天然地基上的浅基础.ppt

天然地基上的浅基础需要掌握的重点,承载力 确定方法 (原位试验 理论公式 规范法) 持力层，软弱下卧层的承载力计算 宽度深度修正 宽度、深度对承载力的影响 确定基础埋深的原则 掌握基础尺寸确定的原则 掌握地基变形计算、 了解基础结构计算,浅基础小结,第九章 桩基础,本章主要内容,概述-桩的功能及类型 桩的承载机理 单桩承载力的确定 桩基础设计 桩基础的施工,软 土 层,桩：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。 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。,桩的功能及类型,若干根桩与承台共同构成桩基础。 上部荷载通过承台传递到各桩顶，再由桩传到较深的地层中去。,沉井caisson,深基础,第一节 概 述,桩的应用 1 历史十九世纪以前，木桩 隋唐建塔,西安灞桥,北京御河桥 2 十九世纪初，材料和动力进步 铸铁管桩 3 十九世纪末，现场钻孔桩,桩的功能,新加坡发展银行,四墩, 每墩直径7.3m 将荷载传递到下部好土层,承载力高,桩的功能,新加坡发展银行,四墩7.3m,现场灌注 护坡桩 造价低,桩的功能,桩的功能,2 特点,优点 将荷载传递到下部 好土层,承载力高 沉降量小 抗震性能好，可穿过液化层 承受抗拔(抗滑桩)及水平力(如风载荷) 与其他深基础比较,施工造价低,桩的功能及类型,缺点 比浅基础造价高 施工环境影响大 预制桩施工噪音大 钻孔灌注桩的泥浆,桩的功能及类型,3 适用条件,(1)水上建筑物 (2)深持力层 高地下水位 (3)抗震地基 (4)对沉降非常敏感的建筑，如精密仪器,桩的功能及类型,日本阪神地震中发生的桩基础的破坏导致墩倾倒,桩的功能及类型,二 桩的分类 不同的分类标准,(一) 按承台 (二)桩身材料 (三)桩身形状 (四)承载机理 (五)按尺寸 (六)施工方法,桩的功能及类型,二 桩的分类,(一) 按承台 承台:将几个桩结合起来传递荷载 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,桩的功能及类型,低承台 桩,桩的功能及类型,高承台桩,(二) 按材料 木桩、混凝土、钢筋混凝土、钢管(型钢)桩、复合桩 钢筋混凝土：普通混凝土、预应力混凝土(离心预制)、高强混凝土,桩的功能及类型,(三) 按形状,按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节(分叉)桩、扩底桩、支盘桩、微型桩 按横断面：圆形，八边形，十字桩、X形桩,桩的功能及类型,桩身,桩的功能及类型,桩端,桩的功能及类型,横断面,桩的功能及类型,(四) 按尺寸,按断面(直径）的大小： 大直径：d800mm; 小直径：d 60m（3) 长桩 l 10m 短桩 水平变形系数,l 2.5 为刚性短桩 2.5 l 2.5 为弹性中长桩 l 4.0 为弹性长桩,桩的功能及类型,(五) 按荷载传递方式,竖向抗压桩： 端承桩(嵌岩桩)、摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩 Q = Qp+Qs Qp端承力, Qs侧摩阻力 端承桩 主要由桩端承受极限荷载,桩不长,桩端土坚硬 摩擦桩 主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载,桩长,深,桩的功能及类型,端承桩,摩擦桩,桩的功能及类型,(五) 按荷载传递方式,竖向抗压桩： 端承桩(嵌岩桩)、摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩 竖向抗拔桩：水工建筑物、输电塔 水平受荷桩：支护桩、抗滑桩 复合受荷桩：竖向与水平荷载均较大的桩，高耸建筑物,桩的功能及类型,(六) 按施工方法,1 预制桩 Prefabricated