凝土桩 预制钢筋混凝土桩最常用的是实心方桩，预制钢筋混凝土桩最常用的是实心方桩，该桩型质量可靠、制作方便、沉桩快捷，是我国该桩型质量可靠、制作方便、沉桩快捷，是我国解放以来应用最普遍的一种桩型。断面尺寸从解放以来应用最普遍的一种桩型。断面尺寸从200mm200mm 200mm200mm到到600mm600mm 600mm600mm；桩长在现场制；桩长在现场制作时可达作时可达2530m2530m，在工厂预制时一般不超过，在工厂预制时一般不超过12m12m。分节制作的桩应保证桩头的质量，满足桩身承受分节制作的桩应保证桩头的质量，满足桩身承受轴力、弯矩和剪力的要求。轴力、弯矩和剪力的要求。接桩的方法有：钢板角钢焊接、法兰盘螺接桩的方法有：钢板角钢焊接、法兰盘螺栓和硫磺胶泥锚固等。前两种适用于各类土层，栓和硫磺胶泥锚固等。前两种适用于各类土层，第三种硫磺胶泥适用于软土。第三种硫磺胶泥适用于软土。第22页/共205页预制种类：断面尺寸：300mm300mm 550 mm550mm方形桩三角形桩适合软土层，增加侧面积与摩阻力。q钢筋砼桩第23页/共205页预制桩接头工艺：浆锚接头浆锚接头：用硫磺胶泥或环氧树脂制成黏合剂，桩体上留插筋下留插孔，浆锚结合。焊接接头焊接接头：每段端部预埋角钢或钢板，施工时 上下段对接，用扁钢贴焊成整体。法兰盘接头法兰盘接头：预埋管法兰盘螺栓连接或焊接。浆锚接头浆锚接头焊接接头焊接接头法兰盘接头法兰盘接头预埋件法兰盘内插管贴板第24页/共205页q预应力钢筋砼桩（预制桩）特点：利用桩的主筋作预应力张拉钢筋，通 过预应力减小桩身砼的拉应力和弯拉 应力，提高抗冲击力、抗弯能力。q钢桩特点：强度高，抗冲击疲劳，贯入能力强，便于加工运输，挤土效应小，但，造价高宜腐蚀，慎重选用。圆形管桩H形桩第25页/共205页预应力桩按其制作工艺分为两类：预应力桩按其制作工艺分为两类：一类是普通立模浇制的，断面形状为含内圆一类是普通立模浇制的，断面形状为含内圆孔的正方形，称为预应力空心方桩，或简称预应力空孔的正方形，称为预应力空心方桩，或简称预应力空心桩；心桩；另一类是离心法旋制的，断面形状为圆环形另一类是离心法旋制的，断面形状为圆环形的高强预应力管桩（的高强预应力管桩（Prestressed High Strength Prestressed High Strength Concrete Tube Concrete Tube shaped Pilesshaped Piles），简称），简称PHCPHC桩桩。空心桩敞口管桩第26页/共205页目前常用的预应力空心桩主要有两种规格：500500mm和600600mm。PHC桩主要有以下几种规格：外径500mm、550mm、800mm、1000mm，壁厚90mm130mm，桩段长4m至15m，钢板电焊或螺栓连接，混凝土强度达C60C80。第27页/共205页2.沉桩施工工艺q锤击式锤击方式蒸汽锤柴油锤液压锤特点产生振动、挤土、噪音；引起地面附加沉降或隆起；应采取监控与防护措施；适于松软土质和空旷地区。q静压式采用液压或机械方法对桩顶施加静压沉桩。特点：无振动和噪音，适于软土地带城区。q振动式采用振动锤使桩周围土受扰动或液化，地基强度与阻力降低而沉桩入土，有噪音与挤土影响。第28页/共205页（二）灌注桩 灌注桩系指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基中成孔并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而成的桩。