桩基岩土工程15.pptx

2024/4/6 周六第四节第四节 桩基岩土工程问题分析桩基岩土工程问题分析在房屋建筑与构筑物的基础设计中，桩基是常用形式之一。在房屋建筑与构筑物的基础设计中，桩基是常用形式之一。桩基具有施工方便、承载力高、沉降量小等优点。桩基具有施工方便、承载力高、沉降量小等优点。一、桩基类型及持力层的选择一、桩基类型及持力层的选择 桩的种类很多，但在房屋建筑与构筑物的桩基础设计中，桩的种类很多，但在房屋建筑与构筑物的桩基础设计中，常用灌注桩和预制桩。常用灌注桩和预制桩。灌注桩灌注桩 沉管灌注桩、大直径桩（钻孔、人工挖沉管灌注桩、大直径桩（钻孔、人工挖 孔）、扩孔灌注桩等。孔）、扩孔灌注桩等。桩基持力层选择在稳定的硬塑桩基持力层选择在稳定的硬塑坚硬状态的低压缩性粘坚硬状态的低压缩性粘性土和粉土层，中密以上的砂土、碎石层，微、中风化的基性土和粉土层，中密以上的砂土、碎石层，微、中风化的基岩。第四系土层作为桩端持力层其厚度宜超过岩。第四系土层作为桩端持力层其厚度宜超过 6 10倍桩身倍桩身2024/4/6 周六直径或桩身宽度；扩底墩的持力层厚度宜超过直径或桩身宽度；扩底墩的持力层厚度宜超过2倍墩底直径；倍墩底直径；如果持力层下卧软弱地层时，应从持力层的整体强度及变形如果持力层下卧软弱地层时，应从持力层的整体强度及变形要求考虑，保证持力层有足够厚度。此外，对于预制打入桩要求考虑，保证持力层有足够厚度。此外，对于预制打入桩来说，来说，还应考虑桩能顺利穿过持力层以上各地层的可能性。还应考虑桩能顺利穿过持力层以上各地层的可能性。二、单桩承载力的确定二、单桩承载力的确定 在在房房屋屋建建筑筑与与构构筑筑物物的的桩桩基基础础中中，一一般般以以受受竖竖向向荷荷载载为为主主，故故单单桩桩承承载载力力常常指指的的是是单单桩桩竖竖向向承承载载力力。单单桩桩承承载载力力一一方方面面取取决决于于制制桩桩材材料料的的强强度度，另另一一方方面面取取决决于于土土对对桩桩的的支支承承力力，大大多多数数情情况况下下，桩桩的的承承载载力力都都是是由由土土的的支支承承力力控控制制的的。因因此此，如如何何根根据据地地基基的的强强度度与与变变形形确确定定单单桩桩承承载载力力是是设设计计桩桩基基础础的的关关键键问问题题，根根据据土土对对桩桩的的支支承承力力确确定定单单桩桩承承载载力力的的方方法法，主主要要有有静静荷荷载载(桩桩载载)试试验验与与静静力力分分析析(半半经经验验公公式式计计算算)两种方法。两种方法。2024/4/6 周六 静静力力分分析析法法主主要要是是根根据据原原位位测测试试资资料料或或土土的的物物理理性性质质指指标与承载力参数之间的关系来确定单桩承载力。标与承载力参数之间的关系来确定单桩承载力。对对一一级级建建筑筑桩桩基基应应采采用用现现场场静静载载荷荷试试验验，并并结结合合静静力力触触探、标准贯入等原位测试方法综合确定。探、标准贯入等原位测试方法综合确定。对对二二级级建建筑筑桩桩基基应应根根据据静静力力触触探探、标标准准贯贯入入、经经验验参参数数等等估估算算，并并参参照照地地质质条条件件相相同同的的试试桩桩资资料料，综综合合确确定定，当当缺缺乏乏可可参参照照的的试试桩桩资资料料或或地地质质条条件件复复杂杂时时，应应由由现现场场静静载载荷荷试试验确定。验确定。对对三三级级建建筑筑桩桩基基，如如无无原原位位测测试试资资料料时时，可可利利用用承承载载力力经验参数估算。经验参数估算。