地基处理4桩基础

1.0-3.0 m
0.6-0.9 m
UK英国
英国是近代工业革 命的发源地，正式 名称“联合王国”， 全称“大不列颠及 北爱尔兰联合王国
（the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland）”
爆破扩底桩
挤扩桩（支盘桩）
七、桩的质量检验
P
端承型桩
s P
摩擦型桩
P s
二、按材料：
木桩、混凝土、钢筋混 凝土、钢管（型钢）桩、 复合桩
钢筋混凝土：普通混凝 土、预应力混凝土（离 心预制）、高强混凝土
三 、 按形状
• 按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋 桩、多节（分叉）桩、扩底桩、支 盘桩、微型桩
• 按横断面：圆形，八边形，十字桩、 X形桩
缺点
施工环境影响,
预制桩施工噪音, 钻孔灌注桩的泥浆
有地下室时,有一定 干扰,深基坑中做 桩
3. 适用条件
(1)水上建筑物 (2)深持力层,高地下水位 (3)抗震地基 (4)对沉降非常敏感的建
筑,如精密仪器
详见教材117页
二、桩基础的类型（按承台位置分类）
• 承台:将几个桩结合 起来传递荷载
1.低承台桩基
qpucNc qNq
(1)很难达到整体破坏 梅耶霍夫型 (2)端承力与深度有关
(3)存在临界深度
三、单桩的破坏形式
屈曲破坏—取决于桩身的材料强度 整体剪切破坏--取决于桩端土的支承力 刺入破坏---取决于桩周土强度（土较硬）
取决于上部结构所能承受的极限沉降（土较软）
• 土的极限端阻力影响因素
与土性有关,存在临界深度 与施工方法有关
1Z
z 0 APEP 0 NZdz
二、桩侧摩阻力和桩端阻力
(1) 摩阻力的分布
S0
qs
Q
S0
Sp
Sp
各点位移
摩阻力
轴向力N
u为桩的周长
qs
1 u
dNz dz
(2)土的极限摩阻力影响因素 (3)----可用类似于土的抗剪强度的库仑公式
表达
(4) 随着深度增加,砂土中存在临界深度
(5) x k 0 Z ,q s k 0 Z tg
地基处理4桩基础
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第四章 桩基础
Pile foundation
减轻不均匀沉降危害的措施
• 采用连续基础（如柱下条基） • 对地基局部或一定范围进行人工处理 • 在建筑、结构、施工方面采取有效措施 • 采用桩基或其他深基础
本章主要内容
• 概述桩的功能及类型 • 桩的承载机理？ • 单桩承载力capacity of single pile • 群桩承载力capacity of pile group • 桩基础设计
NZ Zudz(NZ dNZ)0
Z
1dNZ u dz
设桩身横截面面积为Ap，弹性模量为Ep，dz微段
的变形为dz，据虎克定律有： L N L
A PE P
dZ
NZdz APE P
代入上式有： Zu 1ddN zZAP uEPdd22 zz
Zu 1ddN zZAP uEPdd22 zz
z
NZ N0 u 0 zdz
2）承受较大水平荷载或对水平变位要求严格 的一级建筑桩基的水平变位验算。
3）对不允许出现裂缝或需限制裂缝宽度的混 凝土桩身和承台应进行抗裂或裂缝宽度验算。
四、
桩 基 础 的 设 计 步 骤
结构与地质资料 桩型、桩长、桩距
确定桩数n=P/R No
桩基中基桩承载力验算
实体深基础验算
软弱下卧层验算 沉降计算 承台设计
干栏式建筑
排桩
带撑木桩
灞河上建桥始于春秋时期，秦穆公称霸西 戎，将滋水改为灞水，并于河上建桥，故 称“灞桥”，是我国最古老的石柱墩桥。
1400年前的隋代灞桥遗址
隋代灞桥桥墩上的龙头
被洪水冲走的隋代灞桥上的桥桩
隋代灞桥石料上刻有“耀州” 二字证实修桥石料来源于西 安以北约100公里的古耀州
新加坡发展银行,四 墩, 每墩直径7.3m 将荷载传递到下部 好土层,承载力高
桩端充填粉土
问题 侧摩阻力的方向？
三、 桩侧负摩阻力
1.负摩阻力的产生（桩侧土
体下沉必须大于桩的下沉）
(1)桩周附近地面大面积 堆载
(2)大面积降低地下水位 (3)欠固结土,新填土 (4)湿陷性黄土遇水湿陷 (5)砂土液化、冻土融解