pile 预制、存放、吊运、沉入(接、截桩) 挤土桩 现场灌注桩 Cast in place 成孔、吊放钢筋笼、灌注成桩 非挤土桩 挤土桩,桩的功能及类型,1 预制桩 2 现场灌注桩,锤击打入 振动沉桩 静压桩,引孔,部分挤土, 大面积地面隆起 不引孔,挤土桩,成孔方法,人工挖孔 螺旋钻 正反循环回转钻进 冲击 夯扩,爆破 沉管灌注,浇注法,省,易 泥皮,虚土,断桩,水上 水下 其他,离心,预应力, 工厂,现场,桩的功能及类型,桩 基 础 按 施 工 方 法 的 分 类,振动沉桩 预制桩113m,桩的功能及类型,接桩,桩的功能及类型,离心预应力预制钢筋混凝土,桩的类型,人工挖孔桩,桩的功能及类型,广州市亚洲大酒店人工挖孔桩,桩的功能及类型,螺旋钻,沉管螺旋钻孔灌注桩,粘性土,砂性土,桩的功能及类型,2.2 扩底桩,人工挖孔扩孔桩 （芝加哥法）,桩的功能及类型,UK英国,1.0-3.0 m,0.6-0.9 m,桩的功能及类型,爆破扩底桩,桩的功能及类型,内夯式扩底桩200kN钢锤,碎石,混凝土,钢筋笼,桩的功能及类型,钻扩桩,挤扩桩（支盘桩）,桩的功能及类型,桩的功能及类型,桩的质量检验,开挖检查：对暴露的桩身进行观察。 取芯法：钻孔取样，观察、试验 声波透射法：预埋发射器和接收器，分析声波的传递时间。 动测法：分大应变和小应变。 打桩分析仪、桩身结构完整性分析仪。,(一)按承台 (二)材料 (三)形状 (四)承载机理 (五)按尺寸：小 普通 大 (六)施工方法：预制 灌注,桩的功能及类型,桩的分类总结,摩擦桩 端承桩,竖向受压桩 竖向抗拔桩 水平承载桩,桩的承载机理,第二节 竖向受压桩的承载力,桩的承载机理 单桩承载力确定方法,桩基础的作用是将荷载传递到下部土层，通过桩与桩周土的相互作用进行的.,桩的承载机理,Qp,Q,Qs,一 桩的承载机理,1 竖向承载力的组成,对于摩擦为主的桩 摩阻力所需位移很小 端阻力需要较大位移; 不同阶段二者分担比不同,Qs 桩侧摩阻力 Qp 桩端阻力,桩的承载机理,桩的竖向承载力发挥的特点,随着荷载增加，桩身上部侧阻力先于下部侧阻力的发挥 一般摩擦桩，侧阻力先于端阻力发挥，侧阻发挥的比例明显高于端阻 对于长桩，即使桩端土很好，工作荷载下端阻力也很难发挥。,桩的承载机理,桩侧摩阻力 单位侧摩阻力qs的分布,S0,Sp,桩的侧摩阻力影响因素,K土的侧压力系数，随着深度增加,砂土中存在临界深度,桩的侧摩阻力,桩的侧摩阻力影响因素,超静孔隙水压力消散,土的触变性,预制单桩静载试验前，砂土中7天，粘性土的15天， 饱和软粘土25天,饱和软粘土,桩的侧摩阻力,桩的承载机理,桩的承载机理,桩的侧摩阻力影响因素,超静孔隙水压力消散,土的触变性,qs 随着深度增加,砂土中存在临界深度,桩的侧摩阻力,桩的端承力 (1)常作为基础承载力问题(太沙基解),(1)很难达到整体破坏 (2)端承力与深度有关 (3)存在临界深度,桩的承载机理,二、单桩破坏模式,桩身材料破坏 桩端土整体剪切破坏 刺入剪切破坏 桩侧纯剪切破坏,单桩破坏模式,(a)桩身材料破坏 (b)桩端土整体剪切破坏 (c)刺入剪切破坏 (d)桩侧纯剪切破坏,三、单桩竖向极限承载力的确定,在荷载作用下，桩在地基土中不丧失稳定性。 桩顶不产生过大位移 3 桩身不发生材料破坏,混凝土R= cfc Ap 钢筋混凝土R=c fc Ap +fyAs,钢筋抗压强度设计值,单桩承载力确定,三、 确定单桩竖向承载力的方法,静载荷试验 2 其他原位测试方法 经验参数法 桩身强度验算,单桩承载力确定,1、桩基现场测试的传统方法,(1)静载试验法 获得单桩承载力最可靠的方法,锚桩反力梁,单桩承载力确定,单桩承载力确定,锚桩反力梁法,单桩承载力确定,单桩承载力确定,单桩承载力确定,锚桩 桁架法,2400吨,桩顶试验中,单桩承载力确定,静载荷试验确定单桩竖向承载力特征值a,在同一条件下的试桩数量不宜小于桩总数的，且一般不少于根。 