rAAA桩基础.ppt
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1、1,对矩形群桩基础,等效基础底面的附加应力为,bo,ao,实体基土重,2,若,则上式变为:,设等效基础底面下的附加应力按某一压力扩散角向下扩散,则作用在软弱下卧层顶面的附加应力为,群桩条件下的,3,2)对于桩距Sa 6d、且硬持力层厚度t(Sa-De)cot/2的群桩基础,以及单桩基础,属于基桩冲剪破坏。软弱下卧层的承载力验算:,N桩顶轴向压力设计值; De桩端等代直径, 对于圆形桩端,De=D; 方形桩De=1.13b;确定时B0=De。,单桩条件下的,4,2.6.4 桩基沉降验算,桩基沉降计算方法: 等代实体基础法 弹性理论法,等代实体基础法:将桩基础看作设置在桩端平面以上某一高程处的实体
2、基础,然后用一般计算浅基础沉降的方法计算桩基础的沉降。 而事实上群桩基础的变形与荷载、桩长、桩距、桩数及各土层的物理力学性质有关,等代实体基础法未能反映上述影响因素,特别是工作荷载作用下桩间土的压缩变形。 显然该方法对大桩距群桩是不适用的。,5,弹性理论法:考虑了桩侧、桩端力传递到桩端平面以下产生的压缩变形,把群桩作为单桩的集合进行叠加,但忽视了桩的加筋作用与承台对变形性状的影响。,6,等效作用分层总和法,等效作用分层总和(布氏)法:考虑了等代实体基础法在计算上的简捷性与实用性,又考虑了群桩桩土共同作用特征的一种沉降计算方法。 等效作用分层总和法是将Mindlin解(分层总和法)与等效(分层总
3、和法)实体基础布氏解之间建立关系,采用等效作用分层总和法计算桩基沉降。计算时引入了等效沉降系数以反映Mindlin解与Boussinesq解的相互关系。,7,等效作用分层总和法是将等效作用荷载面规定为桩端平面,等效面积即为桩承台投影面积,忽略桩自重所产生的附加应力(对于非挤土、部分挤土桩而言,其附加应力只相当于混凝土与土的重度差)。 等效作用面的附加应力即相当于计算天然地基时承台底面的附加应力。桩端平面下的应力分布采用Boussinesq解。,8,等效实 体基础,9,对于桩中心距小于或等于6倍桩径的桩基,中点沉降计算公式,桩基沉降经验系数 对非软土地区和软土地区桩端有良好持力层时, =1.0;
4、 在软土地区且桩端无良好持力层时, 当桩长l25m,取=1.0; l25m,=(5.9l-20)/(7l-100)。,桩基等效沉降系数,10,关于等效沉降系数(e):,式中:nb-矩形布桩的短边布桩数; C0, C1,C2-根据群桩不同径矩比、长径比及承台长宽比查表确定。参见下列简表(详见桩基规范)。,11,桩基等效沉降系数(e)计算参数表 (Sa / d = 2),12,桩基等效沉降系数(e)计算参数表 (Sa / d = 3),13,桩基等效沉降系数(e)计算参数表 (Sa / d = 6),14,当布桩不规则时,等效距径比可按下式计算: 圆形桩,方形桩,Ae桩基承台总面积;b方形桩截面边
5、长。,15,矩形桩基中点变形计算:,地基沉降计算深度:,附加应力系数 按角点法查表2-2,承台宽度,查表2-9,表(2-9) 均布矩形荷载角点下的平均附加应力系数p-86,表(2-2) 均布矩形荷载角点下的竖向附加应力系数p-60,16,前例,某二级建筑柱下独立桩基,桩基竖向荷载效应基本组合设计值F=6200kN,弯矩M=350kNm,水平力H=500kN,承台埋深2.5m,承台及承台上土重设计值G=300kN。建筑场地地层条件: 012m,粉质粘土,重度=19kN/m3,e=0.80,可塑状态,地基极限承载力标准值qck=200kPa;地下水位于地面下3.5m。 1214m,细砂,中密-密实
