桩基础0409.ppt
《桩基础0409.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《桩基础0409.ppt(304页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、1,桩基础,Pile Foundation,第二部分,2,内 容,2.8 桩基础设计,2.1 概 述,2.2 桩及桩基础分类,2.3 桩、土体系的荷载作用机理,2.4 单桩竖向承载力,2.5 群桩竖向承载力,2.6 桩基承载力与沉降验算,2.7 桩的水平承载力与位移,3,2.1 概 述,深基础的适用性 深基础的特点 桩基础设计的内容,Introduction,目录,4,浅层土不能满足建筑物对地基承载力和变形要求,而又不适宜采用地基处理措施时,就要考虑下部坚实土层或岩层作为持力层,采用深基础方案。 桩基础-应用最广 深基础 墩基础 沉井 地下连续墙,2.1.1 深基础的适用性,5,1. 天然地基
2、土质软弱 浅基不能满足强度或变形要求;采用人工地基加固处理不经济; 时间不允许; 2. 高层建筑 水平荷载大; 还必须满足地基基础稳定性要求; 3. 重型设备 荷载很大; 置于一般天然地基浅基础上,地基将发生强度破坏。,应用情况,6,2.1.2 深基础的特点,1. 深基础的埋深大 一般认为埋深d5m的基础称为深基础。 确切理解:基础采用特殊的结构型式、特殊的施工方法完成的基础。 例如:预制桩打入一定深度 地下连续墙采用标准槽段连接结构,施工必须做导墙,开挖槽段吊放笼现场浇铸等特殊施工方法. 2. 地基承载力高 持力层一般是坚实地层,加上土埋深大,承载力经修正后大幅度提高;而且,不仅低底具有承载
3、能力,还有四周侧壁摩阻力,共同组成承载力.,7,3. 深基础施工需要专门设备。 例如,沉井基础施工,需要现场浇筑混凝土的设备、井点降水、沉降观测及纠偏等一整套设备。 4. 深基础技术复杂。 5. 深基础的造价高。 6. 深基础的施工周期长。,8,(1) 桩的类型(方案),几何尺寸的确定 (2) 确定单桩竖向(和水平向)承载力(特征值) (3) 确定桩的数量,间距和布置方式 (4) 验算桩基的承载力和沉降 (5) 桩身结构设计 (6) 桩承台设计 (7) 制桩基施工图,2.1.3 设计内容,9,2.2 桩及桩基础的分类,桩的类型可按桩材料、成桩工艺方法、桩径尺寸及桩头形状、荷载传递机理、成桩对地
4、基土的影响(即成桩效应)、桩的抗力特性及使用功能进行分类。,Classification of Pile and Pile Foundation,目录,10,1. 摩擦型桩 指在竖向极限荷载作用力下,桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力承担。据桩侧摩阻承受荷载的份额,分为 a.摩擦桩 b.端承摩擦桩 2.端承型桩 指竖向荷载下, 桩顶荷载全部或主要由端阻力承担。 据端阻力承担荷载的份额,可分为 a.端承桩 b.摩擦端承桩,2.2.1 按承载性状分类,11,12,(钢筋)混凝土桩、钢桩、木桩、及组合桩(两种以上材料),2.2.2 按桩身材料分类,1.木桩 常用杉木、松木、柏木和橡木等坚韧耐久木材。 木桩