加荷采用慢速维持荷载法：加载分级不小于级，最大加载值为设计值的倍或预估。 沉降观测：每级加载后间隔10,10,10,15,15,30,30min测读沉降量，直至沉降达相对稳定。 相对稳定标准：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.,静载荷试验确定单桩竖向极限承载力Qu,试验终止条件：出现下列情况之一可终止试验 (1)当-S曲线出现陡降段且总沉降量超过40mm； (2)本级荷载下沉降量为前一级荷载下沉降量的2倍，且经24小时尚未达到稳定； (3)Q-S曲线呈缓变形时，总沉降量达60-80mm； (4)达到设计要求的最大加载值。,Q (kN),次梁,锚筋,锚桩,主梁,千斤顶,百分表,桩的荷载试验成果荷载沉降曲线,单桩承载力确定,Q (kN),单桩承载力确定,1、单桩竖向极限承载力Qu的确定,a.陡降段明显时，取相应陡降段起点的荷载值； b.当出现终止加荷条件的第二款情况时，取前一级荷载值； c.Q-S呈缓变时，取总沉降量s=40mm所对应的荷载值,2、单桩竖向承载力特征值Ra,三、 确定单桩竖直向承载力的方法,（2） 其他现场试验方法 Osterberg法 静力触探 动测桩法 桩端深层平板载荷试验 离心模型试验,单桩承载力确定,Osterberg法,单桩承载力确定,安装,单桩承载力确定,多动式,单桩承载力确定,动测桩法,气缸,堆载,桩,消音器,力传感器,Statnamic大应变动测桩承载力方法加拿大和荷兰,单桩承载力确定,深层平板载荷试验确定桩端承载力,承载力特征值： 1 比例界限 2 极限荷载之半 3 s/d0.010.05对应荷载, 0.8 m,刚性板直径800mm,单桩承载力确定,左:土工离心机 右上:离心机中的入桩设备 右下:模型桩,单桩承载力确定,三、 确定单桩竖向承载力的方法,静载荷试验 2 其他原位测试方法 经验参数法 桩身强度验算,单桩承载力确定,2 静力触探Static Cone Penetration 地基基础设计为丙级的建筑物 通过单桥探头得到比贯入阻力ps 单桩竖向极限承载力标准值为,传感器,qsik 用静力触探比贯入阻力ps估算的第i层土的极限侧阻力标准值 Psk 桩端附近比贯入阻力平均值,Ap 桩底横截面面积 up 桩身周长 li 第i层土的厚度,单桩承载力确定,3 经验参数法,根据建筑桩基技术规范（94）,单桩承载力确定,大直径灌注桩竖向极限承载力标准值可按下式计算：(d800mm) Quk= Qsk+ Qpk= usiqsikli+pqpkAp,si，p大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数,三、 确定单桩竖向承载力的方法,静载荷试验:直接确定Qu-Ra 2 其他原位测试方法Quk= Qsk+ Qpk 经验参数法Quk= Qsk+ Qpk 桩身强度验算,单桩承载力确定,4、桩身强度验算,轴心受压条件下桩身承载力的计算,Rc,对不同的施工工艺有： 混凝土预制桩 c=1.0； 干作业非挤土灌注桩 c=0.9； 泥浆护壁和套管护壁的非挤土灌注桩、 部分挤土灌注桩、挤土灌注桩 c =0.8。,三、 确定单桩竖向承载力的方法,建筑桩基技术规范(JGJ9494)对单桩竖向极限承载力的确定有下列规定： (1)一级建筑桩基应采用现场静载荷试验,并结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定； (2)二级建筑桩基应根据静力触探、标准贯入、经验参数等估算，并参照地质条件相同的试桩资料综合确定。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； (3)对三级建筑桩基，如无原位测试资料时，可利用承载力经验参数估算。,群桩效应及基桩、复合基桩概念,1群桩效应 群桩基础，由于承台、桩与地基土相互作用，使桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而明显不同于单桩，群桩承载力、群桩沉降不等于单桩所对应的简单叠加，称其为群桩效应。 