6、; 1419m,砾石、卵石层,密实; 1928m,粉质粘土,; 2835m,卵石层; 3538m,粉土。 采用水下钻孔灌注桩,桩径d=600mm,4根;承台尺寸如图。,桩端以下土层的压缩模量分别Es3=30MPa(砾石层),Es4=25MPa(粉质粘土层),桩端平面上承台投影范围内的附加应力p0358kPa。试计算桩基中心点的沉降。,17,砾石层,细砂层,粉质粘土层,15.5m,19.0m,28.0m,z1=3.5m,z2=8.0m,Lc,Bc,2.5m,粉质粘土(软层),卵石层,4,5,18,四分之一面积的尺寸,19,20,21,2.6.5考虑桩侧负摩阻力的桩基验算(简略) 2.6.5.1
7、负摩擦阻力,定义: 桩周土层的沉降超过桩的沉降,在桩周产生向下的摩阻力。,22,产生负摩阻力的条件: 桩穿越较厚的松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层,进入相对较硬土层时; 桩周存在软弱土层,地面承受局部较大的长期荷载,或地面大面积堆载时,使桩周土层发生沉降; 由于降低地下水位,使桩用土中的有效应力增大,并产生显著的大面积土层压缩沉降。 在饱和软土中打入密集的桩群,引起孔隙水压力,引起土体大量上涌,随后重塑土体因超孔隙水压力消散而重新固结引起的下沉。,23,2.6.5.2 中性点深度,定义:桩截面沉降量与桩周土层沉降量相等之点,桩与桩周土相对位移为零,称为中性点,即负摩阻力与正摩阻力交界点无任
8、何摩阻力。 中性点处,桩所受的下拉荷载最大,ln,24,(1)桩端持力层的刚度:持力层愈硬,中性点ln愈深;端承型桩的ln大于摩擦桩。 (2)桩周土层的变形性质和应力历史:桩周土层压缩性愈高,欠固结土层愈厚,中性点深度愈大。 (3)当负摩阻力系由沉桩后外部条件变化所致,在桩顶荷载作用下的沉降已完成的情况下,则ln较大;当堆载强度和面积愈大,地下水降幅和面积愈大,则ln愈大。 (4)桩的长径比愈小、截面刚度愈大,则ln愈大。 (5)在桩承荷过程中,随承受荷载及沉降的增加ln逐渐变小。 除了上述主要因素,它还与桩顶荷载施加时间与发生负摩阻力时间,以及桩的类型与成桩工艺等因素有关。,影响中性点深度l
9、n的主要因素,25,中心点深度按桩周土层沉降与桩沉降相等的条件计算确定。 据实测结果,对于欠固结的软弱土层中的摩擦型桩 ln=0.70.8l0。(l0为桩在可压缩层内的长度)。 对于穿越软土、自重湿陷性黄土,支承于基岩、砂卵石层上的端承型桩,当沉降在容许范围内时,ln=0.850.9l0;当沉降接近于零时,则为1.0l0。,规范:,中心(性)点深度的确定,26,2.6.5.3 单桩负摩阻力计算,无实测资料时,当降低地下水位时: 当地面有均布荷载时:,第i层土平均竖向有效应力,第i层土层底以上 加权平均有效重度,第i层土桩侧负 摩阻力标准值,27,2.6.5.4 下拉荷载标准值,中心点以上桩的
10、平均负摩阻力标准值,中心点以上桩周土 的加权平均有效重度,群桩中任一基桩下拉荷载标准值:,n中心内点以上土层数; li中心点以上各土层的厚度; n负摩阻力群桩效应系数;计算值1时,取1.0; Sax,Say纵横向桩中心距.,28,2.6.5.5 考虑负摩阻力的桩基验算,摩擦型桩 取桩身计算中性点以上侧阻力为零(即按零考虑),按下式验算基桩承载力,端承型桩 除满足上式外,尚应计入下拉荷载按下式验算基桩承载力:,桩顶竖向荷载设计值,29,某高层采用复合基础,上部桩箱基础长33.4m,宽30.6m,埋深4.15m。下部采用400mm400mm钢筋混凝土预制桩,桩长20m,纵横向桩的中心距均为2.0m
