土力学与基础工程(九)

朽木易折，金石可镂。千里之行，始于足下。第页/共页第九节深基础一、深基础类型（一）桩箱（筏）复合基础采用摩擦群桩与箱基（或筏基）共同承受建造物荷载的基础，称之为箱桩（或筏桩）基础。它具备两种基础的功能，是复合式基础。竖向荷载主要由桩承担，桩与箱基底板（或筏板）的嵌固，应符合桩与承台衔接的要求。（二）沉井基础在旧房改建加固工程中，因为周围建造密集，不能采用大开挖，又无条件选用地下延续墙时，可采用开口沉井计划。开口沉井由井壁、凹槽和刃脚等部分组成，其构造如下图所示。沉井的平面形状有圆形、椭圆形、方形等。还可分为单孔、双孔和多孔等类型。沉井井壁可分为竖直的、台阶形的、斜坡形的等几种类型。旱地沉井的施工过程是：制作第一节沉井，抽垫木，挖土下沉，接高沉井，达设计标高后封底并浇注钢筋混凝土底板，如下图所示。（三）地下延续墙基坑开挖施工时，地下延续墙可作为支护结构，施工后也可作为承重结构，支承上部荷载。地下延续墙适用于各种土质和各种场地，施工时无振动，无噪声，不必放坡，不必支撑；异常是在建造物拥挤地区，能在确保相邻建造安全的情况下举行施工，综合经济效果好。地下延续墙厚度普通为450～600mm，长度可按照工程需要而定，每段槽孔长6～8m，深度可达20～30m，为防止坍孔，施工时要向槽内灌注膨润土泥浆。地下延续墙每槽段的衔接可用接头管法、接头箱法、钢板接头法及隔板式接头法等主意。（四）深基坑的支护工程深基坑的开挖和支护是囫囵建造工程的重要组成部分，其造价、工期在囫囵工程中占有很大比例。作为支护结构，除了打人式钢板桩（或钢筋混凝土桩）之外，目前最常用的是挖（钻）孔灌注桩、深层搅拌桩、地下延续墙等。板桩或灌注桩再配合土锚杆及拉杆，可以有效地支护基坑边坡。二、桩与桩基础分类（一）桩的作用在房屋结构、道路桥梁以及码头护岸工程中广泛采用桩基础通常，桩的作用有以下几种：（1）把上部结构的垂直荷载和水平荷载传到接力层同时又是抗地震液化的重要措施。（2）抵御上拔力和倾覆力。如地下水位以下的筏基或箱基受上浮力的作用，各种塔架如输电线路转角塔架、电视广播发射塔、雷达天线架等均承受倾覆力。（3）通过桩体排土和打桩振动的共同作用，挤密松散的无粘性土，这种桩以后可以拔出。（4)扩展式基础、箱基、筏基等基础的持力层土质不太好，或者下卧层有高压缩性土，采用桩基可以控制沉降。（5）可以提高机器设备基础下地基刚度，从而控制振动的振幅和系统的自振频率。（6）倘若桥墩有潜在冲刷的危险，采用桩基并深入冲刷线以下，可以提高安全度。(二)桩基础分类及构造1．桩的分类按照桩的受力、材料和施工主意的不同，可将其分为多种类型。按照桩的受力情况，可分为摩擦型桩和端承型桩。摩擦型桩分为摩擦桩和端承摩擦桩，摩擦桩是指在竖向极限荷载作用下，桩顶荷载所有由桩周阻力承受的桩，而桩顶荷载主要由桩周阻力承受的桩称为端承摩擦桩。设置于浓厚的刚强土层中，无较硬的土层作为桩端持力层或桩端持力层固然较坚硬但桩的长径比很大的桩，可视为摩擦桩。端承型桩分为端承桩和摩擦端承桩。端承桩是指在竖向极限荷载作用小，桩顶荷载所有由桩端阻力承受的桩，而桩顶荷载主要由桩端阻力承受的桩称为摩擦端承桩。普通长径比<10，桩身穿越刚强土层，桩端位于密实砂层、碎石类土层、中等风化及微风化岩层中的桩，均可视为端承桩。2．桩基设计应符合的规定(1)所有桩基均应举行承载力和桩身强度计算。对预制桩，尚应举行运输、吊装和锤击等过程中的强度和抗裂验算；(2)桩基础沉降验算应符合《地基规范》相关规定；(3)桩基础的抗震承载力验算应符合现行国家标准《建造抗震设计规范》(GB50011)的有关规定；(4)桩基宜选用中、低压缩性土层作桩端持力层；(5)同一结构单元内的桩基，不宜选用压缩性差异较大的土层作桩端持力层，不宜采用部分摩擦桩和部分端承桩；(6)因为欠固结软土、湿陷性土和场地填土的固结，场地大面积堆载、降低地下水位等缘故，引起桩周的沉降大于桩的沉降时，应考虑桩侧负摩擦力对桩基承载力和沉降的影响；(7)对位于坡地、岸边的桩基，应举行桩基的整体稳定验算。