项目11桩基础的设计

土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系任务11-1桩基础的基础知识一、理论知识桩基础时常用的一种深基础桩基础一般由承台与桩组成土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系•按承台地面的相对位置分类•（1）高承台桩基•（2）低承台桩基土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系桩基础宜在下列情况下采用①当地基软弱、地下水位高且建筑物荷载大，采用天然地基时，地基承载力不足时，需采用桩基②当地基承载力满足要求，但采用天然地基时沉降量过大，或当建筑物沉降要求较严格，建筑等级较高时，需采用桩基③高层或高耸建筑物需采用桩基，可防止在水平力作用下发生倾覆④建筑物内、外有大量堆载会造成地基过量变形而产生不均匀沉降，或为防止对邻近产生相互影响的新建建筑物，需采用桩基土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系•⑤设有大吨位的重量工作制吊车的重型单层工业厂房可采用桩基•⑥对地基沉降与沉降速率有严格要求的精密设备基础•⑦地震区、建筑物场地的地基土中有液化土层时，可采用桩基础•⑧已有建筑物加层、纠偏、基础托换时，可采用桩基础•水中建筑物，地下水位很高，采用其他基础形式施工困难时土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系桩基础的特点①深基础施工方法较复杂②深基础的地基承载力高③深基础施工需要专门设备④深基础技术较复杂⑤深基础的造价往往较高⑥深基础的工期较长9.1.3桩基础设计的基本要求和内容1.桩基础设计的基本要求（1）所有桩基均应进行承载力和桩身强度计算。对预制桩，尚应进行运输、吊装和锤击等过程中的强度和抗裂验算土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系（2）桩基础沉降验算应符合“建筑地基设计规范”（GB50007=2011）的规定（3）桩基础的抗震承载力验算应符合现行国家标准“建筑抗震设计规范”（GB50011）的有关规定（4）桩基宜选用中、低压缩性的土层作为桩端持力层(5)同一结构单元内的桩基，不宜选用压缩性差异较大的土层作桩端持力层，不宜采用部分摩擦桩和部分端承桩（6）由于欠固结软土、湿陷性土和场地填土的固结，场地大面积堆载、降低地下水位等原因，引起桩周土的沉降大于桩的沉降时，应考虑桩侧负摩阻力对桩基承载力和沉降的影响（无粘性土）土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系（7）对位于坡地、岸边的桩基，应进行桩基整体稳定的验算，桩基应与边坡工程统一规划，同步设计（8）岩溶地区的桩基，当岩溶的上覆土层的稳定性有保证，且桩端持力层承载力与厚度满足要求，可利用上覆土层作为桩端持力层。当必须采用嵌岩桩时，应对岩溶进行施工勘察（9）应考两次桩基施工中挤土效应对桩基及周边环境的影响，在身后饱和软土中不宜采用大片密集有挤土效应桩基（10）应考虑深基坑开挖中，坑底土回弹隆起对桩身受力及桩承载力的影响（11）桩基设计时，应结合地区经验考虑桩、土、承台的共同工作（12）在承台与地下室周围的回填中，应满足填土密实度的要求土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系2.桩基设计的主要内容（1）选择桩的类型与几何尺寸（2）计算单桩承载力（3）确定桩数、桩的布置及承台底面尺寸（4）验算桩基的承载力与沉降（5）桩身结构设计（6）承台设计土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系1.桩的分类（1）按桩的材料分类①木桩常用杉木、松木、柏木、项目支撑，使用时应打入水位0.5m以下，承载力低，易腐朽。②钢筋混凝土桩（包括混凝土桩）混凝土桩是指由素混凝土、钢筋混凝土、或预应力混凝土制成的桩。混凝土强度等级一般采用C20或C25.混凝土桩价格便宜，截面刚度大，抑郁制成各种尺寸的桩，但桩身强度收到材料性能与施工条件的限制，用于超长桩时不能充分发挥地基土对桩的支承能力。钢筋混凝土桩应用较广，长做成实心的方形或圆形，也可以做成十字形截面，可用于承压、抗拔、抗弯等。可工厂预制后打入，也可以现场钻孔灌注混凝土成桩。当桩的截面较大时，也可以做成空心管桩，常通过施加预应力制作管桩，以提高抗裂能力。土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系③钢桩钢桩是指采用钢材制成的灌装与H型钢桩。