桩基设计与施工

1桩基设计与施工学生姓名：王志鹏班级：勘查1201学号：3120604109课程：岩土工程概论2摘要桩基是建筑的基础，且有专门设计师与施工方法。内容上以工业与民用建筑桩基工程为主，兼顾交通、港口、桥梁、水利、电力等领域的桩基工程。它包括桩基工程学基本原理和计算方法、施工方法、检测方法，每年都有一些新成果、新理论、新技术、新方法被提出，桩基的适用范围和局限性表明各个地域桩基施工各不相同。桩基工程分为桩基工程勘察、抗压桩受力性状、桩基沉降计算、抗拔桩受力性状、水平桩受力性状、桩基础设计、桩基工程施工、支护桩设计、桩基工程试验与检测。进入这门学科，必须先理解桩基工程基本概念、基本原理和基本计算方法，并结合计算实例和工程实例分析桩基工程问题的解决思路；当然，除了桩基工程学的基本理论知识，实践技能及创新能力也是必不可少的。关键词桩基检测，桩基持力层，桩基承载力，地面沉降变形,地基基础设计正文桩基的设计：承载力设计：（单桩承载力）如图（1）桩基在竖向荷载作用下,第i根桩承受的轴向力Qi（吨）为3式中N为作用在桩基上的竖向荷载；G为桩承台自重和桩承台上覆土重；n为桩数；Mx、My为作用在桩承台底面对桩基每一根主轴的力矩；xi、yi为自桩基主轴至第i根桩的距离。桩基中每一根桩承受的平均轴向压力，要小于单桩轴向受压容许承载力；如桩受到轴向拉力，它所承受的平均轴向拉力要小于单桩轴向受拉容许承载力。图（1）当桩基受到水平荷载作用时，桩所承受的水平力要小于单桩水平容许承载力。对于高桩码头等构筑物的桩基，在水平荷载作用下，其最大弯矩应小于桩身的抵抗弯矩；其水平位移应小于结构的容许水平位移。确定单桩容许承载力，要结合工程的重要性、使用要求、荷载性质、桩制作质量的可靠性以及桩的布置等条件，并考虑适当的安全储备。如果桩周土体因自重固结、湿陷或地面堆载等产生的压缩大于桩的下沉时，则还要考虑桩侧负摩擦力的影响。群桩承载力群桩极限承载力рG并不一定等于各单桩极限承载力рu之和。两者的比值称为群桩系数η且参考自---中国建筑学会地基基础学术委员会：《1981年桩基工程学术会议论文选集》，中国建筑工业出版社，北京，1982。若没达到桩基应有的承载力就会产生桩基沉降（包括平均沉降和差异沉降）与天然地基相比,桩基的平均沉降速度（毫米/日）小，收敛快，平均沉降量和不平均值都较小，所以建筑物对桩基沉降的适应能力要比对天然地基沉降的适应能力4好得多。因此，桩基上的建筑物采用天然地基上同类建筑物的容许沉降值是安全的。许多人在设计时经常构建模型在进行设计实验，最后才进行施工。常用作地基模型的有以下三种：1.弹性半空间模型介绍一种模型：文克尔地基模型(一种最简单的线弹性模型)，它假定地基土界面上任一点处的沉降w(X，y)与该点所承受的压力强度p(X，y)成正比，而与其他点上的压力无关。其特征函数为最简单的线性显示：p(x，y)一kW(X，y)(3)式中：k——基床系数，kN／ms或N／cms。文克尔地基模型的特征是把土体视为一系列侧面元摩擦的土柱或彼此独立的竖向弹簧，在荷载作用区域下产生与压力成正比的沉降，而在此区域外的位移为零。参考自----吴强：《地基基础设计中的土与结构共同作用问题分析》第九期，255还有双参数和三参数模型～文克尔地基模型的改进，弹性半空间模型两种也是比较常见的模型就不在此列出。此外，设计过程还要特别注意的事合法性。