桩基应与边坡工程统一计划，同步设计；(8)岩溶地区的桩基，当岩溶上覆土层的稳定性有保证，且桩端持力层承载力及厚度满意要求，可利用上履土层作为桩端持力层。当必须采用嵌岩桩时，应对岩溶举行施工勘察；(9)应考虑桩基施工中挤土效应对桩基及周边环境的影响；在浓厚饱和软土中不宜采用大片密集有挤土效应的桩基；(10)应考虑深基坑开挖中，坑底土回弹隆起对桩身受力及桩承载力的影响；(11)桩基设计时，应结合地区经验考虑桩、土、承台的共同工作；(12)在承台及地下室周围的回填中，应满意填土密实度要求。三、单桩轴向承载力的决定（一）桩身结构的承载力决定桩身结构的承载力应该考虑以下三个方面的问题：(1)施工起吊和运输的强度设计，此为施工领域问题，预制桩多有标准设计；(2)沉桩施工中的锤击动应力和眨眼动荷载作用下的结构强度温度；(3)持久荷载作用下桩身段料强度的决定。对于钢筋混凝土桩的单桩轴向承载力设计值R，可按下式计算R=φ(ψ（二）土对桩的支撑力《地基规范》规定：初步设计时，单桩竖向承载力特征值可按下列公式估算Ra=li当桩端嵌入残破及较残破的硬质岩中时，当桩长较短且入岩较浅时，可按下式估算单桩的竖向承载力特征值Ra式中：qpa（三）按静载荷实验决定单桩承重力《地基规范》规定单桩竖向承载力特征值，应通过单桩竖向静载荷实验决定。同一条件下试桩数量，不宜少于总桩数的1%，并不应少于3根。当桩端持力层为密实砂卵石或其他承载力类似的土层时，对单桩承载力很高的大直径端承型桩，可采用深层平板载荷实验决定桩端土承载力特征值，实验主意参见有关规范。地基基础设计等级为丙级的建造物，可采用静力触探或标准贯人实验参数决定Ra挤土桩宜在设置桩后隔一段时光开始静载荷实验，对预制桩，打入砂土中后7d，如为粘性土，应视土的强度恢复而定，普通不得少于15d，对于饱和粘性土不得少于25d。至于灌注桩，尚应待桩身混凝土达到设计强度后，才干举行试桩。1．加载方式与稳定判断略2．单桩极限承载力的决定桩的承载力可通过实验曲线所反映的变形特征分析决定。单桩竖向极限承载力应按下列主意决定：(1)作荷载-沉降(Q-s)曲线和其他辅助分析所需的曲线。(2)当陡降段显然时，取相应于陡降段起点的荷载值。(3)当浮上《地基规范》附录Q．0.8第2款的情况时，取前一级荷载值。(4)Q-s曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40mm所对应的荷载值，当桩长大于40m时，宜考虑桩身的弹性压缩。(5)按上述主意判断有艰难时，可结合其他辅助分析主意综合判定。对桩基沉降有异常要求者，应按照详细情况选取。(6)参加统计的试桩，当满意其极差不超过平均值的30%时，可取其平均值为单桩竖向极限承载力。极差超过平均值的30%时，宜增强试桩数量并分析离散过大的缘故，结合工程详细情况决定极限承载力。注：对桩数为3根及3根以下的柱下桩基，取最小值。(7)将单桩竖向极限承载力除以安全系数2，为单桩竖向承载力特征值。（四）按照原位测试参数决定单桩承载力。可采用静力触探及标准贯入实验参数决定。(五）按照岩石饱和单轴抗压强度决定单桩承载力岩石灌注桩按端承桩设计，要求桩底以下3倍桩径且不小于5m范围内无刚强夹层、断裂带、洞隙分布，在桩端应力蔓延范围内无岩体临空面。其端承力按嵌岩深度及施工条件决定，可查规范表格。（六）经验法决定单桩承载力若较小工程，附近又有条件类似的胜利桩基础，可借鉴其单桩承载力选用。对详细工程应用以上各主意对照比较综合分析后决定单桩承载力。四、群桩承戴力对于端承桩基和桩数少于3根的非端承桩基，群桩的竖向承载力为各单桩承载力之和。（2）对于桩的中央距小于4倍（摩擦桩）桩径，而桩数超过3根的桩基，可视作一假想的实体深基础举行地基验算，并计算桩基中单桩所承受的外力和校核单桩承载力。地基验算包括桩端持力层承载力、刚强下卧层承载力、沉降等内容，主意同浅基础，此处从略。