11、。据岩土工程勘察报告,场地为第四系土层,16.9m以上均为欠固结软弱土层。试计算群桩桩任意桩的下拉荷载。,箱础,软弱土层,12.75m,厚度 层底深度 中点深度 有效重度 m m m kN/m3,例题,zi-至地面起,第i层的中点深度,4.15m,16.9m,30,桩侧负摩阻力标准值:,当qnsi计算值大于正摩阻力时,取正摩阻力值。,粘性土中性点深度比取0.5 ln/l0=0.5, l0=16.9m, ln=8.5m,31,桩负摩阻力的计算与取值,群桩中任一基桩下拉荷载标准值:,计算,查表,综合 取值,32,Sax=Say=2.0m d=1.13b=1.130.4=0.452m,取n=1.0,
12、33,作业:p359第8-2,8-3题,34,2.6.6 桩身材料验算,除单桩承载力外,尚应进行桩身材料强度或抗裂度验算。 混凝土结构设计规范规定:将桩身混凝土的抗压强度与钢筋的抗压强度分别计算进行叠加;同时考虑桩的长细比与压杆稳定问题。,35,桩身材料强度的验算:,混凝土轴心抗压强度设计值,按混凝土强度等级取值,钢筋抗压强度设计值,根据钢筋的种类与等级取值,构件稳定系数,取决与桩的长细比,即桩的计算长度与截面边长之比, 1,基桩施工工艺系数:混凝土预制桩,1.0;干作业非挤土灌注桩,0.9;泥浆护壁和套管护壁非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩、挤土灌注桩,0.8。,36,例:一高层建筑采用钢筋混凝
13、土桩,桩径d=550mm,混凝土的强度等级为C40,受力主筋采用1级钢筋1718。桩的轴向荷载设计值N=2750kN。试验算桩身的抗压强度。 解: 建筑桩基重要性系数0=1.1; 构件稳定系数,因桩完全在地面以下,桩四周有土压力作用1; 混凝土轴心抗压强度设计值fc=19.5N/mm2; 桩的截面积A=237583.5mm2 基础施工工艺系数c=1.0; 钢筋抗压强度设计值,fy=210N/mm2; 钢筋截面As=4326mm2,37,桩的抗压抗压强度安全可靠,到基础设计,38,2.7 桩的水平承载力与位移,Horizontal Bearing Capacity and deformation
14、,目录,39,作用在桩顶上的水平荷载包括: 长期作用的水平荷载(来自地下室外墙上的土和水的侧压力等); 反复作用的水平荷载(来自风荷载和机械制动荷载等) 地震作用所产生的水平力。,40,单桩的水平承载力取决于: 桩的材料强度、截面刚度; 桩的入土深度; 桩侧土质条件; 桩顶水平位移允许值; 桩顶嵌固情况,承载力确定方法: 理论计算:弹性地基理论 对于受水平荷载较大的一级建筑桩基,单桩水平承载力设计值,应通过单桩静力水平载荷试验确定。,41,2.7.1 单桩水平荷载试验,试验装置:采用一台水平放置的千斤顶同时对二根桩进行加荷。,42,对于承受反复作用的水平荷载的桩基,试验宜采用多循环加卸载方式。
15、 每级荷载的增量为预估水平极限承载力为1/101/15,或取2.520kN(当桩径为300-1000mm时)。 每级各加卸载5次,即每次施加不变的水平荷载4min(用千斤顶加荷时,达到预计的荷载值所需要的时间很短,不另外计算),卸载2min;或者加载、卸载各10min,并按上述时间间隔记录百分表读数,每次卸载都将该级荷载全部卸除。,加荷方法,43,稳定标准,承受长期作用的水平荷载的桩基,宜采用分级连续的加载方式,各级荷载的增量为预估水平极限承载力为1/101/15,或取2.520kN(当桩径为300-1000mm时)。 各级荷载维持10min并记录百分表读数后即进行下一级荷载的试验。 如在加载
