第三章桩基础

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t/d m0 0.3~0.1 0.7~1.0
t:桩端沉渣厚度;d:桩径 d

1.5m , t≤300mm ; d >1.5m , t≤500mm , 且 满 足
0.1<t/d<0.3
钻孔桩桩侧土的摩阻力标准值 qik
土类 中密炉渣、粉煤灰 流塑 IL>1 粘性土 软塑0.75< IL≤1 可塑、硬塑0< IL≤0.75 坚硬IL ≤0 粉土 粉砂、细砂 中砂 qik 40~60 20~30 30~50 50~80 80~120
密实
2500
3000
3500
钢管桩:考虑桩底闭塞及挤土效应特点。
Pj s uΣli qik p Apqrk
λs 、λp :侧阻挤土效应系数、底端闭塞效应系数,闭口桩 λs=λp=1,开口桩按p.94方法计算。
Ap:桩底投影面积
钻(挖)孔桩: [ Ra ] uΣqik l i Ap qr
hcp
qpl
• 单桩在轴向荷载作用下的破坏模式 单桩在竖向荷载下是否破坏取决于两种强度: 地基土强度 桩身材料强度 桩身屈曲破坏——桩底端进入坚硬土层或岩基,桩身细 长或桩侧土为软土,类似于压杆; 整体剪切破坏——桩身强度足够,桩底端到达较硬土层, 持力层上覆压力不足以阻止桩底地基土发生整体剪切破坏; 刺入破坏——桩身强度足够,桩底端未达坚硬土层,桩 顶发生较大的竖向位移。
5.单桩承载力的确定
确定单桩承载力是分析桩基础承载力与变形等问题的
基础。
单桩承载力——单桩在荷载作用下,地基土和桩身的强度 和稳定性均能得到保证,变形也在允许范围以内,以保证
结构物的正常使用所能承受的最大荷载。
轴向承载力 横轴向承载力
单桩轴向荷载传递机理和特点 • 荷载传递过程与土对桩的支承力 轴向荷载作用下桩身轴力、桩身截面位移、桩侧摩阻力
10
10 20
40
60 100 a
时间(min) 200 300 600 1000
Qu=780kN
桩顶沉降s(mm)
b c 15 d e 20 f g h
1.40MN 1.50MN 1.60MN 1.70MN 1.75MN 1.80MN 1.85MN
16 20 24 28 32 36 40 44 48 1 2
1 2 qr m0 λ[ f a 0 ] k 2 γ 2 (h 3)
注意:桩身自重与置换土重的差值作为荷载考虑(当自重
计入浮力时,置换土重也计入浮力)。
u——桩的周长;
[fa0]:桩端处土的承载力容许值(kPa),按浅基础查表确
定; k2 :容许承载力随深度的修正系数,根据桩端持力层土类 按浅基础中的规定选用;
ζs:覆盖层土的侧阻力发挥系数;
frk
ζs
0.8
0.5 0.2
2MPa≤frk<15MPa
15MPa≤frk<30MPa Frk>30MPa
qik:i 层土侧阻力标准值,无试验资料时按沉桩、钻(挖) 孔桩相应表格查取。
n:土层层数,强风化和全风化岩层按土层考虑。 当河床岩层有冲刷时,桩基须嵌入基岩,嵌岩桩按桩 底嵌固设计,桩底嵌入岩基的深度按下式计算: 圆形桩—— h 矩形桩—— h
地基土的固结度——桩底承载力随地基土的固结度提高
而增大; 桩径大小——类似于基础底面地基承载力; 深度效应——桩底端进入持力层的深度(临界深度—— 在砂土、硬粘土持力层中,桩底极限阻力随深度线形增大,
到达临界深度后保持稳定。临界深度与持力层上覆荷载、
持力层密度有关)。
与临界深度hcp相关的影响因素: • 随砂的相对密度Dr增大而增大 • 随桩径的增大而增大 • 随上覆压力的增大而减小 与稳定端阻qpl相关的影响因素 • 随相对密度Dr增大而增大 • 与桩径及上覆压力无关
sb
Qp
sb
Nl
Qs
荷载传递特征
桩侧阻力发挥至极限值是由上而下逐渐发挥; 桩侧阻力极限值发挥与桩底阻力极限值发挥所对应的位 移量不同;
桩底阻力:粘性土——桩底直径25%;砂性土——桩底直径8~10%
桩侧阻力:粘性土——4~6mm;砂性土——6~10mm
侧阻力、底阻力的发挥与桩型、桩长、持力层条件有关
中密
密实 中密 密实 中密
30~55
55~80 35~55 55~70 45~60
