基础工程05桩基础PPT学习教案

1、会计学1基础工程基础工程05桩基础桩基础图图4.14.1桩基础的应用桩基础的应用4.1 4.1 类型及适用条件类型及适用条件第1页/共80页图图4.2 4.2 单桩、群桩基础、基桩单桩、群桩基础、基桩4.1 4.1 类型及适用条件类型及适用条件第2页/共80页组成：组成：基桩和连接于桩顶的承台。基桩和连接于桩顶的承台。作用：作用：将上部结构荷载通过将上部结构荷载通过承台承台传传递给桩基础，再由桩传递到递给桩基础，再由桩传递到地基土地基土（持力层）（持力层） 。特点：特点：承载力高、稳定性好、沉降承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、便于机械化施工、适量小而均匀、便于机械化施工、适应性强。应性强。

2、4.1.1 4.1.1 组成、作用与特点组成、作用与特点图图4.3 4.3 低承台桩基示意图低承台桩基示意图第3页/共80页n 按承载性状分按承载性状分( (荷载传递方式荷载传递方式) ) ：摩擦桩与端承桩摩擦桩与端承桩n 按施工方法分：按施工方法分： 预制桩（混凝土预制桩、钢桩、木桩）预制桩（混凝土预制桩、钢桩、木桩） 灌注桩（沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩）灌注桩（沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩）n 按桩的设置效应分：按桩的设置效应分： 挤土桩、部分挤土桩、部分挤挤土桩、部分挤土桩、部分挤土桩土桩4.1.2 4.1.2 桩基的分类桩基的分类第4页/共80页摩擦型桩摩擦型桩摩摩 擦擦

3、 桩桩端承摩擦桩端承摩擦桩端承型桩端承型桩端端 承承 桩桩摩擦端承桩摩擦端承桩第5页/共80页n 传力方式传力方式n 桩侧及桩端土层不同桩侧及桩端土层不同n 沉降量大小：一般摩擦型桩沉降较大，而端承型桩沉降量大小：一般摩擦型桩沉降较大，而端承型桩 沉降较小。沉降较小。n 群桩效应：一般摩擦型桩群桩效应大，端承型桩群群桩效应：一般摩擦型桩群桩效应大，端承型桩群桩效应小。桩效应小。第6页/共80页第7页/共80页第8页/共80页第9页/共80页按桩的设置效应分类按桩的设置效应分类第10页/共80页第11页/共80页4.2.1 4.2.1 预制桩的施工预制桩的施工图图4.4 4.4 吊点位置及桩身弯

4、距图吊点位置及桩身弯距图a a）两吊点；）两吊点；b b）单吊点）单吊点20.0214ABABMMMql20.0429CCDMMql第12页/共80页4.2.1 4.2.1 预制桩的施工预制桩的施工第13页/共80页打入第一节桩体打入第一节桩体电焊接桩电焊接桩打入末节桩体打入末节桩体n 插插：FlashFlash动画动画第14页/共80页第15页/共80页4.2.2 4.2.2 灌注桩的施工灌注桩的施工第16页/共80页( e )( f )( d )( c )( b )( a )图图4.54.5 沉管灌注桩的施工程序示意沉管灌注桩的施工程序示意（a a）打桩机就位；（）打桩机就位；（b b）

5、沉管；（沉管；（c c） 浇灌混凝土；（浇灌混凝土；（d d） 边拔管，边拔管，边振动；（边振动；（e e） 安放钢筋笼，继续浇灌混凝土；（安放钢筋笼，继续浇灌混凝土；（f f） 成型成型第17页/共80页：设备简单、打桩进度快、成本低设备简单、打桩进度快、成本低。在土层软、硬交界处或软弱土层处易发生在土层软、硬交界处或软弱土层处易发生 缩颈、断桩现象。缩颈、断桩现象。n 复打复打浇灌混凝土并拔管后，立即在原位再次浇灌混凝土并拔管后，立即在原位再次沉管及浇灌混凝土；沉管及浇灌混凝土；n 反插法反插法灌满混凝土后，先振动再拔管，一般灌满混凝土后，先振动再拔管，一般拔拔0.51.0m，再反插，再反