5、的长度一般为410m,直径约180260mm。木桩制作容易,储运方便,打桩设备简单,造价低廉;但木桩承载力低,一般使用寿命不长。只有盛产木材的地区或小型工程和临时工程采用木桩。,13,由混凝土材料制成,通常混凝土的强度等级采用C15、C20和C25,其中水下灌注混凝土取高值。 混凝土桩不配置受力筋,必要时可配构造钢筋。常用桩径为300500mm,长度不超过25m。适用于中小型工程承压桩,深基坑护坡桩,大多为施工期间临时性工程桩,待基础完工,基坑回填至地面后报废。 混凝土桩通常在工地现场灌制。先开孔至所需的深度,随即在孔内浇灌混凝土,经捣实后即为混凝土桩。混凝土桩具有设备简单,操作方便,比较经济
6、的优点。但单桩承载力不很高,不能做抗拔桩或承受较大的弯矩,灌注桩还可能产生“缩颈”、断桩、局部夹土和混凝土离析等质量事故。,2.混凝土桩,14,适用于大中型各类建筑工程的承载桩,可抗拔和抗弯以及承受水平荷载。 钢筋混凝土桩可分为预制桩和灌注桩。 预制桩是在工厂预制或现场制作成型的钢筋混凝土桩,常用正方形、圆形截面。为了减小沉桩挤土效应可作成敞口预应力管桩。 灌注桩是在现场采用机械或人工成孔就地灌注混凝土成桩,桩内设置钢筋笼,可用于高层建筑、重型设备的大直径承重桩。 预制桩的混凝土强度要求不低于C30,预应力混凝土桩要求不低于C40。采用静压法沉桩时,可适当降低,但不低于C20。预制桩的受力主筋
7、应按计算确定,据桩的截面大小选用; 预制桩不受地下水位与土质条件限制,无缩颈等质量事故,安全可靠等优点,但预制桩自重大,需大型打桩机和吊桩的吊车,若桩长不够需接桩,桩太长需截桩,造价较高。,3. 钢筋混凝土桩,15,钢桩可用于超重型设备基础、江河深水基础和高层建筑深基坑工程。 钢桩的形式主要有钢管桩与宽翼工字形(或称H形)钢桩。 钢管桩常用截面外径为4001000mm,壁厚为9、12、14、16、18mm; 工字形钢桩常用截面尺寸为200mm200mm,250mm250mm,300mm300mm,350mm350mm,400mm400mm, 钢桩长度据需要而定。 钢桩的端部形式分敞口与闭口两种
8、,工字形钢桩分带端板与不带端板两种。 钢桩具有承载力高,材料强度均匀可靠,可重复使用的优点。而价格高、易诱蚀是其主要缺点。,4. 钢桩,16,指由两种不同材料组合的桩。 例如钢管桩内填充混凝土,或上部为钢管桩,下部为混凝土等型式的组合桩。,5. 组合材料桩,17,2.2.3 按成桩方法分类,锤击法:用桩锤把桩击入地基的沉桩方法。 主要设备包括桩架、桩锤、动力设备与起吊设备等,常用的桩锤有单动汽锤、双动汽锤、柴油锤和落锤。 适用于2060m长预制钢筋混凝土桩及4060m长钢管桩,且桩尖可进入硬土层一定深度。 振动法:在桩顶装上振动器,使预制桩随着振动下沉至设计标高。 主要设备为振动器。振动器内装
9、置着成对的偏心块,当偏心块同步反向旋转时,产生竖向振动力使桩沉入土中。 振动法适用于砂土地基,尤其在地下水位以下的砂土,受振动使砂土发生液化,桩易于下沉。振动法对于桩的自重不大的钢桩的沉桩效果更好。这种方法不太适合一般的粘土地基。,1. 打入桩,18,采用静力压桩机,将预制桩压入地基中,最适宜于均质软土地基。 优点是:无噪音、无振动,对周围的邻近建筑物不产生不良影响。,2. 静力压桩,19,钻孔灌注桩施工工艺:成孔下导管和钢筋笼 浇灌水下混凝土成桩 灌注桩为在建筑工地现场成孔并在现场灌注混凝土制成的桩。 根据灌注桩的成孔工艺,通常可分下列几种: *机械成孔桩 *沉管灌注桩 *夯压成型灌注桩,3
