基础工程桩基础ppt.pptx

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1、基础工程桩基础本章主要内容本章主要内容概述概述-桩得功能及类型桩得功能及类型 Pile foundation 桩得承载机理桩得承载机理 Mechanism单桩承载力单桩承载力 Capacity of a single pile桩基础设计桩基础设计 Design of pile foundation 如果建筑场地浅层得土质不能满足建如果建筑场地浅层得土质不能满足建筑物对地基承载力与变形得要求、而又不筑物对地基承载力与变形得要求、而又不宜采取地基处理措施时宜采取地基处理措施时,就需要考虑以下部就需要考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层得深基础方案。坚实土层或岩层作为持力层得深基础方案。桩基础就是应用

2、最为广泛得一类深基础。桩基础就是应用最为广泛得一类深基础。第第1节节 概概 述述一一、桩得应用、桩得应用(常用而古老得深基常用而古老得深基础形式础形式)1、历史十九世纪以前、历史十九世纪以前,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)西安灞桥西安灞桥,北京御河桥北京御河桥,隋唐建塔隋唐建塔2 、十九世纪开始、十九世纪开始,材料与动力进步材料与动力进步 铸铁管桩铸铁管桩,1824年波特兰水泥注册专利蒸汽年波特兰水泥注册专利蒸汽动力动力3、十九世纪末、十九世纪末,现场钻孔桩现场钻孔桩 (1897,Raymond

3、)目前目前,我国桩基最大入土深度已达我国桩基最大入土深度已达 107m,桩径已超过桩径已超过5m、4 4、桩得适用范围、桩得适用范围(常用而古老得深基础形式常用而古老得深基础形式)(1)(1)、天然地基土质软弱、天然地基土质软弱 (2)(2)、高层建筑、高层建筑 (3)(3)、重型设备、重型设备 (4)、水上建筑物、水上建筑物 (5)、深持力层、深持力层,高地下水位高地下水位 (6)、抗震地基、抗震地基 (7)、对沉降非常敏感得建筑、对沉降非常敏感得建筑,如精密仪器如精密仪器软 土 层桩桩Pile:指垂直或者稍倾斜布置于地基中指垂直或者稍倾斜布置于地基中,其断面相对其其断面相对其长度较小得杆状

4、构件。长度较小得杆状构件。桩得功能桩得功能:通过杆件得侧壁摩阻力与端阻力将上部结构通过杆件得侧壁摩阻力与端阻力将上部结构得荷载传递到深处得地基上。得荷载传递到深处得地基上。桩得功能及类型桩得功能及类型沉井沉井caisson工作间工作间梯子梯子支护支护通气通气桶桶深基础深基础桩得功能桩得功能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部分风化及不风化泥岩不风化泥岩桩得功能桩得功能新加坡发展银行新加坡发展银行,四墩四墩7、3m现场灌注现场灌注护坡桩护坡

5、桩造价低造价低桩得功能桩得功能大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静继续保持安静桩得功能桩得功能桩得功能及类型桩得功能及类型桩基础桩基础:就是由基桩与连接于桩顶得承台共同就是由基桩与连接于桩顶得承台共同组成。承台把桩联结起来并承受上部结构得组成。承台把桩联结起来并承受上部结构得荷载荷载,然后通过桩传递到地基中去。然后通过桩传递到地基中去。桩就是垂直或微斜埋置于土中得受力杆件桩就是垂直或微斜埋置于土中得受力杆件,她得横截面尺寸比长度小得多。其作用就是她得横截面尺寸比长度小得多。其作用就是将上部结构得荷载传递给土层或岩层。将上部结构得荷载传递给土层或岩层。桩基础设计也应注意满足地基承载力与变形桩基

6、础设计也应注意满足地基承载力与变形这两项基本要求。这两项基本要求。按行业标准按行业标准建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范(JGJ9494),建筑建筑桩基设计与建筑结构设计一样桩基设计与建筑结构设计一样,应采用以概率理论为基应采用以概率理论为基础得极限状态设计法础得极限状态设计法,并按极限状态设计表达式计算。并按极限状态设计表达式计算。桩基得极限状态分为下列两类桩基得极限状态分为下列两类:(1)承载能力极限状态承载能力极限状态 对应于桩基受荷达到最大承载能力导致整体失稳对应于桩基受荷达到最大承载能力导致整体失稳或发生不适于继续承载得变形或发生不适于继续承载得变形;(2)正常使用极限状态正常使用极限