6、插0.30.5m。 分单打、复打、反插三种施工方法。分单打、复打、反插三种施工方法。第18页/共80页第19页/共80页钻孔灌注桩钻孔灌注桩-护筒埋护筒埋设设护筒的作用护筒的作用1 1）固定桩位，并作钻孔导向；）固定桩位，并作钻孔导向；2 2）保护孔口，防止孔内土层坍塌）保护孔口，防止孔内土层坍塌3 3）隔水，稳固孔壁。）隔水，稳固孔壁。第20页/共80页泥浆制备与运输泥浆制备与运输：膨胀土或高塑性粘土现场加水搅拌，比重膨胀土或高塑性粘土现场加水搅拌，比重1.11.15，粘度为，粘度为1025s，含砂率小于，含砂率小于6，胶体率大于，胶体率大于95。a)产生悬浮液压力，防止坍孔；产生悬浮液压力

7、，防止坍孔；b)在孔壁形成一层胶泥，护壁，并切断孔内外水位，稳定孔在孔壁形成一层胶泥，护壁，并切断孔内外水位，稳定孔内水位；内水位；c)具有浮渣作具有浮渣作用。用。第21页/共80页图图 4.6 4.6 冲击钻机示意图冲击钻机示意图1 1滑轮；滑轮；2 2主杆；主杆；3 3拉索；拉索；4 4斜斜撑；撑；5 5卷扬机；卷扬机；6 6垫木；垫木；7 7钻头钻头n 旋转钻进旋转钻进n 冲击钻进冲击钻进n 冲抓钻进冲抓钻进第22页/共80页图图4.84.8反循环泥浆循环成孔工艺反循环泥浆循环成孔工艺1 1钻头；钻头；2 2泥浆循环方向；泥浆循环方向；3 3沉淀池；沉淀池；4 4泥浆池；泥浆池；5 5泥

8、浆泵；泥浆泵；6 6砂石泵；砂石泵；7 7水龙水龙头；头；8 8钻杆；钻杆；9 9钻机回转装置钻机回转装置钻进方法钻进方法 1 1钻头；钻头；2 2泥浆循环方向泥浆循环方向；3 3沉淀池；沉淀池；4 4泥浆池；泥浆池；5 5泥浆泵；泥浆泵；6 6砂石泵；砂石泵；7 7水龙水龙头；头；8 8钻杆；钻杆；9 9钻机回转装置钻机回转装置第23页/共80页目的目的除去孔底沉渣，保证孔底砼质量及桩的承载力除去孔底沉渣，保证孔底砼质量及桩的承载力。方法方法n 抽浆清孔：抽浆清孔：用空气吸泥机吸出含铅渣的泥浆。用空气吸泥机吸出含铅渣的泥浆。n 换浆清孔：换浆清孔：正、反循环在钻孔完成后不停钻、不进尺。正、反

9、循环在钻孔完成后不停钻、不进尺。n 掏渣清：掏渣清：孔用掏渣筒掏清孔内粗粒铅渣。孔用掏渣筒掏清孔内粗粒铅渣。 继续循环换浆清渣。继续循环换浆清渣。 要求：要求：孔底孔底0.5m内；内；1.25；含砂率；含砂率8；粘度；粘度28s。第24页/共80页水下混凝土灌注水下混凝土灌注直升导管法直升导管法第25页/共80页注意事项注意事项第26页/共80页原理原理采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达所需深度采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达所需深度后再进行扩孔，利用钻（冲）孔机具钻土成孔，然后清除孔后再进行扩孔，利用钻（冲）孔机具钻土成孔，然后清除孔底残渣，安装钢筋笼，浇灌混凝土。底残

10、渣，安装钢筋笼，浇灌混凝土。4-2-3 4-2-3 人工挖孔桩人工挖孔桩第27页/共80页柱插筋插筋 箍筋8200 加劲筋162000扶壁200_ 主筋222220002600600 600140016001230021000图图4.10 4.10 人工挖孔桩示例人工挖孔桩示例第28页/共80页人工挖孔桩人工挖孔桩第29页/共80页第30页/共80页第31页/共80页所有桩基均应进行承载能力极限状态计算所有桩基均应进行承载能力极限状态计算 桩基尚应进行变形验算桩基尚应进行变形验算 桩端持力层为软弱土的一、二级建筑物（竖向沉降）桩端持力层为软弱土的一、二级建筑物（竖向沉降） 桩端持力层为粘性土、

