4.1 桩基础概述分类及特点

桩基础pilefoundation4.1概述4.2竖向荷载作用下单桩工作性能4.3竖向荷载作用下单桩承载力计算4.4水平荷载作用下桩基计算4.5桩基沉降计算4.6桩基承台设计与计算4.7桩基常规设计步骤4.8变刚度调平设计本章目录新加坡发展银行,四墩,每墩直径7.3m将荷载传递到下部好土层,承载力高风化砂岩及粉砂岩部分风化及不风化泥岩软土层将荷载传递到下部好土层承台桩可为独立、条形、筏、箱4.1.1基本概念桩—设置于土中的竖直或倾斜的柱型基础构件，其横截面尺寸比长度小得多。承台—把各桩连成一整体，把上部结构传来的荷载转换、调整分配于各桩，由穿过软弱土层或水的桩传递到深部较坚硬、压缩性小的土层或岩层。桩基—桩与连接桩顶和上部结构的承台组成深基础，简称桩基。复合桩基—基桩和承台下地基土共同承担荷载的桩基复合基桩—单桩及其对应面积的承台下地基土组成的复合承载基桩早期：木桩后来：钢筋混凝土桩•优点1)承载力大，沉降小,稳定性高2)抗风、抗震、抗液化性能好3)能用于复杂的受力方式：抗拔（抗浮桩）、横向力（护坡桩）•缺点1)比浅基、复合地基造价高;2)比一般浅基础施工复杂（较沉井、沉箱容易）;3)打入桩（噪音）、灌注桩（场地环境卫生）;4)工作机理复杂;4.1.2适用范围桩基的适用范围：1、高层建筑结构、高耸构筑物及重型厂房，对基础沉降方面及不均匀沉降要求严格；2、施工方面的条件限制不能进行软土处理也不适合其他深基础；3、地震区地基或者复杂特殊类土；4、栈桥、码头、海上采油平台、管道等工程需要高桩基础5、承受较大水平力或力矩的高耸结构（烟囱、水塔）6、受水流冲刷作用的桥墩及公路、铁路等4.1.3桩基设计内容•桩的类型和几何尺寸选择•单桩竖向、水平承载力特征值确定•确定桩的数量、间距及平面布置•桩基础承载力和地基沉降验算•桩身结构设计•承台设计•绘制桩基施工图4.1.4桩基础的设计原则（一）极限状态承载力极限状态桩基达到最大承载能力、整体失稳或发生适于继续承载的变形；正常使用极限状态桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值。4.1.4桩基础的设计原则（二）桩基设计等级设计等级建筑类型甲级（1）重要的建筑；（2）30层以上或高度超过100m的高层建筑；（3）体型复杂且层数相差超过10层的高低层(含纯地下室)连体建筑；（4）20层以上框架－核心筒结构及其他对差异沉降有特殊要求的建筑；（5）场地和地基条件复杂的7层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑；（6）对相邻既有工程影响较大的建筑乙级除甲级、丙级以外的建筑丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的7层及7层以下的一般建筑4.1.4桩基础的设计原则（三）作用效应组合1．确定桩数和布桩时，应采用传至承台底面的荷载效应标准组合；相应的抗力应采用基桩或复合基桩承载力特征值。2．计算荷载作用下的桩基沉降和水平位移时，应采用荷载效应准永久组合；计算水平地震作用、风载作用下的桩基水平位移时，应采用水平地震作用、风载效应标准组合。3．验算坡地、岸边建筑桩基的整体稳定性时，应采用荷载效应标准组合；抗震设防区，应采用地震作用效应和荷载效应的标准组合。4．在计算桩基结构承载力、确定尺寸和配筋时，应采用传至承台顶面的荷载效应基本组合。当进行承台和桩身裂缝控制验算时，应分别采用荷载效应标准组合和荷载效应准永久组合。5．桩基结构安全等级、结构设计使用年限和结构重要性系数γ0应按现行有关建筑结构规范的规定采用，除临时性建筑外，重要性系数γ0不应小于1.0。6．对桩基结构进行抗震验算时，其承载力调整系数γRE应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011)的规定采用。4.1.4桩基础的设计原则（四）设计基本原则承载力计算和稳定性计算（6方面）桩基沉降计算（3方面）水平荷载较大时，应计算桩基水平位移桩和承台正截面的抗裂和裂缝宽度验算特殊条件下的桩基4.2基桩的分类与特点桩的分类：包括桩的类别和桩基类别1、桩基类别高承台桩低承台桩承台在地面以上(水下)桥桩,码头,栈桥承台在地面以下,承台本身可以承担部分荷载高承台桩端承摩擦桩桩擦摩摩擦型桩摩擦端承桩桩承端端承型桩桩端土差、桩很长、灌注桩清底差桩端为岩石、扩底桩桩顶极限荷载绝大部分由桩侧阻力承受，桩端阻力很小可忽略不计桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，桩侧阻力分担的荷载大于桩端阻力。桩顶极限荷载绝大部分由桩端阻力承受，桩侧阻力很小可忽略不计。桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，桩端阻力分担的荷载大于桩侧阻力。基桩分类：（一）按承载性状（荷载传递方式）侧阻端阻2020年5月28日星期四•根据成桩方法对桩周土地影响，桩分为挤土桩、部分挤土桩、非挤土桩1.