7、状态 对应于桩基变形达到为保证建筑物正常使用所规对应于桩基变形达到为保证建筑物正常使用所规定得限值或桩基达到耐久性要求得某项限值。定得限值或桩基达到耐久性要求得某项限值。5 5、特点、特点优点优点:将荷载传递到下部好土将荷载传递到下部好土层层,承载力高承载力高沉降量小沉降量小抗震性能好抗震性能好,穿过液化层穿过液化层承受抗拔承受抗拔(抗滑桩抗滑桩)及横及横向力向力(如风载荷如风载荷)与其她深基础比较与其她深基础比较,施工施工造价低造价低Downtown HoustonDowntown HoustonSuctionpilesSuctionpiles桩得功能及类型桩得功能及类型缺点缺点比浅基础造价

8、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,钻孔灌注桩得泥浆钻孔灌注桩得泥浆有地下室时有地下室时,有一定有一定干扰干扰,深基坑中做深基坑中做桩桩桩得功能及类型桩得功能及类型日本阪神地震中日本阪神地震中发生得桩基础得发生得桩基础得破坏导致墩倾倒破坏导致墩倾倒桩得功能及类型桩得功能及类型二、桩得分类、不同得分类标准(一一)按承台按承台 承台承台:将几个桩结合起将几个桩结合起来传递荷载来传递荷载(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得功能及类型桩得功能及类型(一)按承台 承台承台:将几将几个桩结合起来传

9、递荷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得功能及类型桩得功能及类型低承台低承台 桩桩桩得功能及类型桩得功能及类型高承台桩高承台桩(二二)按材料按材料 木桩、混凝土、钢筋混凝木桩、混凝土、钢筋混凝土、钢管土、钢管(型钢型钢)桩、复合桩、复合桩桩 钢筋混凝土钢筋混凝土:普通混凝土、普通混凝土、预应力混凝土预应力混凝土(离心预制离心预制)、高强混凝土高强混凝土桩得功能及类型桩得功能及类型(三三)按形状按形状按纵断面按纵断面:楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节(分分叉叉)桩、扩底桩、支盘桩、微型

10、桩桩、扩底桩、支盘桩、微型桩按横断面按横断面:圆形圆形,八边形八边形,十字桩、十字桩、X X形桩形桩桩得功能及类型桩得功能及类型桩身桩身桩得功能及类型桩得功能及类型桩端桩端Dd桩得功能及类型桩得功能及类型横断面横断面桩得功能及类型桩得功能及类型(四四)按尺寸按尺寸按断面按断面(直径直径)得大小得大小:大直径大直径:d80cm;小小直径直径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左左:土工离心机土工离心机右上右上:离心机中得入桩设备离心机中得入桩设备右下右

11、下:模型桩模型桩单桩承载力确定单桩承载力确定第三节第三节 桩得抗拔承载力与负摩擦力桩得抗拔承载力与负摩擦力 Pullout strength and negative shaft friction一一、单桩得抗拔承载力、单桩得抗拔承载力 抗浮桩抗浮桩,冻拔桩冻拔桩 抗拔桩抗拔桩抗拔桩承载力抗拔桩承载力1、抗拔承载机理特点抗拔承载机理特点抗拔时抗拔时,桩周土得应力状态、应力桩周土得应力状态、应力路径与土得变形与承压桩不同。路径与土得变形与承压桩不同。一般抗拔得摩阻力小于抗压得摩一般抗拔得摩阻力小于抗压得摩阻力。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

12、承载力2、单桩抗拔承载力特征值单桩抗拔承载力特征值Ta(1)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、5-0、7,粉粉,粘土粘土0、7-0、8抗拔桩承载力抗拔桩承载力Nk Ta G GpNk 相应于荷载效应得标准组合相应于荷载效应得标准组合,Ta 单桩上拔力单桩上拔力 Gp 为桩得自重为桩得自重,水下为浮重水下为浮重 G 永久荷载得分项系数永久荷载得分项系数单桩得抗拔验算单桩得抗拔验算抗拔桩承载力抗拔桩承载力1、摩擦得产生、摩擦得产生(1)桩周附近地面大面积堆载桩周附近地面大面

13、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、桩得负摩阻力、桩得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、负摩擦力得确定负摩擦力得确定 负摩擦力成为荷载负摩擦力成为荷载,下部下部为岩石得端承桩为岩石得端承桩,可能全可能全桩为负阻力。桩为负阻力。抗拔桩承载力抗拔桩承载力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,视二者得相对视二者得相对位

14、移量与方向位移量与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抗拔桩承载力抗拔桩承载力第四节第四节 桩基在水平荷载下得承载力桩基在水平荷载下得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1 水平承载机理水平承载机理桩土得相互作用桩土得相互作用承载力大小取决于承载力大小取决于:土性、桩长与桩断面刚度土性、桩长与桩断面刚度与桩得约束条件。与桩得约束条件。l水平承载桩水平承载桩2、横向受力桩得承载力确定横向受力桩得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

