第八节 桩基础

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第八节　深基础第一节　概述一、深基础类型1.桩基础2.地下连续墙3.沉井（箱）基础 地下连续墙导墙 二、桩基础的适用性 三、桩基的设计原则：按变形控制设计1.桩基中单桩所承受的荷载应满足单桩承载力计算的有关规定；2.对以下建筑物柱基应进行沉降验算：（1）地基基础设计等级为甲级的建筑物桩基。（2）桩体复杂、荷载不均匀或桩端以下存在软弱土层的设计等级为乙级的建筑物桩基。（3）摩擦型桩基3.位于坡地岸边的桩基应进行稳定性验算。 四、桩基设计内容简述1.选择桩的材料、类型及截面尺寸和桩长；2.确定单桩竖向和水平方向承载力特征值；3.初步确定桩数、桩的间距，并进行平面布置、初步确定承台面积；4.进行桩基承载力验算；5.必要时进行桩基沉降验算；6.进行桩身结构设计；7.进行承台结构设计；8.绘制桩基施工图，编写施工说明。 第二节桩的类型一、根据承台与地面的相对位置分类1.低承台桩基：承台底面位于地面以下。2.高承台桩基：承台底面位于地面以上。二、根据施工方法分类（一）预制桩1.钢筋混凝土桩2.钢桩3.木桩（二）灌注桩1.沉管灌注桩2.钻（冲、磨）孔灌注桩3.挖孔桩 深圳华安LPG有限公司70000m3大型贮罐工程采用钻孔灌注桩施工技术 三、根据桩的性状和竖向受力情况分类（一）摩擦型桩：桩顶竖向荷载大部分由桩侧阻力承担。桩端阻力很小可忽略不计的桩。（二）端承型桩：桩顶竖向荷载大部分由桩端阻力承担。桩侧阻力很小可忽略不计的桩。 四、根据设置效应分类1.挤土桩：①实心的预制桩。②下端封闭的管桩。③木桩及沉管贯入桩等打入桩。在锤击、贯入过程中，都将桩位处的土大量向外排挤，从而扰动了土的原状结构。2.部分挤土桩：①底端开口的钢管桩。②H型钢桩和开口预应力混凝土管桩等打入桩。沉桩时对桩周土稍有排挤作用，土的强度和变形性质改变不大。3.非挤土桩：先钻孔后再打入的预制桩和钻孔桩，在成孔过程中将孔中土体清除去，故设桩时对土没有排挤作用，桩周土反而可能向桩孔内移动，非挤土桩的桩侧摩阻力常有所减小。 五、按桩径大小分类小直径d≤250mm中等直径250≤d≤800mm大直径d≥800mm 第三节桩的竖向承载力《建筑地基基础设计规范》、《建筑桩基技术规范》一、单桩竖向承载力的确定（一）影响单桩竖向承载力的因素1.桩身的材料强度：（1）一般桩基：按不考虑纵向压曲影响的轴压构件计算。（2）高承台桩基等：按考虑纵向压曲影响的轴压构件计算。2.地层的支承力：单桩竖向极限承载力＝桩周总极限摩阻力＋桩端总极限摩阻力单桩竖向承载力特征值＝单桩竖向极限承载力/安全系数，一般取安全系数K＝2。 （二）单桩竖向承载力的确定方法规范规定：单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定，对地基基础设计等级为丙级的建筑，可采用静力触探及标准贯入锤击试验确定。桩基静载试验（单桩竖向8000kN、水平350kN） 1.根据静载荷试验确定（1）从成桩到试桩需有一定的间歇时间要求：①预制桩：砂类土：≥7天；粉土和粘性土≥15天；饱和软粘土≥25天。②灌注桩：桩身混凝土达到设计强度后进行。（2）桩数要求：不宜少于总桩数的1％，且不应少于3根。（3）单桩竖向极限承载力的确定：①当试验实测值的最大、最小值之差不超过平均值的30％时，取其平均值作为单桩竖向极限承载力Qu。②对于桩数≤3根的柱下桩基，取其最小值为单桩竖向极限承载力Qu。（4）单桩竖向极限承载力特征值Ra＝Qu/K，取安全系数K＝2。 2.根据规范经验公式估算仅考虑土或岩石对桩的支承阻力，未考虑桩身的材料强度。式中：qpa、qsia－桩端端阻力、桩侧阻力特征值，由当地静载荷试验结果统计分析算得；Ap、up－桩底截面积、桩周长；li－桩在第i层土中的长度。对于嵌岩桩： 二、竖向荷载下的群桩效应（一）群桩基础：由两根以上桩组成的桩基。（二）群桩效应系数η1.端承型群桩基础群桩承载力＝各根单桩承载力之和，η＝1。 2.摩擦型群桩基础（1）承台底面脱地对于长度为l的独立单桩，在桩端平面上，附加应力的分布直径（D＝d＋2ltanα）比桩径d大得多，当桩距s＜D时，各桩端压力分布面积重叠，群桩沉降量增加，η＜1。当s＜3d时，应力重叠严重，当s＞6d时，应力重叠现象较小，因此桩距、桩数是影响群桩效应的重要因素。但对于打入疏松的砂类土和粉土中的挤土群桩，其桩间土和桩端土被明显挤密，桩侧、桩端阻力增高，所以η＞1。 （2）承台底面贴地1）复合桩基：承台底面土反力分担桩基荷载，使承台兼有浅基础的作用。