桩基础设计PPT幻灯片课件

1 项目7桩基础施工 2 项目任务 任务7 1桩的竖向承载力计算任务7 2桩基础设计任务7 3预应力混凝土管桩施工任务7 4钻孔灌注桩施工任务7 5沉管灌注桩施工 3 教学目标 熟悉 掌握 桩基础承载力的计算和桩基础的一般设计要求 编制桩基础施工方案 桩基础施工要点 桩基础的适用范围及其分类 4 重点 桩基设计过程 桩基础施工工艺流程 难点 承台设计中抗冲切验算 重点与难点 5 任务7 1 桩的竖向承载力计算 6 桩基础概念 桩基础一般由桩身和位于桩身顶部的承台组成 上部结构的荷载通过墙或柱传给承台 再由承台传给桩 7 1 1桩基础概述 桩基础的组成1 上部结构 墙或柱 2 承台 承台梁 3 桩身4 坚硬土层5 软弱土层 7 桩基础的功能 8 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 桩基础的功能 9 新加坡发展银行 四墩7 3m 10 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 穿过液化层 承受抗拔 抗滑桩 及横向力 如风载荷 与其他深基础比较 施工造价低 缺点 比浅基础造价高 施工环境影响 预制桩施工噪音 钻孔灌注桩的泥浆有地下室时 有一定干扰 深基坑中做桩 11 1 荷载大 对沉降要求有严格限制的建筑物 2 软弱地基 3 地基土性不稳定 存在液化性 震陷性 湿陷性 冻胀性或侵蚀性等不良土层时 4 承受较大的水平荷载 上拔荷载和力矩荷载的高耸结构物 5 建筑物受到相邻建筑物或地面堆载影响 采用浅基础将会产生过量沉降或倾斜时 6 工程结构跨越范围大 地质条件及荷载情况变化也较大时 可通过灵活调整桩的类型 长短 布置等来适应环境与结构的要求 7 在流动水域中的水上结构物的基础 8 需要减振的动力设备基础 1 桩基础的适用范围 12 按承载性状分 摩擦型桩端承型桩 摩擦桩端承摩擦桩 端承桩摩擦端承桩 按桩的承载类别分 竖向抗压桩 抗压桩 竖向抗拔桩 抗拔桩 水平受荷桩和复合受荷桩等 按桩的断面尺寸分 小直径桩 d 250mm中等直径桩 250mm d 800mm大直径桩 d 800mm 2 桩基础的类型 13 按施工方法分类 预制桩 灌注桩 按桩对土体的影响程度分 挤土桩 排土桩 非挤土桩 部分挤土桩 按桩的承台高低分类 低承台桩 高承台桩 2 桩基础的类型 14 15 16 17 18 按桩身材料分为钢筋混凝预制桩 钢桩 木桩 组合桩 预制桩是指借助于各种专用机械设备将预先制作好的具有一定形状 刚度与构造的桩打入 压入或振入土中的桩型 1 定义 2 种类 预制桩 19 钢筋混凝土预制桩具有制作方便 桩身强度高 耐腐蚀性能好 单桩承载能力高的优点 但价格偏高 打桩噪声大 接桩和截桩困难 预应力混凝土空心管桩1 预应力钢筋2 螺旋箍筋3 端头板4 钢套箍 钢筋混凝预制桩 20 21 22 钢桩分为两种 钢管桩和H形桩 具有优点是 强度高 桩身表面积大 截面积小 在沉桩时贯透能力强且挤土影响小 在饱和软黏土地区可减少对领近建筑物的影响 但价格较高 耐腐蚀性较差 钢桩 23 依照成孔方法不同 灌注桩可分为泥浆护壁钻 冲 孔灌注桩 沉管灌注桩和成孔灌注桩等几大类 1 定义 灌注桩为在建筑工地现场通过机械钻孔 钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔 并在其内放置钢筋笼 灌注混凝土而制成的桩 2 分类 灌注桩 24 泥浆护壁钻 冲 孔灌注桩 在成孔过程中 为防止孔壁坍塌 在孔内注入制备泥浆或利用钻削的黏土与水混合自制泥浆保护孔壁 护壁泥浆与钻孔的土削混合 边钻边排出泥浆 同时进行孔内补浆或补水 当钻孔达到规定深度后 清除孔底泥渣 然后吊放钢筋笼 在泥浆下浇筑混凝土 泥浆护壁钻 冲 孔灌注桩 25 a 埋设护筒b 安装钻机 钻进c 第一次清孔d 测定孔壁 回淤厚度e 吊放钢筋笼f 插入导管g 第二次清孔h 灌注水下混凝土 拔出导管i 拔出护筒 