第10章桩基本理论

第10章桩基本理论第一节概述一、桩基础优点：适用于各种不同地质条件、荷载性质和上部结构二、桩基础的适用性：高层建筑物及其他重要建筑物，荷载很大的建筑物，软弱及特殊土地基永久建筑物；高松结构物，动力机器基础，三、桩基础的主要作用：桩基穿过软弱、不良土层，将荷载传递到坚实而稳定土层上，提高地基基础的整体刚度，提高抗震能力，抵抗水平力和上拔力四、桩基础的设计内容：掌握设计资料、确定持力层——定桩型、桩长和截面尺寸——确定单桩的承载力——定桩数、间距、平面布置——验算承载力和沉降——桩身结构设计——承台设计——绘制施工图，提出施工说明一般当建筑场地浅层地基土比较软弱，不能满足建筑物对地基承载力的要求，又不适宜采取人工地基加固处理措施时，或采用人工地基加固不经济时，考虑桩基础。一、按桩身材料：木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩二、按受力情况：1、摩擦型桩：摩擦桩、端承摩擦桩2.端承型桩：端承桩、摩擦端承桩三、按施工工艺方法:1.预制桩（砼桩、钢筋砼桩、预应力钢筋混凝土桩、钢桩、木桩）对预制桩、按沉桩施工工艺2.灌注桩：沉管灌注桩、钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩四、按桩与桩周土的设置效应:挤土桩、非挤土桩和部分挤土桩第二节桩的分类和质量检验

锤击式静压式振动式按桩径大小分类（1）小桩：d≤250mm；（2）中等直径桩：250mm＜d＜800mm（3）大直径桩：d≥800mm按承台位置分：高承台、低承台的两种选桩型的影响因素：1、建筑物的性质与荷载的类型；2工程地质、水文地质条件；3、施工环境；4、施工技术条件与材料供应；4、施工工期和经济指标五、桩的质检1、开挖检查；2抽芯法；3声波检测法（用声波检测仪）；4动测法（用打桩分析仪）摩擦型桩：桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承担的桩，又分摩擦桩、端承摩擦桩两种。端承型桩桩顶荷载主要由桩端摩阻力承担的桩，又分段成桩、摩擦端承桩两种。桩侧和桩端阻力的大小以及它们分担荷载的比例有很大差异原由就位沉入浇筑成型边拔边浇放入钢筋笼继续浇筑灌注桩1.沉管灌注桩一般直径d=300~500长度不超过25m优点：配筋率低，桩长可变，不截桩、不设接头缺点：缩径、夹泥、断桩、离析桩吊脚桩工艺顺序：桩靴、钢管就位→沉管→检查管内有无砂、水→浇筑砼、放入钢筋骨架→继续浇灌混凝土、提管。沉管灌注桩特点：能在土质很差，地下水位很高时施工。施工方法：锤击沉入钢管法；振动沉入钢管法要点：防止钢管内进入泥浆、水；灌满混凝土后再随拔管、随灌、并轻打或振动；采取慢提管、复打等

防止缩径、夹泥、断桩、离析桩、吊脚桩。沉管桩靴关于沉管夯扩桩：兼有打入桩、扩底桩的优势可减少一般沉管桩的壮身质量缺陷安全要求：护壁、通风、联络、照明、人员上下优点：彻底清除孔底虚土；桩的质量有保证；承载力高缺点：不适用于流沙、流泥、松散土及浅富地下水地下水情况；存在施工安全隐患2.人工挖孔灌注桩护壁构造示意大直径扩底桩第三节单桩轴向荷载的传递（略）。一、桩身轴力和截面位移二、桩侧摩阻力和桩端阻力桩侧摩阻力是截面位移的函数。曲线OCD表示这种关系。实际应用时，可简化为折线OAB

