地基与基础第九章.ppt

1、第一节 概 述,第九章 桩基础设计,第三节 桩基础设计,第二节 桩的承载力,回顾与思考,天然地基,人工地基,深基础,浅基础,方案组合,造价低； 易施工； 安全合理； 技术先进。,方案选择,?,?,第九章 桩基础设计,第一节 概 述,桩基础： （桩基）,桩体（基桩）,低承台：其底面低于地面 高承台：其底面高于地面,工业与民用建筑中常用低承台桩基础,桩基础作用：将荷载通过桩传给埋藏较深的坚硬土层，或通过桩身周围的摩擦力传给地基，以满足承载力、稳定性和变形的要求。,承台,上部结构,承台,桩,坚硬土层,(a)低承台桩基础,(b)高承台桩基础,一、桩基础的适用范围,当建筑场地浅层地基土比较软弱，不能满足

2、地基承载力和变形要求时，又不宜采用地基处理措施时可考虑选择桩基础，利用深层坚实的岩土层作持力层； 桩基可承受大而复杂的荷载，适宜各种地质条件； 减少沉降与不均匀沉降，适于沉降要求严格的高层建筑、重型工业厂房、高耸构筑物等； 抗震性好，平面布置灵活，对结构体系适应性强； 造价高，施工复杂，有噪音、卫生等环境问题。,二、桩基础的类型,(一)按桩基础承载性状分类,按桩侧与桩端阻力大小及分担比例差异，分为如下两大类：,端承型桩,摩擦型桩,摩擦端承桩：荷载主要由桩端阻力承担，桩侧 阻力承担部分荷载； 端 承 桩：（l/d10）荷载绝大部分由桩端 阻力承担，桩侧阻力不计。,端承摩擦桩：荷载主要由桩侧阻力承

3、担，桩端 阻力承担部分荷载； 摩 擦 桩：（l/d 较大）荷载绝大部分由桩侧 阻力承担，桩端阻力不计。,较软弱土层,软弱土层,较坚硬 土层,(a)摩擦桩,(b)端承摩擦桩,软弱土层,较坚硬 土层,极软弱土层,坚硬 土层,(c)摩擦端承桩,(d)端承桩,(二)按桩基础使用功能分类,竖向抗压桩：主要承受竖向荷载； 竖向抗拔桩：主要承受上拔荷载； 水平受荷桩：主要承受水平荷载； 复合受荷桩：承受竖向、水平荷载均较大。,(三)按桩径大小分类,1.小桩径：d250mm，基础加固，复合基础； 2.中等桩径：250mmd800mm， 工业与民用建筑工程中应用较多； 3.大桩径：d800mm，用于单独基础。,

4、(四)按桩基础成桩方法分类,成桩过程中对地基土结构有扰动，并产生挤土效应，引发施工环境问题。,1.非 挤 土 桩：取土成孔，干作业法、泥浆护壁法、 套管护壁法施工； 2.挤 土 桩：未取土成孔，沉管灌注桩、锤击等法施工 的实心预制桩，桩位处土完全被挤开，土 结构受破坏； 3.部分挤土桩：部分取土，如预钻孔打入式预制桩、灌 注桩及打入式敞口预制（管）桩等。,提示：成桩方法应根据地基土特性，视挤土后对地基与桩身结构是否有利，一般饱和软土不宜，松散砂土宜。,(五)按桩基础桩身材料分类,1.混凝土桩：,预制桩：工厂或现场预制成型（预应力）,灌注桩：现场挖孔就地浇筑,配 筋：可配筋；可不配筋；预应力（预

5、制）； 截面形式：圆形、方形 、三角形（预制)、实心、 空心（预制） 。,2.钢桩：,形状：钢管桩与H形桩。,特点：抗弯压，宜施工，造价高，腐蚀。,用两种材料组合而成的桩,如钢管内填砼组合，上部钢管下部砼组合等。,工艺,3.复合材料桩：,三、桩的施工工艺简介,（一）预制桩,预制种类：,断面尺寸：300mm300mm 550 mm550mm,方形桩,三角形桩,空心桩,适合静压法 施工,适合软土层，增加 侧面积与摩阻力。,减小挤土效应，砂土 地基中空腔射水助沉 400500，壁厚 80mm，长812m。,敞口管桩,钢筋砼桩,预制桩接头工艺：,浆锚接头：用硫磺胶泥或环氧树脂制成黏合剂， 桩体上留插筋

6、下留插孔，浆锚结合。,焊接接头：每段端部预埋角钢或钢板，施工时 上下段对接，用扁钢贴焊成整体。,法兰盘接头：预埋管法兰盘螺栓连接或焊接。,浆锚接头,焊接接头,法兰盘接头,预埋件,法兰盘,内插管,贴板,预应力钢筋砼桩（预制桩）,特点：利用桩的主筋作预应力张拉钢筋，通 过预应力减小桩身砼的拉应力和弯拉 应力，提高抗冲击力、抗弯能力。,钢桩,特点：强度高，抗冲击疲劳，贯入能力强， 便于加工运输，挤土效应小，但， 造价高宜腐蚀，慎重选用。,圆形管桩,H形桩,2.沉桩施工工艺,锤击式,锤击方式,蒸汽锤 柴油锤 液压锤,特点,产生振动、挤土、噪音； 引起地面附加沉降或隆起； 应采取监控与防护措施； 适于松