正摩阻 负摩阻
2. 负摩擦力的确定(负摩阻力成为荷载的一部分)
• 对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负摩阻力;
承台在地面以下, 承台 本身可承担部分荷载
2.高承台桩基
承台在地面以上,桥桩, 码头,栈桥
软土层
青岛·前海栈桥
１８９１年登州镇总兵章高元奉调率兵移驻青岛后，先在青岛村 （今人民会堂处）修建总兵衙门，然后在前海处搭起一座长２００ 米左右、铁木结构的简易码头，当时只供军用，故名栈桥。
低承台桩基
高承台桩基
三、桩基设计原则
1、安全等级：
2、桩基计算内容：
1）桩基的竖向承载力计算（基桩、群桩承载 力计算）；
2）桩端平面以下软弱下卧层承载力验算； 3）桩基抗震承载力验算； 4）承台计算和桩身结构计算；
5）必要的验算，如变形验算。
3、变形验算：
•以下桩基应进行变形验算：
1）桩端持力层为软弱土的一、二级建筑物以及 桩端持力层为粘性土、粉土或存在软弱下卧层 的一级建筑桩基的沉降验算，并宜考虑上部结 构与桩基的相互作用。
斑脱土泥浆泵
是用来在内孔壁形成涂层， 同时在下套管时减少摩擦力。 在砂土中钻孔是必备设备。
第四节 单桩竖向承载力的确
定
•桩身材料
混凝土R = c fc Ap
） 钢筋混凝土R = （c fc Ap + fy Ag
• 静载荷试验 拟静力法
钢筋抗压强 度设计值
Osterberg法
• 经验方法：静力触探
经验公式
一、按桩身材料确定
混凝土 R = cfcAp
钢筋混凝土 R = （cfcAp+fyAg）
钢筋抗压强 度设计值
二、桩基现场测试的传统方法
（1）静载试验法
获得单桩承载力最可靠的方法
锚桩反力梁
主梁
基准柱
千斤顶 百分表
次梁
锚筋 锚桩
锚桩 桁架 法,2400吨
桩顶试验中
Osterberg法
用途
膨润土在工业生产中有广泛的市场，化肥、饲料、 炼焦生产中用作粘结剂。塑料、橡胶生产中用作 填充剂，农药生产中用作载体和杀菌剂，合成树 脂、油墨和油漆中用作防沉降助剂。颜料、涂料 生产中用作触变和增稠剂，日用化工产品中用作 添加剂。医药生产中用作吸着剂或粘结剂，石油 钻井生产中用作润滑剂，造纸和纺织生产中用作 增白剂。
（4）动测法：俗称大应变测定法，检测单桩承载力。
（5）检测数量：
小应变：灌注桩，100%，预制桩，50%
大应变：灌注桩，30%，预制桩，20%
第三节 单桩承载力
Bearing capacity of a single pile
一 桩的承载力分析
Q Qs Qp
二 1. 竖向承载力的组成 Qu Qsu Qpu
第二节 桩的类型
按不同的分类标准，叫法不同。
承载性状 施工方法 成型方式效应 材料 形状 按尺寸
软土层
一、 按承载性状分类
端承型桩
端承桩
（嵌岩桩）
摩擦端承桩
摩擦型桩
摩擦桩 端承摩擦桩
Q = Qp+Qs Tip resistance, Skin friction
端承型桩 主要由桩端承受极限荷载,桩不长,桩端土坚硬 摩擦型桩 主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载,桩长,深
桩身
横断面
四、按尺寸
• 按断面(直径）的大小： 大直径桩:d800mm; 小直径桩：d250mm； 中等直径桩： 250<d<800mm 。
• 按长度（长径比）： 长桩: 40m< L≤80m（>3)；短桩：L≤15m； 中长桩：15m< L≤40m；超长桩：L > 80m
L/ （：桩的特征长度）
部分风化及 不风化泥岩
风化砂岩及粉砂岩
大直径钻孔桩
新加坡发展银行, 四墩7.3m
现场灌注 护坡桩
造价低
现场灌注 护坡桩
造价低
2.特点
优点
1. 将荷载传递到下部好 土层,承载力高
2. 沉降量小
3. 抗震性能好,穿过液 化层
4. 承受抗拔(抗滑桩)及 横向力(如风载荷)
5. 与其他深基础比较, 施工造价低
工厂,现场
人工挖孔
成
2
现场灌注桩
孔 方
省,易
法
螺旋钻 正反循环—地下水以下泥浆护壁 冲击,夯扩,爆破 沉管灌注
泥皮,虚土,断桩
浇 水上 注 水下 法 其他
振动沉桩 预制桩1－13m
Pile Point
离心预应力预制钢筋混凝土
人工挖孔桩
广州市亚洲大酒店人工挖孔桩
