软土地基与深基础工程-桩基础.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,软土地基与深基础工程,桩基础,1,概述,2,桩基分类,3,桩基技术前瞻,4,单桩竖向承载力,5,单桩水平承载力,6,群桩,1,概述,1.1 桩的定义,桩是将建筑物的荷载（竖向的和水平的）全部或部分传递给地基土（或岩层）的具有一定刚度和抗弯能力的传力杆件。桩的横截面尺寸比长度小得多。桩的性质随桩身材料、制桩方法和桩的截面大小而异，有很大的适应性。,1.2,桩、桩基的区别,桩：指插入土中的传力杆件。,桩基：指桩和桩周土组成的复合体。,“桩基与土的相互作用”是不对的，应是“桩（或桩基础）与土的相互作用”,1.3,桩的特点（1）,桩可以用各种材料制成，例如木材、钢材、混凝土或它们的组合。桩可以现场或工厂预制，也可以在地基土中开孔直接浇注。桩顶可以做成专门的钢帽，也可伸出钢筋以便与基础承台连接。桩身通常是柱形，但也可以是锥形。,桩的特点（2）,桩表面一般是平直的，也可以做成槽形或螺旋形。桩的断面形状常为圆形、环形、方形，也有矩形、多边形、三角形或H形等异形断面。桩端可以做成锥尖形，或平底的，也可能扩大成球台形、或梨形的。,1.4 桩基础的作用,（1）桩支承于坚硬的（基岩、密实的卵砾石层）或较硬的（硬塑粘性土、中密砂等）持力层，具有较高的竖向单桩承载力或群桩承载力。,（2）桩基具有很大的竖向单桩刚度（端承桩）或群桩刚度（摩擦桩），在自重或相邻荷载影响下，不产生过大的不均匀沉降，并确保建筑物的倾斜不超过允许范围。,（3）凭借较大的单桩侧向刚度（大直径桩）或群桩基础的侧向刚度及其整体抗倾覆能力，抵御由于风和地震引起的水平荷载与力矩荷载，保证建筑物的抗倾覆稳定性。,（4）桩身穿过可液化土层而支承于稳定的坚实土层或嵌固于基岩，在地震造成浅部土层液化与震陷的情况下，桩基凭靠深部稳固土层仍具有足够的抗压与抗拔承载力，从而确保建筑的稳定，且不产生过大的沉陷与倾斜。,2,桩基础分类,2.1,按承载状况分类,摩擦桩,摩擦型桩,端承摩擦桩,端承桩,端承型桩,摩擦端承桩,2.2 按桩的使用功能分类,竖向抗压桩；,竖向抗拔桩；,水平受荷桩；,倾斜受荷桩；,复合受荷桩。,2.3,按桩身材料分类,混凝土桩；,钢桩；,组合材料桩。,2.4 按成桩对环境的影响分类,挤土桩；,部分挤土桩；,非挤土桩。,2.5 按桩径大小分类,小直径桩：,中等直径桩:,大直径桩:,2.6 按成桩方法分类,预制桩,灌注桩,3,桩基技术前瞻,桩的应用已经历一万数千年的历史。然而审视现状，环顾世界各地，桩的应用正方兴未艾。桩的生命依然显得年轻，有许多奥秘还待人们探索，其前景仍然十分广阔。在21世纪，在桩基技术发展中至少有以下一系列动向和课题值得人们关注：,（1）近年的工程实践极大地推动了一些传统桩型和新桩型的发展。,如新型桩预应力管桩得到广泛应用；,如静压施工工艺愈来愈受人们青睐。,（2）桩在20世纪的百年中，从“预制打入”的方式，进入“取土置换”的方式，而后又进入“深层搅拌”的方式；实践证明后一方式不需取土置换而仅少量挤土，在施工工艺上堪称后来居上。国外正在研究发展采用大直径深层搅拌而后插入外表带螺旋状肋条的钢管的新型桩，它兼具现有各种桩型的优点，值得借鉴开发。,（3）基于高层建筑承重的需要，一种巨型“壁板桩”正在国外和国内兴起。我国北京等大中城市已开始应用于城市高架路立交桥等桩基，今后将会迅速进入高层建筑领域而出现“条形桩基”的新技术。,（4）将计算机技术应用于桩基施工，在我国有了新发展。一种被称为“DX全智能型”多功能挤扩装置的新设备最近在武汉等地应用获得成功。该装置配合常规的泥浆护壁或干取土大直径灌注桩施工，可制成多级扩孔桩。它由计算机通过传感器记录，可显示施工过程的扩孔实况。,（5）上部结构的荷载完全由桩承担的时代即将过去；桩基按变形设计将被人们广泛应用；复合桩基理论与设计方法将走上一个新台阶。,（6）桩的承载力在很大程度上受施工工艺技术的影响。人们已清楚地知道了在一定的地质条件下，桩的承载力并不是固定不变，而是通过采取一定的技术措施可以驾驭的。自从灌注桩出现了压浆技术，其承载力有大幅度提高。