2基桩 群桩基础中的单桩称作基桩。 3复合基桩 低承台群桩基础中包含承台底土阻力的基桩称作复合基桩。 4复合桩基 考虑由承台底地基土与桩共同承受荷载的桩基称作复合桩基。,四、基桩或复合基桩竖向承载力设计值R,(1)桩数不超过3根的桩基，基桩的竖向承载力设计值为： 当根据静载荷试验确定单桩极限承载力时，基桩的竖向承载力设计值为：,四、基桩或复合基桩竖向承载力设计值R,(2)对于桩数超过3根的非端承桩桩基，宜考虑桩群、土承台的相互作用效应，其复合基桩的竖向承载力设计值为：,五、桩身承载力(桩身强度)验算,桩身承载力验算是桩基设计的一个重要环节，特别是端承型桩及长细比大的桩，必须 进行桩身承载力验算。 稳定系数，考虑土的侧向压力作用取 =l，但对于桩周为可液化土或地基极 限承载力标准化值小于50kPa的地基土(或不排水抗剪强度小于10kPa)时，应考虑压曲影响； c 工作条件系数，混凝土预制桩取0.75；灌注桩取0.60.7(水下灌注桩或长桩时用低值)；,桩的设计原则,极限状态设计法，以分项系数表达的极限状态设计表达式进行计算。桩基需进行下列计算和验算。 1桩基承载力极限状态的计算 桩基竖向承载力和水平承载力计算、桩身及承台承载力计算、桩端平面以下存在软弱下卧层时应验算软弱下卧层的承载力、坡地、岸边的桩基应验算整体稳定性、抗震设防区应验算抗震承载力。 2桩基正常使用极限状态的验算 (1)变形验算 采用荷载的长期效应组合。 (2)桩身和承台抗裂与裂缝宽度验算 应采用作用效应的短期效应组合或短期效应组合考虑长期荷载的影响。,1 负摩擦的产生 (1)桩周附近地面大面积堆载 (2)大面积降低地下水位 (3)欠固结土,新填土 (4)湿陷性黄土遇水湿陷 (5)砂土液化、冻土融陷,正摩阻,负摩阻,桩的负摩阻力,桩相对土向下,土相对桩向下,2 负摩擦力的确定,成为荷载 下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻力。,抗拔桩承载力,ln,Negative,对于一般桩,因为桩土都有变形,视二者的相对位移量和方向,l,抗拔桩承载力,桩的承载力小结,单桩竖向承载力依据建筑桩基技术规范规定，应按下列原则确定：一级建筑桩基应采用现场静载荷试验并结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定；二级建筑桩基应根据静力触探、标准贯入 、经验参数等估算并参照地质条件相同的试桩资料综合确定，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；对三级建筑桩基如无原位测试资料时，可利用承载力经验参数估算。,水平承载桩,第四节 桩基础设计,一 群桩与群桩效应 二 群桩设计,问题 单桩承载力加起来等于群桩承载力？,实际工程中桩基础是由多根桩组成，上部由承台连接。由三根和三根以上的桩组成的桩基础称为群桩基础,一 群桩与群桩效应 Pile group and group efficiency,岩石,土,压力扩散深度,一 群桩与群桩效应,1 预制桩沉桩 砂土,非饱和土和一般粘性土,填土有挤密作用,使承载力增加 饱和粘土,超静孔压积累,地面上浮,先入桩上浮,土层扰动,使承载力降低 2 应力叠加 桩底应力增加,使承载力不足;总的沉降增加 3 桩之间互相调节 个别桩承载力低总体上可互补;个别桩受荷,其他桩帮助传递荷载 4 承台可部分承受荷载,应力叠加 桩底应力增加,侧阻发挥程度降低，端阻发挥程度提高;总的沉降增加,关于承台承载力问题,承台可以承担荷载，最高达30 刚性承台下各桩承担的荷载不同 在动力荷载下(铁路桥梁);负摩擦力(地面下沉);端承桩情况下不考虑承台承载力,群桩效应与很多因素相关。可以用群桩效应系数估计,对于砂土、长桩和大间距条件下 1.0, 工程设