三、桩侧负摩阻力桩土之间相对位移的方向，对于荷载传递的影响很大。在土层相对于桩侧向下位移时，产生于桩侧的向下的摩阻力称为负摩阻力。产生负摩阻力的情况有多种，例如：位于桩周欠固结的软粘土或新填土在重力作用产生固结，大面积堆载使桩周土层压密，在正常固结或弱超固结的软粘土地区，·由于地下水位全面降低(例如长期抽取地下水)，致使有效应力增加，因而引起大面积沉降，自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷，打桩时使已设置的邻桩抬升等。在这些情况下，土的重力和地面荷载将通过负摩阻力传递给桩。桩侧负摩阻力问题，实质上和正摩擦力一样，如果得知土与桩之间的相对位移以及负摩阻力与相对位移之间的关系，就可以了解桩侧负摩阻力的分布和桩身轴力与截面位移。第四节单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力包括：桩身结构承载力Q(桩身强度)满足：（1）起吊、运输强度要求，（2）沉桩中瞬间动荷载与垂直动应力强度（3）长期荷载对桩身强度要求地基土对桩的竖向荷载承载力：《桩基技术规范》JPJ94-94称单桩竖向承载力设计值R，《地基基础设计规范》50007-2002称为单桩竖向承载力特征值Ra据桩身材料验算Q根据桩身结构强度确定单桩竖向承载力Q，将桩视为一轴向受压构件。轴心受压时，Q可按下式计算：桩截面积桩稳定系数，一般1.0，软、土、液化土<1.0钢筋抗拉强度设计值钢筋面积砼抗压强度设计值一、按静载试验确定地基土对桩的竖向荷载承载力特征值Ra试验：先确定单桩竖向极限承载力，并进一步计算出单桩竖向承载力特征值试桩数量，不宜小于1%，且一般不宜小于3根,总桩数少于50时不少于2根步骤：成桩后7~25天后选试桩、安装加载设备和仪器并锚桩、分8级加载并记录、绘Q-S曲线图，出现4种标志之一停止加载、卸载、据试验记录和曲线图计算,单桩竖向承载力特征值Ra=Quk/K,K=2《建筑地基基础规范》加载沉降稳定后，再加下一级荷载。桩沉降稳定标准：观察2次不超过0.1mm/h1.试验装置极限载荷2、试验成果40mmQuk《建筑地基基础设计规范》经验参数公式法估算Ra初步设计时单桩竖向承载力特征值可按下式估算Ra当桩端嵌入完整及较完整的硬质岩中，构成嵌岩桩按下式估算i层土厚度对应的桩段长mI层土对桩侧摩阻力特征值，kPa桩端土阻力特征值，kPa桩周边长，mAp-桩端横截面积，非扩底桩等于桩的横截面积，扩底桩取底面积二、按经验公式确定

第五节群桩承载力和沉降验算

一、单桩顶竖向力计算桩基础中单根桩所受的桩顶竖向力Qk

1、轴心竖向荷载下2、偏心竖向荷载作用下（1）单桩桩顶竖向力均值（2）任意单桩桩顶竖向力因x、y坐标值而异

第六节桩基础设计桩基础设计要求在外荷载的作用下，桩与地基之间的相互作用能保证有足够的竖向（抗拔或抗压）或水平承载力桩基的沉降（或沉降差）、水平位移及桩身挠曲在容许范围内。桩基设计步骤：（1）确定桩的类型、尺寸、初选承台底面标高.（2）确定单桩承载力；（3）根据上部结构及荷载情况，确定桩数、桩的平面布置；（4）桩基础受力验算；（5）桩身结构设计；（6）承台设计——承台尺寸、结构和底面高程（7）绘制桩基础（桩和承台）施工图。结构安全，技术可行，经济合理一、桩型和庄的几何尺寸设计在调查、收集相关的设计资料；根据工程地质勘探资料、荷载、上部结构的条件要求，确定持力层的基础上进行1.确定桩型（1）材料类型（2）工艺类型（3）受力类型摩擦型，端承型应有经济技术方案的比较2、桩截面尺寸及桩长的确定（1）桩的界面尺寸一般沉管灌注桩，直径为300mm～500mm之间钻孔灌注桩，直径多为500～1200mm混凝土预制桩断面为方形，边长≤550mm(2）桩长的选择桩端全截面进入持力层的深度粘性土、粉土≥2d沙土≥1.5d碎石类土≥1d存在软弱下卧层持力层厚度≥4d嵌岩桩周边嵌入微风化、中等风化岩石0.5m桩端下坚硬土层厚度≥4d确定了桩端进入持力层深度（1~3d），顶部插入承台深度(≥50mm),桩长即被确定二、桩的数量计算及桩的平面布置1.桩的数量计算对于承受竖向中心荷载的桩基，桩数n：对于承受竖向偏心荷载的桩基，桩数n：2.桩的平面布置（1）、桩的中心矩桩的中心矩宜取（3～4）d（2）、桩的平面布置平面形状等间距布置不等距布置正方形、三角形、梅花形等布置规则上部荷载的中心与群桩的中心重合或接近一般：布置成梅花形或行列式条形基础：布置成一形单桩顶荷载平均值Qk、最大值Qkmax分别满足先确定单桩承载力Ra序成桩工艺与土类排数不少于3排并且桩数不少于9根的摩擦型桩其它情况1打入式敞口管桩和Ｈ型钢桩3．5ｄ3．0ｄ2挤土预制桩3．5ｄ3．0ｄ3挤土灌注桩穿越非饱和土3．5ｄ3．0ｄ4穿越饱和软土4．0ｄ3．5ｄ5非挤土和部分挤土灌注桩3．0ｄ2．5ｄ6扩底灌注桩不宜＜1、5Ｄ；并且当Ｄ＞2.0ｍ时不宜＜1.0Ｄ＋1.0ｍ7沉管夯扩灌注桩2.0D8各类桩4～6ｄ以控制沉降为目的扩底灌注桩的扩底直径，不应大于桩身直径3倍。入持力层的深度为桩身直径的1～3倍。桩的最小中心距表桩的平面布置应注意几点(a)柱下桩基（b）墙下桩基桩的平面布置示例横墙下“探头”桩的布置1）尽量紧凑，充分发挥各庄的作用，使承台面积尽量小；2）尽量对结构有利。尽量在承重墙下、桩筏（梁板式）基础的梁下布桩，不在板下、门洞下布桩。（3）使桩基承受水平力、力矩较大方向有较大的抵抗矩，横墙外布探头桩三、桩基础受力验算（一）单桩受力验算1、轴心竖向作用下2、偏心竖向力作用下桩基偏心受压时，各桩桩顶轴压力为：在上式中Qkmax，应满足