2024/4/6 周六 桩桩静静载载荷荷试试验验是是先先在在准准备备施施工工的的地地方方打打试试验验桩桩，在在试试桩桩顶顶上上分分级级施施加加静静荷荷载载，直直至至桩桩发发生生剧剧烈烈或或不不停停滞滞的的沉沉降降(桩桩已已丧丧失失稳稳定定性性)为为止止，在在同同一一条条件件下下的的试试桩桩数数量量，不不宜宜少少于于总总桩桩数数的的1%，并并不不应应少少于于3根根，工工程程总总桩桩数数在在50根根以以内内时时不不应应少少于于2根根。然然后后根根据据试试验验结结果果，绘绘制制荷荷载载沉沉降降(QS)关关系系曲曲线线，从从而而可可确定单桩竖向极限承载力标准值。确定单桩竖向极限承载力标准值。按按静静力力分分析析法法估估算算单单桩桩承承载载力力，不不同同规规范范所所推推荐荐的的经经验验公公式式是是有有差差别别的的，有有的的用用以以估估算算单单桩桩承承载载力力设设计计值值，有有的的则则用用以以估估算算单单桩桩承承载载力力极极限限值值。在在房房屋屋建建筑筑与与构构筑筑物物的的桩桩基基中中，主主要要是是估估算算单单桩桩承承载载力力极极限限值值，下下面面介介绍绍在在房房屋屋建建筑筑与与构构筑筑物物的的桩桩基基中中常常用用的的静静力力触触探探法法与与按按土土的的物物理理指指标标法法确确定定单单桩桩承承载载力力极极限值。限值。2024/4/6 周六(一一)静力触探法估算单桩承载力静力触探法估算单桩承载力 静静力力触触探探试试验验中中的的探探头头与与土土的的相相互互作作用用，相相似似于于桩桩与与土土的的相相互互作作用用，因因此此可可以以用用静静力力触触探探试试验验测测得得的的比比贯贯入入阻阻力力(单单桥桥)或或双双桥桥探探头头中中的的锥锥尖尖阻阻力力与与侧侧壁壁摩摩阻阻力力估估算算单单桩桩承承载载力力。但但不不能能直直接接以以静静力力触触探探中中端端阻阻与与摩摩阻阻作作为为实实际际单单桩桩的的端端阻阻力力和和摩摩阻阻力力，而而必必须须经经过过修修正正，这这是是因因为为静静力力触触探探的的工工作作性性能能与实际单桩的工作性能有所不同。与实际单桩的工作性能有所不同。不同之处主要是尺寸效应、应力场、材料不同之处主要是尺寸效应、应力场、材料性质等，存在这些差异所造成的影响至今还难性质等，存在这些差异所造成的影响至今还难以从理论上逐项严密地进行理论或从数学以从理论上逐项严密地进行理论或从数学关系关系上加以描述，因此用静力触探确定单桩承载力上加以描述，因此用静力触探确定单桩承载力也是一种经验估算。也是一种经验估算。2024/4/6 周六 (1)根根据据单单桥桥探探头头静静力力触触探探资资料料确确定定混混凝凝土土预预制制单单桩桩竖竖向向极极限承载力标准值时，如无当地经验可按下式计算：限承载力标准值时，如无当地经验可按下式计算：Quk=Qsk+Qpk=uqsikli+pskAp式式中中：Quk单单桩桩竖竖向向极极限限承承载载力力标标准准值值；Qsk单单桩桩总总极极限限侧阻力标准值；侧阻力标准值；Qpk单桩总极限端阻力标准值；单桩总极限端阻力标准值；u桩桩身身周周长长；qsik用用静静力力触触探探比比贯贯入入阻阻力力值值估估算算的的桩桩周周第第i层土的极限侧阻力标准值；层土的极限侧阻力标准值；li桩穿越第桩穿越第i层土的厚度；层土的厚度；桩端阻力修正系数；桩端阻力修正系数；psk桩端附近的桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值静力触探比贯入阻力标准值(平均值平均值)；Ap桩端面积。桩端面积。