15、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 p=kh x b0 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常数法m法k法C法kh 抗力系数抗力系数桩得位移水平承载桩水平承载桩不同荷载作用下桩得承载力小结不同荷载作用下桩得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-土性土性,深度深度(临界深度临界深度),),入桩方式入桩方式,桩桩土相对位移土相对位移 端阻力端阻力-土性土性,深度深度(临界深度临界深度),),入桩方式入桩方式 确定单桩承载力得方法确

16、定单桩承载力得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得承载力桩得承载力水平承载桩水平承载桩F 第五节第五节 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基本假设:单向压缩、均质各单向压缩、均质各向同性与弹性假设得分层总向同性与弹性假设得分层总与法与法方法方法:假想实体基础法布氏假想实体基础法布氏解解;明德林明德林(Mindlin)方法方法F l G b0A一一、实体深基础法、实体深基础法(一一)荷载扩散法荷载扩散法a0、b0:群桩外缘长短边得长度群桩外缘长短边得长度l:桩得入土深度桩得入土深度

17、:所有土层内摩擦角平均值所有土层内摩擦角平均值G :扩散后面积上得重量扩散后面积上得重量(矩形矩形)p0如果忽略桩身如果忽略桩身l长度部分在入桩前后重量得变化长度部分在入桩前后重量得变化a、b 承台得长度与宽度承台得长度与宽度 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 承台与承台以上土得重量承台与承台以上土得重量(矩形矩形)F l G b0Ap0s :桩基最终计算沉降量桩基最终计算沉降量n:桩端面以下计算分层数桩端面以下计算分层数Esi:桩端面以下土层压缩模量桩端面以下土层压缩模量 pi:桩端面以下第桩端面以下第i层土得竖向层土得

18、竖向 附加应力平均值附加应力平均值 p:沉降计算经验系数沉降计算经验系数按照扩散后得面积进行分层总与法计算沉降按照扩散后得面积进行分层总与法计算沉降F l G b0Ap0F l G b0A一一、实体深基础法、实体深基础法(二二)扣除桩群侧壁摩阻力法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 桩得入土深度桩得入土深度qsia 第第i层土侧阻力特征值层土侧阻力特征值Gk 承台与承台以上土得重量承台与承台以上土得重量按照前面得分层总与法计算沉降按照前面得分层总与法计算沉降p0l Q二二、明德林盖得斯附加应力计算方法、明德林盖得斯附加应力计算方法pi 第第i层土层中点处得附

19、加应力层土层中点处得附加应力m 桩数桩数 zp,k 第第k根桩端荷载产生得附加应力根桩端荷载产生得附加应力 zs,k 第第k根桩侧荷载产生得附加应力根桩侧荷载产生得附加应力Q(1)Qi第六节第六节 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、桩基设计、桩基设计问题问题单桩承载力加起来等单桩承载力加起来等于群桩承载力？于群桩承载力？实际工程中桩基础就是由多实际工程中桩基础就是由多根桩组成根桩组成,上部由承台连接。上部由承台连接。由三根与三根以上得桩组成由三根与三根以上得桩组成得桩基础称为群桩基础得桩基础称为群桩基础作用作用:1 加强土加强土,2 将荷载传将荷载传递到更深土层中递

20、到更深土层中一、群桩与群桩效应一、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一、群桩与群桩效应一、群桩与群桩效应1、预制桩沉桩、预制桩沉桩 砂土砂土,非饱与土与一般粘性土非饱与土与一般粘性土,填填 土有挤密作用土有挤密作用,使承载力增加使承载力增加 饱与粘土饱与粘土,超静孔压积累超静孔压积累,地面上浮地面上浮,先入桩上先入桩上 浮浮,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;总得总得 沉降增加沉降增加3、桩之间互相调节个别桩承载力低总体上可互、桩之间

21、互相调节个别桩承载力低总体上可互 补补;个别桩受荷个别桩受荷,其她桩帮助传递荷载其她桩帮助传递荷载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;总得沉降增加总得沉降增加关于承台承载力问题承台可以承担荷载承台可以承担荷载,最高达最高达3030刚性承台下各桩承担得荷载不同刚性承台下各桩承担得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 群桩效应与很多

22、因素相关。可以用群群桩效应与很多因素相关。可以用群桩效应系数估计桩效应系数估计,群桩效应系数可能小于群桩效应系数可能小于1,也可能大于也可能大于1。对于砂土、长桩与大间距条件下对于砂土、长桩与大间距条件下,取取 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与群桩中各单桩承载力之与二、桩基础设计二、桩基础设计1、桩基础设计步骤桩基础设计步骤2、群桩中得单桩承载群桩中得单桩承载力力3、承台设计承台设计桩桩基基础础得得设设计计步步骤骤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