11、粉土或存在软弱下卧层的一级桩端持力层为粘性土、粉土或存在软弱下卧层的一级建建 筑桩基（竖向沉降）筑桩基（竖向沉降） 承受较大水平荷载或对水平变位要求严格的一级建筑承受较大水平荷载或对水平变位要求严格的一级建筑桩桩 基（水平变位）基（水平变位）第32页/共80页n桩的桩的荷载传递过程荷载传递过程实质上就是实质上就是桩侧摩阻力与桩端桩侧摩阻力与桩端阻力逐步发挥的过程。阻力逐步发挥的过程。4.3.1 4.3.1 桩的荷载传递过程桩的荷载传递过程第33页/共80页( a )中密土层( b )岩层软弱土层QQ4.3.1 4.3.1 桩的荷载传递过程桩的荷载传递过程 图图4.114.11a.a.摩擦桩；摩

12、擦桩； b. b. 端承桩端承桩第34页/共80页n 土的性质：土的性质：如抗剪强度（如抗剪强度（c, j j） 决定摩阻力的可能决定摩阻力的可能最大值最大值n桩土相对位移桩土相对位移 决定摩阻力的发挥程度决定摩阻力的发挥程度n时间因素：时间因素：土的固结随土的固结随t增加向下部转移。增加向下部转移。 决定摩阻决定摩阻力发挥的时间力发挥的时间n桩的刚度：桩的刚度：影响桩周应力的分布。影响桩周应力的分布。n土中的应力状态：土中的应力状态：主要指侧向压力主要指侧向压力n施工方法：施工方法：a)挤土桩；挤土桩；b)非挤土桩。非挤土桩。第35页/共80页sZQoQsoZQosQs压曲oQsZsooQ图

13、图4.124.12压曲破坏压曲破坏图图4.134.13整体剪切破坏整体剪切破坏图图4.144.14刺入破坏刺入破坏压曲破坏：压曲破坏：沉降量很小，桩端阻为主，桩材控制承载力，沉降量很小，桩端阻为主，桩材控制承载力，穿越软弱土层的小直径桩和嵌岩桩属于此类；穿越软弱土层的小直径桩和嵌岩桩属于此类；整体剪切：整体剪切：沉降量较大，桩端阻为主，桩端桩侧土控制沉降量较大，桩端阻为主，桩端桩侧土控制承载力，打入式短桩、钻孔短承载力，打入式短桩、钻孔短 桩属于此类；桩属于此类；刺入破坏：刺入破坏：沉降量大，桩侧阻为主，桩顶容许沉降控制沉降量大，桩侧阻为主，桩顶容许沉降控制承载力，一般情况下的钻孔灌注桩属于此

14、类。承载力，一般情况下的钻孔灌注桩属于此类。 4.3.2 4.3.2 单桩的破坏模式单桩的破坏模式第36页/共80页：当桩周土相对于桩身下沉时产生的摩阻力为负摩阻力。当桩周土相对于桩身下沉时产生的摩阻力为负摩阻力。 4.3.3 4.3.3 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力正摩擦负摩擦图图4.15 4.15 摩阻力示意图摩阻力示意图第37页/共80页产生负摩阻力的条产生负摩阻力的条件件填土图图4.4.6 6 住宅楼建于有新填土住宅楼建于有新填土的斜坡上的斜坡上 第38页/共80页第39页/共80页桩侧土下沉曲线桩下沉曲线桩底下沉摩阻力分布曲线中性点位置的确定中性点位置的确定中性点的位置取决于中性点的位置