由于钢桩强度高、承载力大、重量轻、施工方便，可以用于超长桩，钢桩能承受较大的锤击应力，可以进入比较迷失或坚硬的持力层，获得很高的承载力。但钢桩价格比较昂贵，易腐蚀。④组合材料桩有两种材料组成，以发挥各种材料的特点。但造价较高。故只在特殊情况下适用。土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系（2）按土对桩的支承性状分类①端承桩端承桩在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受，此时，桩侧阻力忽略不计摩擦端承桩在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受，桩侧阻力占少部分土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系②摩擦桩摩擦桩在极限承载力的状态下，桩顶荷载是由桩侧阻力承受，即纯摩擦桩。桩端阻力可忽略不计端承摩擦桩在极限承载力的状态下，桩顶荷载主要是由桩侧阻力承受，桩端阻力站少量比例。例如，置于软塑状态粘性土中的长桩土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系2.按桩的使用功能分类1）.竖向抗压桩适用于一般性房屋建筑，主要承受垂直荷载2）.水平受荷桩适用于作为港口工程的板桩、基坑的支护桩主要主要承受水平荷载3）.抗拔桩主要承受拉、拔荷载4）复合受荷桩土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系(3)按桩的施工方法分类①灌注桩灌注桩是指在工程现场设计桩位处通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段，在地基土中形成的孔内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。灌注桩配筋率较低，节省钢材，桩长可随持力层改变，无需接桩与截桩。土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系（1）沉管灌注桩施工过程参见图9-3土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系优点：在钢管内无水环境中沉放钢筋笼和浇灌混凝土，为桩身混凝土的质量提供了保障。缺点：提管速度过快会造成缩颈、夹泥、断桩；沉管过程中产生挤土效应，还可能使混凝土尚未结硬的邻桩被剪断。（2）钻孔灌注桩钻孔灌注桩是指各种在地面用机械方法取土成孔的灌注桩施工过程参见图9-4土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系优点：施工过程无挤土、无振动、噪声小，对邻近建筑物及地下管线危害较小，且桩径不受限制，是城区高层建筑常用桩型。常用直径600mm、800mm、3000mm缺点：泥浆沉淀不宜清除，以致其端部承载力不能充分发挥。（3）挖孔灌注桩是指工人下到井底挖土护壁成孔的灌注桩优点：1.直观性2.能直接测定与控制桩身与桩底的直径与形状等3.干作业4.无挤土影响5.不必用大型机械，造价低缺点：适用于粘性土和地下水位较低的条件，不能在含水沙层中施工土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系•②预制桩•预制桩是借助于专用机械设备将预先制作好的具有一定形状、刚度与构造的桩杆打入、压入或振入土中去的桩型。在工厂或现场地面上制作桩身、然后采用锤击、振动或静压的方法将桩沉至设计标高。每段长度不超过12m。•预制桩的种类：•1）钢筋混凝土桩•可方便地按所需长度、断面形状与尺寸进行制作，材料易得，质量可控制与检验。强度高，刚度大，采用广泛土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系②预应力钢筋混凝土桩强度高、抗裂好③钢桩具有强度高、抗冲击疲劳和贯入能力强，方便割接和运输，质量可靠，沉桩速度快及挤桩效应较小；但造价高，易锈蚀。（2）预制桩的施工工艺沉桩工艺：①锤击式（打桩）采用蒸汽锤、柴油锤、液压锤等依靠沉重的锤芯自由下落以及部分含液压产生的冲击力，将桩体贯入土中，直至设计标高。缺点：产生较大的振动、挤土与噪声，引起邻近建筑物或地下管线的附加沉降或隆起，妨碍人们的正常工作与生活土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系•②静压式•采用液压或机械方法对桩定世家静压力而将桩压入土中设计标高。施工过程中无振动和噪声。示意在软土地带城区施工。但应注意，挤土效应仍不可忽略，也应采取防挤措施。•③振动式•凭借放置在桩顶的振动锤使桩产生振动，从而使桩周土体受扰动或液化，强度和阻力大大降低，使桩在自重与动力荷载作用下沉入土中。