第八章桩基础学习教案

1、会计学1第八章桩基础第八章桩基础第一页，共76页。2 桩基础（图1）：是由基桩(j zhun)和连接于桩顶的承台共同组成。承台把桩联结起来并承受上部结构的荷载，然后通过桩传递到地基中去。 桩是垂直或微斜埋置于土中的受力杆件，它的横截面尺寸比长度小得多。其作用是将上部结构的荷载传递给土层或岩层。第1页/共76页第二页，共76页。3 桩基础设计也应注意满足地基承载力和变形这两项基本(jbn)要求。 按行业标准建筑桩基技术规范（JGJ942008），建筑桩基设计与建筑结构设计一样，应采用以概率理论为基础的极限状态设计法，并按极限状态设计表达式计算。桩基的极限状态分为下列两类：第2页/共76页第三页，

2、共76页。4 1.承载能力极限状态 对应于桩基受荷达到最大承载能力导致整体失稳或发生不适于继续承载的变形； 2.正常(zhngchng)使用极限状态 对应于桩基变形达到为保证建筑物正常(zhngchng)使用所规定的限值或桩基达到耐久性要求的某项限值。第3页/共76页第四页，共76页。5第2节 桩和桩基的分类(fn li)与质量检测一、按桩的使用功能分类 1.竖向抗压桩 主要承受竖向下压荷载（简称(jinchng)竖向荷载）的桩，应进行竖向承载力计算，必要时还需计算桩基沉降，验算软弱下卧层的承载力以及负摩阻力产生的下拉荷载。第4页/共76页第五页，共76页。6 2.竖向抗拔桩 主要承受竖向上拔

3、荷载的桩，应进行桩身强度和抗裂计算以及抗拔承载力验算。 3.水平(shupng)受荷桩 主要承受水平(shupng)荷载的桩，应进行桩身强度和抗裂验算以及水平(shupng)承载力和位移验算。 第5页/共76页第六页，共76页。7 4.复合受荷桩 承受竖向、水平荷载(hzi)均较大的桩，应按竖向抗压（或抗拔）桩及水平受荷桩的要求进行验算。第6页/共76页第七页，共76页。8二、按桩承载性能分类（图2） 1.摩擦桩 当软土层很厚，桩端达不到(b do)坚硬土层或岩层上时，则桩顶的极限荷载主要靠桩身与周围土层之间的摩擦力来支承，桩尖处土层反力很小，可忽略不计。第7页/共76页第八页，共76页。9

4、2.端承桩 桩穿过软弱土层(t cn)，桩端支承在坚硬土层(t cn)或岩层上时，则桩顶极限荷载主要靠桩尖处坚硬岩土层(t cn)提供的反力来支承，桩侧摩擦力很小，可以忽略不计。 3.摩擦端承桩 桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩端阻力承受。 第8页/共76页第九页，共76页。10 4.端承摩擦桩 桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩侧阻力承受。三、按桩身材料分类(fn li) 可分为木桩，混凝土桩，钢桩，组合桩等。第9页/共76页第十页，共76页。11四、按施工方法分类 1.预制桩 2.灌注桩 钻孔灌注桩 人工(rngng)挖孔灌注桩 套管成孔灌注桩第1

5、0页/共76页第十一页，共76页。12五、按设置(shzh)效应分类 1.非挤土桩 包括干作业挖孔桩，泥浆护壁钻（冲）孔桩、人工挖孔桩等。 这类在成桩过程中基本对桩相邻土不产生挤土效应的桩，称为非挤土桩。其设备噪音较挤土桩小，而废泥浆、弃土运输等可能会对周围环境造成影响。第11页/共76页第十二页，共76页。13 2.部分挤土桩 当挤土桩无法施工时，可采用预钻小孔后打较大尺寸预制或灌注桩的施工方法，也可打入敞口桩。 3.挤土桩 挤土桩除施工噪音较大外，不存在(cnzi)泥浆及弃土污染问题，当施工质量好，方法得当时，其单方混凝土材料所提供的承载力较非挤土桩及部分挤土桩高。 第12页/共76页第十