1974年颁布了《工业与民用建筑地基基础设计规范》（TJ7-74），建立了适合于我国各主要土类的土的物理力学性质指标与地基容许承载力[R]的关系表。采用允许承载力法进行基础设计。1989年地基规范修订时，由于《建筑结构设计统一标准》（GBJ68-84）的实施，将设计统一分为承载能力极限状态与正常使用极限状态，以荷载设计值与荷载标准值分别对应这两种状态。地基设计时，不得不从原有的允许承载力的方法，调整为地基承载力设计值的做法，但保留了安全系数K的概念。2002年地基规范明确了岩土工程在可靠度设计方法上的一定的特殊性，地基承载力取特征值。回到了允许承载力的概念，明确规定了按变形设计则、方法使建筑地基设计原则与长期的工程经验实行了一致和统一。---参考自《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）。北京：中国建筑工业出版社，2002。还有就是在不同地区采用不同设计方案的问题。例如静压桩的适用性问题：目前，几乎所有可以采用打入式施工的混凝土桩都能采用静压法沉桩。然而，静5压法沉桩的应用也遇到了麻烦。经专家研究认为，当地表软弱土层较厚，压桩法施工中移动压桩机时，因机器重量较大，可能导致桩身倾斜；若再加上厚厚的软弱土层下有较坚硬的土层，就容易发生断桩。这一现象表明，在地表软弱土层较厚的情况下选用压桩施工方法时必须谨慎。如果能对压桩机的移动作出改进，使之对已打入土层中的桩不造成影响，那么对静压桩使用的限制自然可以取消。当这一改进措施尚未实现，而现有压桩机需要继续使用时，就必须从结构专业的角度，对静压桩的使用作出限制。目前的研究分析表明，影响静压桩垂直度及导致断桩的主要因素是：一是压桩机移动时的影响力大小；二是预制桩抵抗附加侧向作用能力的大小；三是桩在软土中的长度与桩长之比；四是上层软土与下层硬土抵御受挤压变型的能力之比。还需要考虑的事软土地基设计。它的关键是控制地基变形问题。桩基和条形基础、弹性地基梁、箱形基础、筏板基础等基础形式，对解决地基沉降和不均匀沉降都有明显的效果，但造价都很高。对于一般性建筑物，可以采用以下几种措施来控制地基变形：（1）在结构类型较简单，地基较均匀的条件下，采用相同的基础形式和相同的埋深对防止地基沉降和不均匀沉降是有利的。（2）在结构类型较复杂，地基差异较大的情况下，根据地质资料估算地基变形。根据变形情况采用不同的基础形式和不同的埋深来调整地基沉降量，使同一建筑物各部分沉降均匀。（3）通过调整基础底面积，采用不同的基底压力来控制地基变形差异，使地基沉降均匀。（4）在考虑建筑整体刚度的同时，恰当地加强基础强度，减少地基不均匀沉降。参考自----陈清云.《地基设计若干问题之辨析》现场的施工：关于施工，最主要的还是质疑精神和创新精神，不能一贯“例行公事”，在一些特殊地方，或是设计中的盲点更不能装傻糊弄过去。例如在《岩石力学与工程学报》第32卷第9期所提到的低温多年冻土地基大直径钻孔灌注桩未回冻状态承载性质试验研究文中说到冻土获得夏季灌注桩混凝土入模温度为11℃，不同龄期桩土体系的地温分布，并分析桩土体系的回冻过程。测试数据表明：混凝土灌注完成30d以后，桩顶至地表下2m为正温，地表下2m到桩底桩身表面均为负温，在－60.43℃～－1.26℃范围内变化；灌注50d以后，桩土界面地温逐渐降低，为－1.0℃～－1.85℃，与未受扰动天然地基地温相比，桩土体系尚未完全回冻。