8桩基础.

1第8章桩基础基本内容：概述桩的分类竖向荷载下单桩的工作性能单桩竖向承载力的确定桩水平承载力与位移群桩基础计算桩基础设计2第1节概述如果建筑场地浅层的土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求、而又不宜采取地基处理措施时，就需要考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的深基础方案。深基础主要有桩基础、沉井基础、墩基础和地下连续墙等几种类型，其中桩基础是应用最为广泛的一类深基础。3桩：设置于土中的竖直或倾斜的柱型构件，在竖向荷载作用下，通过桩土之间的摩擦力（桩侧摩阻力）和桩端土的承载力（桩端阻力）来承受和传递上部结构的荷载。桩基础：桩与连接桩顶的承台共同组成桩基础，简称桩基。4单桩基础：采用一根桩（通常为大直径桩）以承受和传递上部结构（通常为柱）荷载的独立基础。群桩基础：由2根以上桩组成的桩基础。基桩：群桩基础中的单桩，通常称为基础桩，或简称为基桩。承台的作用：把群桩联结成整体，将上部结构传来的荷载传递给群桩。根据承台位置可以把桩基础分为低承台桩基（或称低桩承台基础）和高承台桩基（或称高桩承台基础。5桩基础通常作为荷载较大的结构（建筑）物的基础，具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、便于机械化施工、适应性强等特点。对下述情况，一般可考虑选用桩基础方案：1.地基上层土的土质太差而下层土的土质较好；或地基土软硬不均；或荷载不均，不能满足上部结构对不均匀变形限制的要求。2.地基软弱或地基土性特殊，如存在较深厚的软土、可液化土层、自重湿陷性黄土、膨胀土及季节性冻土等，采用地基改良和加固措施不合适。3.除承受较大竖向荷载外，尚有较大的偏心荷载、水平荷载、动力或周期性荷载作用。一、桩基础的适用性64.上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感；或建筑物受到大面积地面超载的影响。5.地下水位很高，采用其它基础型式施工困难；或位于水中的构筑物基础，如桥梁、码头、采油平台等。6.需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。桩基础设计也应注意满足地基承载力和变形这两项基本要求。78按行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94－94），建筑桩基设计与建筑结构设计一样，应采用以概率理论为基础的极限状态设计法，并按极限状态设计表达式计算。桩基的极限状态分为下列两类：1.承载能力极限状态对应于桩基受荷达到最大承载能力导致整体失稳或发生不适于继续承载的变形；2.正常使用极限状态对应于桩基变形达到为保证建筑物正常使用所规定的限值或桩基达到耐久性要求的某项限值。二、桩基设计原则9根据桩基损坏造成建筑物的破坏后果（危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响）的严重性，采用三级划分。建筑桩基基安全等级安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要的工业与民用建筑物；对桩基变形有特殊要求的工业建筑物二级严重一般的工业与民用建筑物三级不严重次要的建筑物10第2节桩的分类一、按承载性状分类根据竖向荷载下桩土相互作用特点，达到承载力极限状态时，桩侧与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比例，将桩分为摩擦型桩和端承型桩两大类。摩擦型桩：摩擦桩端承摩擦桩端承型桩：端承桩摩擦端承桩二、按施工方法分类预制桩灌注桩预制桩——预制桩的常见形式有实心方桩和预应力管桩，成桩方法主要有锤击、静压、振动。11①锤击式这种方法是用桩锤把桩击入地基的沉桩方法。锤击法的主要设备包括桩架、桩锤动力设备与起吊设备等，常用的桩锤有蒸汽锤、柴油锤、液压锤等。这种方法会产生较大的振动、挤土和噪声，引起邻近建筑物或地下管线的附加沉降或隆起，故施工时应加强对邻近建筑物和地下管线的变形监测和施工控制，并采取周密的防护措施。