土力学与地基基础 教学课件 ppt 作者 陈晋中地基课件3 第7章 桩基础设计

1、土力学与地基基础 陈晋中 主 编 陈晋中 刘燕宁 魏党生 陈剑波 邵明波 蔡 宁 康会宾 朱艳丽 吴卫祥 何东秋 编 写,上海浦东,第7章 桩基础设计,本章学习要求: 了解桩基础的适用条件及分类； 熟悉单桩竖向承载力的确定方法； 掌握桩基的设计步骤及简单桩基的设计计算。 难点是对桩承载力特征值概念的理解与确定，承台受力计算。,7.1 概 述,桩基础,桩体（基桩）,低承台：其底面低于地面 高承台：其底面高于地面,承台,7.1.1 桩基础的基本概念,1-承台 2-垫层 3-基桩,1. 桩基础的适用性,上部结构,承台,桩,坚硬土层,(a)低承台桩基础,工业与民用建筑中常用低承台桩基础。,(b)高承台桩基础,地面,桩基础的适用范围,(1) 高重建筑物下，天然地基承载力与变形不能满足要求时； (2) 地基软弱，且采用地基加固措施技术上不可行或经济上不合理时； (3) 地基软硬不均或荷载分布不均，天然地基不能满足建(构)筑物构物对差异沉降限制的要求时； (4) 地基土性不稳定，如液化土、湿陷性黄土、季节性冻土、膨胀土等，要求采用桩基将荷载传至深部土性稳定的土层时； (5) 建筑物受到相邻建筑物或地

2、面堆载影响，采用浅基础将会产生过量沉降或倾斜时； (6) 有时用于重大或精密机械设备的基础，或用于动力机械基础以降低基础振幅等； (7) 用于临水岸坡的水工建筑物基础，如码头、采油平台等。,2.桩基础的特点,与天然地基上的浅基础相比较，桩基础具备如下特点： (1)从施工上看，桩基础应采用特定的施工机械或手段，把基础结构置人深部的较好地层中； (2)从传力特点看，桩基础的人土深度即桩长与基础结构宽度即桩径之比较大，因此在决定桩深基础的承载力时，基础侧面的摩阻支承力不但不能忽略，有时甚至起主要作用； (3)浅基础下的地基可能有不同破坏模式，但桩基础下却往往只发生刺入即冲切剪切破坏； (4)相对于浅基础，传力机理复杂。,7.1.2 桩与桩基础的类型,1. 按桩基础承载性能分类,按桩侧与桩端阻力大小及分担比例差异，分为如下两大类：,端承型桩,摩擦型桩,摩擦端承桩：荷载主要由桩端阻力承担，桩侧 阻力承担部分荷载； 端 承 桩：（l/d10）荷载绝大部分由桩端 阻力承担，桩侧阻力不计。,端承摩擦桩：荷载主要由桩侧阻力承担，桩端 阻力承担部分荷载； 摩 擦 桩：（l/d 较大）荷载绝大部分由桩侧 阻

3、力承担，桩端阻力不计。,较软弱土层,软弱土层,较坚硬 土层,(a)摩擦桩,(b)端承摩擦桩,软弱土层,较坚硬 土层,极软弱土层,坚硬 土层,(c)摩擦端承桩,(d)端承桩,2.按桩基础桩身材料分类,1.木桩：已不常见,预制桩：工厂或现场预制成型（预应力）,灌注桩：现场挖（钻）孔就地浇筑,3.钢桩,形状：钢管桩与H形桩。,特点：抗弯压，宜施工，造价高，腐蚀。,两种材料组合而成，如钢管内填砼， 上部钢管下部砼组合等。,4.组合桩：,2.混凝土桩：,素混凝土桩：护坡桩,钢筋混凝土桩,3.按桩使用功能分类,竖向抗压桩：主要承受竖向荷载； 水平受荷桩：主要承受水平荷载； 抗拔桩：承受拉拔荷载的桩 。,4. 按成桩方法,成桩过程中对地基土结构有扰动，并产生挤土效应，引发施工环境问题。,1. 挤土桩：未取土成孔，沉管灌注桩、锤击等法施工的实心预制桩，桩位处土完全被挤开，土结构受破坏； 2. 部分挤土桩：部分取土，如预钻孔打入式预制桩、灌注桩及打入式敞口预制（管）桩等； 3. 非挤土桩：取土成孔，干作业法、泥浆护壁法、套管护壁法施工。,5. 按桩径大小分类,1.小直径桩：d250mm，基础加固，复合基