减少施工工序，桩不用承受弯折与锤击应力，节省钢材和造价，对基岩起伏变化大的地质条件适应性强。地下“隐蔽”施工质量不易保证。优点：缺点：第29页/共205页1.沉管灌注桩沉管方法：锤击、振动、静压均可施施工工程程序序就位沉管浇筑振动拔管浇灌放钢筋笼成型第30页/共205页q优点：造价低，管内无水作业桩身砼质量好；q缺点：产生缩颈、夹土、断桩，因挤土效应 相邻桩可能破坏。q防治措施：控制拔管速度，快振慢拔；合理选择打桩顺序第31页/共205页2.钻孔灌注桩：护筒指用机械方法取土成孔灌注桩施施工工程程序序湿湿作作业业法法就位成孔浇筑钢筋笼放导管成型钻头泥浆钻杆泥浆泵钻机导管钢筋笼砼浇注漏斗第32页/共205页按成桩方法对土层的影响分类 分为：挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩三类分为：挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩三类 (1).(1).挤土桩挤土桩 挤土桩也称为排土桩，在成桩过程中，桩周围的土被压密或挤挤土桩也称为排土桩，在成桩过程中，桩周围的土被压密或挤开，因而使周围土层受到严重扰动，土的原始结构遭到破坏，土的开，因而使周围土层受到严重扰动，土的原始结构遭到破坏，土的工程性质有很大改变（与原始状态相比）。这类桩主要有打入或压工程性质有很大改变（与原始状态相比）。这类桩主要有打入或压入的预制木桩和混凝土桩，打入的封底钢管桩和混凝土管桩，以及入的预制木桩和混凝土桩，打入的封底钢管桩和混凝土管桩，以及沉管式就地灌注桩等。沉管式就地灌注桩等。第33页/共205页(2).(2).部分挤土桩部分挤土桩 部分挤土桩也称为少良排土桩，在成桩过程中，桩周围的土受到相对较少的扰动，土的原状结构和工部分挤土桩也称为少良排土桩，在成桩过程中，桩周围的土受到相对较少的扰动，土的原状结构和工程性质的变化不明显。这类桩主要有打入小截面的程性质的变化不明显。这类桩主要有打入小截面的I I型和型和H H型钢桩、钢板桩，开口式的钢管桩型钢桩、钢板桩，开口式的钢管桩(管内土挖除管内土挖除)，和螺旋桩等。，和螺旋桩等。第34页/共205页(3).(3).非挤土桩非挤土桩 非挤土桩也称为非排土桩，在成桩过程中，将与桩体积相同的土挖出，因而桩周围的土受到较轻的扰非挤土桩也称为非排土桩，在成桩过程中，将与桩体积相同的土挖出，因而桩周围的土受到较轻的扰动，但有应力松弛现象。这类桩主要有各种型式的挖孔或钻孔桩、井筒管柱和预钻孔埋桩等。动，但有应力松弛现象。这类桩主要有各种型式的挖孔或钻孔桩、井筒管柱和预钻孔埋桩等。第35页/共205页各类桩的主要特点1 1、振动、噪音、振动、噪音 预制桩、沉管灌注桩在锤击或振动法下沉预制桩、沉管灌注桩在锤击或振动法下沉时，施工噪音大，污染环境，不宜在居住区周围时，施工噪音大，污染环境，不宜在居住区周围使用。使用。预制桩用静压法施工可消除噪音污染，是预制桩用静压法施工可消除噪音污染，是城区预制桩的主要施工方法。城区预制桩的主要施工方法。钻孔桩的施工过程振动、噪音小，是城区钻孔桩的施工过程振动、噪音小，是城区建筑的常用桩型。建筑的常用桩型。2 2挤土效应挤土效应 钻孔灌注桩、挖孔灌注桩为非挤土桩，对钻孔灌注桩、挖孔灌注桩为非挤土桩，对邻近建筑物及地下管线危害很小。邻近建筑物及地下管线危害很小。端部开口或半闭口管桩为部分挤土桩，预端部开口或半闭口管桩为部分挤土桩，预制钢筋混凝土桩、沉管灌注桩（无论打入、压入制钢筋混凝土桩、沉管灌注桩（无论打入、压入或振入）均属于挤土桩。或振入）均属于挤土桩。第36页/共205页3.3.