(3)群桩中单桩承载力，应按下列公式验算：轴心竖向力作用下QQk偏心竖向力作用下，除满意上式外，尚应满意下式要求QQikmax=F式中：QkRaFkGkn桩数MxkxiQikmaxximax当外力作用面内的桩距较大时，桩基的水平承载力可视为各单桩的水平承载力总和；当承台侧面的土未经扰动或回填良好时，应考虑土抗力的作用；当水平推力较大时，宜设置斜桩。五、桩身混凝土强度计算按桩身混疑土强度计算桩的承载力时，应按桩的类型和成桩工艺的不同将混凝土的轴心抗压强度设计值乘以工作条件系数，桩轴心受压时桩身强度应符合式(17-109)的规定。Q≤Afc混凝土轴心抗压强度设计值（KPQ相应于作用的基本组合时的单桩竖向力设计值（kN）；Apφi八、桩的负摩阻力当因某些缘故导致桩侧土的沉降大于桩身沉降时，土对桩的摩擦力指向下方，这种力称为桩的负摩擦力。因为土的沉降自上而下逐渐减小，桩的沉降近似为常量，故在某深度处有一桩土沉降相同的点，称为中性点，该点桩的轴向压力最大。（一）应该计算抚摩阻力的场合（1）土层自身将发生沉降，如桩穿过较松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土，进入相对较硬土层时。（2）施工环境条件起变化，如桩周存在刚强土层，而邻近桩侧地面承受局部较大的持久荷载，或地表大面积堆载时；因为降低地下水位，使桩周土中有效应力增大，并产生显著沉降时。（二）计算桩侧摩阻力符合下列条件之一的桩基，当桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力；(1)桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对软硬土层时；(2)桩周存在刚强土层，邻近桩侧地面承受局部较大的持久荷载，或地面大面积堆载（包括填土）时；(3)因为降低地下水位，使桩周土有效应力增大，并产生显著压缩沉降时。计算桩侧负摩阻力应按照工程详细情况考虑，最好根据实测资料决定。仅当无工程经验与实测资料时，按下述主意举行估算：首先决定中性点位置。中性点深度应按桩周土沉降与桩沉降相等的条件决定，也可参照表17-13决定，表中为桩周沉降变形土层下限深度。第二区别不同传力类型的桩，按不同的原则计算：(1)对普通摩擦桩，中性点以上的侧负摩阻力不计入桩的承载力。(2)对端承桩除上条内容外，还应计人负摩阻力引起的下拉荷载影响，需要时可查相应资料，此处从略。习题55当桩周产生负摩阻力时，桩相对于地基土的位移是()。向上向下为零侧向提醒：土对桩作用的摩阻力（负摩阻力）方向是向下的。答案：A56单向偏心受压群桩基础，单桩的几何尺寸均相同，对称行列式罗列，每根桩桩顶所承受的竖向力可能是()。①都不相同②各行相同，各列不同③各行不同，各列相同④对角线方向对称的桩相同A．①④B．②③C．②④D．③④提醒：偏心方向各桩受力不同。答案：B57端承型桩是指桩顶竖向荷载主要由(）桩顶阻力分担桩端阻力分担桩侧阻力分担桩周阻力分担提醒：端承桩荷载由持力层承担。答案：B58偏心竖向力作用下，单桩竖向承载力应满意的条件是()。A.QB.QC.QkD.答案：C59某直径为400mm、桩长为10m的钢筋混凝土预制摩擦型桩，桩端阻力特征值qpa=3000kPa，桩侧阻力特征值A.1737kNB.1634kNC.777kND.1257kN答案：B60群桩承载力可以按其单桩承载力之和的是()。A．桩数大于3根的端承桩B．桩数大于3根的端承摩擦桩C．桩数大于3根的摩擦桩D．桩数大于3根的摩擦端承桩提醒：即不考虑“群桩效应”的情况。答案：A61扩底灌注桩的扩底直径不应大于桩身直径的()。A．4倍B．3倍C．5倍D.2倍答案：B62摩擦型桩的中央距不宜小于桩身直径的()。A．4倍B．3倍C．1倍D．2倍提醒：否则“群桩效应”影响大。答案：B63布置桩位时，宜使()。A.桩基承载力合力点与永远荷载合力作用点重合B．桩基承载力合力点与可变荷载合力作用点重合C．桩基承载力合力