培训资料：桩基础与深基础

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,基础工程,厦门大学 土木系,156,基础工程,1 概述,2 桩的分类及选用,3 竖向承压桩的荷载传递,4 竖向承压桩单桩承载力的确定,5 桩的抗拔承载力与桩的负摩擦力,6 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,7 桩基的沉降计算,8 桩基础的设计,9 桩基技术和理论的新发展,10 墩基础,11 沉井基础,桩基础与深基础,基础工程,1 概述,2 桩的分类及选用,3 竖向承压桩的荷载传递,4 竖向承压桩单桩承载力的确定,5 桩的抗拔承载力与桩的负摩擦力,6 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,7 桩基的沉降计算,8 桩基础的设计,9 桩基技术和理论的新发展,10 墩基础,11 沉井基础,桩基础与深基础,基础工程,一、桩基础与深基础的适用范围,二、深基础的类型,三、深基础的特点,四、桩基础的类型,五、桩基设计原则,六、桩基设计内容,1 概述,基础工程,1 天然地基土质软弱。,设计天然地基浅基础不能满足地基承载力或变形要求、或采用人工加固处理地基不经济，或时间不允许时，可采用桩基础。,2 高层建筑。,在地震区，基础埋深d不应小于建筑物高度1/15，采用浅基础难满足此要求，只能用桩基础或深基础。,3 重型设备。,一、桩基础与深基础的适用范围,如：上海宝钢一号高炉，总质量达50000t，地基未软弱淤泥质土，地基承载力仅80kpa，用大直径钢管桩，直径914mm，桩长60m，共144根钢管桩才满足高炉正常运用。,基础工程,常用深基础类型包括：桩基础、大直径桩墩基础、沉井基础、地下连续墙、箱桩基础和高层建筑深基坑护坡工程等，其中桩基础应用最广。,二、深基础的类型,基础工程,三、深基础的特点,1 施工方法较复杂：,2 地基承载力高：,深基础一般选择较坚实的土层作为建筑物的持力层；另外经过深度修正后承载力大幅度提高；不仅基底土层有较高承载力，且四周侧壁的摩阻力也具有一定的承载力。,3 施工需要专门设备：,如预制桩施工需打桩设备；灌注桩施工需成孔设备；沉井基础施工需现场浇筑砼、井点降水、沉降观测及纠偏等一整套设备,。,4 深基础技术较复杂：需进行特殊结构设计。,5 深基础造价较高：基础各方案需进行经济分析。,6 深基础工期较长,基础工程,根据承台与地面相对位置的高低，桩基础可分为低承台桩基和高承台桩基两种。低承台桩基的承台底面位于地面以下，而高承台桩基的承台底面高出地面以上。,在工业与民用建筑中，几乎都使用低承台桩基，而且大量采用竖直桩，斜桩少用。但在桥梁、港湾和海洋构筑物等工程中，常使用高承台桩基，且多用斜桩，以承受较大的水平荷载。,四、桩基础类型,基础工程,桩基的首要问题是控制其沉降量，故桩基设计应按变形控制设计。,桩基设计时，上部结构传至承台上的荷载效应组合同浅基础。,桩基设计应满足下列基本条件：,1 单桩承受竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值,2 桩基础沉降不得超过建筑物的沉降允许值,3 对位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算,五、桩基设计原则,基础工程,六、桩基设计内容,1 桩的类型和几何尺寸选择,2 单桩竖向承载力的确定,3 确定桩的数量、间距和平面布置,4 桩基承载力和沉降验算,5 桩身结构设计,6 承台设计,7 绘制桩基施工图,基础工程,1 概述,2 桩的分类及选用,3 竖向承压桩的荷载传递,4 竖向承压桩单桩承载力的确定,5 桩的抗拔承载力与桩的负摩擦力,6 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,7 桩基的沉降计算,8 桩基础的设计,9 桩基技术和理论的新发展,10 墩基础,11 沉井基础,桩基础与深基础,基础工程,一、桩的承载性状分类,二、按桩的使用功能分类,三、按桩的材料分类,四、按桩施工方法分类,五、按桩的成桩方法分类,六、按桩径的大小分类,七、桩型选用,2 桩的分类及选用,基础工程,1 摩擦型桩,1）摩擦桩,在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩侧阻力承受，即纯摩擦桩，桩端阻力可忽略不计。