钻孔桩与冲孔桩的区别在于 钻孔桩以旋转钻机成孔 冲孔桩以冲击钻面成孔 26 1 拔除套管时 如果提管速度过快会造成缩颈 夹泥 甚至断桩 2 另外 沉管过程中挤土效应比较明显 可能使混凝土尚未结硬的邻桩被剪断 施工中必须控制提管速度 并使管产生振动 不让管内出现负压 提高桩身混凝土的密实度并保持其连续性 采取 跳打 顺序施工 待混凝土强度足够时再在它的近旁施打相邻桩 在钢管内无水环境中沉放钢筋和浇灌混凝土 从而为桩身混凝土的质量提供了保障 沉管灌注桩的优点 沉管灌注桩的缺点 沉管灌注桩 27 a 桩机就位b 沉管c 浇灌混凝土d 边拔管 边振动 边浇灌混凝土e 插入钢筋笼并灌满混凝土成桩1 振动锤2 加压减振弹簧3 加料口 4 传管5 活瓣桩靴6 上料斗7 混凝土8 钢筋笼 振动沉管灌注桩施工程序 28 是在桩管内增加一根与外桩管长度基本相同的内夯管以代替钢筋混凝土预制桩靴 与外管同步打入设计深度 并作为传力杆将锤击力传至桩端夯扩成大头形 增大地基的密实度 同时利用内管和桩锤的自重将外管内的现浇桩身混凝土压密成形 把水泥浆压入桩侧土体并挤密桩侧的土 使桩的承载力大幅度提高 夯扩成孔灌注桩 29 内夯式扩底桩200kN钢锤 碎石 混凝土 钢筋笼 桩的功能及类型 30 挤扩桩 支盘桩 桩的功能及类型 31 爆破扩底桩 32 干作业成孔灌注桩不需要泥浆或套管护壁 直接利用机械或人工成孔 下钢筋笼 浇筑混凝土成桩 干作业成孔灌注桩 33 34 人工挖孔桩 浇筑混凝土护壁 护壁模板 人工挖孔桩 浇筑混凝土护壁 护壁模板 35 36 按桩身强度确定按 建筑桩基技术设计规范 JGJ94 2008 确定按静荷载试验确定 7 1 2桩的竖向承载力 1 单桩竖向极限承载力确定 37 符合 建筑桩基技术设计规范 JGJ94 2008 4 1 1条规定 则按桩身材料强度确定单桩竖向承载力设计值计算公式 1 按桩身强度确定单桩竖向承载力 N cfcAps 0 9fyAs N cfcAps 当桩身配筋不符合上述要求时 纵向主筋截面面积 桩截面面积 混凝土轴心抗压强度设计值 基桩成桩工艺系数 38 2 按静荷载试验确定单桩竖向极限承载力 静载试验法 获得单桩承载力最可靠的方法 39 2 按静荷载试验确定单桩竖向极限承载力 试桩数量 同一条件下的试桩数量不宜少于总桩数的1 且不应少于3根 间歇时间 在桩身强度达到设计要求的前提下 对于砂类土 不得少于10d 对于粉土和黏性土 不得少于15d 对于饱和软黏土 不得少于25d 单桩静载荷试验按 地基规范 附录Q进行 40 静荷载试验 41 静荷载试验 42 静荷载试验 43 静荷载试验 44 静荷载试验 45 静荷载试验 46 桩顶试验中 静荷载试验 47 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 Pcr Pu 载荷试验确定极限承载力Pu 如果有陡降点 取为Pu 缓变曲线取桩顶总沉降s 40mm对应荷载 48 3 经验公式法 49 2 单桩竖向承载力特征值 1 单桩承载力特征值Ra应按下式计确定 Ra Quk K式中Quk 单桩竖向承载力特征值 kN K 安全系数 取K 2 2 考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值时 不考虑地震作用时 R Ra cfakAc考虑地震作用时 R Ra a 1 25 cfakAcAc A nAps n 符号参考P216 50 3 桩基软弱下卧层验算 对于桩距不超过6d的群桩基础 桩端持力层下存在承载力低于桩端持力层承载力1 3的软弱下卧层时 可按下列公式验算软弱下卧层的承载力 式中 z 作用于软弱下卧层顶面的附加应力 t 硬持力层厚度 A0 B0 桩群外缘矩形底面的长 短边边长 qsin 桩周第i层土的极限侧阻力标准值 桩端硬持力层压力扩散角 按规范5 4 1取值 51 3 桩基软弱下卧层验算 52 7 1 3桩基础计算 1 桩顶作用效应计算 1 竖向力轴心竖向力偏心竖向力 2 水平力 