密实
60~80
钻孔桩桩侧土的摩阻力标准值 qik(续前表)
粗砂、砾砂 圆砾、角砾 碎石、卵石
中密
密实 中密
60~90
90~140 120~150
密实
中密 密实
150~180
160~220 220~400
漂石、块石
400~600
• 静力触探法
1 [ Ra ] [uΣ i i l i i A R ] 2
式中各项参数的取值见P.97相关内容。 • 单桩轴向受压承载力的抗力系数
按前述方法Байду номын сангаас定的单桩轴向受压承载力容许值,应根
据桩的受荷阶段及受荷情况乘以下表规定的抗力系数。
受荷阶段 作用效应组合 永久作用与可变作用组合 抗力系数 1.25 1.00 1.25 1.25
桩端后压浆灌注桩: 无试验资料时,可按下式计算: [ Ra ] 1 uΣβ si qik l i p Ap qr
2
注意:桩身自重与置换土重的差值作为荷载考虑(当自重 计入浮力时,置换土重也计入浮力)。
βsi:i 层土的侧阻力增强系数;
βp:端阻力增强系数。
土层名称 粘性土、粉土 粉砂 细砂 中砂 粗砂 砾砂 碎石土
分布特征:
轴力、截面位移沿深度减小,摩阻力分布沿深度增大后 转减小; 桩顶竖向位移等于桩身压缩加桩底地基土的压缩; 桩底支承力等于桩顶荷载减去桩侧摩阻力,桩承载力由
桩侧摩阻力与桩底阻力构成。
Q s0
N(z) dz
s0
N0
(z)
dz
z
s(z) sz
(z)
N(z)
N(z)+dN(z)
(z)
单桩轴向承载力容许值按土的支承力的确定 • 单桩轴向承载力容许值确定方法 静载荷试验方法
设计规范经验公式方法
静力触探方法 动测试桩方法 静力分析方法
• 静载荷试验法 适用条件——特殊大桥,必要时在施工前先做试桩并进 行载荷试验。方法准确可靠,但耗时费力。
试验装置
锚桩法——锚桩、横梁、千斤顶等组成。 锚桩数量——2~4根,上拔力有一定的储备; 锚桩与试桩间的间距>3倍试桩桩径;(具体布置要 求见P.90内容) 试桩数量≥2根或总桩数的2%,沉降量测点≥2个
端承桩——桩身截面位移小,侧阻力不易发挥,可忽略不计,但 较长柱桩应考虑桩侧阻力的作用; 摩擦桩——桩侧阻力先达极限值,然后底阻力达到极限,较长摩擦 桩或桩底未达较硬土层,桩底阻力达不到极限值,极限 承载力由桩顶位移控制。
• 桩侧摩阻力的影响因素及其分布 土的性质——侧阻力随土的抗剪强度提高而增大,土的 抗剪强度与土性、法向应力有关;
组合(地震作用除外)所引起时,桩允许受拉。摩擦桩单桩 轴向受拉承载力容许值按下式计算:
[ Rt ] 0.3uΣ i li qik
αi:振动沉桩对各土层桩侧阻力的影响系数,锤击、静压沉
仅对桩端以上4~5m范围的侧阻力进行 增强修正 取βsi=1.0
对于非增强影响范围
支承在基岩上或嵌入基岩内的钻(挖)孔桩、沉桩:
n 1 [ Ra ] c1 Ap f rk u c2 i hi f rki δ s u l i qik 2 i 1 i 1 m
注意:桩身自重与置换土重的差值作为荷载考虑(当自重
Qu=1500kN 25
1.90MN
单桩 P-S 曲线
单桩 S-logt 曲线
• 设计规范经验公式法(钢筋混凝土桩、预应力混凝土桩、 混凝土桩) 摩擦桩
基本形式:
单桩容许承载力 Ra ] [ 1 [桩侧极限摩阻力 su 桩底极限阻力 pu ] R R 安全系数K
桩身周长
1 沉桩承载力容许值: [ Ra ] [uΣ i l i qik αr Ap qrk ] 2 αi、αr:振动沉桩影响系数,锤击、静压沉桩均取1.0。
计入浮力时,置换土重也计入浮力)。
c1:端阻力发挥系数; c2i:i 层侧阻力发挥系数;
岩石层情况
完整、较完整 较破碎 破碎、极破碎
c1
0.6 0.5 0.4
c2
0.05 0.04 0.03
frk:桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值; hi :桩嵌入各岩层部分的厚度,不包括强风化层和全风化 层; m:岩层层数,不包括强风化层和全风化层;
1.5~1.6 2.2~2.5
βs