沉桩能力与承载力沉桩能力与承载力 受设备能力的限制，单节预制桩的长度不受设备能力的限制，单节预制桩的长度不能过长，一般在能过长，一般在30m30m以内，更长时需接桩。预制以内，更长时需接桩。预制钢筋混凝土桩不易穿透较厚的坚硬地层，沉桩困钢筋混凝土桩不易穿透较厚的坚硬地层，沉桩困难时需采用射水辅助振动沉桩法。由于节长规格难时需采用射水辅助振动沉桩法。由于节长规格无法临时变更，沉桩无法达到设计标高时，就不无法临时变更，沉桩无法达到设计标高时，就不得不截桩。因此除钢桩、嵌岩桩外，受沉桩能力得不截桩。因此除钢桩、嵌岩桩外，受沉桩能力的限制，预制混凝土桩、沉管灌注桩桩径、桩长的限制，预制混凝土桩、沉管灌注桩桩径、桩长不可太大，单桩极限承载力一般不超过不可太大，单桩极限承载力一般不超过6000kN6000kN。钻孔灌注桩直径可大至钻孔灌注桩直径可大至1 12m2m，桩长可达，桩长可达100m100m，可适用于各种地层，桩端不仅可进入微，可适用于各种地层，桩端不仅可进入微风化基岩而且可扩底，挖孔灌注桩直径更可扩大风化基岩而且可扩底，挖孔灌注桩直径更可扩大至至2 23m3m，因此单桩的总承载能力大，单桩极限，因此单桩的总承载能力大，单桩极限承载力可达承载力可达15000kN15000kN以上。以上。第37页/共205页4.4.施工应力与配筋量施工应力与配筋量 预制桩的配筋往往是由搬运起吊和锤击时预制桩的配筋往往是由搬运起吊和锤击时的施工工况来控制的，远远超过正常工作荷载对的施工工况来控制的，远远超过正常工作荷载对强度的要求，因此桩身混凝土标号、含筋率高，强度的要求，因此桩身混凝土标号、含筋率高，主筋要求通长配置，用钢量大。主筋要求通长配置，用钢量大。灌注桩的优点是省去了预制桩的制作、运灌注桩的优点是省去了预制桩的制作、运输、吊装和打入等工序，桩不承受这些过程中的输、吊装和打入等工序，桩不承受这些过程中的弯折和锤击应力，从而节省了钢材和造价。仅承弯折和锤击应力，从而节省了钢材和造价。仅承受轴向压力时，按工作荷载要求通常只在上部配受轴向压力时，按工作荷载要求通常只在上部配筋，混凝土不用接头，节约了钢的用量，也不需筋，混凝土不用接头，节约了钢的用量，也不需使用高标号混凝土，一般情况下，比预制桩经济。使用高标号混凝土，一般情况下，比预制桩经济。第38页/共205页5 5质量稳定性质量稳定性 预制桩预制桩接头常形成桩身的薄弱环节，接头常形成桩身的薄弱环节，沉桩的挤土效应可使先打设的桩被抬起，如果接沉桩的挤土效应可使先打设的桩被抬起，如果接桩不牢固，可使上下两节桩脱开。桩不牢固，可使上下两节桩脱开。沉管灌注桩沉管灌注桩挤土效应可能使混凝土尚挤土效应可能使混凝土尚未结硬的邻桩被剪断，对策是采取未结硬的邻桩被剪断，对策是采取“跳打跳打”顺序顺序施工，待混凝土强度足够时再在它的近旁施打相施工，待混凝土强度足够时再在它的近旁施打相邻桩。邻桩。与预制桩相比，灌注桩桩身的混凝土质量与预制桩相比，灌注桩桩身的混凝土质量不易控制和保证，在地下、水下灌注混凝土过程不易控制和保证，在地下、水下灌注混凝土过程中容易出现断桩、缩颈、露筋和夹泥的现象。其中容易出现断桩、缩颈、露筋和夹泥的现象。其中挖孔桩的施工质量比钻孔桩有保证，但其挖土中挖孔桩的施工质量比钻孔桩有保证，但其挖土和浇灌混凝土都必须在无水环境下进行。和浇灌混凝土都必须在无水环境下进行。第39页/共205页思考竖向抗压承载桩，打入式预制方桩、打入式沉管灌注桩、静压式预制方桩的含筋率大小顺序一般为：(A)静压式预制方桩打入式沉管灌注桩打入式预制方桩；(B)打入式沉管灌注桩打入式预制方桩静压式预制方桩；(C)打入式沉管灌注桩静压式预制方桩打入式预制方桩；(D)静压式预制方桩打入式沉管灌注桩 打入式预制方桩。