,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。,如长径比很大，桩顶荷载通过桩侧阻力传递给桩周土，桩端阻力很小；桩端下无较坚实的持力层；,例如：置于软塑状态粘性土中的长桩，桩端土为可塑状态的粘性，就属于端承摩擦桩。,一、按承载性状分类,基础工程,2 端承桩,1) 端承桩,在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受。较短的桩，桩端进入微风化或中等风化岩石时，为典型的端承桩，此时桩侧阻力忽略不计。即桩顶极限荷载绝大部分由桩端阻力承担，而桩侧阻力可以忽略不计的桩。这种桩其长径比较小（,l,/d800mm的桩，称为大直径桩。,六、按桩径大小分类,基础工程,六、按桩径大小分类,特点和用途：桩径大，桩端还可扩大，因此单桩承载力高。常用于高层建筑、重型设备基础。施工中，大直径桩每一根桩的施工质量必须切实保证。要求对每一根桩做施工记录，进行质量检验将虚土清除干净，再下钢筋笼，并用商品砼一次浇成，不得留施工冷缝。,基础工程,一、桩的承载性状分类,二、按桩的使用功能分类,三、按桩的材料分类,四、按桩施工方法分类,五、按桩的成桩方法分类,六、按桩径的大小分类,七、桩型选用,2 桩的分类及选用,基础工程,七、桩型的选用,桩型与成桩工艺的选择应根据结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层土类、地下水条件、施工设备、施工环境、施工经验、制桩材料供应等条件因地制宜地进行。,原则是,经济合理和安全适用,。,基础工程,基础工程,1 概述,2 桩的分类及选用,3 竖向承压桩的荷载传递,4 竖向承压桩单桩承载力的确定,5 桩的抗拔承载力与桩的负摩擦力,6 桩在水平荷载下的性状及承载力确定,7 桩基的沉降计算,8 桩基础的设计,9 桩基技术和理论的新发展,10 墩基础,11 沉井基础,桩基础与深基础,基础工程,一、承压的单桩竖向承载力的组成,二、影响单轴荷载传递的影响因素,三、桩的侧阻力,四、桩的端阻力,3 竖向承压桩的荷载传递,基础工程,作用于桩顶的竖向压力由作用于桩侧的总摩阻力和作用于桩端的端阻力共同承担。桩侧阻力和桩端阻力的发挥过程是桩土体系荷载的传递过程。,桩顶受竖向压力后，桩身压缩并向下位移，桩侧表面与土间发生相当运动，桩侧表面开始受土的向上摩擦阻力，荷载通过侧阻力向桩周土中传递，就使桩身的轴力与桩身压缩变形量随深度递减。随着荷载增加，桩身下部侧阻力也发挥作用。当荷载增加到一定值时，桩端才开始发生竖向位移，桩端的反力也开始发挥作用。,一、承压单桩竖向承载力的组成,基础工程,桩侧阻力Qs和桩端阻力Qp发挥作用所需的位移量不同。大量常规直径桩一般侧阻力发挥所需相对位移不超过20mm。对于大直径桩一般在位移量s=(3%6%)d，侧阻已发挥绝大部分的作用。但端阻力发挥作用的情况比较复杂，与桩端土的类型与性质及桩长度、桩径、成桩工艺和施工质量等因素有关。对于岩层和硬的土层，只需很小的桩端位移就可充分发挥桩端阻力。一般土层完全发挥端阻需位移量则可能很大。,工作荷载作用下，侧阻力可能已发挥出大部分，而端阻力只发挥了很小一部分。只有支承于坚硬岩基上的刚性短桩，由于桩端无法下沉，而桩身压缩量很小，摩阻力无法发挥作用，端阻力才先于侧阻发挥作用。,一、承压单桩竖向承载力的组成,基础工程,综上所述，可归纳为以下几点：,1 荷载增加时，桩身上部侧阻先于下部侧阻发挥作用。,2 一般情况下，侧阻先于端阻发挥作用。,3 工作荷载作用下，对于一般摩擦型桩，侧阻发挥作用的比例明显高于端阻发挥作用的比例。,4 对于,l,/d较大的桩，即使桩端持力层为岩层或坚硬土层，桩端阻很小，也可忽略成摩擦桩。,一、承压单桩竖向承载力的组成,基础工程,一、承压的单桩竖向承载力的组成,二、影响单轴荷载传递的影响因素,三、桩的侧阻力,四、桩的端阻力,3 竖向承压桩的荷载传递,基础工程,二、影响单轴荷载传递主要因素,1 桩端土与桩周土的刚度比Eb/Es：Eb/Es越小，桩身轴力沿深度衰减越快，即传递到桩端的荷载越小。,2 桩土刚度比Ep/Es：Ep/Es越大，传递到桩端荷载越大。但当Ep/Es超过1000后对桩端阻力分担荷载比影响不大3 桩端扩底直径与桩身直径之比D/d：D/d越大，桩端阻力分担的荷载比越大。