10、. 灌注桩,20,这种桩先用钻机钻孔,取出桩位处的土,然后灌注混凝土成桩。 这种方法的优点是可以避免锤打的噪音和振动,可以是冲击钻头成孔和钻成孔。 常用成孔的钻机可有长螺旋钻机、潜水钻机、回旋钻机、大直径钻机。,机械成孔桩,21,施工工艺:桩孔就位,钢管底端带有混凝上预制桩尖或钢桩尖;沉管;沉管至设计标高后,立即灌注混凝土,尽量减少间隔时间;拔钢管并振捣混凝土,使桩径不断扩大;下放钢筋笼,再浇注混凝土至桩顶成桩。 沉管灌注桩分为锤击沉管灌注桩和振动沉管灌注桩两种。,沉管灌注桩,22,桩管有外管与内夯管2根,同步沉入设计标高。沉管过程,外管封底可采用干硬件混凝土,经夯击形成阻水、阻泥管塞,其高度
11、一般为100mm,内夯管比外管短100mm位于管塞上。内夯管底端可采用闭口平底或闭口锥底两种不同形式。夯击成型灌注桩可将桩底端扩大,成为夯扩桩。,夯压成型灌注桩,23,采用人工成孔,每挖深0.91.0m,就浇灌或喷射混凝土护壁(上下圈之间用插筋连接),达到所需深度时,可进行扩孔,最后在护壁内安装钢筋笼和浇灌混凝土。 挖孔桩的直径不宜小于1.00m,最大桩径可达数米。 人工挖孔桩具有设备简单、无噪音、适应性强、经济的优点,在我国各地应用广泛。,4. 人工挖孔桩,24,2.2.4 按桩的设置效应分类,大量工程实践表明:成桩挤土效应对桩的承载力、成桩质量控制与环境等有很大影响。排挤作用会引起桩周土天
12、然结构、应力状态和性质的变化,从而影响桩的承载力和沉降。因此,根据成桩过程的挤土效应将桩分为下列3类 : *挤土桩 *部分挤土桩 *非挤土桩,25,1.非挤土桩 成桩过程对桩周围的土无挤压作用。成桩方法有干作业法、泥浆护壁法和套管护法。非挤土桩施工方法是,首先将桩位的土清除,然后在桩孔中灌注混凝土成桩。如人工挖孔扩底桩。 2.部分挤土桩 成桩过程对周围土产生部分挤压作用。如底端开口的钢管桩、H型桩和开口预应力混凝土管桩等打入桩,沉桩时对桩周土稍有排挤作用,但土的强度和变形性质改变不大。 3.挤土桩 成桩过程中桩孔中的土未取出,全部挤压到桩的四周,这类桩称为挤土桩,包括挤土灌注桩和挤土预制桩。由
13、于挤土作用,使桩周一定范围内的土体结构受到严重扰动破坏。粘性土由于重塑作用而降低了抗剪强度;而原来处于松散状态的无粘性土则会由于振动挤密作用而使抗剪强度提高。,26,应当注意: 在饱和软土中设置挤土桩,如设计和施工不当,就会产生明显的不利的挤土效应,导致灌注桩桩身缩小乃至断裂,桩身上涌和移位,地面隆起,从而降低桩的承载力;桩基施工后,还可能因饱和软土的孔隙水压力消散,土层产生再固结沉降,使桩产生负摩阻力,降低桩基承载力,增大桩基的沉降。,27,按抗力特性,将桩可分为竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平受荷桩和复合受荷桩。 (1) 竖向抗压桩,是指主要承受竖向下压荷载的桩。大多数建筑桩基础为此种类型桩。
14、 (2) 竖向抗拔桩,主要承受竖向上拔荷载的桩。例如建在山顶的高压输电塔的桩基础,受大风荷载时为抗拔桩。又如桩的静载荷试验中用作支承反力梁的桩为抗拔桩。 (3) 水平受荷桩,主要承受水平荷载的桩。例如,深基坑护坡桩,承受水平方向土压力作用。 (4) 复合受荷桩,这种桩承受的竖向荷载与水平荷载均较大。,2.2.5 按桩的抗力特性分类,28,按桩的使用功能,桩可分为基础桩、支护桩、抗滑桩。 (1) 基础桩,是指主要用做建筑物的基础,用于支撑建筑物上部结构的荷重。 (2) 支护桩,主要承受水平向荷载的桩,用于建筑基坑开挖过程支挡侧向土压力。 (3) 抗滑桩,主要承受水平荷载的桩,用于边坡支挡。,2.
