任务11桩基础的设计

标题文本,正文级别 1,正文级别 2,正文级别 3,正文级别 4,正文级别 5,任务11 桩基础的设计,任务11-1 桩基础的基础知识,一、理论知识,a）桩基础是桥梁基础中常用的形式。当地基土层较软弱且较厚时常采用桩基础，以满足地基强度、稳定性和控制地基沉降的要求；,b）组成：桩体承台,c）单桩：一个承台承接一根桩；,d）群桩：一个承台将各根桩在上端连成一体；,e）桩基础的适用情况：a）i）p162,任务11 桩基础的设计,任务11-1桩基础的基础知识,一、理论知识,桩的分类,（1）按桩体材料分类,a）木桩：桩径常采用160360mm，桩长为410m。仅在乡村小桥和一些临时应急工程中使用；,b）钢筋混凝土桩：目前工程上最广泛采用的桩。钢筋混凝土桩可采用工厂预制或现场预制后打入或压入，现场钻孔灌注混凝土等方法成桩。截面形式有方桩、空心方桩、管桩、三角形桩等；,c）刚桩：直径一般为2501200mm；,d）组合材料桩：指一根桩由两种或两种以上材料组成的桩。一般用在特殊地质环境及施工技术等情况。,任务11 桩基础的设计,任务11-1桩基础的基础知识,一、理论知识,桩的分类,（2）按土对桩的支撑形状分类,根据桩侧摩阻力和桩端阻力占外荷载的比例大小将桩基础分为两类：,a）端承桩（柱状）：穿过上部软弱土层，直接将荷载传至坚硬土层或岩层上；,b）摩擦桩：这种桩穿过的软弱土层较厚，桩端达不到坚硬土层或岩层上，桩顶的荷载主要靠桩身与土层之间的摩擦力来支承。,（3）按桩的施工方法分类,a）灌注桩,b）预制桩,任务11 桩基础的设计,任务11-1桩基础的基础知识,一、理论知识,桩的分类,（4）按成桩的直径分类,a）小直径桩；,b）中等直径桩；,c）大直径桩。,（5）按桩的设置效应分类,a）挤土桩：采用打入、静压和振动等成桩方法的实心预制桩、下段封闭的管桩和沉管灌注桩等属于挤土桩；,b）部分挤土桩：一般底端开口的钢管桩、H形钢桩、冲孔灌注桩和开口薄壁预应力钢筋混凝土桩等属于部分挤土桩；,c）非挤土桩：一般现场灌注的钻、挖孔桩或先钻孔再打入的预制桩属于非挤土桩。,任务11 桩基础的设计,任务11-1 桩基础的基础知识,一、理论知识,2.桩基础的分类,（1）按承台的位置分类,高承台桩基、低承台桩基,（2）按桩轴方向分类,竖直桩桩基、斜桩桩基,任务11 桩基础的设计,任务11-2 桩基础的设计,一、理论知识,a）桩设计的原则：结构安全、技术可行、经济合理,b）桩基的设计步骤：,i）收集必要的设计资料，初步拟定设计方案；,ii）单桩及群桩的强度、稳定性及变形计算和验算；,iii）根据验算结果对设计方案进行必要的修正。,任务11 桩基础的设计,任务11-2 桩基础的设计,一、理论知识,1.收集设计资料,包括：上部结构形式、荷载、工程地质勘察资料、材料来源和施工技术设备等情况，对于铁路桥梁荷载，应按主力附加力或主力特殊力为各种最不利荷载组合。,任务11 桩基础的设计,任务11-2 桩基础的设计,一、理论知识,2.桩基类型的选择,a）首先，确定采用,低承台,还是,高承台,桩基。规范指出：承台底面位于冻胀土层中时，至少应低于冻结线下0.25m；若位于水中时，至少应低于最低冰层面下0.25m；在通航或筏运河流中，承台底面应适当降低；,b）然后，确定采用,端承桩,或,摩擦桩,；,c）最后，确定桩体。如钢筋混凝土预制桩、预应力混凝土桩、钻（挖）孔灌注桩或钢管桩等。,任务11 桩基础的设计,任务11-2 桩基础的设计,一、理论知识,2.桩基类型的选择,（1）确定桩径,桩的直径可以根据各类桩的特点及常用尺寸来确定。p169,（2）确定桩长,桩长的确定可先根据地质条件和桩的类型确定。对于端承型桩，应选择浅层范围内的坚实岩层或坚硬土层作为桩尖持力层并初步确定桩长，以得到较大的承载力和较小的沉降；对于摩擦型桩，此时确定桩长与桩数相互关联，应通过试算比较，选用较合理的桩长。（3）确定桩数,可根据承台底面上的竖向荷载以及单桩容许承载能力按公式计算：,任务11 桩基础的设计,任务11-2 桩基础的设计,一、理论知识,2.桩基类型的选择,（4）桩的平面布置,a）合理的布桩是桩基设计中保证桩基,最有效,和,最经济,的重要环节；,b）桩台下布桩的原则：,i）布桩时应尽量使群桩的形心位置与上部结构荷载的合力作用点重合；,ii）尽量缩小承台的平面尺寸，按最小桩中心距进行桩的布置；,iii）尽可能将桩布置在靠近承台的外围部分，以增加桩基的惯性矩。,c）铁路桥梁桩基的承台一般为,矩形,承台，桩的平面布置一般采用,行列式,或,梅花式,。,任务11 桩基础的设计,任务11-2 桩基础的设计,一、理论知识,2.