•2).灌注桩•灌注桩是指在工程现场设计桩位处通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段，在地基土中形成的孔内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。•灌注桩配筋率较低，节省钢材，桩长可随持力层改变，无需接桩与截桩。土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系（4）按成桩的直径分类①小直径桩凡桩径d≤250mm的桩②中等直径桩凡桩径250mmd800mm的桩长期以来在工业与民用建筑中大量使用③大直径桩凡桩径d≥800mm的桩单桩承载力大，用于高层建筑、重型可实行一柱一桩的结构型。大直径桩的施工质量要求严格。土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系（5）按成桩的设置效应（挤土效应）中分类①挤土桩1）挤土灌注桩如沉管灌注桩2）挤土预制桩如沉管灌注桩挤土效应的积极作用：使非饱和松散土密实，承载力提高。挤土效应的消极作用：若设计与施工不当，地面隆起、桩上抬与移位；未初凝的灌注桩收到挤压后，桩身变细乃至断裂。土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系②部分挤土桩1）部分挤土灌注桩如钻孔灌注桩、局部复打桩2）预钻孔打入式预制桩预钻孔，孔径小于预制桩桩径，然后打入3）打入式敞口桩如钢管桩•③非挤土桩•1）挖孔灌注桩•2）钻孔灌注桩土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系•2.桩基础分类•（1）按承台的位置分类•①高承台桩基•②低承台桩基土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系•（2）按桩轴方向分类•二、任务实施（另布置）土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系•任务11-2桩基础的设计•一、理论知识•1.收集资料•所需的资料有：上部结构形式、荷载工程地质报告、材料来源、施工设备、施工人员及管理人员的施工经验与水平等，•2.桩基类型的选择•应根据建筑结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层情况、桩端持力层的情况、地下水位情况、施工队伍水平与经验、制桩材料供应及施工工艺设备条件综合考虑•当桩所穿越的土中有大孤石或坚硬夹层时，不宜采用预制桩；当土层分布很不均匀时，宜采用灌注桩。在同一建筑场地，宜采用同一类型的桩。土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系•（1）确定桩径•可根据各类桩的特点及常用尺寸来选择。•预制方桩的截面尺寸一般在300mm×300mm、500mm×500mm范围内选择。灌注桩的直径一般可在300mm——1200mm范围内选择。土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系•（2）确定桩长•桩长——承台底到桩端的长度尺寸。•确定桩长即是选择持力层与桩端进入持力层深度的问题。•坚实土层和岩石最适宜作为桩端持力层。在允许的深度范围内，若无坚实土层，可选中等强度的土层作为持力层。•桩端进入坚硬持力层深度应满足：对粘性土和粉土，不宜小于2——3倍桩径；对沙土，不宜小于1.5倍桩径；对碎石土，不宜小于1倍桩径；嵌岩桩嵌入中等风华或微风化掩体的最小深度，不宜小于0.5m；桩端以下坚实土层的厚度，不宜小于5倍桩径；嵌岩桩在桩底以下3倍桩径。土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系•关于桩长有：•①桩的入土深度——从挑染地面至桩端的距离•②有效桩长——土中的桩长部分（不计桩尖部分）•③设计桩长——为有效桩长加上嵌入承台部分和桩尖部分土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系•1.确定桩的数量•桩基中心受压时：•n≥(Fk+Gk)/Ra•桩基偏心受压时：•n≥μ(Fk+Gk)/Ra式中：•n——桩数•Fk——相应于荷载效应标准组合时，作用于承台顶面的竖向荷载，kN•Gk——承台自重与承台上土自重标准值，kNRa——单桩竖向承载力特征值，kN•μ——系数，取1.1——1.2土力学与地基基础魏丹丹硅湖职业技术学院土建系•(4)桩的平面布置•桩的间距——桩的中心距，一般取3——4倍桩径。间距过大，增加承台的面积和用料，太小则使摩