23、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根据施工条件决定桩型型根据持力层深度确定根据持力层深度确定桩长桩长根据荷载大小决定桩根据荷载大小决定桩截面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。桩端下持力。桩端下持力层厚度层厚度 4d。根据第二节得方法确根据第二节得方法确定单桩承载力特征值定单桩承载力特征值1单桩得静载荷试验单桩得静载荷试验2 其她现场试验其她现场试验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n

24、Fk 竖向荷载效应的标竖向荷载效应的标准组合准组合Gk 设计地面下承台底设计地面下承台底面以上结构和土的自面以上结构和土的自重，容重用重，容重用19.6kN/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扩底直径的的1.5倍倍群桩承载力合力作用群桩承载力合力作用点与长期荷载的重心点与长期荷载的重心重合重合承载力验算采用正常承载力验算采用正常使用极限状态下荷载使用极限状态下荷载效应得标准组合效应得标准组合沉降验算采用正常使沉降验算采用正常使用极限状态下荷载效用极限状态下荷载效应得准永久组合应得准永久组合承台与桩身强度验算承台与桩身强度验算时采用正常使用极限时采用正常使用极限状

25、态下荷载效应得基状态下荷载效应得基本组合本组合承台尺寸、厚度承台尺寸、厚度承台得抗冲切、抗弯、承台得抗冲切、抗弯、抗剪验算抗剪验算钢筋混凝土桩得配筋钢筋混凝土桩得配筋等设计等设计2、群桩基础中得单桩承载力验算(1 1)中心竖直荷载中心竖直荷载实实际际分分布布假设得分布假设得分布F假设每个桩得荷载相同G Gk k :承台以上总自重n n :桩数G(2)偏心竖向荷载偏心竖向荷载 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得面通过桩群形心得x,y轴得力矩轴得力矩MyMx987216345XXY三根桩得荷载计算三根桩得荷载

26、计算MyMx3、承台得设计计算、承台得设计计算 独立承台、条形承台独立承台、条形承台梁梁,筏板承台与箱形承台筏板承台与箱形承台 承台得埋置深度一般承台得埋置深度一般与浅基础相同与浅基础相同,主要由建主要由建筑物结构设计与环境条件筑物结构设计与环境条件决定决定 对于承台应进行抗弯、对于承台应进行抗弯、抗冲切与抗剪计算。抗冲切与抗剪计算。3、承台得设计计算、承台得设计计算(1 1)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

27、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(2)(2)承台得抗弯计算承台得抗弯计算 如果承台厚度较小如果承台厚度较小,配筋配筋量不足量不足,承台可能发生弯承台可能发生弯曲破坏。曲破坏。XXYYxiyixy1)多桩矩形承台多桩矩形承台计算截面在柱边与计算截面在柱边与承台截面变化处承台截面变化处 Mx=Niyi My=Nixih0h0XXYYNixiyi1)多桩矩形承台多桩矩形承台Mx=NiyiMy=Ni

28、xi(2)(2)承台得抗弯计算承台得抗弯计算 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(3)(3)柱下桩基独立承台得冲切计算柱下桩基独立承台得冲切计算 板式承台得厚度主要由冲切计算决定。两种板式承台得厚度主要由冲切计算决定。两种破坏形式破坏形式柱对承台得冲切柱对承台得冲切,由柱边沿或者变阶处形成由柱边沿或者变阶处形成一个一个 45o得冲切锥体得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QQFQFQQQ1)1)柱对承台得冲切柱对承台得冲切沿柱边或者变阶面得冲切沿柱边或者变阶面得冲切,一般沿大约一般沿大约4545o

29、o斜截面上斜截面上产生拉裂产生拉裂,锥体破坏锥体破坏h0 冲切锥体得有效高度冲切锥体得有效高度 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 柱边或变阶处至柱边或变阶处至相应桩边得水平距离相应桩边得水平距离 hp 截面高度影响系数截面高度影响系数F45oh02)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 0aixaiyc1c23)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(见图见图)a11xy12c1c2a12顶部角桩顶部角桩(见图见图)(3)(3)斜截面得剪切验算斜截面得剪切验算a ax xh h0 0V :扣除承台及其上土自重后斜扣除承台及其上土自重后斜截面上最大剪力设计值截面上最大剪力设计值;:剪切系数剪切系数 hs:高度影响系数高度影响系数bxXY三根桩得荷载计算三根桩得荷载计算MyMx