6、三页，共76页。14五、按桩径大小分类 1.小桩 桩径d250mm。由于桩径小，施工机械，施工场地及施工方法一般较为简单。小桩多用于基础加固（树根桩或锚杆静压桩）及复合桩基础。 2.中等直径桩 250mmd800mm。这类桩长期以来在工业与民用建筑物中大量使用(shyng)，成桩方法和工艺繁多。第13页/共76页第十四页，共76页。15 3.大直径桩 桩径d800mm。近年来的发展较快，应用范围逐渐增大。因为桩径大且桩端还可以扩大，因此，单桩承载力较高。此类桩除大直径钢管桩外，多数为钻、冲、挖孔灌注桩。通常用于高层或重型建（构）筑物的基础，并可实现柱下单桩的结构型式。正因为如此，也决定(jud

7、ng)了大直径桩施工质量的重要性。第14页/共76页第十五页，共76页。16第3节 竖向荷载(hzi)下单桩的工作性能 孤立的一根(y n)桩称为单桩，群桩中性能不受邻桩影响的一根(y n)桩可视为单桩。 单桩工作性能的研究是单桩承载力分析理论的基础。通过桩土相互作用分析，了解桩土间的传力途径和单桩承载力的构成及其发展过程，以及单桩的破坏机理等，对正确评价单桩轴向承载力具有一定的指导意义。第15页/共76页第十六页，共76页。17一 单桩轴向荷载的传递 1桩身轴力和截面位移 在轴向荷载作用下，桩身将发生(fshng)压缩变形；同时桩顶部分荷载通过桩身传递到桩底，致使桩底土层发生(fshng)压

8、缩变形，这两部分压缩变形之和构成桩顶轴向位移。 由于桩与桩周土体的紧密接触，当桩相对于土向下位移时，桩侧表面受到土向上的摩阻力。第16页/共76页第十七页，共76页。18 在桩顶荷载沿桩身向下传递的过程中，必须不断地克服这种摩阻力，故桩身截面的轴向力随深度(shnd)逐渐减小，传至桩底截面的轴向力为桩顶荷载减去全部桩侧摩阻力，并与桩底支承反力（即桩端阻力）大小相等、方向相反。 桩通过桩侧阻力和桩端阻力将荷载传递给土体，即土对桩的支承力由桩侧阻力和桩端阻力两部分组成。第17页/共76页第十八页，共76页。19 由桩底土层的压缩(y su)变形导致的桩端位移加大了由于桩身的压缩(y su)变形引起

9、的桩身各截面的位移，并促使桩侧摩阻力进一步发挥。一般来说，靠近桩身上部土层的摩阻力先于下部土层发挥出来，桩侧阻力先于桩端阻力发挥出来。 单桩在轴向荷载作用下，桩身的截面位移、桩侧的摩阻力分布以及轴力分布见下图。第18页/共76页第十九页，共76页。20第19页/共76页第二十页，共76页。21二、桩侧摩阻力和桩端阻力 桩侧摩阻力是桩截面对桩周土的相对位移的函数(hnsh) qs= f(s)，可用下图中的曲线OCD表示，且常简化为折线OAB。AB段表示一旦桩土界面相对滑移超过某一极限值，侧摩阻力将保持极限值不变。第20页/共76页第二十一页，共76页。22第21页/共76页第二十二页，共76页。

10、23 极限摩阻力可用类似于土的抗剪强度(qingd)的库伦表达式：vsx Kv axautan cq 式中ca和a为桩侧表面与土之间的附着力和摩擦角，x为深度z处作用于桩侧表面的法向压力(yl)，它与桩侧土的竖向有效应力 成正比例，即：第22页/共76页第二十三页，共76页。24 式中Ks为桩侧土的侧压力系数，对挤土桩，K0KsKp；对非挤土桩，因桩孔中土被清除，而使KaKsK0 。此处， Ka 、 K0和Kp分别为主动、静止和被动土压力系数。 采用上述公式(gngsh)计算深度z处的单位侧阻时，如取zv 第23页/共76页第二十四页，共76页。25则侧阻将随深度线性增大。然而砂土中的模型桩试