15、2.6 按桩的使用功能分类,29,2.2.7 按桩径大小分类,据桩径D大小可将桩分为三类: D800mm 大直径桩 250mmD800mm中直径桩 D250mm 小直径桩(树根桩),30,2.3 桩、土系荷载作用机理,Load Action Mechanism between Pile and Soil,目录,31,2.3.1桩、土间的荷载传递,竖向压力( )作用下,桩身上部受到压缩( )而产生相对于土的向下相对位移,与此同时,桩侧表面受到土的向上摩阻力(Qs )的作用,桩身荷载通过发挥出来的桩侧摩阻力传递到桩周土层中去,致使桩身荷载( )和桩身压缩变形( )随深度递减。,+ Nl,Q,Q =
16、N0=,Nl,32,随着荷载增加,桩身压缩量和位移的逐渐增加,桩身下部的摩阻力也逐渐被调动并发挥。桩身荷载传至端底,桩底土层受压缩而产生桩端阻力(Qp),即作用荷载(Q)通过桩侧摩阻力(QS)与桩端阻力(Qp)传递到桩周围土层中去。,Qp,33,荷载传递过程中,荷载与桩土位移变化的关系不同,反映出不同桩的不同工作性状。 研究表明:桩的荷载传递特征与诸多因素有关 地基上的天然应力状态、 土层性质和分布、 桩基施工引起的土的结构、相对位移和应力状态的变化、 土体应力-应变-时间关系、 外荷的性质, 桩的材料、几何尺寸、 施工质量,34,2.3.2 桩、土间力的平衡,35,微段dz力的平衡:,桩侧摩
17、阻力z与桩身轴力Nz的关系:,由于桩顶轴力( )沿桩身向下通过桩侧摩阻力逐步传给桩周土,因此轴力(Nz)就相应地随深度而递减。桩底的轴力Nl即桩端阻力Qp=Nl,而桩侧总阻力Qs=Q-Qp。,36,根据材料力学计算构件受压变形公式: 桩身弹性压缩量为: 桩端压缩量为: 桩顶沉降为:,地基基床系数,桩身弹性模量,37,例题:,某预制桩,截面为400400mm,自承台底面起算的长度为12m。场地土层的分布和平均摩阻力如下表所示。假定桩端单位面积上的压力(pl )与位移(l )成正比,桩端土基床系数ks=4104kN/m3。桩身弹模Ep=29.5kN/mm2。试计算桩顶竖向荷载为550kN时的桩顶沉
18、降量。,38,39,桩身截面位移:为桩顶位移与深度0-z范围内的桩身压缩量之差,Ap、Ep桩身横截面积和桩身弹性模量; Nz-z深度上桩身轴力。,若取z = l(即等于桩长),则上式右边为桩端位移表达式。,40,竖向荷载逐渐施加于单桩桩顶,桩身上部受压缩而产生相对于土体的向下位移,桩侧表面便有向上的摩擦阻力。 桩身荷载通过桩侧摩阻力传递到桩周土层中,致使桩身荷载和压缩变形随深度的增加而减少。 在桩土相对位移等于零处,摩阻力也等于零。 随着桩身荷载的增大,桩身压缩变形和位移量也增大,桩身部四周土体的摩阻力也将随着增大, 桩尖土层也受压缩而产生端阻力。,1、桩土荷载传递规律,41,Qp,42,桩端
19、土层的压缩又加大了桩、土间的相对位移,这又进一步加大了桩四周的摩阻力。 当桩身摩阻力到达极限后,继续增加荷载,这部分增大的荷载全部由桩端阻力来承担,此时桩端持力层的压缩位移量将迅速增大,到达某一极限,桩端土层产生塑性变形并发生塑性挤出,位移迅速增大而破坏。这时桩所承受的荷载就是极限荷载。,43,桩周表面的摩阻力,实质上就是土沿着桩身的极限抗剪强度或土与桩身的粘着力。 桩在极限荷载作用下: 对于较软的土,剪切面一般发生在桩表面的邻近土中,极限摩擦力即为桩周土的抗剪强度。 对于较硬的土,剪切面可能发生在桩、土的接触面上,摩擦力略小于土的抗剪强度。 大量实验表明,当桩顶沉降510mm时,摩擦力即可达