螺旋钻
扩底桩
人工挖孔扩孔桩 （芝加哥法）
Байду номын сангаас杆
桩基础
承台
软土 层
沉井caisson 其他深基础
支护
通气
桶 梯子
工作间
地下连续墙 diaphragm
第一节 概 述
一、桩的应用
1 历史 • 十九世纪以前，木桩 • 7000-8000年前湖上居民,浙江河姆渡 • 西安灞桥,北京御河桥,隋唐建塔 • 十九世纪开始，材料和动力进步
铸铁管桩，1824年波特兰水泥注册专利， 蒸汽动力 • 十九世纪末，现场钻孔桩(1897, Raymond)
Osterberg测桩法
检测钻孔灌注桩单桩承载力的原理(图1)，是在桩底预先放置一个直径稍小于桩径 的，可上下膨胀的压力室，试验时给压力室加压，使桩身获得向上的托力，同时 桩端获得向下的压力，桩尖位移和桩身位移的量测采用分离独立系统，仪表①通 过连接在桩底部的细杆量测桩尖的向下位移量，仪表②量测桩身的向上位移量。 因而分别直接测定桩侧阻和端阻和相应位移的关系，由此验证桩的承载力是否满 足设计的要求。这是一种很巧妙的测桩方法，比传统的静载测桩法省力、省钱、 省时，又比动测法直接可靠，利用桩的自重和摩阻力作为自锚反力，可得到很高 的试验荷载，这一点对于大型桩(墩)尤其意义重大。目前该方法在美国、加拿大、 英国、日本及香港等地已有不少工程实际应用的例子。已经可测桩径近2 m的大 型桩(墩)，试验承载力达60 MN，这是一般测桩法无法或很难做到的。对于端承 力与侧阻力不相等情况，也可通过调整桩浇筑深度及半径加以解决。
• 对于一般桩,因为桩土都有变形,视二者的相对位 移量和方向.
土位移Ss
qn si k0'ztg'n'i
ln
-
Negative
+ 桩位移Sp 摩阻力 轴向力N
3、解决方法：
1）通过计算预估下沉的沉降量。 2）在预制桩表面涂一薄层沥青。 3）在桩土之间加一层土浆，减少摩擦力。
（斑脱土浆）
特化性质
"膨润土"是一种以蒙脱石为主要矿物成份的粘土岩,颜色为白色、 浅黄色。膨润土真有较强的吸湿性和膨胀性，可吸附8-15倍受欢 迎于自身体积的水量，体积膨胀可达数位至30倍，在水介擀中能 分散成胶凝状和悬浮状，这种介质具有一定的粘滞能变性和润滑 性，有较强的阳离子交换能力，对各种气体、液体、有机物质有 一定的吸附能力。最大吸附量可达5倍于自身的重量。它与水泥、 细沙的掺合物具有可塑性和粘结性。
桩基础---隐蔽工程（灌注桩）---缩颈、夹泥、断桩、沉渣过厚。
（1）开挖检查：桩顶标高、桩的位置（轴线）、桩顶质量（完整 性和混凝土强度）
（2）抽芯法：在灌注桩身内钻孔（直径100～150㎜），取混凝土 芯样进行观测和单轴抗压强度试验，了解混凝土有无离析、空洞、 桩底沉渣和夹泥等现象。
（3）声波透视法：俗称小应变测定法，检测桩身完整性，即缺陷 位置、程度。
粘性土的摩阻力有时效性,
超静孔隙水压力消 散,土的触变性
打钻入孔预预制制桩桩,,挤常土使使qs减qs增少：加(：1)(泥1)皮挤密 (2)(应2)残力余松应弛力
但是也有水泥浆渗入土中使表面粗糙
其他施工因素
（3）桩的端承力 • 常作为基础承载力问题(太沙基解)
太沙基
很小
qpu2BN cNcqN q
4 4E cI kB
六、 按施工方法（成型方式效应）
施工方法—沉桩方法
1 预制桩 Prefabricated pile
挤土桩，部分挤土桩
2 现场灌注桩 Cast in place
非挤土桩，部分挤土桩
气锤打入 引孔,部分挤土,
1 预制桩 振动沉桩
大面积地面隆起
静压桩
离心,预应力,
不引孔,挤土桩
Qs 桩侧摩阻力 Skin， Shaft friction Qp 桩端阻力 端承力 Point， end resistance
Q/kN
Q
•摩阻力所需位移很小
•端阻力需要较大位移;
Qs
•不同阶段二者分担比不同
Qp
S/mm
2.桩、土间力的平衡
设桩身周长为u，从深度
z处取一dz微段，由力的平 衡条件有：
图1 Osterberg桩基载荷试验原理
安装钢筋笼
安装
多动式
(2) 通过静力载荷试验确定极限承载力Qu
◎判断单桩竖向极限承载力Qu(各规范不同) • 如果有陡降点,取为Qu • 缓变曲线,取一定沉降 s=40mm (40-60mm)