11、验表明，当桩入土深度达到某一临界值后，侧阻就不随深度增加了，这个现象称为侧阻的深度效应。 综上所述，桩侧极限摩阻力与所在的深度、土的类别和性质、成桩方法等许多因素(yn s)有关。第24页/共76页第二十五页，共76页。26 但是，桩侧摩阻力达到极限值所需的桩土滑移(hu y)极限值则与土的类别有关、而与桩径大小无关，根据试验资料约为46mm（对粘性土）或610mm（对砂类土）。第25页/共76页第二十六页，共76页。27 单桩受荷过程中桩端阻力的发挥不仅滞后于桩侧阻力，而且其充分发挥所需的桩底位移值比桩侧摩阻力达到极限所需的桩身截面位移值大的多。根据小型(xioxng)桩试验所得的桩底极限位

12、移值，对砂类土约为d/12d/10，对粘性土约为d/10d/4（d为桩径）。因此，对工作状态下的单桩，其桩端阻力的安全储备一般大于桩侧摩阻力的安全储备。第26页/共76页第二十七页，共76页。28三、单桩的破坏模式（图6） 1.屈曲破坏 2.整体(zhngt)剪切破坏 3.刺入破坏四、桩侧负摩阻力 桩土之间相对位移的方向决定了桩侧摩阻力的方向，当桩周围土层相对于桩侧向下位移时，桩侧摩阻力方向向下，称为负摩阻力。第27页/共76页第二十八页，共76页。29 通常以下情况需考虑桩侧摩阻力作用：（1）软土地区，大范围(fnwi)地下水位下降；（2）桩侧地面承受局部较大的长期荷载；（3）桩穿越较厚松散

13、填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层；（4）冻土地区，温度升高引起桩侧土的缺陷。第28页/共76页第二十九页，共76页。30第4节 单桩竖向承载力的确定(qudng) 单桩承载力是指单桩在外荷作用下，不丧失(sngsh)稳定性、不产生过大变形时的承载能力。一、按材料强度(qingd)确定)(gypccAfAfR 竖向承载力设计值第29页/共76页第三十页，共76页。31二、按单桩竖向抗压静载试验确定 原型静载荷试验（图7）是传统的也是最可靠的确定承载力的方法。它不仅可确定桩的极限承载力，而且通过(tnggu)埋设各类测试元件可获得桩身轴力、桩侧阻力、桩端阻力、荷载沉降关系等诸多资料

14、。第30页/共76页第三十一页，共76页。32 对于预制桩，由于土体因打桩扰动而降低的强度有待随时间而恢复，在桩身强度达到(d do)设计要求的前提下，桩设置后开始载荷试验所需的间歇时间：对于砂类土不得少于7天；粉土和粘性土不得少于15天，饱和粘性土不得少于25天。 第31页/共76页第三十二页，共76页。33 在同一条件(tiojin)下，进行静载荷试验的桩数不宜少于总桩数的1%，工程桩总桩数在50根以内时不应少于2根，其他情况不应少于3根。 关于单桩竖向静载（抗压）试验的方法、终止加载条件(tiojin)以及单桩竖向极限承载力（图8）的确定详见建筑基础规范附录。第32页/共76页第三十三页

15、，共76页。34三、按土的抗剪强度(qingd)指标确定（竖向极限承载力）四、按静力触探法确定P221)(ppusuulAGQQQ pcuapuANclcuQii 对于(duy)粘性土第33页/共76页第三十四页，共76页。35五、按经验公式法确定(qudng)（竖向极限承载力标准值）（1）d800mm的灌注桩和预制桩（2）大直径桩ppkksppkskukAqlquQQQii ppkpskssppkskukAqlquQQQiii 第34页/共76页第三十五页，共76页。36六、单桩的竖向承载力特征值。第35页/共76页第三十六页，共76页。37例1：P235 T8.1。 第36页/共76页第三