（二）、软弱下卧层承载力验算其中对于的群桩基础对于的群桩基础地基极限承载力系数1.65ao、bo外围桩的轮廓长、宽度，t-持力层厚单桩的压力桩端等代直径，圆桩=d,方桩=1.13b四、桩身结构设计包括：桩身结构要求+配筋1.钢筋砼预制桩：砼强度等级不应低于C30，预应力砼桩的强度等级不应低于C40，纵向筋保护层不小于30mm，截面边长不小于200mm，预应力砼桩截面边长不小于350mm（管直径不小于300mm），桩身配筋满足吊运要求。打入法沉桩时，直接受到锤击的桩顶应放置三层钢筋网。桩尖处所有主筋应焊接在一根圆钢上，或在桩尖处用钢板加强。最小配筋率不宜小于0.8%，一般可为1%左右，静压法沉桩时，其最小配筋率不宜小于0.5%

四、桩身结构设计

主筋：4根或8根，直径12～25mm。箍筋：，直径6～8mm。间距≤200mm。在桩尖附近加密箍筋。施工阶段1、制作2、运输、堆放6、吊装3、打桩4、截桩5、接桩水平起吊（最少两点）吊立（一点起吊）起吊和运输采用两支点或三支点。考虑到吊运过程中的冲撞和震动：采取动力系数K=1.5考虑到锤击应力：桩顶2500～3000mm范围内将箍筋加密，并放置三层钢筋网片。钢筋混凝土预制桩吊装抗弯承载力设计计算示意图M1M2(1)二点起吊M1M2

(2)一点起吊2.砼灌注桩混凝土强度等级：≥C20，预制桩尖不应低于C30

结构设计：考虑到承载力条件，，最小配筋率不小于0.2%,

构造配筋具体规定：

对一级建筑桩基，配制6～10根φ12～φ14的主筋，最小配筋率不小于0.2%,锚入承台30倍主筋直径，伸入桩身长度不小于10倍桩身直径，且不小于承台下软弱土层层底深度；对二级建筑桩基，可配制4～8根φ10～φ12的主筋，锚入承台至少30倍主筋直径，且伸入桩身长度不小于5倍桩身直径；对于沉管灌注桩，配筋长度不应小于承台下软弱土层层底深度；三级建筑桩基可不配构造钢筋。

五、承台设计形状、尺寸、高度、配筋率，弯矩及受冲切计算1.构造要求形状：矩型、三角形、多边形、圆形宽度：≥500mm厚度：≥300mm桩外边缘至承台梁边缘距离：≥150mm（但条形成台≥75mm）

配筋：对于矩形承台应通常布置。

直径≥10mm，间距≤200mm混凝土强度：≥C20钢筋砼保护层厚度：有素砼垫层时≥40mm无垫层时≥70mm桩顶嵌入承台不宜小于50mm。主筋应伸入承台内，其锚固长度不宜小于30倍主筋直径，承台埋深应不小于600mm包括内容：配筋：计算出承台弯矩后，按《混凝土结构设计规范》配筋（1）.矩形承台xyNixiyi（2）.三桩承台cs冲切验算及斜截面抗剪验算：沿柱边的冲切强度角桩冲切验算h0Faixaiyc1c