2024/4/6 周六 (2)根根据据双双桥桥探探头头静静力力触触探探资资料料确确定定混混凝凝土土预预制制桩桩单单桩桩竖竖向向极极限限承承载载力力标标准准值值时时，对对于于粘粘性性土土、粉粉土土和和砂砂土土、如如无无当当地地经经验验时可按下式计算：时可按下式计算：Quk=uliifsi+qcAp式式中中：fsi第第i层层土土的的探探头头平平均均侧侧阻阻力力；qc桩桩端端平平面面上上、下下探探头头阻阻力力，取取桩桩端端平平面面以以上上4d(d为为桩桩的的直直径径或或边边长长)范范围围内内按按土土层层厚厚度度的的探探头头阻阻力力加加权权平平均均值值，然然后后再再和和桩桩端端平平面面以以下下1d范范围围内内的的探探头头阻阻力力进进行行平平均均；桩桩端端阻阻力力修修正正系系数数，对对粘粘性性土土、粉粉土土取取2/3，饱饱和和砂砂土土取取1/2；i第第i层层土土桩桩侧侧阻阻力力综综合合修修正正系系数。数。2024/4/6 周六(二二)土的物理指标法确定单桩承载力土的物理指标法确定单桩承载力 根根据据土土的的物物理理指指标标与与承承载载力力参参数数之之间间的的经经验验关关系系确确定定单单桩竖向极限承载力标准值时，宜按下式计算：桩竖向极限承载力标准值时，宜按下式计算：Quk=Qsk+Qpk=uqsikli+qpkAp式式中中：qsik桩桩侧侧第第i层层土土的的极极限限侧侧阻阻力力标标准准值值，如如无无当当地地经经验验值值时时，可可查查规规范范。qpk极极限限端端阻阻力力标标准准值值，如如无无当当地经验值时，可表。地经验值时，可表。三、群桩承载力与群桩沉降验算三、群桩承载力与群桩沉降验算 当当桩桩中中心心距距小小于于或或等等于于6倍倍桩桩径径且且桩桩数数超超过过9根根(含含9根根)时时，可可将将桩桩和和土土作作为为假假想想的的实实体体基基础础，此此时时桩桩台台、桩桩和和桩桩间间土土形形成成一一个个整整体体，在在上上部部荷荷载载作作用用下下一一起起下下沉沉，这这便便是是群群桩桩作用。验作用。验算这类桩基的承载力与沉降时，按实体基础考虑。算这类桩基的承载力与沉降时，按实体基础考虑。2024/4/6 周六（一）群桩承载力验算（一）群桩承载力验算 群群桩桩承承载载力力验验算算是是指指验验算算实实体体基基础础底底面面(桩桩端端平平面面处处)的的地地基基承承载载力力是是否否满满足足。常常用用方方法法之之一一是是假假定定荷荷载载从从最最外外一一圈圈的的桩桩顶顶，以以0/4的的倾倾角角向向下下扩扩散散传传布布(0为为桩桩长长范范围围内内各各土层的平均内摩擦角土层的平均内摩擦角)，此时应满足：，此时应满足：中心荷载时，中心荷载时，偏心荷载时，偏心荷载时，2024/4/6 周六(二二)群桩沉降验算群桩沉降验算 群群桩桩沉沉降降验验算算时时，同同样样将将群群桩桩作作为为实实体体基基础础，所所计计算算的的桩桩基基变变形形值值应应满满足足建建筑筑物物桩桩基基变变形形允允许许值值的的规规定定，建建筑筑物物桩桩基基变变形形允允许许值值如如无无当当地地经经验验时时可可查查表表中中的的规规定定采采用用，对对于于表表中中未未包包括括的的建建筑筑物物桩桩基基变变形形允允许许值值，可可根根据据上上部部结结构构对对桩桩基基变变形形的的适适应能力和使用上的应能力和使用上的要求确定。要求确定。实实体体基基础础的的底底面面尺尺寸寸可可按按0/4扩扩散散后后的的范范围围取取值值，亦亦可可按按桩端处群桩所占的范围取值，两种取法的计算结果略有差别。桩端处群桩所占的范围取值，两种取法的计算结果略有差别。群群桩桩的的沉沉降降计计算算可可按按浅浅基基础础的的沉沉降降计计算算步步骤骤进进行行，亦亦即即前前面介绍的沉降计算方法。也可按等效作用分层总和法计算。面介绍的沉降计算方法。也可按等效作用分层总和法计算。2024/4/6 周六四、桩的负摩擦力四、桩的负摩擦力 桩桩的的负负摩摩擦擦(阻阻)力力是是因因为为桩桩周周围围土土层层的的下下沉沉(地地面面沉沉降降)对对桩产生方向向下的摩阻力。产生负摩擦力的原因主要有：桩产生方向向下的摩阻力。