第8章墩基础.doc
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1、第八章 墩基础第一节 墩基础的类型与特点一、墩的类型墩的类型较多可根据墩的受力情况、墩的体型与施工方法进行分类。(一)按受力情况分类 墩作为深基础,主要用于承受上部结构物传来的竖向压力及水平力、而较少用于抗拔情况。按传递上部压力荷载的方式,墩可分为摩擦墩与端承墩两种基本类型,如图1 (a)(b)所示。当墩以承受水平荷载为主时,称水平受力墩,如图1(c)所示。 (二)按墩体形状分类墩的截面形状多是圆形,而墩身轴向截面形状及墩底形式有许多类型。 1墩轴向截面形状墩按轴向截面形状不同可分为柱形墩、锥形墩与齿形墩三种类型。柱形墩的截面尺寸及形状不随深度变化,如图2(a)所小。柱形墩因其形状简单、施工方
2、便、设计计算较简单而得到广泛的应用。锥形墩截面形状随深度不变而尺寸则随深度呈线性变化,因而墩的受力状态较好,但其成孔施工较柱形墩复杂(图2(b)。图2(c)所示为齿形墩的两种形式。齿形墩由于沿墩身没有倒置的台阶,故可以加大墩的侧壁阻力,主要适于墩侧面有较硬的黏土层的情况,但此种情况应用较少。图1 按受力情况分类图2 墩按轴向截面形状分类2墩底形式 墩底形式主要取决于墩底岩土的承载能力及墩底荷载大小。如图3(a)所示,直底墩墩端尺寸与上部墩身尺寸相同。这种墩常见于墩底为坚硬土层或岩层、墩承载力较易满足要求的情况。为了使墩端承担更大的荷载,常在墩底土较硬的情况下,将墩底部尺寸加大,形成扩底墩如图3
3、(b)所示。当墩底支承于岩层上,为使墩底牢固、防止水平荷载导致墩底滑动而将墩端部嵌入岩层形成嵌底墩亦称嵌岩墩,如图3(c)所示。图3 墩底形式 (三)按施工方法分类 墩的施工方法除用混凝土浇制墩体外,主要指墩的成孔方法与孔壁支护方法两个方面。 1成孔方法墩由于其截面尺寸较大,故不能打入而只能通过在地基中成孔制作而成。墩按成孔方法分类有钻孔墩、挖孔墩及冲孔墩三种。钻孔墩是使用带有大型钻头的钻机在土、岩层中钻孔而成的墩其应用较广泛。挖孔墩则有人工挖孔与机械挖孔之分,一般成孔截面较大而深度较浅,其应用也较多。冲孔墩是使用冲击钻钻头冲击土层或成孔的墩多在较特定条件下应用。 2孔壁支护墩按成孔护壁支护情
4、况可分为无护壁墩和有护壁墩两种类型。在成孔过程中及成孔后,孔壁无需保护而直接浇筑混凝土形成的墩为无护壁墩如图4(a);这种墩主要适用于上部土层较好而且不易坍塌的情况。护壁墩即在施工过程中对孔壁加以支撑,以防止土体塌落或地下水流人孔内。护壁按具体情况可采用钢筒、木板、砖石或砂土等材料,见图5。(四)按钢材布置情况分类当墩内使用钢材作为墩体的加劲材料时,按钢材的类型及布置情况,墩可分为钢筋泥混凝土墩(图6(a)、钢套筒墩、和钢核墩三种。钢筋混凝土墩的配筋与一般灌注桩的配筋类似,而钢套筒墩和钢核墩多采用成品钢管或型钢故钢材用量较大,主要适用于墩身受力很大,需很大比例布筋的情况。图 4 有无孔壁支护分