16、过程中观测到10min时的水平位移还未稳定,则应延长该级荷载的维持时间,直至稳定为止。 其稳定标准可参照轴向静载荷试验。,44,终止加荷的条件,当出现下列情况之一时,即可终止试验: (1) 桩身已断裂; (2) 桩侧地表出现明显裂缝或隆起; (3) 桩顶水平位移超过3040mm(软土取40mm); (4) 所加的水平荷载已超过极限荷载。,45,桩顶水平荷载-时间-桩顶水平位移(H0-t-u0)曲线,资料整理,46,水平荷载-位移梯度,47,水平荷载与最大弯矩截面钢筋应力(H0-g)曲线,48,曲线中两个特征点所对应的桩顶水平荷载,可称为临界荷载和极限荷载。 水平临界荷载(Hcr)是相当于桩身开
17、裂、受拉区上不参加工作时的桩顶水平力。,水平临界荷载与极限荷载,水平临界荷载(Hcr)确定方法:,(1) 取H0-t-u0曲线出现突变点(在荷载增量相同的条件下出现比前一级明显增大的位移增量)的前一级荷载。 (2) 取H0-u0/H0曲线的第一直线段的终点所对应的荷载。 (3)取H0-g曲线第一突变点对应的荷载。,49,取H0-t-u0曲线出现突变点(在荷载增量相同的条件下出现比前一级明显增大的位移增量)的前一级荷载。,50,(2) 取H0-u0/H0曲线的第一直线段的终点所对应的荷载。,(3)取H0-g曲线第一突变点对应的荷载。,51,水平极限荷载(Hu)是相当于桩身应力达到强度极限时的桩顶
18、水平力。 使得桩顶水平位移超过3040mm或者使得桩侧土体破坏的前一级水平荷载,宜作为极限荷载看待 。,(1) 取H0-t-u0曲线明显陡降的第一级荷载,或按该曲线各级荷载下水平位移包络线的凹向确定。 (2) 取H0-u0/H0曲线第二直线段终点所对应的荷载。 (3) 取桩身断裂或钢筋应力达到流限的前一级荷载。,由水平极限荷载Hu确定允许承载力时应除以安全系数2.0。,据下列方法确定Hu,并取其中的较小值:,52,2.7.2 按弹性地基理论计算,基本思想: 把承受水平荷载的单桩视作弹性地基(由水平向弹簧组成)中的竖直梁,通过求解梁的挠曲微分方程来计算桩身的弯矩和剪力以及桩的水平承载力。,53,
19、2.7.2.1 基本假设,单桩承受水平荷载作用时,可把土体视为线性变形体,假定深度z处的水平抗力等于该点的水平抗力系数与该点的水平位移x的乘积,即,此时忽略桩土之间的摩阻力对水平抗力的影响以及邻桩的影响。,54,kx分布图式:,55,计算时简化为平面受力,取桩的截面计算宽度b0: 方形截面桩:当实际宽度blm时,b0=b+1;当blm时,b0=1.5 b + 0.5 圆形截面桩:当桩径dlm时,b0=0.9(d+1);dlm时,b0= 0.9(1.5d+0.5)。 计算桩身抗弯刚度EI时,桩身的弹性模量E,对于混凝土桩,可采用混凝土的弹性模Ec的0.85倍(E=0.85Ec)。,2.7.2.2
20、 计算参数,实测资料表明:m法(当桩的水平位移较大时)和c值法(当桩的水平位移较小时)比较接近实际。 单桩在水平荷载作用下所引起的桩周土的抗力不仅分布于荷载作用平面内,而且,桩的截面形状对抗力也有影响。,56,57,2.7.2.3 单桩计算,1. 确定桩顶荷载N0、H0、M0,2. 桩的挠曲微分方程单桩在H0、M0和地基水平抗力作用下产生挠曲,梁的挠曲微分方程,58,59,2.7.3 单桩水平承载力设计值,(1) 对于受水平荷载较大的一级建筑桩基,单桩的水平承载力设计值应通过单桩静力水平荷载试验确定。 (2) 对于混凝土预制桩、钢桩、桩身全截面配筋率大于0.65的灌注桩,根据静载试验结果取地面
