第09章桩基础设计

第九章 桩基础设计 (4).极限承载力实测值 Qu a.陡降型曲线——取曲线发生明显陡降的起始点对应 的荷载值 b.缓变型曲线——取桩顶沉降为一定值所对应的荷载 s0 = 40 60mm s0 = (0.03 0.06) D 大直径桩 值
s0 = 60 80mm 细长桩(l/d>80)
c.s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值
用下沉降量的5倍；
第九章 桩基础设计
——某级荷载作用下，桩的沉降量大于前一级荷载作用
下沉降量的2倍，且经过24小时未达到相对稳定； ——已经达到锚桩最大拉力或压重平台的最大重量。 (2).开始试验时间 在桩身材料强度达到设计要求的前提下，应满足以 下时间要求 砂性土：大于10d；粉土、粘性土大于15d；饱和 软粘土大于25d (3).试桩数量 同一条件下的试桩数量不宜少于总桩数的1%，且不 应少于3根；工程总桩数在50根以内时不应少于2根
第九章 桩基础设计
Q
在极限承载力状态下，桩上荷载通 过桩身侧面的摩擦作用传递给桩周土层， 这样的桩称为摩擦桩
软土层
软土层 六、负摩阻力 产生条件：桩身某点位移小于土层中相应点的位移
从相对位移的角度上看；相应于桩不动、土下沉的情 况，此时桩身上的摩阻力向下，称为负摩阻力
第九章 桩基础设计 下列情况均可引起负摩阻力： 1.桩周位于欠固结的软粘土或新填土中； 2.地面堆载使桩周土层压密； 3.地下水大面积下降，引起有效应力增加； 4.自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷； 5.打桩时的挤土作用导致邻桩抬升；
第九章 桩基础设计 3.对烟囱、输电塔等高耸结构物，宜采用桩基础承受 较大的上拔力和水平力或用于防止倾斜等； 4.对精密或大型设备的基础，需要减小基础的振幅、减 弱基础振动对结构的影响时； 5.软弱地基上或某些特殊土中的各类永久性建筑物或 以桩基作为地震区结构的抗震措施时； 9.2 桩的类型
低承台桩
第九章 桩基础设计 3.不挤土桩 先钻孔后打入的预制桩、钻孔或挖孔桩，在成孔过 程中，孔中土体被清除掉，不存在前述的挤土效应，而 且桩周土还可能向桩孔移动，因此相比之下，不挤土桩 的承载力常有减小的趋势。 由于问题的复杂性，在不同的地质条件下、按不同的 设置方法，设置的桩所表现出的性状是不同的；目前工程 设计中，还只能是大致的考虑这种设置效应问题。 三、按使用功能 1.竖向抗压桩 3.水平受荷桩 2.竖向抗拔桩 4.复合受荷桩
第九章 桩基础设计 1.大量挤土桩 实心的打入桩、沉管桩、振动沉桩等都需要将桩位处 的土全部排开，从而使桩周土的结构严重扰动破坏，发生 重塑现象。 粘性土重塑后，强度明显降低、过一段时间又可恢复 一部分；而原来处于疏松和稍密状态的无粘性土，其抗剪 强度则可提高。 2.小量挤土桩 底端开口的钢管桩、H型钢桩和薄壁开口的预应力钢 筋混凝土桩等。打桩时，稍有挤土作用，但对土的承载力 及变形性质影响不大，由原状土测得的物理力学指标一般 仍要可用于估算桩基承载力。
第九章 桩基础设计
Q Q Q Q Q
θ
θ
L
θ
θ
d
D
从应力相互叠加的角度，群桩承载力一般要小于单 桩承载力之和；或者说在群桩承载力等于组成该群桩的 各单桩承载力之和的条件下，群桩的沉降量要大于单桩 的沉降量
第九章 桩基础设计 从土体被扰动的角度，扰动效应越强，土的承载力损 耗就越多，因而，群桩承载力一般要小于单桩承载力之和 此外，承台的存在也提供了一定的承载力 群桩效应：由于承台、土、桩的相互作用，群桩中各单根 桩的承载力和沉降性状往往与单独存在的单桩有显著差异， 这种现象叫群桩效应 考虑这些因素后，《规范》引入了群桩效应系数
第九章 桩基础设计 3.钻、冲、磨孔灌注桩 采用钻机钻孔，把桩身位置的土排出地面，清除孔底 残渣，安放钢筋笼，浇灌混凝土而成。如遇孤石等障碍物 无法钻进时，可用冲击式钻机或带有磨头的钻机磨碎或击 碎孤石、成孔；亦可用回转式机具开孔，并在适当的位置 扩孔。这种桩，桩径小的可为300～400mm，大的可达 600、800甚至是2～3m，桩长10～30m，深的可达60m， 对于大孔径桩，常采用泥浆护壁，然后清孔、排渣，水下 导管浇混凝土等工艺。
第九章 桩基础设计 断面形状
矩形 圆形
多边形
Q
国内采 用的多 为等截 面竖直 桩 前苏联 在上个 世纪的 70年代
Q
Q
锥形桩
螺旋桩
第九章 桩基础设计 2.钢桩 常用的有开口或闭口钢管桩以及H型桩，钢管桩的直径 一般为250mm～1200之间，长度从十几米到几十米 3.木桩 桩长常为4～6m，为防止腐烂，桩顶应打入水下至少 0.5m （二）灌注桩 用机械直接开孔、放钢筋笼、浇混凝土而成。优点 是节省钢筋，不需要考虑吊装、吊立、沉桩等要求，只 需根据使用期间的内力配筋即可，桩长任意，不需要接 桩，施工方便，受季节性干扰小，冬季、雨季均可施工 从施工方法上看，大体上可分为沉管桩和钻、冲、 挖孔灌注桩两大类。