,4 桩的长径比,l,/d：随着,l,/d的增大，传递到桩端的荷载减小，桩身下部侧阻力发挥值相应降低。在均匀土层中的长桩的桩端阻力分担荷载比趋于零。,基础工程,一、承压的单桩竖向承载力的组成,二、影响单轴荷载传递的影响因素,三、桩的侧阻力,四、桩的端阻力,3 竖向承压桩的荷载传递,基础工程,侧阻力沿桩身的分布,桩侧摩阻力发挥作用的程度与桩和桩土间的相对位移有关，对于摩擦桩，当桩顶有竖向压力Q时，桩顶位移为s,0,。s,0,由两部分组成：一部分为桩端的下沉量s,p,（包括桩端土体的压缩量和桩尖刺入桩端土层而引起的整个桩身的位移），另一部分为桩身在轴向力作用下产生的压缩变形s,s,。s,0,=s,p,+s,s,基础工程,N(z),N(z)+dN(z),q,s,(z)udz,x,x,q,s,(z)udz,Q,l,z,dz,s,0,s,p,q,s,(z),q,p,z,侧阻力沿桩身的分布,取微桩段上力的平衡条件，可得到桩侧阻力q,s,与桩身轴力N(z)的关系：,桩荷载传递的基本微分方程,基础工程,侧阻力沿桩身的分布,N,0,z,N,0,=Q,Q,p,=N,l,Q,s,q,s,0,z,q,s,(z),s,0,z,s,0,s,p,s,s,测出桩顶竖向位移s,0,后，可利用上述已测轴力分布曲线N(z)计算出桩端位移和任意深度处桩截面的位移s(z)，即：,桩身截面位移s(z)：,基础工程,一、承压的单桩竖向承载力的组成,二、影响单轴荷载传递的影响因素,三、桩的侧阻力,四、桩的端阻力,3 竖向承压桩的荷载传递,基础工程,1 经典理论计算法,按地基极限承载力理论求出桩端的极限承载力，确定极限单位端阻力q,pu,。较常用的太沙基型和梅耶霍夫型滑动面形状。,基础工程,【4-1】,某预制桩，截面尺寸,，桩长12m，桩在竖向荷载Q,0,=1000kN作用下实测轴力分布如图所示，试计算桩侧阻分布。,1200,800,1000kN,7.2m,8m,12m,解：桩长，轴力分布的方程为：,桩长7.212m，轴力分布的方程为：,基础工程,1200,800,1000kN,7.2m,8m,12m,23.1kpa,7.2m,8m,12 m,69.3kpa,基础工程,2 深度效应,侧阻深度效应侧阻随深度增大而增加，但当桩入土深达某一临界深度后，侧阻就不随深度增加了。这个现象称为侧阻深度效应。,端阻也存在深度效应现象。当桩端入土深度现象增加，而大于该深度后则保持恒值不变，这一深度称为端阻的临界深度，它随持力层密度的提高，上覆荷载的减小而增大。,基础工程,桩基础与深基础,3.2 单桩竖向极限承载力标准值,我国确定桩的承载力的方法有两种：根据建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）方法；根据建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）。桩的承载力包括单桩竖向承载力、群桩竖向承载力和桩的水平承载力。,先按建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）介绍。,一 单桩竖向极限承载力标准值,1 对各级建筑物的规定,1）对于一级建筑桩基，单桩竖向极限承载力标准值应通过现场静载荷试验确定。在同一条件下的试桩数量,基础工程,桩基础与深基础,3.2 单桩竖向极限承载力标准值,不宜少于总桩数的1，并不应少于3根，工程总桩数在50根以内时不应少于2根。建筑桩基技术规范还要求结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定。,2）对于二级建筑桩基，也可参照地质条件相同的试验资料，根据具体情况确定。建筑桩基技术规范规定：应根据静力触探，标准贯入、经验参数等估算。当缺乏可参照的试桩资料或地质条件复杂时应由现场静载荷试验确定。,基础工程,桩基础与深基础,3.2 单桩竖向极限承载力标准值,3）对于三级建筑桩基，可利用承载力经验参数估算。,2 按静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值,1）试验目的：在建筑工程现场实际工程地质和实际工作条件下，采用与工程规格尺寸完全相同的试桩，进行竖向抗压静载荷试验，直至加载破坏，由此确定单桩竖向极限承载力作为桩基设计的依据。这是确定单桩竖向极限承载力最可靠的方法。