建筑抗震设计规范 规定可不进行抗震验算的桩基 不考虑地震作用 对于8度和8度以上抗震设防的高层建筑 宜按附录B承台 桩 土共同作用工作计算桩的受力和水平位移 53 7 1 3桩基础计算 2 影响桩顶作用效应的因素 1 基桩刚度 2 基础和上部结构刚度 桩的截面面积 桩侧 桩端土的性质 桩与桩侧 桩端土的结合状态 群桩作用效应 54 3 桩基竖向承载力验算 1 荷载效应标准组合轴心竖向力偏心竖向力 2 地震作用效应和荷载效应标准组合轴心竖向力偏心竖向力式中R 基桩或复合基桩竖向承载力特征值 55 任务7 2桩基础设计 56 7 2 1桩基础设计步骤 调查研究收集设计资料 选择桩的类型及其几何尺寸 桩的材料 顶底标高 持力层的选定 确定单桩承载力设计值 确定桩的数量及平面布置 包括承台的平面形状尺寸 确定群桩或单桩基础的承载力 必要时验算群桩地基强度和变形 沉降量 桩身构造设计与强度计算 承台设计 绘制桩基础施工图 包括构造和受弯 冲切 剪切 57 7 2 2确定桩型和截面尺寸 1 选择桩型 持力层应尽可能选择坚硬土层或岩层 如在一般桩长深度内没有坚硬土层 也可考虑选择中等强度的土层 如中密以上砂层或中等压缩性的一般黏性土等 考虑桩端进入持力层的深度 2 选择持力层 工程地质状况 施工技术条件 工期情况 施工对周围环境的影响 综合技术与经济分析 58 承台底面标高 即承台埋置深度 一般情况下 应使承台顶面低于室外地面100mm以上 如有基础梁 筏板 箱基等 其厚 高 度应考虑在内 同时要考虑季节性冻土和地下水的影响 3 确定桩长 承台底面标高 7 2 2确定桩型和截面尺寸 室外地面 100mm 桩长 59 1 最小桩径 4 桩截面尺寸 60 4 桩截面尺寸 2 摩擦桩宜采用细长桩 以获得较大比表面 桩侧表面积与体积之比 3 端承桩的持力层强度低于桩材强度而地基土层又适宜时 应优先考虑采用扩底灌注桩 61 4 桩截面尺寸 a b c 4 桩径的确定 62 5 端承桩的长径比当高承台桩基露出地面较高 或桩侧土为淤泥或自重湿陷性黄土时 为保证桩身不产生压屈失稳 端承桩的长径比 l d 40 一般黏性土 砂土 端承桩的长径比应取l d 60 对摩擦桩则不限制 4 桩截面尺寸 桩长l 63 7 2 3桩的数量和平面布置 1 确定桩数量 当桩的类型 基本尺寸和单桩承载力设计值确定后 可根据上部结构情况 按下式初步确定桩数 式中n 桩数 Fk 相应于荷载效应标准组合作用于桩基承台顶面的竖向荷载 kN Gk 桩基承台和承台上土自重标准值 kN Ra 单桩承载力特征值 kN 系数 桩基为轴心受压时 1 偏心受压时 1 1 1 2 64 2 桩的平面布置 桩基中各桩的中心距主要取决于群桩效应 包括挤土桩的挤土效应 和承台分担荷载的作用及承台材料等 地基规范 规定 Sa 3d 扩底灌注桩Sa 1 5d扩底 7 2 3桩的数量和平面布置 桩的最小中心距Sa 注 设计为大面积挤土群桩 宜按表中数值适当加大桩距 65 2 桩的平面布置 扩底灌注桩除应符合上表的要求外 还应满足如下规定 对钻孔灌注桩 挖孔灌注桩 桩距sa 1 5D或D 1m 当D 2m时 对沉管扩底灌注桩 桩距sa 2D D为扩大端设计直径 7 2 3桩的数量和平面布置 66 2 桩的平面布置 桩位布置 7 2 3桩的数量和平面布置 应尽可能 使上部荷载的中心和群桩横截面的形心重合 应力求 各桩受力相近 宜将桩布置在承台外围 而各桩应距离垂直于偏心荷载或水平力与弯矩较大方向的横截面轴线大些 以便使群桩截面对该轴具有较大的惯性矩 67 桩的排列形式a 梅花式b 行列式 2 桩的平面布置 7 2 3桩的数量和平面布置 68 承台的平面形状取决于桩的数量 箱基和带梁筏基以及墙下条形基础的桩 宜沿着墙或梁布置成单排或双排 以减小底板厚度或承台梁宽度 此外 为了使桩受力合理 在墙的转角及交叉处应布桩 窗门洞口下不宜布置桩 承台的平面形状 69 7 2 4桩身设计 1 混凝土强度等级fc预制桩fc C30 灌注桩fc C20 预应力桩fc C