第40页/共205页下列哪类桩属于挤土桩下列哪类桩属于挤土桩?A A 锤击沉管灌注桩锤击沉管灌注桩B B 钻孔桩钻孔桩C C 冲孔桩冲孔桩D D 预应力混凝土管桩预应力混凝土管桩某建筑桩基工程某建筑桩基工程,地面下地面下5.5m5.5m处有一厚处有一厚2.5m2.5m的流动性的流动性淤泥层淤泥层,地下水位地下水位4m,4m,地面下地面下12m12m处有厚处有厚4.5m4.5m的密实砂的密实砂层层,桩端持力层为砾石层桩端持力层为砾石层,应采用的桩型是应采用的桩型是?A A 人工挖孔桩人工挖孔桩B B 打入式预制桩打入式预制桩C C 泥浆护壁钻孔桩泥浆护壁钻孔桩D D 沉管灌注桩沉管灌注桩第41页/共205页竖向荷载下单桩荷载传递机理1、桩的荷载传递2、影响因素3、单桩破坏模式第42页/共205页1、桩的荷载传递施加于桩顶的竖向荷载是如何通过桩土相互作用传递给地基的?1.增加桩顶荷载，桩身上部压缩而产生相对位移从而受到向上 摩阻力。随着荷载增加，桩身压缩和位移随之增大，遂使桩侧摩阻力从上向下渐次发挥；2.持力层因受压引起反力，导致桩身整体下移，加大各截面位移，引发摩阻力进一步发挥;3.当摩阻力都达极限值，桩顶荷载增量就全归桩端阻力承担，直到桩底持力层破坏,无力支承为止。单桩轴向荷载的传递过程就是桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程：桩顶荷载通过发挥出来的侧 阻力传递到桩周土层中去，从而使桩身轴力与桩身压缩变形随深度递减.一般，桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥，侧阻力先于端阻力发挥。第43页/共205页荷载传递基本方程的建立 取深度z处的微小桩段为对象，由力的平衡条件：第44页/共205页第45页/共205页任一深度z处的桩身轴力桩身截面位移：如取z=l，则式a变为桩底轴力(即桩端总阻力Qp)表达式；式b则变为桩端位移表达式。单桩静载荷试验时，如通过沿桩身若干截面预先埋设的应力或位移量测元件(钢筋应力计、应变片、应变杆等)获得桩身轴力N分布图，便可利用式(4-2)及式(4-6)作出摩阻力和截面位移分布图(图4-8e，d，c)。第46页/共205页练习某预制桩A=0.350.35m,L=12m,在N0=1200KN作用下测得轴力为分布,桩端轴力为0,计算桩侧阻力的分布.第47页/共205页影响荷载传递的因素根据l/d的大小，桩可分为：短桩(l/d10);长桩(l/d40);超长桩(l/d100)n(1)桩端土与桩周土的刚度比EbEs Eb/Es愈小，桩身轴力沿深度衰减愈快，即传递到桩端的荷载愈小。对于中长桩，当 E b/Es=1(即均匀土层)时，桩侧摩阻力接近于均匀分布、几乎承担了全部荷载，桩端阻力仅占荷载的 5 左右，即属于摩擦桩；当 E b/Es=100 时，桩身轴力上段随深度减小,下段近乎沿深度不变，即桩侧摩阻力上段可得到发挥，下段则因桩土相对位移很小(桩端无位移)而无法发挥出来，桩端阻力分担了 60 以上荷载，即属于端承型桩；第48页/共205页(2)桩身刚度与桩侧土刚度之比Ep/Es Ep/Es愈大，传递到桩端的荷载愈大;Ep/Es 1000后，对桩端阻力分担荷载比的影响不大。Ep/Es 10的中长桩，其桩端阻力分担的荷载接几乎近于零.n(3)桩端扩底直径与桩身直径之比D/d D/d愈大，桩端阻力分担的荷载比愈大。