人们以此为契机，必将继续与地基处理技术互相渗透融合，开发出更多的新技术，进而把桩基理论和技术推向一个新的高度。,4,单桩竖向承载力,4.1 荷载传递,桩受力示意图,桩顶沉降曲线,桩顶荷载桩顶沉降曲线,竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的摩阻力，桩顶荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力并通过它向土中扩散的过程,。,沿桩身的侧阻力曲线,单桩竖向承载力是指单桩所具有的承受竖向荷载的能力，其最大的承载力称为单桩极限承载力，可由单桩竖向静载荷试验、规范参数法、静力触探法、动力法等确定。,4.2,单桩竖向极限承载力的确定,（1）单桩竖向静载荷试验,桩沉降急剧增加或桩发生破坏时陡降段(第二拐点)十分醒目，,极限承载力极易判定。,桩在破坏时，桩顶荷载迅速降低，而桩的沉降仍在继续增加。此荷载沉降曲线破坏点十分清楚，因此，极限承载力也极易确定。但必须注意其极限承载力应为前一级荷载值，而不是破坏点的荷载值。,由中段的曲线状态转变为后段的斜直线状态。在此情况下，由曲线状态转化为斜直线状态的那个点的荷载即为极限荷载。,其前段为直线，中段为曲线，后段为斜直线。在此情况下曲线曲率最大的点前后近似直线部分的切线的交点所对应的荷载即为极限荷载。,基本上分不出直线段、曲线段、斜直线段。因此，极限承载力就难于判定。,（2）根据单桥静力触探确定,（3）根据双桥静力触探确定,（4）根据经验参数确定,嵌岩桩,5,单桩水平承载力,高层建筑和高耸结构物承受风荷载或地震荷载时，传给基础很大的水平力和力矩，依靠桩基的水平承载力来平衡。桩在水平力和力矩作用下，桩为受弯构件，桩身产生水平变位和弯曲应力。外力的一部分由桩身承担，,5.1 概述,另一部分通过桩传给桩侧土体。随着水平力和力矩的增加，桩的水平变位和弯矩也继续增大。当桩顶或地面变位过大时，将引起上部结构的损坏；弯矩过大则将使桩身断裂。对于桩侧土，随着水平力和力矩的增大，土体由地面向下逐渐产生塑性变形，在一定范围内产生塑性破坏，而下部土仍处于弹性状态。,5.2 确定单桩水平承载力的方法,（1）由单桩水平静载荷试验确定,循环荷载试验方法：模拟风浪、地震、机器扰力等动力水平荷载。,连续加载试验方法：模拟桥台、挡墙等长期静止水平荷载。,循环荷载试验法,水平力时间位移曲线,连续加载试验法,水平力位移曲线,水平力位移梯度曲线,（2）按桩顶容许水平位移估算确定,估算方法适用于预制桩、钢桩和桩身配筋不小于0.65的灌注桩。估算公式为：,（3）按临界荷载估算确定,梁的挠度曲线微分方程为,桩入土部分的挠度曲线微分方程为,5.3 横向受力桩的基本微分方程,桩的入土部分无横向荷载，则横向受力桩的基本微分方程为,6,群桩,实际工程中，大多的情况并不是由一根桩单独承担荷载，而是由承台将若干根桩连成一个整体共同承担外荷载，形成群桩。群桩是一个复杂的传力体系，它的承载性能不同于单桩，具有群桩效应。,6.1 概述,由多根桩通过承台联成一体所构成的群桩基础，与单桩相比，在竖向荷载作用下，不仅桩直接承受荷载，而且在一定条件下桩间土也可能通过承台底面参与荷载；同时各个桩之间通过桩间土产生相互影响；来自桩和承台的竖向力最终在桩端平面形成了应力的叠加，从而使桩端平面的应力水平大大超过单桩，应力扩散的范围也远大于单桩。,6.2 群桩效应,群桩效应一般针对摩擦型群桩。它主要表现在承载力和沉降两个方面。由于群桩影响而使承载力降低可以用群桩效应系数表示，而群桩沉降的增大可以用沉降比来表示。采用这两个系数将群桩与单桩的性状进行比较，并以此来评价群桩的工作性能。,（1）群桩效应系数,（2）沉降比,（3）群桩效应系数和沉降比的特征,群桩效应系数 越小，长径比越大。即群桩效应越强，则群桩承载力越低、沉降越大。,和 的定量评价是一个复杂的问题，主要受桩距、桩数、土质、土层构造、桩径、桩的类型、桩的排列方式等的影响。,就一般情况而言，在常规桩距（）下，粘性土中小群桩（桩数 ）的 和 并不很大。,但大群桩（桩数 ）则不同，随着桩数的增加明显降低，且 ，同时 迅速增大，可以从2增大到10以上；砂土中的挤土群桩，有可能,；而 则除了端承桩 外，均为 。,6.3 群桩竖向承载力标准值,