15、取决于桩桩土间的相对位移土间的相对位移：当桩侧压缩变形大，桩当桩侧压缩变形大，桩地下土层坚硬，抗下沉量地下土层坚硬，抗下沉量小，小，下移；下移；反之，中性点位置上移。反之，中性点位置上移。图图4.17 4.17 单桩在产生负摩阻力单桩在产生负摩阻力时的荷载传递时的荷载传递第40页/共80页减小负摩阻力的措施减小负摩阻力的措施第41页/共80页n 按桩材强度确定按桩材强度确定n 按静载试验确定按静载试验确定n 按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定n 按静力触探法确定按静力触探法确定n 按经验公式确定按经验公式确定 国标国标： 路桥路桥：n 按动力试桩法确定按动力试桩法确定00221 (3

16、)2i iPUlmKhapapsia iRq Auq l第42页/共80页按桩材强度确定按桩材强度确定 0.90()cdsdsPfAfAj)(gypccAfAfRjfcd 砼轴心抗压强度设计值；砼轴心抗压强度设计值； fsd纵向钢筋抗压强度设计值；纵向钢筋抗压强度设计值；A桩身截面积，当纵向筋的配筋率大于桩身截面积，当纵向筋的配筋率大于3%时时， A应改为应改为An=AAs；As全部纵向钢筋的截面积；全部纵向钢筋的截面积； 第43页/共80页ppkisikppkskukAqlquQQQ按经验公式确定按经验公式确定 ppkpsisiksippkskukAqlquQQQprcprrcrpisiks

17、ipukAfhfulquQ一般预制桩与一般预制桩与中小直径灌注桩中小直径灌注桩大直径桩大直径桩嵌岩桩嵌岩桩800mm为界为界第44页/共80页摩擦桩摩擦桩n 打入桩打入桩21RiiiAlUP li承台底面或局部（最大）冲刷线以下各土层的厚度；承台底面或局部（最大）冲刷线以下各土层的厚度；i与与li对应的桩侧各土层的单位面积极限摩阻力；对应的桩侧各土层的单位面积极限摩阻力； A桩底面积；桩底面积； R桩底处土的极限承载力；桩底处土的极限承载力； i、振动下沉对桩侧摩阻力与桩端阻力的影响系数。振动下沉对桩侧摩阻力与桩端阻力的影响系数。按经验公式确定按经验公式确定第45页/共80页钻孔灌注桩钻孔灌注

18、桩 u桩周长，桩周长， (旋转钻增大旋转钻增大35cm；冲击钻增大；冲击钻增大510cm；冲抓钻增大；冲抓钻增大1020cm)；考虑基桩长径比的修正系数；考虑基桩长径比的修正系数； 清底系数；清底系数； 桩端处土的容许承载力；桩端处土的容许承载力；h桩底埋深，有冲刷时从一般冲刷线算起，取值应桩底埋深，有冲刷时从一般冲刷线算起，取值应40m；A按按设计直径设计直径计算。计算。 )3(212200hKAmluPiiUdddd成成钻，0m00m第46页/共80页柱桩：柱桩：c1,c2视清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的系数；视清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的系数；U桩身嵌入基岩部分的截面周长，对于

19、钻孔桩和管柱按桩身嵌入基岩部分的截面周长，对于钻孔桩和管柱按设计设计直径直径采用；采用；Ra天然湿度岩石单轴极限抗压强度天然湿度岩石单轴极限抗压强度(试件高径比相等，直径试件高径比相等，直径710cm)。arRUhcAcP)(21路桥专业路桥专业按经验公式确定按经验公式确定 第47页/共80页第48页/共80页加压( a )试验桩沉降观测点千斤顶 锚桩（四根）主梁次梁试验桩( b )支墩千斤顶加压沉降观测点重物图图4.18 静载实验装置静载实验装置第49页/共80页直接堆载直接堆载锚桩反力梁法锚桩反力梁法锚桩：d=1.8m横梁：1.7m2.7m第50页/共80页第51页/共80页n每级卸载为加