,2）试验设备 3）试验加载装置,4）荷载与沉降的量测 5）静载荷试验要点,6）单桩竖向极限承载力标准值的确定,基础工程,(1) 单桩竖向极限承载力实测值,1） Ps曲线有明显的陡降段，取陡降段起点相应的荷载值。,2） 桩径或桩宽在550mm以下的预制桩，在某级荷载P,i,作用下，其沉降增量与相应荷载增量的比值大于时，取前一级荷载P,i-1,值为极限荷载P,u,。,3）当Ps曲线为缓变型，无陡降段时，据桩顶沉降量确定极限承载力：,一般桩可取s4060mm对应的荷载；,桩基础与深基础,3.2 单桩竖向极限承载力标准值,基础工程,大直径桩可取s0.06)D对应的荷载值；,对于细长桩(L/D80)可取s6080mm对应荷载；,根据沉降随时间变化特征确定极限承载力：取slgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。,IV,a,a,a,b,b,O,s/mm,P/kN,I,II,III,桩基础与深基础,3.2 单桩竖向极限承载力标准值,基础工程,(2) 单桩竖向极限承载力标准值Q,uk,A 计算n根试桩实测极限承载力平均值Q,um,：,B 计算每根试桩的极限承载力实测值Q,ui,与平均值Q,um,之比,i,：,下标i根据Q,ui,值按由小到大的顺序确定。,C 计算,i,的标准差S,n,：,桩基础与深基础,3.2 单桩竖向极限承载力标准值,基础工程,D Q,uk,的计算：当,i,的标准差S,n,：,Q,uk,单桩竖向极限承载力标准值；Q,um,单桩竖向极限承载力实测值；,单桩竖向极限承载力标准值折减系数，按照表和公式确定。,桩基础与深基础,3.2 单桩竖向极限承载力标准值,基础工程,3 按土的物理指标与承载力参数之间的关系确定单桩竖向极限承载力标准值（物理指标法）,1）根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定单桩竖向极限承载力标准值,式中Q,sk,单桩总极限侧阻力标准值；Q,pk,单桩总极限端阻力标准值；u桩身的周边长度；,q,sik,桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；可以查表；q,pk,极限端阻力标准值；可以查表；,桩基础与深基础,3.2 单桩竖向极限承载力标准值,基础工程,二 单桩竖向承载力特征值:,si,，,p,大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，查表知。,对于砼护壁的大直径挖孔桩，计算单桩竖向承载力时，设计桩径取护壁外直径。,桩基础与深基础,3.3 单桩竖向承载力特征值,k为安全系数，取2；,2）根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定大直径桩（d,800mm,）单桩竖向极限承载力标准值,基础工程,2 据静载试验确定单桩竖向承载力标准值时，基桩的竖向承载力设计值：,s,桩侧阻抗力分项系数；,p,桩端阻抗力分项系数；,sp,桩侧端阻综合阻抗力分项系数；查表知。,桩基础与深基础,3.4 单桩竖向承载力设计值94-94,1 对于桩数小于3的桩基，基桩的竖向承载力设计值,基础工程,桩基础与深基础,3.4 单桩竖向承载力设计值94-94,桩基竖向承载力抗力分项系数,桩型与工艺,s,=,p,=,sp,c,静载试验法,经验参数法,预制桩、钢管桩,1.60,1.65,1.70,大直径灌注桩（清底干净）,1.60,1.65,1.65,泥浆护壁钻（冲）孔灌注桩,1.62,1.67,1.65,干作业钻孔灌注桩（d2m时）,沉管扩底灌注桩,2.0d,b,（d,b,为扩大端设计直径）,基础工程,桩基础与深基础,7 桩的平面布置原则,s,s,s,s,s,s,s,s,s,s,s,s,s,s,s,s,s,s,s,s,3d,a,3d,a,(a) 柱下桩基,(b) 墙下桩基,(c) 圆形桩基,基础工程,桩基础与深基础,8 桩承台的设计,一 承台作用,1 把多根桩联结成整体，共同承受上部荷载,2 把上部结构荷载通过桩承台传递到各根桩的顶部,桩承台为现浇钢筋砼结构，相当于一个浅基础。,二 承台种类,分高桩承台和低桩承台。,高桩承台桩顶位于地面以上相当高度的承台。,低桩承台凡桩顶位于地面以下的桩承台。,基础工程,桩基础与深基础,8 桩承台的设计,三 材料与施工,采用钢筋砼材