挤土桩、部分挤土桩、非挤土桩(1)挤土桩:打入时将桩位大量土排挤开粘性土：由于重塑作用降低了强度；非密实无粘性：振动挤密提高抗剪强度(2)部分挤土桩:土原状结构和工程性质变化不大。例如：开口钢管、H型钢(3)非挤土桩.将桩同体积的土挖出，土没有排挤，但应力松弛，侧阻力减少。基桩分类：（二）按成桩方法2020年5月28日星期四2、挤土桩的成桩效应•实心的预制桩、下端封闭的管桩等，在桩位处将土大量挤开。•土性质不同，挤土效应差别很大。•一般来说，松散的非粘性土挤密效果好，密实或饱和粘土挤密效果一般。2020年5月28日星期四(1)粘土中挤土桩成桩效应•桩侧土受到挤压、重塑、扰动。•根据扰动程度，桩周土划分为三个区：•重塑区Ⅰ；（塑性区）•部分扰动区Ⅱ；（塑性区）•非扰动区Ⅲ；（弹性区）2020年5月28日星期四(2)砂土中挤土桩的成桩效应非密实砂土中的挤土桩，桩周土因侧向挤压使部分颗粒被压碎及土颗粒重新排列而趋于密实。(3)饱和粘性土中挤土摩擦型桩承载力的时间效应机理：①沉桩引起的超孔隙水压力在沉桩挤压应力作用下消散，桩周土再固结，强度随时间增长。②因土的触变作用，桩周土强度随时间恢复。时间效应的特点：增长幅度与桩径、桩长有关，桩径、长度越大，增长幅度越大。2020年5月28日星期四3．非挤土桩的成桩效在成孔过程中，随着孔壁四周土侧向应力的解除，导致桩周土体强度削弱，桩侧阻力随着降低。•桩侧阻力的降低幅度与土性、有无护壁、孔径大小等因素有关。2020年5月28日星期四2020年5月28日星期四2020年5月28日星期四按桩径大小分:•小直径桩d≤250mm•中直径桩250d800mm•大直径桩d≥800mm按长径比l/d分：•短桩：l/d10；•中长：l/d10；•长桩：l/d40•超长桩：l/d100基桩分类：（三）按桩径大小2020年5月28日星期四•按桩体材料分：–木桩：现用于抢险、临时加固等（松木、杉木，桩径160~260mm，长4~6m)–混凝土桩：由素混凝土、钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土PHC、PC桩（离心预制300~600mm,长5-13m)–钢桩：采用钢材制成的管桩和H型钢桩–复合材料桩：由两种材料组合而成的桩，如钢管混凝土桩2020年5月28日星期四棱型桩钢管桩工字型桩异型桩实心圆桩管（空心圆）桩三角桩方桩按横断面形状分2020年5月28日星期四按纵断面形状分•楔形桩•十字桩扩底桩螺旋桩dD•按桩的使用功能竖向抗压桩竖向抗拔桩水平受荷桩复合受荷桩基桩分类（四）：按施工方法分：预制桩和灌注桩预制桩（方桩300~500mm，分节长度不大于12m；管桩300~600mm，长度5~15m；钢管250~1200mm。)工厂或现场预制锤击振动静压成桩特点：•强度高，抗裂性好，施工方便•地面隆起，桩的上浮、侧移、断裂•桩径受限•噪音扰民4.1概述灌注桩现场成孔浇注混凝土成桩特点：•无噪音，桩径、桩长不受限•泥浆护壁作用(钻、冲孔)•泥皮，桩端虚土•缩颈、断桩钻(冲)孔沉管锤击-振动-内击挖孔(爆扩)后压浆动测法检测33桩制作34桩制作•编钢筋笼35•方桩36•管桩3738放线工在放桩位，一般是用全站仪，这次用的经纬仪。39放好桩位后，桩机转场就位40打桩前对桩材进行检查41开始打桩42在接第二节桩之前对桩材的法兰盘进行除锈43接第二节桩44上下两节桩对好，并校好顺直度后，进行焊接现在一般用CO2气保焊45等焊缝冷却后再进行一次锤击沉桩，冷却时间规范要求1分钟以上46如有上节桩再继续接桩锤击，如没有了就用送桩器进行送桩47挖出来的成桩48振动沉管灌注桩49505152旋挖桩535455挖孔灌注桩挖孔桩人工挖孔桩示例565758594.1概述侧阻端阻使用规范1《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）2《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）3《建筑桩基技术规范》（GBJ7-94）4《建筑桩基设计规范》（JGJ94-2008）本节结束62桩基础的设计步骤No结构、地质和环境资料桩型、桩长、断面桩数和布置验算单桩承载力桩基沉降验算承台与桩身设计计算设计结束单桩承载力特征值RaNo荷载、持力层、相邻建筑根据施工条件决定桩型根据持力层深度确定桩长根据荷载大小决定桩截面桩端进入持力层深度：1～3d，进入较好岩体0.5m。桩端下持力层厚度4d。根据第二节的方法确定单桩承载力特征值1单桩的静载荷试验2其他现场试验3原位测试4经验方法初估桩数nFk竖向荷载效应的标准组合Gk设计地面下承台底面以上结构和土的自重，容重用19.6kN/m3桩距摩擦桩一般3d扩底灌注桩扩底直径的1.5倍群桩承载力合力作用点与长期荷载的重心重合akkRGFn承载力验算采用正常使用极限状态下荷载效应的标准组合沉降验算采用正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合承台和桩身强度验算时采用正常使用极限状态下荷载效应的基本组合承台尺寸、厚度承台的抗冲切、抗弯、抗剪验算钢筋混凝土桩的配筋等设计