20、到极限值。,44,2. 桩、土模量比Ep/Es Ep/Es越大,桩端阻力所分担的荷载比值也越大,桩侧摩阻力分担荷载的比例减少。 对Ep/Es 10的中长柱,其端阻力接近于零。这说明对于砂桩、碎石桩、灰土桩等低刚度桩组成的”基础”,应按复合地基工作原理进行设计。,45,3. 桩底扩大头与桩身直径之比D/d D/d比值越大,桩端阻力承受的荷载比值越大。 4. 桩长径比l/d l/d值对荷载的传递影响较大,均质土中的钢筋混凝桩,其荷载传递的状态主要受l/d 的影响。 当l/d100时,桩端土的性质对荷载传递无任何影响。可见l/d 很大的桩属于摩擦桩或纯摩擦桩。此时无需采用扩底桩。,46,2.3.4
21、侧摩阻力及端阻力,桩在打入土的过程中向四周挤土,当桩身未受荷载Q作用之前,桩身四周便有垂直于桩身表面正压力的作用。 施加荷载Q之后,桩身下沉,因此在桩、土接触面上便有摩擦力q(z)作用。,单桩的承载力应等于桩身表面摩擦力与端阻力之和。,桩、土接触面摩擦系数,Q,47,1. 上部土层很软、摩擦力很小可以略去不计;下部土层很硬,桩的位移很小,此时桩的荷载主要由端阻力承担,这就是端承桩。 若持力层较弱,端阻力较小,上部土层较硬,上部结构的荷载主要由摩擦力来平衡,这就是摩擦桩。 介于上述两者之间,则荷载由桩摩擦力及端阻力共同承担。,两部分力的大小取决于桩四周及桩端土的物理和力学特性,桩的类型及截面尺寸
22、,桩所受荷载大小及性质。,48,3. 桩承受向上的拔力 桩周有土的侧向压力作用,桩周摩阻力q向下 ,形成一个向下的合力p,属抗拨桩。,2. 作用于桩顶荷载除轴力N之外,还有横向力T、弯矩M。横向力T及弯矩M使桩产生侧向位移而发生弯曲。,桩身受力不对称,属横向受力桩,49,4. 负摩擦桩 一般说来桩受荷后向下移,作用在桩周的摩擦力是向上的(正摩擦力)。 但如: a. 在地面有大面积堆载; b. 打桩时土层尚未固结完毕; c. 大量抽取地下水造成上层下沉; d. 因湿陷性黄土因浸水湿陷等 桩周有向下的摩擦力负摩擦力。这个负摩擦力不但不是桩承载力的一部分,反而变成施加在桩上的外荷载。,50,51,承
23、受竖向压力的桩,桩上部的摩阻力首先发挥,随时间或荷载的增加,摩阻力逐渐向下转移,桩端阻力也逐渐发挥。 在粘性土中的桩,桩侧摩阻的分布随时间由桩身上部承担逐渐向桩下转移,桩端阻力随时间逐渐增大。,单桩受竖向荷载作用的规律,52,(2) 发挥极限侧摩阻力所需的位移su。 对于粘性土一般约为510mm,对于砂土一般约为1020 mm,但并非定值。粘性土中所需位移一般为桩端直径1025%。硬粘土中取较小值,在砂性土中为810%。对孔底有虚土、沉渣等的孔,发挥极限端阻,位移更大。与持力层性质,上额荷载大小及桩径也有关。 另外,它与桩径大小、桩长、桩的施工工艺、土层性质与分布位置、成桩质量等有关。如挤土桩
24、与非挤土桩的su值不同;大直径桩(钻孔灌注)的su比小直径钻孔灌注桩大。加工软化型土(密实砂,粉土,超固结粘性土)的su较小,而加工硬化型土的su较大。对同一施工类型桩,一般按摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩的顺序,应依次增大;,53,(3) 桩端土与桩周土的刚度比(Eb/Es)愈小,桩身轴力沿深度衰减愈快;当Eb/Es增至100时,端阻力荷载约为60%,桩身下部侧阻的发挥相应降低; Eb/Es再继续增大,对端阻分担荷载比的影响不大。 (4) 随桩的长径(l/d)的增大,传递至桩端的荷载减小,桩身下部侧阻发挥值也相应降低。 (5) 随桩端扩径比(D/d)的增大,桩端阻力分担的荷载比则愈大。,54
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 桩基础 0409
链接地址:https://www.31doc.com/p-3481244.html