Q pk ——桩端总极限端阻力标准值；
l3
u
——桩身截面周边长度；
qsik ——桩侧第i层土极限摩阻力标准值；
q pk
q pk ——桩端极限端阻力标准值；
Ap ——桩身横截面的水平投影面积
第九章 桩基础设计 大直径桩 Quk = Qsk + Qpk = u ∑ψ si qsik li +ψ p q pk Ap ψ si ,ψ p ——大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数 3、按土的抗剪强度指标确定 以土力学理论为基础，通过简化了的模型，在土体抗 剪强度指标的取值上考虑了理论公式中所无法概括的某些 因素，提出单桩极限承载力的计算公式，属于一种半理论、 半经验的结论。 4、动力测试法 应用振动波传播理论，确定桩的承载力以及检验工程 桩桩身完整性的一种方法。在我国大约已有二十多年的历 史，取得了一些成果，已编制成规程。
第九章 桩基础设计 一、桩基的组成 由设置在土中的若干根杆件和其中的 连接件（承台）组合在一起共同受力的一 种基础形式。 二、桩基础的特点及应用 9.1 概 述
承台
桩
桩基础承载力高、变形小，即可承受竖向向下的荷载， 也可以承受竖向向上的荷载、亦可承受水平力。常用在 下列场合： 1.不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑物 和其它重要建筑物； 2.重型工业厂房和荷载过大的建筑物；如仓库、料仓 等；
第九章 桩基础设计 四、按桩径大小 1.小桩；d≤250mm； 2.中等直径桩： 250mm＜d＜800mm； 3.大直径桩；d≥800mm，多为灌注桩或钢管桩。 五、按荷载传递特征（承载性状）分 Q 1.摩擦型桩：端承摩擦桩；摩擦桩 2.端承型桩：摩擦端承桩；端承桩 软土层 在极限承载力状态下，桩上荷载 通过桩端土的支撑力来传递，这样的 岩石 桩称为端承桩
R = η sp Q uk / γ sp + η c Q ck / γ c
当承台下存在可液化土层、湿陷性黄土、欠固结土 时，不考虑承台下土的作用
R = η s Q sk / γ s + η p Q pk / γ
η = Qg / ∑ Qi
第九章 桩基础设计
η = Qg / ∑ Qi
群桩中基桩平均极限侧阻力 桩侧阻群桩效应系数 η s = 单桩平均极限侧阻力
群桩中基桩平均极限端阻力 桩端阻群桩效应系数ηp = 单桩平均极限端阻力
侧阻,端阻综合群桩效应系数 η sp 承台底土阻力群桩效应系数ηc = 群桩中基桩平均极限承载力 = 单桩极限承载力
第九章 桩基础设计 以上方法中，以静载荷试验最符合实际，其它方法只 能作为参考或对比用，此处的对比是指用载荷试验完成后， 为积累桩承载力资料，可在同样的场地上做其它的试验， 用此试验资料与载荷试验资料对比，找出其中的相关关系 二、基桩竖向承载力设计值的确定 1.群桩效应 前面介绍的是单桩的受力特征；而一个建筑物下是数 根桩共同工作；既使是一个基础下，也可能是几根桩或十 几根桩共同工作。 从挤土效应的角度，单桩的挤土效应要小于群桩挤土 效应，挤土效应越强，则承载力就应越高，从而，群桩 承载力一般会高于各单桩承载力之和
Qu Q Qu Q lgt(min)
s0
s
s
s
第九章 桩基础设计 (5).极限承载力标准值 Quk
Qum 1 n = ∑ Qui n i =1
n
α i = Qui / Qum
Sn =
(α i − 1) 2 /( n − 1) ∑
i =1
Quk = Qum
当 S n ≤ 0.15时
Quk = λ Qum 当S n > 0.15时
高承台桩
带斜桩的高承台桩
Байду номын сангаас
第九章 桩基础设计 建筑工程中遇到的都是低承台下的竖直桩。而桥梁 中多用高承台桩，当水平荷载过大、仅靠竖直桩承受有 困难时，也可将部分桩斜向设置，形成抗侧向力的桩。 一、按施工方法分 （一）预制桩 1.钢筋混凝 普通钢筋混凝土预制桩 预应力钢筋混凝土预制桩 土预制桩 其优点是施工质量易保证，桩的承载能力较高；缺 点是浪费钢材和混凝土；锤击法施工时，噪声大，影响 周围环境。
第九章 桩基础设计 4.人工挖孔桩 直径不宜小于1.0m，最小不得小于0.8m，每挖 1.0m时，用弧形钢板支护做模，浇一圈素混凝土护壁， (厚约100mm）一般情况下，桩长以不超过30m为宜。 优点是：可直接观察地层情况，孔底土易清理干净， 设备简单，噪声小，场区各桩可同时施工，桩径大，适 应性强。 二、按设置效应（挤土效应）分 由于桩的设置方法不同，挤土作用的强弱也不一样， 由此引起的桩周土体结构、应力状态和性质变化也不一 样，桩的承载力和变形性质也不相同，这些统称为设置 效应。
群桩承台底平均极限土阻力 承台底地基土极限承载力标准值
第九章 桩基础设计 2.基桩竖向承载力设计值 考虑群桩效应系数并考虑抗力分项系数后得到基桩 竖向承载力设计值
R = η s Q sk / γ s + η p Q pk / γ p + η c Q ck / γ c