产生负摩擦力的原因主要有：（1）欠固结软粘土或新填土的自重固结；）欠固结软粘土或新填土的自重固结；（2）大面积堆载使桩周土层下沉；）大面积堆载使桩周土层下沉；（3）正常固结软粘土地区地下水位全面下降，有效应力增加引）正常固结软粘土地区地下水位全面下降，有效应力增加引 起土层下沉；起土层下沉；（4）湿陷性黄土）湿陷性黄土湿陷引起沉降。湿陷引起沉降。2024/4/6 周六 负负摩摩擦擦力力的的作作用用使使桩桩上上的的轴轴向向荷荷载载增增大大(附附加加荷荷载载)，在在负摩擦力较明显的地方，应引起重视。负摩擦力较明显的地方，应引起重视。负负摩摩擦擦力力的的大大小小受受着着多多种种因因素素的的影影响响，诸诸如如桩桩周周土土与与桩桩端端土土的的强强度度、土土的的固固结结历历史史、地地面面荷荷载载、桩桩的的类类型型及及设设置置方方法法、地地下下水水位位变变化化以以及及历历时时等等。因因此此计计算算负负摩摩擦擦力力大大小小是是一一个个较较为为复复杂杂的的问问题题，大大多多采采用用半半经经验验公公式式或或经经验验估估算算，主主要要根根据据竖竖向向有有效效应应力力、土土的的不不排排水水抗抗剪剪强强度度、土土的的力力学学性性质质指指标标等等进进行行估估算。算。实际中一般按有效应力估算，即单桩负实际中一般按有效应力估算，即单桩负摩擦力标准值为：摩擦力标准值为：qnsi=ni 式中：式中：qnsi第第i层土桩侧负摩擦力标准值；层土桩侧负摩擦力标准值；n桩周土负摩擦力系数，可查表；桩周土负摩擦力系数，可查表；i桩周第桩周第i层土平均竖向有效应力。层土平均竖向有效应力。2024/4/6 周六 在地层组合、地下水情况、地面荷载情况不同时，在地层组合、地下水情况、地面荷载情况不同时，桩的负摩擦力计算亦不同。桩的负摩擦力计算亦不同。我我国国沿沿海海软软土土地地区区过过去去并并未未考考虑虑负负摩摩擦擦力力问问题题，也也很很少少发发现现由由于于负负摩摩擦擦力力引引起起的的事事故故，这这是是因因为为在在桩桩端端可可能能继继续续沉沉降降的的情情况况下下，负负摩摩擦擦力力可可能能减减小小甚甚至至消消失失。但但当当桩桩穿穿过过15m以以上上较较厚厚软软土土层层，且且地地面面下下沉沉速速率率超超过过每每年年2cm时时，或或桩桩端端支支承承在在岩岩层层、砂砂砾砾石石等等硬硬层层上上时时，所所产产生生的的负负摩擦力可能较大。摩擦力可能较大。2024/4/6 周六第五节第五节 深基坑开挖的岩土工程问题深基坑开挖的岩土工程问题 兴建房屋建筑与构筑物基础，一般都需要进行基坑开挖，尤其在建筑密集的城市中兴建超高层建筑时，为了利用有限的空间及降低基底的净压力，往往设有13层地下室，有的甚至达6层，基坑深度一般都超过5m，有的达数十米。深浅基坑的划分界线在我国还没有统一标准，在国外有人建议把深度超过6m的基坑定为深基坑，小于6m的则为浅基坑。浅基坑(包括浅基础的基坑开挖)的岩土工程问题一般较少且不很严重；深基坑的岩土工程问题一般较为复杂且有的较为严重，因此对深基坑应重视岩土工程问题的分析与评价。2024/4/6 周六 基础牢固与否是关系到建筑物安全稳定的首要问题，而基础施工大多从基坑开挖开始。实践证明，基坑开挖工作是否顺利，不仅影响基础施工质量，而且影响施工周期与工程造价。基坑开挖过程中，常遇到基坑壁过量位移或滑移倒塌、坑底卸荷回弹(或隆起)、坑底渗流(或突涌)、基坑流砂等基坑稳定性问题。为防止或抑制这些问题，使基坑开挖与基础施工顺利进行，需要采取相应的防护措施。2024/4/6 周六一、基坑支护及其土压力(一)基坑支护 在房屋建筑与构筑物的基坑开挖中，尤其是城市中的基坑开挖，由于场地的局限性，大多为有侧壁支护基坑的开挖，即基坑侧壁常要求垂直开挖，如果不采取支护措施，一般基坑侧壁土体是不稳定的。