对于均匀土层中的中长桩，当D/d=3时，桩端阻力分担的荷载比将由等直径桩(D/d=1)的约5增至约35；n(4)桩的长径比l/d 随l/d的增大，传递到桩端的荷载减小;在均匀土层中的长桩，其桩端阻力分担的荷载比趋于零。对于超长桩，不论桩端土的刚度多大，其桩端阻力分担的荷载都小到可略而不计，即桩端土的性质对荷载传递不再有任何影响，且上述各影响因素均失去实际意义。第49页/共205页本图是桩径1m、嵌入风化泥质砂岩3.7m 和新鲜泥质砂岩2.0m的灌注桩的实测荷载传递曲线。可见，即使对于长径比1520 的嵌岩桩，也属于摩擦型桩，其桩端总阻力也较小。第50页/共205页2、桩侧摩阻力和桩端阻力极限摩阻力 n桩的侧阻随深度呈线性增大?n试验表明，侧阻有深度效应。n维西克Vesic：桩周竖向有效应力不一定等于覆盖应力，其线性增加到临界深度时达到某一限值，其原因是土的“拱作用”。第51页/共205页极限端阻力：端阻也存在深度效应!单桩桩端阻力的安全储备一般大于桩侧阻力的安全储备。(桩端阻力的发挥滞后于桩侧阻力，充分发挥所需的桩底位移值比桩侧摩阻力到达极限所需的桩身截面位移值大得多。)第52页/共205页3、单桩的破坏模式荷载-沉降关系曲线所呈现的沉降特征和破坏模式，是荷载作用下桩-土相互作用内在机制的宏观反映，大体分为陡降型(A)和缓变型(B)两类型态。n“急进破坏”的陡降型:桩底持力层不坚实、桩径不大、破坏时桩端刺人持力层的桩.n“渐进破坏”的缓变型:桩底为非密实砂类土或粉土、清孔不净残留虚土、桩底面积大、桩底塑性区随荷载增长逐渐扩展的桩.第53页/共205页概念单桩竖向极限承载力Qu是指单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形所对应的最大荷载。建筑桩基技术规范：单桩承载力设计值建筑地基基础设计规范：单桩承载力特征值Ra Ra=Qu/2单桩竖向承载力确定桩基础第54页/共205页单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定桩基破坏类型桩材料强度地基承载力第55页/共205页按材料强度确定按材料强度确定可将桩视为轴心受压杆件，根据桩材相应按混凝土结构设计规范或钢结构设计规范计算。对于混凝土桩：Q单桩竖向承载力设计值(kN)；混凝土构件稳定系数。对低承台桩基，考虑土的侧向约束可取=1.0；但穿过很厚软粘土层和可液化土层的端承桩或高承台桩基，其值应小于1.0；fc混凝土的轴心抗压强度设计值(kPa)；纵向钢筋的抗压强度设计值(kPa)；Ag纵向钢筋的横截面面积(m2)QcfcApc工作条件系数，预制取0.75，灌注取0.60.7。第56页/共205页单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定单桩承载力特征值确定规定：1.单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定，试桩数1%总数，且3根；2.地基基础设计为丙级的建筑物，单桩承载力特征值可由静力触探和标准贯入试验参数确定；3.初步设计时，可按公式估算。第57页/共205页 静载荷试验是先在准备施工的地点打试桩，在试桩顶上分静载荷试验是先在准备施工的地点打试桩，在试桩顶上分级施加静载荷，直到土对桩的阻力被破坏时为止，从而求得桩级施加静载荷，直到土对桩的阻力被破坏时为止，从而求得桩的极限承载力。的极限承载力。由于成桩时对土体的扰动，所以试桩必须待机周土体的强由于成桩时对土体的扰动，所以试桩必须待机周土体的强度恢复后方可开始。度恢复后方可开始。