适用于：松软土地质条件和较空旷的地区。②静压式这种方法采用静力压桩机，将预制桩压入地基中，最适宜于均质软土地基。优点：无噪声、无振动。但挤土效应仍不可忽略。12③振动式这种方法是在桩顶装上振动器，使预制桩随着振动下沉至设计标高。适用于：砂土地基，尤其在地下水位以下的砂土,受振动使砂土发生液化,桩易于下沉.振动法对于桩的自重不大的钢桩的沉桩效果最好。这种方法不适合一般的粘土地基。振动式施工时应考虑振动、噪音和挤土效应的影响。沉桩控制标准沉桩控制标准，应根据下列两项要求进行控制：①桩端设计标高：桩底全端面进入桩端持力层一定深度。②最后贯入度（或压桩力）。13灌注桩——为在建筑工地现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。灌注桩有沉管灌注桩、钻孔灌注桩、人工挖孔桩、夯扩桩。14沉管灌注桩的优点：在钢管内无水环境中沉放钢筋和浇灌混凝土，从而为桩身混凝土的质量提供了保障。沉管灌注桩的缺点：a.拔除套管时，如果提管速度过快会造成缩颈、夹泥，甚至断桩；b.沉管过程的挤土效应除产生与预制桩类似的影响外，还可能使混凝土尚未结硬的邻桩被剪断。对策：a.控制提管速度；b.采取“跳打”顺序施工。1516优点：施工过程中无挤土、无振动、噪音小，对邻近建筑物及地下管线危害较小，且桩径不受限制。缺点：泥浆沉淀不易清除，影响端部承载力的充分发挥，并造成较大沉降。17三、按桩身材料分类可分为木桩，混凝土桩，钢桩，组合桩等。四、按设置效应分类1.非挤土桩包括干作业挖孔桩，泥浆护壁钻（冲）孔桩，套管护壁灌注桩等。这类在成桩过程中基本对桩相邻土不产生挤土效应的桩，称为非挤土桩。其设备噪音较挤土桩小，而废泥浆、弃土运输等可能会对周围环境造成影响。182.部分挤土桩冲击成孔灌注桩、预钻孔打入式预制桩、敞口钢管桩等，在桩的打入过程中对桩周土体稍有排挤作用，但土的强度和变形性质变化不大。3.挤土桩实心的预制桩、下端封闭的管桩及沉管灌注桩等在锤击和振动过程中都将桩位处的土体大理排挤开，使土的结构严重扰动，对土的强度及变形性质影响较大。19五、按桩径大小分类1.小桩桩径d≤250mm。由于桩径小，施工机械，施工场地及施工方法一般较为简单。小桩多用于基础加固（树根桩或锚杆静压桩）及复合桩基础。2.中等直径桩250mmd800mm。这类桩长期以来在工业与民用建筑物中大量使用，成桩方法和工艺繁多。3.大直径桩桩径d≥800mm。近年来的发展较快，应用范围逐渐增大。因为桩径大且桩端还可以扩大，因此，单桩承载力较高。20第3节竖向荷载下单桩的工作性能孤立的一根桩称为单桩，群桩中性能不受邻桩影响的一根桩可视为单桩。单桩工作性能的研究是单桩承载力分析理论的基础。通过桩土相互作用分析，了解桩土间的传力途径和单桩承载力的构成及其发展过程，以及单桩的破坏机理等。21一．单桩轴向荷载的传递在轴向荷载作用下，桩身将发生压缩变形；同时桩顶部分荷载通过桩身传递到桩底，致使桩底土层发生压缩变形，这两部分压缩变形之和构成桩顶轴向位移。桩通过桩侧阻力和桩端阻力将荷载传递给土体，即土对桩的支承力由桩侧阻力和桩端阻力两部分组成。2223由桩底土层的压缩变形导致的桩端位移加大了由于桩身的压缩变形引起的桩身各截面的位移，并促使桩侧摩阻力进一步发挥。一般来说，靠近桩身上部土层的摩阻力先于下部土层发挥出来，桩侧阻力先于桩端阻力发挥出来。1zzpdNudz摩阻力与轴力的关系24把桩视作线性变形体，其净横截面面积为，弹性模量为，则桩顶沉降及任意截面的位移为pEpA0zdzNEAszzppz0125二、桩侧摩阻力和桩端阻力桩侧摩阻力是桩截面对桩周土的相对位移的函数，可用下图中的曲线OCD表示，且常简化为折线OAB。AB段表示一旦桩土界面相对滑移超过某一极限值，侧摩阻力将保持极限值不变。桩截面位移桩侧摩阻力OCDAB26极限摩阻力可用类似于土的抗剪强度的库伦表达式：vsxKvuaxatanc式中ca和a为桩侧表面与土之间的附着力和摩擦角，x为深度z处作用于桩侧表面的法向压力，它与桩侧土的竖向有效应力成正比例，即：式中Ks为桩侧土的侧压力系数，对挤土桩，K0KsKp；对非挤土桩，因桩孔中土被清除，而使KaKsK0。