桩基类型的选择,（5）承台与桩的连接,连接方式有两种：i）桩顶直接伸入承台板内；ii）桩顶主筋伸入板内连结,任务11 桩基础的设计,任务11-2 桩基础的设计,一、理论知识,3.单桩荷载的传递,（1）单桩竖向荷载的传递,a）作用于桩顶的竖向荷载Q是由桩侧土的总摩阻力Qs，和桩端土的总抗力Qp共同承担的，即,QQsQp,当桩顶荷载加大至极限值时，有,QuQsuQpu,b）一般说来，靠近桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥，而侧阻力先于端阻力发挥出来。,任务11 桩基础的设计,任务11-2 桩基础的设计,一、理论知识,3.单桩荷载的传递,（1）单桩竖向荷载的传递,i）桩侧阻力,桩于桩之间相对位移的大小，直接影响其阻力的发挥程度。在黏性土中，使桩侧模阻力全部发挥的相对位移量约为46mm，在砂土中约为610mm，这一位移不受桩的尺寸或长度的影响。深度更大的摩阻力则接近均匀分布或逐渐减小。,ii）桩端阻力,当作用在桩顶的荷载Q不断增大，桩侧摩阻力完全发挥达到极限后，继续增加的荷载就靠桩端阻力的增大来承担，知道桩端下的土体达到极限平衡，桩端阻力也达到极限值，此时桩所承受的荷载即为极限承载力Qu。,任务11 桩基础的设计,任务11-2 桩基础的设计,一、理论知识,3.单桩荷载的传递,（3）桩侧负摩阻力,在某些特殊情况下，桩周土层的下沉量大于相应深度处桩身的下沉量，即土层相对桩产生向下的位移时，土对桩侧产生向下的摩擦力，这种摩擦力称为负摩阻力。,i）负摩阻力的产生条件,土的自重引起地面沉降；,地下水位全面下降使桩周土的有效应力增大，因而使桩周土产生显著压缩沉降；,ii）负摩阻力的分布,一些实测资料表明，对于欠固结的软弱土层中的摩擦型桩，中性点的位置大多在桩长的70%80%深度处；对于穿过软土、自重湿陷性黄土，支撑在基岩、砂卵石上的端承型桩，当沉降在允许范围内时，中性点的位置在桩长的85%90%深度处，当桩沉降量接近于零时，负摩擦力可分布于全桩身，中性点接近基岩面。,任务11 桩基础的设计,任务11-2 桩基础的设计,一、理论知识,4.按桩周土的支承能力确定单桩承载力,a）确定方法：i）单桩静载荷试验法；ii）经验参数（公式）法；iii）静力触探法；iv）动力分析法；,b）,静载荷试验法,是确定单桩竖向承载力的最可靠方法；,c）在工程实际中，慎重选择一种或几种方法相结合的方式综合确定单桩的竖向承载力。,任务11 桩基础的设计,任务11-2 桩基础的设计,一、理论知识,5.按桩身材料强度确定单桩竖向承载力,桩基础设计中，除了按土阻力计算单桩竖向承载力外，还应按桩身的材料强度确定单桩竖向承载力，以两者中的,最小值,来控制单桩竖向承载力。,任务11 桩基础的设计,任务11-2 桩基础的设计,一、理论知识,6.桩身结构设计,桩身结构设计包括,桩身混凝土材料选择,和,配筋,。,（1）灌注桩,a）铁路桥梁基础的桩身常为实心截面，桩身混凝土标号可采用C15C25，水下混凝土不宜低于C20；,b）钢筋的直径不宜小于16mm，箍筋采用8mm，箍筋间距采用200mm。考虑到灌注桩桩身混凝土施工的方便，主筋宜采用光面钢筋，必要时也可用螺纹钢筋。,任务11 桩基础的设计,任务11-2 桩基础的设计,一、理论知识,6.桩身结构设计,桩身结构设计包括,桩身混凝土材料选择,和,配筋,。,（2）预制桩,a）通常采用的有普通钢筋混凝土管桩和预应力混凝土管桩，直径有40cm和50cm两种；,b）主筋直径可采用1222mm，根数不少于8根，净保护层不应小于2cm，螺纹钢筋直径610mm，间距5-200mm；,c）柱身的混凝土强度等级应不宜低于C30，采用静压法成桩时，不宜低于C20；,d）单桩的竖向承载力检验式：,Nmax+G=P,任务11 桩基础的设计,任务11-2 桩基础的设计,一、理论知识,8.承台设计,（1）构造要求,桩基承台的宽度不应小于500mm，承台边缘至边桩中心的距离不宜小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不小于150mm。对条形承台梁，桩的外边缘至承台边缘的距离不小于75mm。承台厚度不应小于300mm。承台混凝土的强度等级不宜低于C20.承台底面的混凝土垫层厚度不宜小于70mm，强度等级宜为C10。当设素混凝土时，保护层厚度不应小于40mm。承台的受力钢筋应通长配置。矩形承台板宜双向均匀通长配筋，直径不小于10，间距不宜大于200mm。对三桩承台，应按三向板带均匀配置，最里面的三根钢筋相交围城的三角形应位于柱截面范围以内。,