7、软土质和空旷地区。,静压式,采用液压或机械方法对桩顶施加静压沉桩。,特点：无振动和噪音，适于软土地带城区。,振动式,采用振动锤使桩周围土受扰动或液化， 地基强度与阻力降低而沉桩入土，有噪音与挤土影响。,（二）灌注桩,灌注桩系指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基中成孔并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而成的桩。,减少施工工序，桩不用承受弯折与锤击应力，节省钢材和造价，对基岩起伏变化大的地质条件适应性强。,地下“隐蔽”施工质量不易保证。,优点：,缺点：,1.沉管灌注桩,沉管方法：锤击、振动、静压均可,施工程序,就位,沉管,浇筑,振动 拔管,浇灌 放钢筋笼,成型,优点：造价低，管内无

8、水作业桩身砼质量好； 缺点：产生缩颈、夹土、断桩，因挤土效应 相邻桩可能破坏。 防治措施： 控制拔管速度，快振慢拔； 合理选择打桩顺序：“跳打”；采用“复打法”。,2.钻孔灌注桩：,护筒,指用机械方法取土成孔灌注桩,施工程序 湿作业法,就位,成孔,浇筑,钢筋笼 放导管,成型,钻头,泥浆,钻杆,泥浆泵,钻机,导管,钢筋笼,砼,浇注漏斗,湿作业法适用于地下水位较高的地质条件； 干作业法适用于地下水位以上干土层桩基。,优点：无挤土、无振动、噪音小，对邻近 建筑物影响小，城区高层建筑常用。 缺点：泥浆沉淀不易清除，承载力降低， 沉降量增大。 防治措施：浇灌前清底，夯填或注水泥浆。 尺寸：一般60080

9、0mm，较大3000mm。,3.挖孔灌注桩：,指用人工方法挖掘成孔（护壁：砼）， 安放钢筋笼，灌注混凝土而成的桩。,优点：可直接鉴别检验成孔质量， 干作业，桩身质量易保证无挤土效 应影响，施工简单，造价低。,活瓣圆台形模板,适用条件：粘性土和地下水位较低 的条件，忌在含水砂层中施工，防 止产生流砂塌孔。宜做大直径桩， 单桩承载力大。,缺点：劳动条件差。,四、桩及桩基础的构造要求,1.摩擦型桩中心距3d，扩底灌注桩中心距3D； 2.扩底直径D3d（桩身直径）； 3.桩进入持力层深度为13d，嵌岩灌注桩嵌入硬 质岩层深度0.5m； 4.布置桩时，桩基承载力合力点应与荷载标准组合 合力作用点重合；

10、5.预制桩混凝土C30，灌注桩C20，预应力桩 C40； 6.桩的主筋应按计算确定。打入式预制桩最小配筋 率0.8%，静压式预制桩最小配筋率0.8%，灌注 桩最小配筋率0.20.65%（小径取大值）。,7.配筋长度：按计算确定，同时考虑地形地质条件 情况； 8.桩顶嵌入承台内的长度 50mm，主筋深入承台 内的锚固长度：(HPB235级)30d（主筋直径）， （HRB335、400级）30d（主筋直径）。,第二节 桩的承载力,一、单桩竖向承载力,桩基破坏类型,桩材料强度：端承桩控制因素,地基承载力：主要控制因素,单桩承载力特征值确定规定：,1.单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载 荷试验确定

11、，试桩数1%总数，且3根；,2.地基基础设计为丙级的建筑物，单桩承载力 特征值可由静力触探和标准贯入试验参数确定；,3.初步设计时，可按公式估算。,（一）静载荷试验,试验装置：,锚桩反力装置,压重平台反力装置,单桩竖向极限承载力：,(1)Qs曲线有明显陡降段时，取陡降点Qu 。,(2)Qs曲线呈缓变形时， 取s=40mm所对应的Qu 。,单桩竖向承载力特征值：,Ra= Qu /2,（二）静力触探法,静力触探试验,qc,fsi,Quk =uLiifsi +qcAp,预制单桩极限承载力标准值：,fsi 桩侧摩阻力平均值；,qc桩端阻力平均值；,桩端阻力修正系数；,i 第i层土摩阻力修正系数；,u

12、桩身周长；,Li第i层土内桩身长度。,（三）按经验公式估算,用于初估单桩承载力特征值及桩数：,Quk =Qsk+Qpk=upliqsik +qpkAp,qsik 桩侧极限摩阻力标准值；,qpk桩端极限阻力标准值；,单桩承载力特征值：,Ra= Qu /2,1.按单桩极限承载力确定单桩承载力特征值,2.按土层物理力学性质指标确定单桩承载力特征值,Ra =upliqsia +qpaAp,（四）桩身材料验算,1.钢筋混凝土桩竖向抗压承载力设计值,Q=（fcAp +fyAs),fc桩身混凝土轴心抗压强度设计值；,fy主受力钢筋抗压强度设计值；,Ap 、As桩身及桩纵向钢筋断面积；,桩纵向弯曲系数，一般=