Ka、K0和Kp分别为主动、静止和被动土压力系数。27采用上述公式计算深度z处的单位侧阻时，如取zv则侧阻将随深度线性增大。然而砂土中的模型桩试验表明，当桩入土深度达到某一临界值后，侧阻就不随深度增加了，这个现象称为侧阻的深度效应。综上所述，桩侧极限摩阻力与所在的深度、土的类别和性质、成桩方法等许多因素有关。28但是，桩侧摩阻力达到极限值所需的桩土滑移极限值则与土的类别有关、而与桩径大小无关，根据试验资料约为4~6mm（对粘性土）或6~10mm（对砂类土）。增加桩顶荷载，桩身位移增大，桩侧摩阻力从上段到下段渐次发挥。当桩身全长的摩阻力都达到之后，桩顶荷载增量就全归桩端阻力承担。当桩端入土深度小于某临界值时，极限端阻随深度线性增加。桩端阻力的发挥滞后于桩侧阻力,其到达极限时所需的桩底位移值比桩侧阻力到达极限时所需的桩身截面位移值大得多。29单桩在轴向荷载作用下，其破坏模式主要取决于桩周土的抗剪强度，桩端支承情况，桩的尺寸以及桩的类型等条件。单桩的破坏模式：屈曲破坏桩底支承在坚硬土层或岩层上整体剪切破坏有足够强度的桩穿过抗剪强度较低的土层，达到强度较高的土层，且桩的长度不大刺入破坏桩的入土深度较大或桩周土层抗剪强度较均匀三、单桩的破坏模式3031桩土之间相对位移的方向，对于荷载传递的影响很大。在土层相对于桩侧向下位移时，产生于桩侧的向下的摩阻力称为负摩阻力。位于桩周欠固结的软粘土或新填土在重力作用产生固结大面积堆载使桩周土层压密在正常固结或弱超固结的软粘土地区，由于地下水位全面降低(例如长期抽取地下水)，致使有效应力增加，因而引起大面积沉降自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷，打桩时使已设置的邻桩抬升等。引起桩侧负摩阻力的条件：桩侧土体下沉必须大于桩的下沉四、桩侧负摩阻力3233中性点：桩周土与桩截面沉降相等，两者无相对位移发生，其摩阻力为零，这种摩阻力为零的点称为中性点。中性点的深度可查表8.3。单桩负摩阻力标准值的计算：nsiniq经验公式nsiuqc软土中等强度粘土35nisiNq砂土桩侧总负摩阻力nnpsiiQuql34消除负摩擦的措施负摩擦会加大沉降，使桩或土破坏。一般涂适当粘度的沥青以减小负摩擦。35第4节单桩竖向承载力的确定单桩竖向极限承载力：单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载。桩本身的材料强度土层的支承力按材料强度计算单-桩承载力时，可把桩视作轴心受压杆件。-桩的稳定系数，对低承台桩基取1。-工作条件系数，预制桩取0.75，灌注桩取0.6-0.7ccpygRfAfAc36根据土层的支承力确定单桩承载力的方法有多种。通过包括静载荷试验等各种方法综合考虑。按静载荷试验确定在同一条件下，进行静载荷试验的桩数不宜少于总桩数的1%，工程桩总桩数在50根以内时不应少于2根，其他情况不应少于3根。大量排土桩设置后宜隔一段时间才开始静载荷试验。由于土体因打桩扰动而降低的强度有待随时间而恢复，在桩身强度达到设计要求的前提下，桩设置后开始载荷试验所需的间歇时间：对于砂类土不得少于10天；粉土和粘性土不得少于15天，饱和软粘土不得少于25天。37试验装置包括加荷稳压部分、提供反力部分和沉降观测部分38试验时，逐级加载，每级荷载值为单桩承载力设计值的1/5-1/8，每级荷载下桩顶沉降稳定后，再施加下一级荷载直到试桩破坏。终止加载条件：某级荷载下，桩顶沉降量为前一级荷载下沉降量的5倍；某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的2倍，且经24小时尚未达到相对稳定；已达锚桩最大抗拔力或压重平台的最大质量。39根据试验记录，可绘制各种试验曲线，如荷载—桩顶沉降(Q-s)曲线和沉降·时间(s-logt)曲线等，并由这些曲线的特征判断桩的极限荷载。40u11nuiiQQnuk0.15nuQQ取uk0.15nuQQ取41按土的抗剪强度指标确定国外广泛采用的、以土力学原理为基础的单桩极限承载力公式。单桩极限承载力Qu由总极限侧阻力Qsu和总极限端阻力Qpu组成，若忽略二者间的相互