4、础； 2.中等直径桩：250mmd800mm，工业与民用建 筑工程中应用较多； 3.大直径桩：d800mm，一般用于单独基础。,7.2 桩的承载力,7.2.1 竖向荷载下单桩的工作性能,由于桩侧土产生向上的摩阻力，桩身轴力一般随深度的增加而减少,N,a. 桩侧摩阻力 b. 桩身轴力,7.2.2 单桩竖向极限承载力,桩基破坏类型,桩材料强度：端承桩控制因素,地基承载力：主要控制因素,单桩竖向极限承载力标准值确定：,1.单桩竖向承载力标准值应通过单桩竖向静载 荷试验确定，试桩数1%总数，且3根；,2.地基基础设计为丙级的建筑物，单桩承载力 标准值可由静力触探和标准贯入试验参数确定；,3.初步设计时，可按公式估算。,7.2.2 单桩竖向极限承载力,单桩竖向极限承载力是指单桩在竖向荷载作用下，达到破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载。其取决于土对桩的支承阻力和桩身的材料强度。在工程实践中，一般由土对桩的支承阻力所控制，对于端承桩、超长桩以及桩身质量有缺陷的桩，也可能由桩身材料强度控制。 确定单桩竖向极限承载力的方法有很多，工程中常用的有：单桩竖向静载荷试验法、静力触探法、标准

5、贯入试验法等。 实践表明，单桩竖向极限承载力的确定就其可靠性而言，仍以传统的静载试验为最高。,1.静载荷试验,试验装置：,锚桩反力装置,单桩竖向极限承载力：,(1)Qs曲线有明显陡降段时，取陡降点Qu 。,(2)Qs曲线呈缓变形时，取s=40mm所对应的Qu 。,2.静力触探法,静力触探试验,qc,fsi,Quk =uLiifsi +qcAp,预制单桩极限承载力：,fsi 桩侧摩阻力平均值；,qc桩端阻力平均值；,桩端阻力修正系数；,i 第i层土摩阻力修正系数；,u 桩身周长；,Li第i层土内桩身长度。,. 标准贯入(SPT)法,标贯法较适用于砂或砂砾地层。当桩端持力层为砂质土或砂砾时，一般假定砂的临界深度为10d，单桩竖向极限承载力按下式估算： 式中 第i层土的单位极限侧阻力，对于打入桩取2N，kPa；对于钻孔灌注桩：取N，kPa； 单位桩端竖向极限承载力，打入桩 400N，kPa；对于钻孔灌注桩： 120N，kPa； 桩端进入持力层的深度； D桩端直径； N桩端附近标贯击数。,7.2.4 单桩竖向承载力特征值,(1) 应通过单桩竖向静载荷试验确定。单桩竖向承载力特征值取单桩竖向静载