同时进行不同地温条件下基桩的现场静载试验，分析竖向承载力、变形及桩侧摩阻(或冻结力)分布特性。当加载到最大荷载(7600kN)时，桩顶竖向位移达到4.93mm，卸载后未恢复的变形为1.01mm，说明低温多年冻土地基钻孔灌注桩在未完全回冻状态下(试桩龄期30d)基桩具有较高竖向承载力，且变形量小。由以上abcd四图的地温测试结果分析可知，试桩灌注后不同时间、不同测温孔特征断面(地表下2.0m处即天然冻土上限和桩端)的地温数据见表1，试桩桩壁孔特征断面地温曲线如图3所示。从地温变化曲线可知，低温多年冻土区基桩7回冻在地表下2.0m即天然冻土上限处和桩端地温变化率分别为0.28，0.33℃/d。除了一些特殊点，在实地施工中，测量也是整个设计施工中的基础和重点，他直接与设计者的想法还有施工的难易度挂钩。地表土壤湿度的测量：可以测量土壤湿度的新技术［１，２］最近几年引起了人们的注意．它利用导航星座包括ＧＰＳ、中国的北斗星座、Ｇａｌｉｌｅｏ和ＧＬＯＮＡＳＳ等发射的信号，测量经过土壤反射的信号，得到土壤湿度，实际上是利用了卫星和地面的接收机，构成一种双基地雷达．这种技术具有下列的特点：（１）Ｌ波段反射信号对土壤水分十分敏感，利于准确地反演土壤湿度．（２）Ｌ波段ＧＮＳＳ信号可在一定的云雨天气下工作接收机属于被动接收方式，身不发射信号，所以体积和重量小，相比机载和星载ＳＡＲ雷达具有低成本的优势．（４）ＧＮＳ接收机可以利用直达信号进行定位解算，具有自定位能力和自定时能力，对数据处理、定位、传感器休眠及调度具有优势，易于进入地理信息系统，也易于组建大范围的土壤湿度观测网．图（A）图(A)为利用法测量土壤湿度的示意图----引自严颂华《地球物理学报》第54卷11期8同样是湿度测量假若要在弹性地形安置运输管道。则必须对弹塑性地基模型的湿陷性黄土地段悬空管道受力分析。当埋设管道的土层发生湿陷时，管道的力学模型可以简化为理想弹塑性基础上的连续梁模型(图1)。考虑到对称性，以悬空段管道中点为坐标原点建立直角坐标系，管道轴向方向为石方向，垂直轴向为y方向。由此建立数学模型求定解条件和模型求解，便可得到结论。----参考自王同涛《中国石油大学学报》第34卷第4期关于地下室：在房屋建设中，桩基可谓是一栋房屋最重要的东西。”假如没有地下室，基础非常优秀，受力性也不高的话，可以使用单独的基础，桩基要结合相关规定，分析是不是要设置基础系梁。2)有地下室且有防水要求时，如地基较好，可选用9混凝土单独立基础加防水板做法。防水板下宜铺一定厚度的易压缩材料，以减小柱基沉降的不利影响。3)有地下室且有防水要求时，如地基较差，可选用筏形基础(有梁或无梁)。4)有地下室的单独柱基础，基础的底面到地下室地面的距离，不宜小于1m，针对那些防水规定很是严苛的，要在板材之下铺上一些防水物质，或是在其上设置架空层。”（---艾力木古丽·木合力甫《浅析地基基础设计》193页）结束语：一个学期的学习补充了我们在课外所不能普及的知识，所有老师都是已经在工地或者设计院中进行工作过，虽然教授的经验没有音乐的悦耳但却实打实地让我们知道岩土工程工作中在实地中遇到的状况和解决方法，让我们懂得在桩基的设计与施工中许多方法都是有着异曲同工之处，在面临不同环境情况下，创造出不同的桩基模型都离不开基本力学，材料知识。总之，我们要把规范、经验等和实际情况相结合，既不经验主义，也不教条主义，根据实际情况制定合理方案。