1.3~1.4 1.5~1.8
1.5~1.6 1.5~1.7 1.6~1.8 1.5~1.8 1.6~2.0 1.8~2.0 1.8~2.1 2.0~2.3 2.2~2.4 2.2~2.4
βp
桩端后压浆灌注桩桩侧阻力增强范围:
在饱和土层中压浆
在非饱和土层中压浆 仅对桩端以上8~12m范围的侧阻力进 行增强修正
桩身刚度——刚度小,上部变形大,侧阻力较大;刚度
大,桩身各截面变形接近,下部初始法向应力大,侧阻力 较大; 施工方法——不同施工方法,挤土效应不同(P.78图338);
扰动影响——粘性土的灵敏度、触变形影响;砂土密实
度的影响。
• 桩底阻力的影响因素及其深度效应 土的性质——抗剪强度、受压刚度大,桩底承载力大; 持力层上覆荷载——上覆荷载大、桩底极限承载力大;
MH 0.065 f rk d
MH 0.0833 f rk b
h——桩嵌入基岩的有效深度(不计风化层,且≥0.5m); MH——基岩顶面处的桩身弯矩;
β——系数,取0.5~1.0,岩基节理发达取小值,节理不发达
取大值;
d——钻(挖)孔桩或管桩的设计直径; b——垂直于弯矩作用平面桩的边长。 frk:岩石饱和单轴抗压强度标准值。
注意:桩身自重与置换土重的差值作为荷载考虑(当自重 计入浮力时,置换土重也计入浮力)。
P.92表3-3增加粉土沉桩桩侧土摩阻力标准值 qik(新规范)
稍密 粉土 中密 20~35 35~65
密实
65~80
P.93表3-4增加粉土沉桩桩端土承载力标准值 qrk(新规范)
桩尖进入持力层的相对深度
1>hc/d 粉土 中密 1700 4>hc/d ≥1 2000 hc/d≥4 2300
土时,如计算值超过下列数值,宜按下列值采用:粉砂 1000kPa;细砂1150kPa;中砂、粗砂、砾砂1450kPa;碎 石土2750kPa;
h——桩底的埋置深度;
有冲刷的基础,由一般冲刷线起算;
无冲刷的基础,由天然地面或实际开挖的地面线起算; h>40m,按40m考虑,或按试验确定承载力。 λ——考虑桩入土长度影响的修正系数,按表3-8取值; m0——清底系数,按下表采用。
加载方式 分级加载(预计破坏荷载1/10~1/15)、递变加载(开始
1/2.5~1/5,终了1/10~1/15);
按一定时间间隔测读数据; 沉降稳定标准(施加下一级荷载的前提):
砂性土——30min下沉量≤0.1mm; 粘性土——60min下沉量≤0.1mm。
破坏标准:
桩顶沉降突然增大,总沉降量>40mm,本级荷载沉降量为前一 级荷载的5倍以上; 本级荷载沉降量为前一级荷载的2倍以上,24h未达稳定; 加载后期,桩顶沉降随荷载近似线性比例增长,且总沉降量> 75mm
极限荷载确定
P~S曲线法 S~logt法 桩身破坏时的荷载
按上述破坏标准确定破坏荷载,并将破 坏荷载前一级荷载确定为极限荷载
桩的轴向容许承载力确定:
[P] Pj K
安全系数 K=2.0
0 4 8 12
桩顶下沉量s/mm
20
40
60
桩顶荷载Q/10kN 80 100 120 140 160
短期效 结构自重、预加力、土重、土侧压 使用阶段 应组合 力、汽车、人群荷载 作用效应偶然组合(不含地震效应) 施工阶段 施工荷载效应组合
• 单桩轴向受拉承载力容许值
当桩的轴向力由结构自重、预压力、土重、土侧压力、汽车 荷载、人群荷载所引起时,桩不允许受拉;当桩的轴向力由
上述荷载与其他作用组成的短期效应组合或荷载效应的偶然
li——承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度,扩孔部分 不计;
Ap——桩底截面面积,用设计直径(钻头直径)计算,但
采用换浆法施工时,按成孔直径计算,对于扩底桩,取扩 底截面面积; qik——与li对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值,无试验资 料时可按P.94表3-7采用(新规范表格形式有变化);
qr——桩端处土的承载力容许值,当持力层为砂土、碎石
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