注册结构专业基础深基础讲义

PAGEPAGE6页第八节深基础重点内容:单桩承载力的确定和桩基础设计。一、深基础类型在高大重型的土木建筑工程中,如果浅层的土不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求,为了将很大的集中荷载传递到较深的稳固坚硬土层或岩层上,或因工艺使用要求设置地下构筑物、较深基坑开挖时作为边坡围护时,可以选择深基础来满足上述需求。深基础主要有桩基础、沉井基础和地下连续墙等几种类型。大直径墩基础和沉箱基础也是深基础的一种类型,目前已较少采用。深基础与浅基础的区别主要在于施工方法的不同。浅基础只需一般的施工机械、用敞坑开挖即可砌筑;而深基础的施工则需要专门的施工机械和特殊的施工方法,比浅基础的施工要复杂得多,要求也高。而在设计计算方面也有不同之处,例如深基础尚需考虑侧壁的摩阻力,还应验算在各种不同的施工阶段的受力条件等情况。二、桩和桩基础的分类桩基础的作用是将上部结构较大的荷载通过桩穿过软弱土层传递到较深的坚硬土层上,以解决浅基础的地基承载力不足和变形较大的地基问题。桩基础具有承载力高、沉降量小而均匀、沉降速率缓慢等特点。从软土地区工程建设的实践经验来看,当遇到下列情况时,可以考虑选择桩基础的方案:(1)高层重型建筑物。如高层大楼、重型仓库等建筑物作用在地基上的荷载较大,且地基软弱,不能满足地基承载力和变形的要求;或重要的和有纪念性的大型建筑,不容许地基有过大的沉降和不均匀沉降;(2)工业厂房设有大吨位A6,A7工作级别吊车时;(3)建筑物的地面荷载过大时;(4)高耸建筑物或结构物,不允许出现较大的倾斜,如烟囱、电视塔采用桩基可增加抗水平力和上拔力;(5)大型、精密的机械设备基础,如锻锤、汽轮机等设备由于动力作用,对基础的振动频率和振幅要有一定的限制。(一)按承台位置的高低分1.高桩承台基础一一一承台底面高于地面。2.低桩承台基础一-承台底面低于地面。(二)按桩的传力方式分1.端承桩——上部荷载通过桩身传递到桩端坚硬土层或岩层上。2.摩擦桩一一一主要是通过桩侧土的摩擦作用,将上部荷载传递扩散于桩周土中,桩端土也起一定的支承作用。(二)按桩材料分1.钢筋混凝土桩:可以预制,如有方型桩,也有预应力高强度管桩;也可以钻孔就地灌注。2.钢桩一一常用的有直径为250~1200mm的钢管桩和宽翼工字形钢桩。3.木桩。(四)按桩的挤土效应分1.大量排土桩一一如预制实心方桩,桩端封闭的钢管桩等。2.小量排土桩一一桩端未封闭的钢管桩、预应力管桩。3.不排土桩一一钻、冲、挖成孔,而后就地灌注混凝土桩。成桩过程中,对周围土没有排土挤压作用。(五)按施工方法分1.预制桩一一一在工厂或施工现场制作,而后用锤击打人、振动沉入、静力压入、水冲送入或旋入等方式沉桩。2.灌注桩一一直接在设计桩位地基上用钻、冲、挖成孔,然后在孔内灌注混凝土。三、单桩承载力特征值单桩竖向承载力与桩身的材料强度或者与土的支承能力有关。土对桩的支承能力主要反映在桩侧土的摩擦阻力和桩端土的支承力两部分:R=Rf+Rs(12-8-1)式中R一一单桩竖向承载力;Rf一一一桩侧土的总摩阻力;Rs一一桩端土的总阻力。(一)规范的经验公式建筑物初步设计时可按下式估算摩擦桩的单桩竖向承载力特征值:Ra＝qpaAp十up(12-8-2)式中Ra一一单桩竖向承载力特征值;qpa、qsia一一桩端端阻力、桩侧阻力特征值,由当地静载荷试验结果统计分析算得;Ap一桩底端横截面面积;up一一桩身周边长度;li一一第i层岩土的厚度。(二)桩的静载荷试验单桩的竖向承载力特征值,应通过现场静载荷试验确定,在同一条件下的试桩数量,不宜少于总桩数的1%,并不应少于3根。试桩时,应测定每根试桩的荷载与沉降关系、每级荷载时的沉降与时间关系,并绘制荷载一沉降(Q一s)曲线和沉降一时间(对数值,s-lgt)曲线。极限承载力的确定:如果Q-s曲线的末段有明显陡降段时,取曲线陡降段起点(称第二拐点)的荷载值;按沉降速率法取s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值;当桩顶总沉降量达到40mm后,继续增加二级或二级以上荷载仍无陡降段时,在Q一s曲线上取桩顶总沉降量5为40mm时的相应荷载值。单桩竖向承载力特征值Ra:将单桩竖向极限承载力Ru除以安全系数为2:Ra＝Ru/K=Ru/2(12-8-3)(三)原位测试确定单桩承载力特征值。当地基基础设计为丙级的建筑物可采用静力触探及标贯试验参数确定单桩承载力的特征值。四、群桩中单桩桩顶竖向应力确定1.轴心竖向力作用下(12-8-4)偏心竖向力作用下Qik=±±(12-8-5)2.水平力作用下(12-8-6)式中Fk一一相应于荷载效应标准组合时,作用于桩基承台顶面的竖向力;(12-8-15)式中l——为桩长(m);Ip'、Is1,Is2一一应力影响系数,可用对明德林应力公式进行积分的方式推导得出。(略)将公式(12-8-12)、(12-8-13)、(12-8-15)代入公式(12-8-11)得到单压缩分层总和法沉降计算公式:S＝(12-8-16)式中竖向荷载准永久组合作用下附加荷载的桩端阻力比α和桩基沉降计算经验系数比应根据当地工程实测资料统计确定。六、桩和桩基的构造要求1.摩擦型桩的中心距不宜小于桩身直径的3倍;扩底灌注桩的中心距不宜小于扩底直径的1.5倍,当扩底直径大于2m时,桩端净距不宜小于1m,扩底直径不宜大于桩身直径的3倍。在确定桩距时尚应考虑施工中挤土等效应却邻桩的影响。2.桩底进入持力层的深度,根据地质条件、荷载及施工工艺确定,宜为桩身直径的1~3倍。在确定桩底进入持力层深度时,尚应考虑特殊土、岩溶以及震陷液化等影响。嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的未风化、微风化、中风化硬质岩体的最少深度,不宜小于0.5m。3.布置桩位时,宜使桩基承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合。4.预制桩的混凝土强度等级不应低于C30;灌注桩不应低于C20;预应力桩不应低于C40。5.桩的主筋应经计算确定。打入式预制桩的最小配筋率不宜小于0.8%;静压预制桩的最小配筋率不宜小于0.6%;灌注桩最小配筋