20、载时的两倍。每级卸载为加载时的两倍。n卸载时，每级荷载维持卸载时，每级荷载维持1h，按第，按第15、30、60min测读测读桩顶沉降量；卸载至零后测读桩顶残余沉降量，维持桩顶沉降量；卸载至零后测读桩顶残余沉降量，维持3h，测读时间为第，测读时间为第15、30min，以后每隔，以后每隔30min测读一测读一次。次。 卸载观测卸载观测第52页/共80页Qu=1500kN桩顶下沉量s(mm204844402836322412Qu=780kN081612420桩顶荷载Q(10kN)40 60 80 100 120 140 160图图4.19 4.19 单桩单桩Q-sQ-s曲线曲线第53页/共80页按动

21、力试桩法确定按动力试桩法确定 第54页/共80页水平承载力水平承载力n 基本概念基本概念 n 计算公式计算公式0032zxxHMxABEIEI00zMMHMAM B第55页/共80页百分表垫块500千斤顶球铰百分表基准桩基准梁单桩水平承载力确定单桩水平承载力确定图图4.4.0 0 单桩水平静载单桩水平静载荷实验装置荷实验装置第56页/共80页第57页/共80页水平极限承载力的确定水平极限承载力的确定两个特征点对应的桩顶水平荷载称为两个特征点对应的桩顶水平荷载称为临界荷载临界荷载Hcr和和极限荷载极限荷载Hu图图4.21 4.21 单桩单桩H H0 0 x x0 0/ / H H0 0曲线曲线图

22、图4.22 4.22 单桩单桩H H0 0g g曲线曲线第58页/共80页z( a )n=0Q0M0 x( d )n=0.5( b )n=1( c )n=0Ztkhzkh=mzkh=cz1/2Zt我国多采用线弹性地基反力法。假设我国多采用线弹性地基反力法。假设x与桩的水平位移与桩的水平位移x成正比。成正比。关键在于如何假定土体的抗力系数沿深度的关键在于如何假定土体的抗力系数沿深度的变化规律，可分为变化规律，可分为： (a)常数法；常数法；(b)k法；法；(c)m法；法；(d) c法法图图4.23 4.23 地基水平抗力稀疏的分布图示地基水平抗力稀疏的分布图示第59页/共80页f1f11 m1.

23、50.51 mkddbkddn 计算桩身抗弯刚度计算桩身抗弯刚度EI时，对于钢筋混凝土桩，可取时，对于钢筋混凝土桩，可取EI 0.67EcIo，其中其中Ec为混凝土的弹性模量；为混凝土的弹性模量；Io为桩身换为桩身换算截面惯性矩。算截面惯性矩。n 如无试验资料时，地基水平抗力系数的比例系数如无试验资料时，地基水平抗力系数的比例系数m值可参考表值可参考表4.12选取。选取。 第60页/共80页zM +DMdzzzoq=b1q(x,z)Q+dQP(z)+dPP(z)Q-dxMx在基桩中取一微元体，通在基桩中取一微元体，通过平衡方程，可得到挠曲过平衡方程，可得到挠曲微分方程微分方程 ：采用幂级数求解

24、采用幂级数求解：42042dd( )ddxxEINp zzz 00320020000 zxxzzMMzQQHMxABEIEIHMABEIEIHxAM BVH AM Bjjj位移转角弯矩剪力图图4.24 4.24 微元体受力示意图微元体受力示意图 相关系数查表可得相关系数查表可得。第61页/共80页岩石岩石土图图4.25 4.25 群桩效应群桩效应 4.5.1 4.5.1 群桩效应群桩效应第62页/共80页4.5.2 4.5.2 群桩的荷载传递特性群桩的荷载传递特性第63页/共80页群桩基础计群桩基础计算算群桩的工作特点群桩的工作特点 应力迭加应力迭加 群桩效应群桩效应承台下土对荷载的分担作用承台下土对荷载的分担作用复合桩基复合桩基: : 由桩和承台底地基土共同承担荷载的桩基。由桩和承台底地基土共同承担荷载的桩基。条条 件件: : 桩及桩间土整体下沉，保证承台底不脱空。桩及桩间土整体下沉，保证承台底不脱空。特特 性性: : 承台底分担荷载的作用随桩群相对于地基土向承台底分担荷载的作用随桩群相对于地基土向下位移幅度的加大而增强，桩身弹性压缩产生下位移幅度的加大而增强，桩身弹性压缩产生桩土相对