6、荷试验所得单桩竖向极限承载力除以安全系数2。 (2) 地基基础设计等级为丙级的建筑物，可采用静力触探及标贯试验参数确定承载力特征值。 (3) 初步设计时单桩竖向承载力特征值R。可按下式估算：,桩端阻力、侧阻力特征值，由当地静载荷试验结果统计 分析算得。,当桩端嵌入完整及较完整的硬质岩中时：,7.2.5 桩身材料强度验算,1.钢筋混凝土桩竖向抗压承载力设计值,Q=（fcA +fyAs),fc桩身混凝土轴心抗压强度设计值；,fy主受力钢筋抗压强度设计值；,Ap 、As桩身及桩纵向钢筋断面积；,桩纵向弯曲系数，一般=1.0， 高承台桩=0.251.0 。,2.混凝土桩竖向抗压承载力设计值,QcfcAp,c工作条件系数，预制取0.75， 灌注取0.60.7。,7.3 桩基础设计,设计要求,1.桩基有足够的竖向与水平承载力； 2.桩基的沉降与水平位移在允许范围内； 3.设计方案在技术与经济上应合理可行。,设计步骤,1.调研、搜集设计资料； 2.确定桩基持力层； 3.选定桩材、桩型、尺寸、确定基本构造； 4.计算并确定单桩垂直承载力； 5.初拟桩的平面布置和数量； 6.拟定承台尺寸和底面高程； 7

7、.验算，结构设计； 8.绘结构施工图。,7.3.1 桩基础设计要求和步骤,7.3.2 选择桩基础的类型,考虑因素：,1.荷载大小及性质； 2.工程地质条件； 3.施工条件。,选择要求：,1.桩型； 2.施工工艺； 3.工期要求； 4.桩型特点的利用。,考虑因素：主要桩端持力层选择，同时考虑桩的材料及施工工艺。,桩端持力层选择：较硬土层,桩端全截面进入持力层深度： 粘性土、粉土：2d； 砂土：1.5d； 碎石土：1d。,有软弱下卧层时桩基下持力层厚度：4d,嵌岩桩嵌入岩层深度： 0.5m,7.3.3 桩的规格和承载力确定,1.桩长：,对打入桩，以设计桩底标高作为主要控制条件，最后贯人度作为参考条件；主要由端承力提供支承力时，以最后贯入度为控制条件，设计桩底标高作为参考条件。 对于钻、冲、挖孔灌注桩，以验明持力层的岩土性质为主，同时注意核对标高。 对位于坡地岸边的桩基尚应根据桩基稳定性验算的要求决定桩长。,2.断面尺寸,一般为圆形，其直径一般随成桩工艺有较大变化。对于沉管灌注桩，直径一般为300 500 mm之间；对钻孔灌注桩，直径多为5001200mm；对扩底钻孔灌注桩，扩底直径一般为桩

8、身直径的1.52倍。 混凝土预制桩断面常用方形，边长一般不超过550mm。,3.确定单桩承载力,根据桩周与桩底土层情况，即可利用规范经验方法或静力触探资料初步估算单桩承载力。对于重要的或用桩量很大的工程，应按规范规定通过一定数量的静载试验确定单桩承载力，作为设计的依据。,7.3.4 桩的数量和平面布置,1. 桩的根数 承受竖向中心荷载的桩基，可按下式计算桩数：,承受竖向偏心荷载的桩基,Fk标准组合时，承台 顶面竖向力； Gk承台及上覆土自重； Ra单桩竖向承载力； n桩基中的桩数； 偏心增大系数，一般取1.11.2。,2. 桩的平面布置,（1） 墙下桩基,桩的最小中心距：3d（一般34d)；尽量使群桩形心与荷载重心重合；纵横墙交接处宜布置桩。,墙下桩的平面布置,单排布置,双排布置,交叉布置,墙角布置,（2）独立桩基,桩的最小中 心距：3d （一般34d) ； 边桩距承台 边缘：d。,柱下独立承台桩的平面布置,二桩布置,三桩布置,四桩布置,六桩布置,7.3.5 桩基受力计算,1. 单桩受力验算 轴心受力： Qk Ra 偏心受力： Qikmax1.2 Ra 2. 群桩承载力与变形验算,7.4 桩承台的设计,1、作用：将各桩联成一整体，把上部结构的荷载转换、调整、分配于各桩。 2、分类：柱下独立承台、墙下条形承台、筏板承台和箱形承台。 柱下独立桩基承台有:板式、锥式和阶形三类。 3、承台设计 选择承台的材料及强度等级； 几何形状及其尺寸； 进行承台结构计算：包括抗冲切、抗剪及抗弯计算； 满足构造要求。,

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