21、处水平位移为10mm(对于水平位移敏感的建筑物取水平位移6mm)所对应的荷载为单桩水平承载为设计值。 (3) 对于桩身配筋率小于0.65的灌注桩,取单桩水平静载试验的临界荷载为单桩水平承载力设计值。,60,(4) 当缺少单桩水平静载试验资料时,可按下列公式估算桩身配筋率小于0.65的灌注桩的单桩水平承载力设计值:,号根据桩顶竖向力性质确定,压力取“+”,拉力取“-”,桩的水平变形系数,桩身混凝土抗拉强度设计值,桩截面抵抗矩塑性系数 圆形截面=2 矩形截面=1.75,桩身最大弯矩系数,桩身配筋率,桩顶竖向力影响系数 竖向压力取0.5 竖向拉力取1.0,61,桩身换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩,圆形
22、截面为:,桩身换算截面面积,对圆形截面为:,钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值,保护层厚度,62,(5) 当缺少单桩水平静载试验资料时,可按下式估算预制桩、钢桩、桩身配筋率大于0.65的灌注桩等的单桩水平承载力设计值:,桩身抗弯刚度 对于混凝土桩,EI0.85EcI0,桩顶允许水平位移,桩顶水平位移系数,63,2.7.4 复合基桩的水平承载力,群桩基础(不含水平力垂直于单排桩基纵向轴线和力矩较大的情况)的复合基桩水平承载力设计值应考虑由承台、桩群、土相互作用产生的群桩效应,可按下式确定:,桩顶约束效应系数,64,桩顶约束效应系数,桩的相互作用系数,承台土侧向土抗力效应系数,承台底摩阻效应系数,
23、0a: 桩顶(承台)的水于位移允许值,当以位移控制时,可取0a=10mm(对水平位移敏感的结构物取0a=10mm);当以桩身强度控制(低配筋率灌注桩)时,可近似按下式确定:,65,当承台底面以下存在: 可液化土、湿陷性黄土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土, 可能出现震陷、降水、沉桩过程产生高孔隙水压和土体隆起时, 不考虑承台效应,取 b=0 ;,当承台侧面为可液化土时,取l=0,66,67,68,2.7.5 桩基水平承载力验算,1. 荷载效应基本组合一般建筑物和水平荷载较小的高大建筑物单桩基础和群桩中的复合基桩应满足:,2. 地震作用效应组合验算地震作用桩基的水平承载力时,应将单桩水平承载力设
24、计值乘以调整系数1.25。,单桩基础或群桩中复合基桩的水平承载力设计值,单桩基础或群桩中复合基桩桩顶处的水平力设计值,69,例题:桩基参数如例1,桩径600mm,基桩主筋720(配筋率0.63%0.65%),水平荷载设计值H=500kN,试计算桩基水平承载力。,复合基桩水平承载力设计值应考虑由承台、桩群、土相互作用产生的群桩效应,可按下式确定:,验算,70,单桩承载力,71,桩的水平变形系数,由,可查得,72,73,74,75,2.8 桩基础设计,Pile Foundation Design,目录,76,桩基的设计应符合安全、合理和经济的要求。 对桩和承台来说,应有足够的强度、刚度和耐久性;
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