2）复合单桩：承载力含有承台底土阻力的贡献在内的单桩。为保证安全，设计时一般不考虑承台底土阻力对单桩承载力的贡献。设计群桩基础时，一般可不考虑群桩效应对单桩竖向承载力的影响，取η＝1，但对于摩擦型桩基、设计等级为甲、部分乙级的建筑物桩基，必须进行沉降验算。 第四节桩的负摩阻力一、负摩阻力：桩相对与桩周土产生向上的位移，在桩周产生的方向向下的摩阻力。 二、产生负摩阻力的条件和原因1.位于桩周欠固结土在重力作用下产生固结。2.大面积堆载使桩周土层压密。3.地下水位下降引起地基沉降。4.自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷。5.地面因打桩时孔隙水压力剧增而隆起，孔隙压力消散后固结下沉。6.打桩时使已设置的邻桩抬升。三、中性点：桩土之间不产生相对位移的截面位置，其摩阻力＝0。中性点是摩阻力、桩土之间截面位移和桩身轴力沿桩身变化的特征点。 第五节桩基础设计一、桩的类型、截面和桩长的选择1.桩的截面：对于10层以下的建筑桩基，可考虑采用直径500mm左右的灌注桩、直径300mm的预应力管桩或边长为400mm的预制桩。随着建筑层数及荷载的增加，截面尺寸随之增大。2.桩长：确定桩长的关键在于选择桩端持力层。（1）桩端进入坚实土层厚度：一般为1－3倍桩径；粘性土、粉土：≥2d；砂类土：≥1.5d；碎石土：≥d。（2）桩端进入中等风化或微风化岩体厚度：≥0.5m。（3）桩端以下坚实土层厚度：≥4d。 二、桩的根数及布置（一）桩的根数n1.轴心受压：式中：Fk－相应于荷载效应标准组合时，作用于承台顶面的竖向力；Gk－承台及承台上覆土自重标准值，A－承台面积；Ra－单桩竖向承载力特征值。 由于承台面积大小受桩数控制，因此先按不考虑承台及上覆土自重，根据下式估算桩数：2.偏心受压：（1）先按轴心受压估算桩数n0：（2）考虑偏心影响，取n＝（1.1－1.2)n0。（二）桩的间距s：为桩的中心距，一般取3－4倍桩径。规范规定：摩擦型的桩距不宜小于桩径的3倍；扩底灌注桩的桩距不宜小于扩底直径的1.5倍，当扩底直径大于2m时，桩端净距不宜小于1m。 （三）桩在平面上的布置1.为使桩基中各桩受力比较均匀，群桩横截面的重心应与竖向永久荷载合力的作用点重合或接近。2.在有门洞的墙下布桩，应将桩设置在门洞的两侧。3.梁式或板式承台下的群桩，布桩时应注意使梁、板中的弯矩尽量减小，即多在柱、墙下布桩，以减少梁和板跨中的桩数。4.墙下尽量采用单排桩基，柱下的桩数也应尽量减少。桩数少、桩长较大的桩基，无论在承台的设计和施工方面，还是在提高群桩的承载力和减少桩基沉降量方面，都比桩数多、桩长短的桩基优越。 三、桩基承载力验算（一）桩顶竖向力计算1.轴心竖向力作用下：2.偏心竖向力作用下：3.水平力作用下： 式中：Qk－相应于荷载效应标准组合轴心竖向力作用下任一单桩的竖向力标准值；Qik－相应于荷载效应标准组合偏心竖向力作用下第i根桩的竖向力标准值；Qkmax－相应于荷载效应标准组合偏心竖向力作用下单桩的最大竖向力标准值；Mxk、Mxk－相应于荷载效应标准组合作用于承台底面的外力对桩群形心的x、y轴的力矩；xi、yi－第i根桩形心至桩群形心的y、x轴的距离；Hk－相应于荷载效应标准组合时，作用于承台底面的水平力标准值；Hik－相应于荷载效应标准组合时，作用于任一单桩的水平力标准值； （二）单桩竖向承载力验算：1.轴心竖向力作用下：2.偏心竖向力作用下：应同时满足下列两个条件，即：3.水平力作用下： 四、桩身结构设计五、承台设计（一）构造要求1.承台宽度≥500mm，承台边缘至边桩中心的距离不宜小于桩的直径或边长，边缘挑出部分不应小于150mm，对于墙下条形承台，不应小于75mm。2.承台的最小厚度为300mm，最小埋深为600mm。3.桩顶嵌入承台的长度，对于中等直径的桩不宜小于50mm，对于大直径的桩不宜小于100mm。4.承台的混凝土等级不应低于C20，保护层厚度，有垫层时，不应小于40mm，无垫层时，不应小于70mm。5.配筋要求：同钢筋混凝土构件。 （二）承台的受弯承载力计算1.柱下多桩矩形承台 （1）计算截面：柱边和承台高度变化截面。（2）弯矩计算：式中：Mx、Mx－分别为垂直于y轴、x轴方向计算截面处的弯矩设计值；xi、yi－垂直于y轴、x轴方向自第i根桩形心至计算截面的的距离；Ni－扣除承台及上覆土自重后，相应于荷载效应基本组合时第i根桩的竖向力设计值。可按下式计算： （3）受力筋面积 2.柱下三桩三角形承台 （1）等边三桩承台（2）等腰三桩承台