预制桩在砂土中入土预制桩在砂土中入土7 7天后才能进行试验，粘性土中一般天后才能进行试验，粘性土中一般不得少于不得少于1515天，对饱和软粘土不得少于天，对饱和软粘土不得少于 25 25 天。天。灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后才能进行。灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后才能进行。按静载荷试验确定第58页/共205页单桩承载力的确定锚桩反力装置试桩压重千斤顶支墩横梁压重平台反力装置小梁横梁锚桩试桩锚桩千斤顶1.按静载荷试验确定第59页/共205页试验方法试验方法慢速维持荷载法：1.试验加载应分级进行。加荷分级不应小于 8 级，每级加载量宜为预估极限荷载的 1/8-1/10。2.测读桩沉降量的间隔时间：每级加载后，每第 时各测读一次，以后每隔 15min读一次，累计一小时后每隔半小时读一次。在每级荷载作用下，桩的沉降量连续两次在每小时内小于 0.1mm时可视为稳定。第60页/共205页终止加载条件n当出现下列情况之一时即可终止加载：n Q-S曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过40mm；n 某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定；n 25m以上的非嵌岩桩，Q-S曲线呈缓变形时，加载至S 60mm-80mm。n卸载观测：每级卸载值为加载值的两倍。卸载后隔 15min 测读一次，读两次后，隔半小时再读一次，即可卸下一级荷载。全部卸载后，隔 3，4 小时再测读一次。第61页/共205页按试验成果确定单桩承载力Q（荷载）s（桩顶位移）曲线和slgt 曲线荷载Q沉降量ss=40mm陡降点Qu12第62页/共205页（二）按经验公式估算1.一般岩土估算：Ra=upliqsia+qpaAp2.嵌岩桩：这里所说的嵌岩桩是指下端嵌入中等风化、微风化或新鲜基岩中的桩。Ra=qpaAp第63页/共205页回顾-单桩承载力的确定桩基破坏桩材料强度地基承载力试桩压重千斤顶支墩横梁小梁横梁锚桩试桩锚桩千斤顶第64页/共205页荷载Q沉降量ss=40mm陡降点Qu12建筑桩基技术规范：单桩承载力设计值建筑地基基础设计规范：单桩承载力特征值Ra Ra=Qu/2第65页/共205页按经验公式估算1.一般岩土估算：Ra=upliqsia+qpaAp2.嵌岩桩：Ra=qpaAp地基承载力控制桩身强度控制c1.0 预制桩 0.9 干作业灌注桩 0.8 其他第66页/共205页4.7 单桩承载力验算桩顶荷载xi，yi 桩i分别至通过桩群重心的y轴和x轴的距离Mx，My 作用于桩群上的外力对通过桩群形心的x轴和y轴的力矩(kNm)；第67页/共205页4.7 单桩承载力验算单桩承载力验算第68页/共205页如图所示的桩基础，相应于荷载效应标准组合作用在桩基上（至承台底面）的竖向力F+G=25000KN，偏心距e=0.8m，则桩6的顶端压力值为 kN。A.2662 B.2891 C.3210 D.3588 第69页/共205页如图所示,作用在桩基上（至承台底面）的竖向偏心力F+G=25000kN，所产生的弯矩为12000kNm，则桩1所受的最大压力为 kN。A.2861.6 B.3000.0 C.3625.0 D.3806.1第70页/共205页思考某群桩基础如图，承台下有六根基桩，上部结构荷载和承台及上覆土重8000KN，Mx=250KNm，My=600KNm，试计算1和2桩顶所受的荷载大小.