基坑支护工程的作用主要有：节约施工空间(不放坡开挖)；保护相邻部位已有构筑物与地下设施的安全；减小基底隆起；利用支护结构进行地下水控制；利用支护结构作为永久性结构的一部分等。2024/4/6 周六(二)土压力分析 基坑采取支护措施时，一般都需要分析作用在支护结构上的土压力性质、分布与计算土压力大小。土压力应根据土体经受的侧向变形条件来确定，土压力性质包括静止土压力、主动土压力、被动土压力或与侧向变形条件相应的可能出现的土压力。分析土压力时应考虑场地的工程地质条件、支护结构相对于土体的位移、地面坡度、地面超载、邻近建筑及设施的影响、地下水位及其变化、支护结构体系的刚度、基坑工程的施工方法等。2024/4/6 周六二、基坑稳定性分析(一)基坑底卸荷回弹(隆起)基坑开挖是一种卸荷过程，开挖愈深，初始应力状态的改变就愈大，这就不可避免地引起坑底土体的隆起变形，有的甚至可能由于受到过大的剪应力而导致基底隆起失效。基坑回弹(隆起)不只限于基坑的自身范围，而且要波及四邻地面，引起地面挠曲，对邻近建筑物或设施均产生影响，应引起注意。必要时要组织施工开挖过程中坑内外地面的变形监测，供及时分析趋势和采取措施之需。2024/4/6 周六(二)基坑底渗透稳定性 如果基坑在粘性土中开挖，且坑底下有承压水存在时，当上覆土层减到一定程度时，承压水水头压力便冲破基坑底板造成渗流(或突涌)现象。基坑底抗渗流稳定性可按下式验算：rw=mH/wh式中：m透水层(砂层)以上粘性土的饱和重度(kN/m3)；H 透水层顶面至基坑底面的垂直距离(m)；w水的重度(kN/m3)；h 承压水头高于透水层顶面的高度(m)；rw基坑底土层渗透稳定抗力分项系数。为使基坑底不因渗流而丧失稳定性，一般要求rw 1.2，如果验算的rw 1.2，应采取必要的措施，如降水等。2024/4/6 周六(三)基坑流砂问题 当基坑底以上粘性土中夹有砂或粉土，且地下水位较高，基坑开挖揭露这些夹层时；或者当基坑底部为砂土或粉土、随着基坑开挖加深，水力坡度加大，当动水压力超过砂土或粉土颗粒自重使土颗粒悬浮时，砂或粉土与水一起涌于基坑中，便产生流砂现象。是否产生流砂现象可按下式验算：Icr=(s-1)(1-n)式中：Icr临界水力坡度；s土的颗粒密度；n 土的孔隙度，以小数计。2024/4/6 周六(四)基坑边坡整体稳定性 在房屋建筑与构筑物的基坑开挖中，在没有采用支护结构之前，基坑边坡(一般为粘性土)整体稳定性一般采用极限平衡理论中的条分法(多采用瑞典条分法)进行估算，从而可确定最危险的滑动面。对于采用支护结构的基坑，稳定性验算仍采用条分法，验算时应将支护结构所产生的抗滑力矩计入总的抗滑力矩之中。2024/4/6 周六三、地下水控制 当基坑开挖至地下水位以下时，为了防止因地下水作用而引起的渗流、流砂、管涌、坑底隆起、边坡滑塌以及坑外地层过度变形等，保证施工过程中处于疏干和稳态的工作条件下进行开挖，必须做好对地下水的控制工作。基坑工程控制地下水的方法有降低地下水位与隔离地下水两类。对于弱透水地层中的浅基坑，当基坑环境简单、含水层较薄、降水深度较小时，可考虑采用集水明排的方法进行降水；在其他情况下宜采用降水井降水、隔水措施或隔水、降水综合措施。2024/4/6 周六基坑地下水控制设计应具备下列资料：(1)地层各分层的岩性厚度及顶底板高程。(2)地下水的类型、地下水位标高与动态规律以及各含水层之间的水力联系。(3)各含水层的补给、径流条件、基坑与附近大型地表水源的距离关系及其水力联系。(4)各含水层的水文地质及与降水相关的工程地质参数。(5)基坑开挖深度、尺寸，基坑周围建筑与地下管线基础情况，基坑支护结构类型。(6)基坑工程施工季节内的气象资料及基坑维持时间。