13、1.0， 高承台桩=0.251.0 。,2.混凝土桩竖向抗压承载力设计值,QcfcAp,c工作条件系数，预制取0.75， 灌注取0.60.7。,二、单桩水平承载力,单桩水平承载力取决于桩的材料与断面尺寸、 入土深度、土质条件及桩顶约束条件等因素。,桩水平承载力一般通过现场荷载试验确定， 亦可用理论方法确定。,三、单桩抗拔承载力,高耸建（构）筑物、受地下水浮力作用的地下结构物等桩基受上拔力作用。,单桩抗拔承载力由抗拔静载荷试验确定。,四、群桩竖向承载力,（一）群桩的特点,(a)单桩受力,(b)群桩受力,当桩距较小时，桩间 摩擦力叠加，承载作 用相互削减； 桩端应力叠加，地基 受力大； 结论：群桩

14、承载力小 于单桩承载力之和。,N,G0,W0,h,l,a,a0,b,b0,（二）群桩地基承载力验算,把群桩连同周围土体作为一实体深基础来分析。,Pl+h=(l+h)+ (N+G0+W0)/ab faz,G0、W0承台及桩体的超重,（超过同体积土重部分）,各土层摩擦角平均值,a=a0+2ltan/4,b=b0+2ltan/4,（三）群桩地基软弱下卧层验算,当桩端持力层下存在软弱下卧层时，必须验算其强度是否满足要求。计算方法同浅基础。,（四）群桩地基沉降计算与变形验算,将群桩地基作为一实体深基础来分析； 采用荷载效应准永久组合，不计风载与 地震荷载； 变形特征：沉降量、沉降差、倾斜与 水平位移。,

15、第三节 桩基础设计,设计要求,1.桩基有足够的竖向与水平承载力； 2.桩基的沉降与水平位移在允许范围内； 3.桩身挠曲在允许范围内； 4.设计方案在技术与经济上应合理可行。,设计步骤,1.调研、搜集设计资料； 2.确定桩基持力层； 3.选定桩材、桩型、尺寸、确定基本构造； 4.计算并确定单桩垂直承载力； 5.初拟桩的平面布置和数量； 6.拟定承台尺寸和底面高程； 7.验算，结构设计； 8.绘结构施工图。,一、设计资料的收集,1.上部结构的类型、尺寸、构造和使用要求； 2.工程地质勘察报告； 3.当地建材与施工能力、条件（包括施工机 具、方法、经验等）； 4.施工场地及周围环境（包括交通、进出场

16、 条件、周围建筑要求、环境要求等）。,二、桩型、桩身断面尺寸及桩长的选择,（一）桩型的选择,考虑因素：,1.荷载大小及性质； 2.工程地质条件； 3.施工条件。,选择要求：,1.桩型； 2.施工工艺； 3.工期要求； 4.桩型特点的利用。,1.经济合理； 2.安全适用。,（二）桩断面尺寸的选择,1.混凝土灌注桩,断面形式：圆形,沉管灌注桩直径：300500mm； 钻孔灌注桩直径：5001200mm； 扩底钻孔灌注桩：扩底直径12d.,扩底钻孔灌注桩,2.混凝土预制桩,断面形式：方形、圆形、三角形等,断面尺寸：550mm,3.桩长的选择,考虑因素：主要桩端持力层选择，同时考虑 桩的材料及施工工艺

17、。,桩端持力层选择：较硬土层,桩端全截面进入持力层深度： 粘性土、粉土：2d； 砂土：1.5d； 碎石土：1d。,有软弱下卧层时桩基下持力层厚度：4d,嵌岩桩嵌入岩层深度： 0.5m,端承桩,摩擦桩,考虑因素：承载力与沉降量,注意：,1.同一种建筑物尽量采用同一种桩； 2.除落在岩面上的桩，桩端间高差d； 3.摩擦型桩，桩端间高差l/10； 4.高层及荷载大的建筑物宜用大桩径(挖孔)。,三、桩的平面布置,（一）墙下桩基,1.桩的最小中心距：3d（一般34d)； 2.尽量使群桩形心与荷载重心重合； 3.纵横墙交接处宜布置桩。,墙下桩的平面布置,单排布置,双排布置,交叉布置,墙角布置,（二）独立桩基,1.桩的最小中 心距：3d （一般34d) ； 2.边桩距承台 边缘：d。,柱下独立承台桩的平面布置,二桩布置,三桩布置,四桩布置,六桩布置,四、桩数的确定,承受竖向中心荷载的桩基，可按下式计算桩数：,承受竖向偏心荷载的桩基,Fk标准组合时，承台 顶面竖向力； Gk承台及上覆土自重； Ra单桩竖向承载力； n桩基中的