第71页/共205页4.8 4.8 群桩基础竖向承载力及沉降验算竖向荷载下的群桩效应群桩承载力验算桩基沉降验算第72页/共205页竖向荷载下的群桩效应群桩概念；群桩单桩关系如何？桩端处：z群z单则：S群S单R群=nR单S群=S单第73页/共205页第74页/共205页群桩效率系数群桩的极限承载力群桩中各根单桩极限承载力之和两个指标:群桩效应系数和沉降比群桩沉降比 群桩上作用荷载nQ时的沉降量单桩上作用荷载Q时的沉降量S,S相同,桩数,S增加到一定值后,值增加不明显;承台面积保持不变，增加桩数，；随S 而；当荷载与桩距都相同时，随着桩数而。第75页/共205页摩擦型桩群桩效应 承台刚度刚性：引起桩顶荷载配额差异柔性：荷载分配一致基土性质 砂土和粉土：桩侧摩阻力提高 粘 土：桩侧摩阻力降低桩距s（主导因素）桩间距大，桩底压应力不叠加桩间距小，桩底压应力叠加第76页/共205页承台下土对荷载的分担作用复合桩基：桩+承台底地基土；前提：桩群相对于基土有向下位移；刚性承台土反力马鞍形分布；可加大外区与内区的面积比提高承台分担荷载的份额。不考虑的情况：(1)(1)桩穿过桩穿过未固结的软土或新填土；未固结的软土或新填土；(2)(2)大面积地面大面积地面荷载荷载 (3)(3)场地地下水大量抽降场地地下水大量抽降 (4)(4)湿陷性湿陷性 (5)(5)地面因打桩隆起后孔压地面因打桩隆起后孔压消散固结消散固结第77页/共205页群桩的地基变形及破坏形态1.桩距较小，土质坚硬，呈“整体破坏”2.桩距足够大，土质较软，呈“刺入破坏”一般群桩不同程度地兼有两种变形特征。群桩工作状态桩距大，桩数少R群=nR单；桩距小，桩数多，用实体深基础法进行强度和变形验算。第78页/共205页群桩承载力验算1.折减法2.实体深基础法(建筑地基基础设计规范（）推荐）建筑地基基础设计规范（）不再要求群桩按实体深基础进行验算，但仍将实体深基础法作为桩基沉降验算的方法之一。第79页/共205页群桩软弱下卧层承载力验算可分为整体冲剪破坏和基桩冲剪破坏两种情况第80页/共205页验算时要求：对桩距sa6d的群桩基础，一般可作整体冲剪破坏考虑，按下式计算下卧层顶面z：对桩距sa6d、且硬持力层厚度t(sa-De)cot/2的群桩基础，以及单桩基础，应作基桩冲剪破坏考虑，下卧层顶面z的表达式为：第81页/共205页案例分析qsa=13KPaqsa=32KPa=5000KN 承台:2.62.6mA0=B0=2.3m要求:验算软弱下卧层承载力.第82页/共205页桩基础沉降的计算竖向荷载作用下单桩沉降计算竖向荷载作用下单桩沉降计算 为什么为什么关心单桩沉降问题？关心单桩沉降问题？第一，第一，用已建立的群桩与单桩沉降关系估计群桩用已建立的群桩与单桩沉降关系估计群桩沉降。沉降。第二，第二，群桩内力分析时需单桩轴向刚度数据，而群桩内力分析时需单桩轴向刚度数据，而其往往依赖于单桩沉降分析。其往往依赖于单桩沉降分析。第三，第三，单桩结构的情况日益增多，单桩沉降计算单桩结构的情况日益增多，单桩沉降计算是一个实际工程问题。是一个实际工程问题。第83页/共205页单桩沉降量由三个部分组成：桩本身的弹性压缩量；桩本身的弹性压缩量；由于桩侧摩阻力向下传递，引起桩端下土体压缩所产生由于桩侧摩阻力向下传递，引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降；的桩端沉降；由于桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。