16、十七页，共76页。38第5节 桩的水平(shupng)承载力与位移 建筑工程中的桩基础大多数以承受竖向荷载为主，但在风荷载、地震荷载、机械制动荷载或土压力、水压力等作用下，也将承受一定(ydng)的水平荷载。第37页/共76页第三十八页，共76页。39一、水平(shupng)荷载下基础的受力特性 第38页/共76页第三十九页，共76页。40二、单桩水平静(pngjng)载荷试验 第39页/共76页第四十页，共76页。41三、水平受荷桩的内力及位移分析 水平荷载下桩的理论分析方法是按弹性地基理论计算，即，把承受(chngshu)水平荷载的单桩视为弹性地基（由水平向弹簧组成）中的竖直梁，通过求解梁

17、的挠曲线微分方程来计算桩的弯矩和剪力及桩的水平承载力。xkhx 第40页/共76页第四十一页，共76页。42（1）常数(chngsh)法（2）k法（3）m法（4）c法桩的水平位移(wiy)较大时，“m”法计算结果接近实际；当水平位移(wiy)较小时，“c”法接近实际。第41页/共76页第四十二页，共76页。43第6节 群桩基础设计(shj) 桩基一般由多根桩和连接上部结构的承台组成，群桩中的每根桩称为基桩。竖向荷载作用下的群桩基础，由于承台、桩、土相互作用，其桩的承载力和沉降与单桩有显著(xinzh)差别（承载力小于各单桩承载力之和，沉降量大于单桩的沉降量），这种现象为群桩效应。第42页/共7

18、6页第四十三页，共76页。44端承型群桩基础摩擦(mc)型群桩基础1 1 第43页/共76页第四十四页，共76页。45 桩基在荷载作用下，由桩和承台底地基土共同(gngtng)承担荷载，构成复合桩基。刚性承台底面土反力呈马鞍形分布。第44页/共76页第四十五页，共76页。46一、群桩的竖向承载力设计值侧阻群桩效应系数(xsh)端阻群桩效应系数(xsh)侧阻端阻综合群桩效应系数(xsh)承台土阻力群桩效应系数(xsh) 单桩平均极限侧阻力单桩平均极限侧阻力阻力阻力群桩中基桩平均极限侧群桩中基桩平均极限侧 s 单桩平均极限端阻力单桩平均极限端阻力端阻力端阻力群桩中基桩平均极限群桩中基桩平均极限 p

19、 单桩极限承载力单桩极限承载力承载力承载力群桩中各基桩平均极限群桩中各基桩平均极限 sp 力标准值力标准值承台底地基土极限承载承台底地基土极限承载阻力阻力群桩承台底平均极限土群桩承台底平均极限土 c 第45页/共76页第四十六页，共76页。47 经验参数法确定复合桩基或基桩的竖向承载力设计(shj)值为： 静载试验法确定复合桩基或基桩的竖向承载力设计(shj)值为： cckcppkpssks/ QQQR cckcspuksp/ QQR 其中(qzhng)nAqQ/cckck 第46页/共76页第四十七页，共76页。48 对于复合(fh)桩基，不考虑承台效应，取 按表8.17中 所对应的值；对于

20、桩基和桩数不超过3根的非端承桩基，也不考虑群桩效应，可取sppsc, 0 、 2 . 0/c lb0 . 1, 0sppsc 、第47页/共76页第四十八页，共76页。49二、桩顶作用(zuyng)效应简化计算轴心竖向力作用(zuyng)下：偏心竖向力作用(zuyng)下：kkiFGNnyx22kikkkiiiiMxFGMyNnyx第48页/共76页第四十九页，共76页。50三、基桩竖向承载力验算（1）荷载效应基本组合轴心荷载作用下：偏心(pinxn)荷载作用下：（2）地震作用效应组合轴心荷载作用下：偏心(pinxn)荷载作用下：kmax1.2NRkNR和max1.5EkNREk1.25NR和