5、类) 图 5 按钢材布置情况分类二、墩基的特点 在地基基础工程方案规划过程中必须掌握墩基的工程特点,以便合理地选用墩基。墩基与桩基等其它深基础相比,主要有以下几方面的特点。 (1)墩基具有很高的承载能力。当上部结构传来的荷载大而集中、基础平面布置受场地条件限制时,单墩基可代替群桩和承台。相应地,单墩基的质量要求较高一但出现质量事故,对整个建筑物造成的危害将很严重。 (2)在较密实的砂层、卵石层地基中,打桩很困难,而墩基则较易于施工。在打桩会造成相邻建筑物因振动及土的隆起而损坏、或造成先打人桩的侧移及向上浮起等不利现象时,墩基施工常可避免这些问题。但是,墩的深层成孔施工也会引起地基因卸荷而位移给
6、附近建筑物及设施带来不利影响。 (3) 墩基施工对环境影响小;与沉井、沉箱等深基础相比,墩基施工一般只需经型机具,在适当的地基与环境条件下,有较大的经济优势。墩基的施工没有像打桩那样强烈的噪音,可以减轻噪声公害。墩成孔施工中遇到地下水位下的砂层可能引起流砂等现象,应特别注意。 (4) 墩基不但有较高的竖向承载力,也可承受较大的水平荷载。扩底墩还可抵抗很大的上拔力。 (5)墩身截面尺寸较大,便于在成孔后检查墩底持力层与墩侧面土层的土质情况,对勘察与设计结果进行核实。另一方面,墩的混凝土浇筑量较大,必须更仔细检查施工质量,而且不利天气条件会影响墩的施工进度与检查工作。第二节 墩基础的承载力与变形计
7、算 墩的承载力包括竖向抗压承载力、抗拔承载力与水平承载力三方面。墩的变形主要包括墩的沉陷与水平位移。墩的承载力与变形受很多因素影响,其机理也很复杂,故目前尚无很完善的分析方法。本节仅介绍墩的承载力与变形估算的一些基本原则和方法。 一、墩的竖向抗压承载力确定墩竖向抗压承载力的方法与桩承载力确定方法类似主要有四类1、墩载荷试验方法;2、经验公式方法;3、理论公式方法;4、墩身材料强度方法。 (一)按载荷试验结果确定墩的承载力按墩载荷试验结果确定墩的承载力是工程实践中最常用的主要方法之一,也是公认的最可靠的方法。对于重要工程,必须进行墩的现场载荷试验。墩的载荷试验方法与单桩的载荷试验方法类似。根据墩
8、荷载沉降性状的特点扣墩基设计原则,确定墩的承载力通常有两种具体做法,即安全系数法和容许变形法。1安全系数法根据墩的竖向荷载Q与沉降s的关系曲线特征,先确定出墩的极限承载力Qu,然后将其除以一安全系数k,得到墩的承载力特征值R,即RQuk 式小 k 竖向承载力安全系数、般可取2。2容许变形法当按变形控制原则进行墩基设计时,可在墩的荷载沉降关系曲线Qs,按容许变形值s选取相应的荷载作为墩的承载力Ra。墩的容许变形值s的取值,应根据工程的重要性及结构物对变形的没计要求选择。参考国内外工程经验、对直底墩,可取sl025mm,对扩底墩,可取sl015mm。 (二)按经验公式确定墩的承载力特征值墩的承载力
9、经验公式与桩类似。在工程实践中,有极限承载力经验公式与承载力特征值经验公式之分,但其形式相同,只是公式中的墩侧阻力与端阻力参数值不同。下面介绍极限承载力经验公式(参见图2(a)及(b)。 墩底土层极限阻力值; A b墩底面积; 墩身截面周长,m; 扩大墩端以上第i层土内的厚度,一第i层土极限侧阻力值,kPa上式中墩端阻力参数及侧阻力参数应按试验确定,亦可根据地区经验参照条件类似的其他地基的情况确定。作为工程经验公式,其精度较低一般只在初步设计阶段用于估计墩的承载力特征值采用,对于重要墩基工程不应单独采用。 (三)按理论公式计算墩的承载力按土的极限平衡理论,墩的竖向极限承载力: QUQbu十Qs
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