由于桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。影响因素：桩的长度、桩与土的相对压缩性、土层剖面及性质有关，荷载水平、荷载持续时间等。单桩沉降计算方法：荷载传递分析法；弹性理论法；剪切变形传递法；有限单元分析法；各种简化分析法。这里仅介绍简化方法。第84页/共205页单桩沉降的经验统计关系 FrankFrank（19851985）总结了单桩的工程实践经验，统总结了单桩的工程实践经验，统计出在特定地质条件和设计荷载下单桩沉降计出在特定地质条件和设计荷载下单桩沉降S S的的典型数值与桩径典型数值与桩径d d的经验关系：的经验关系：对于打入桩：平均：S0.9d变化范围：S（0.81.2）d 对于钻孔桩：平均：S0.6d变化范围：S（0.31.0）d第85页/共205页群桩沉降计算规范规定对以下建筑物的桩基应进行沉降验算：.地基基础设计等级为甲级的建筑物桩基；.体型复杂、荷载不均匀或桩端以下存在软弱土层的设计等级为乙级的建筑物桩基；.摩擦型桩基。第86页/共205页规范GB50007推荐的群桩沉降计算方法：不考虑桩间土的压缩变形，采用单向分层总和法按下式计算桩基的最终沉降量：p应根据地区桩基础沉降观测资料及经验统计确定，不 具备条件时可查下表：第87页/共205页地基内的应力分布采用线弹性理论实体深基础法（桩距6d）群桩与桩间土视为整体，桩端处为实体基础的埋深；基底附加压力即为桩底平面处的附加压力。l考虑扩散作用0 为桩长范围内各土层(厚度为hi)内摩擦角i的加权平均值。即第88页/共205页不考虑扩散作用 支承面积为群桩外围的实际面积，基底附加压力为基础附加荷载减去群桩外围摩阻力后与支承面积之比。第89页/共205页MindlinMindlin应力公式法1.将侧阻和端阻简化为各集中力;2.按Mindlin解求由各集中力作用叠加形成的土中应力场;3.分层总和法计算各土层压缩量.单桩荷载分担第90页/共205页单桩荷载作用下土体中的应力分布根据求得的土中应力解,按单向压缩分层总和法沉降计算公式计算,求得桩基础的沉降量,并乘以经验系数p与实体深基础法相比,该法能考虑到桩基中桩数,桩距,不规则布桩等对沉降的影响.第91页/共205页在公式 ，t是指 。A.桩底至软弱下卧层顶面的距离 B.软弱下卧层的厚度 C.地面至软弱下卧层顶面的距离 D.地面至桩底的距离 第92页/共205页桩的负摩擦问题产生负摩擦力的原因 桩周土层相对于桩有向下的位移 第93页/共205页原因(1)(1)桩穿过桩穿过未固结的软土或新填土未固结的软土或新填土 (2)(2)大面积地面荷载大面积地面荷载(3)(3)场地地下水大量抽降场地地下水大量抽降 (4)(4)湿陷性黄土的湿陷性湿陷性黄土的湿陷性(5)(5)地面因打桩隆起后孔压消散固结地面因打桩隆起后孔压消散固结第94页/共205页(二)负摩擦力的影响因素 桩基沉降及地面沉降的大小、沉降速率、稳定历时。桩基沉降及地面沉降的大小、沉降速率、稳定历时。影响中性点的深度ln的因素主要有：(1)持力层越硬，ln越深；(2)桩周土层的变形性质和应力历史，桩周土层压缩性越高，欠固结度越大，欠固结土层越厚，ln越大；(3)当负摩阻力系由沉桩后外部条件变化所致，在桩顶荷载作用下的沉降已完成的情况下，堆载强度和面积越大，地下水降幅和面积越大，则ln越大；(4)在桩承受荷载过程中，随承受荷载及沉降的增加，ln逐渐变小。第95页/共205页第96页/共205页思考对负摩擦桩，轴力最大的截面位于 。A.桩的顶端 B.底端C.中性点处 D.桩的竖向位移为0处桩产生负摩阻力时，下列说法中