21、kNREk1.25NR第49页/共76页第五十页，共76页。51四、桩基软弱(runru)下卧层承载力验算zmazzf第50页/共76页第五十一页，共76页。52第7节 桩基础设计(shj) 和浅基础一样，桩基的设计也应符合安全、合理和经济的要求。对桩和承台来说，应有足够的强度、刚度和耐久性；对地基来说，要有足够的承载力和不产生(chnshng)过量的变形。第51页/共76页第五十二页，共76页。53一、基本设计资料 设计桩基之前必须具备各种资料：建筑物类型及其规模、岩土工程(gngchng)勘察报告、施工机具和技术条件、环境条件及当地桩基工程(gngchng)经验。勘察报告应符合勘察规范的一

22、般规定和桩基工程(gngchng)的专门勘察要求。第52页/共76页第五十三页，共76页。54二、桩型、截面和桩长的选择 桩基设计(shj)的第一步就是根据地层条件和施工能力，选择桩型（预制桩或灌注桩）、桩的截面尺寸和长度。 确定桩长的关键，在于选择桩端持力层。坚实土（岩）层（可用触探试验或其它指标作为坚实土层的鉴别标准）最适宜作为桩端持力层。第53页/共76页第五十四页，共76页。55 对于桩端进入坚实土层的深度和桩端下坚实土层的厚度，应该(ynggi)有所要求。一般可以这样考虑： 1.对黏性土、粉土进入的深度不宜小于2倍桩径，砂土不宜小于1.5倍桩径；对碎石类土不宜小于1倍桩径；当存在软弱

23、下卧层时，桩端以下硬持力层厚度不宜小于3d。第54页/共76页第五十五页，共76页。562.对于嵌岩桩，嵌岩深度应综合荷载、上覆土层、基岩(j yn)、桩径、桩长诸因素确定；对于嵌入倾斜的完整和较完整岩的全断面深度不宜小于0.4d且不小于0.5m，倾斜度大于30%的中风化岩，宜根据倾斜度及岩石完整性适当加大嵌岩深度；对于嵌入平整、完整的坚硬岩和较硬岩的深度不宜小于0.2d，且不应小于0.2m。第55页/共76页第五十六页，共76页。57 在确定桩长之后，施工时桩的设置深度(shnd)必须满足设计要求。如果土层比较均匀，坚实土层层面比较平坦，那么桩的实际长度常与设计桩长比较接近；当场地土层复杂，

24、或者桩端持力层层面起伏不平时，桩的实际长度常与设计桩长不一致。第56页/共76页第五十七页，共76页。58 在确定桩的类型(lixng)和几何尺寸后，应初步确定承台底面标高。一般情况下，主要从结构要求和方便施工的角度来选择承台深度。季节性冻土上的承台埋深，应根据地基土的冻胀性考虑，并应考虑是否需要采取相应的防冻害措施。膨胀土的承台，其埋深选择与此类似。第57页/共76页第五十八页，共76页。59三、桩的根数和布置 1.桩的根数 初步估计桩数时，先不考虑群桩效应(xioyng)，在确定了基桩承载力特征值R后，可对桩数进行估算。当桩基为轴心受压时，桩数n应满足下式要求：kkFGnR第58页/共76页第五十九页，共76页。60式中 F作用在承台上的轴向压力标准值； G承台及其上方填土的重力。 偏心受压时，对于(duy)偏心距固定的桩基，如果桩的布置使得群桩横截面的重心与荷载合力作用点重合，则仍可按上式估算桩数，否则，桩的根数应按上式确定的增加10%20%。第59页/共76页第六十页，共76页。61 对桩数超过3根的非端承群桩基础，在求得基桩承载力设计值后应重新估算桩数，如有必要，还要通过(tnggu)桩基软弱下卧层承载力和桩基沉降验算才能最终确定。第60页/共76页第六十一页，共76页。62 应当指出(zh ch)