1、土力学与地基基础,工程造价专业,李章政 博士 教授,2019/2/6,2,钟山风雨起苍黄，百万雄师过大江,虎踞龙盘今胜昔，天翻地覆慨而慷,宜将胜勇追穷寇，不可沽名学霸王,天若有情天宜老，人间正道是沧桑,2019/2/6,3,登金陵凤凰台 李 白,凤凰台上凤凰游，凤去台空江自流。,吴宫花草埋幽径，晋代衣冠成古丘。,三山半落青天外，二水中分白鹭洲。,总为浮云能蔽日，长安不见使人愁。,2019/2/6,4,第十章 桩基础设计,第一节 桩基础分类和质量检验 第二节 单桩轴向荷载的传递 第三节 单桩竖向承载力特征值 第四节 群桩竖向承载力 第五节 桩基础设计,学以修身为本，师以淑仁为善。,2019/2/
2、6,5,第一节 桩基础分类和质量检验,一、桩基础分类 1. 承台位置分类低承台桩基础高承台桩基础,群桩,承台板,承台梁,2019/2/6,6,2019/2/6,7,2019/2/6,8,2. 传力方式分类 摩擦型桩摩擦桩桩端阻力可不计端承摩擦桩端阻力较大，但不大于30% 端承型桩 摩擦端承桩主要端阻力，摩擦力较小端承桩桩侧摩阻力可略去,2019/2/6,9,3. 桩身材料分类混凝土桩钢筋混凝土桩钢桩开口或敞口管桩H型钢桩异型钢桩 木桩,较少采用,2019/2/6,10,4. 成桩方法分类 （1）预制桩 动力打桩机打入土层 静力压桩机压入土层,2019/2/6,11,（2） 灌注桩a. 沉管灌注
3、桩,b. 钻孔灌注桩泥浆护壁钢套管护壁,下钢筋笼,浇混凝土,2019/2/6,12,c. 挖孔灌注桩机械挖孔人工挖孔：需要护壁 d. 扩底桩钻扩桩爆扩桩夯扩桩,夯扩桩机,2019/2/6,13,二、桩的质量检验方法 开挖检验：观察外露部分 钻芯法 钻取混凝土芯样 抗压强度测试，确定质量是否达标 声波检测法 测定超声波在桩身内的传播速度 检测缺陷 动测法：动应变测试,2019/2/6,14,第二节 单桩竖向荷载传递,一、抗压桩桩身受力 1. 外加压力Q 承台传来之力 方向向下 2. 抗力（承载力之要素） 桩侧摩阻力qs（或） 桩端反力qP（） 3. 特定情况要考虑弯曲变形,qs,Q,qP,201
4、9/2/6,15,二、负摩阻力的概念 1. 定义 桩侧摩阻力qs（），称为负摩阻力 负摩阻力对工程有害 2. 可能出现负摩阻力的情况 地表大面积堆载或新填土 桩穿过欠固结土，支承于坚硬土层 地下水位下降，引起地面下陷 湿陷性黄土浸水后产生湿陷,2019/2/6,16,3. 负摩阻力产生机理桩周土的沉降量桩的下降量 4. 中性点 （1）定义：桩、土位移相等，qs=0的分界点其上，负摩阻；其下，正摩阻 （2）位置当桩周主要为处于固结的土层时，中性点位置大多在桩长的70%75深度处支承在基岩上的桩，中性点接近基岩面,2019/2/6,17,第三节 单桩竖向承载力 特征值,一、试桩法 1. 静力试桩数
5、量要求 （1）不少于总桩数的1% （2）不少于3根桩 2. 试验装置 （1）加载系统 （2）测量系统,2019/2/6,18,2019/2/6,19,3. 试验要点 （1）开始时间：预制桩入土时间砂土7天后黏性土中不少于15天饱和软黏土不少于25天灌注桩混凝土达到设计强度后 （2）荷载分级：不小于8级每级加荷量为预估极限荷载的 1/8 1/10 （3）测读沉降的时间：5、10、15min间隔15min, 1h后间隔30min,2019/2/6,20,连续两小时内每小时沉降40mmsn+1/sn 2, 且经24h尚未达到稳定 25m以上的非嵌岩桩，Qs曲线呈缓变时，s6080mm在特殊条件下，可
6、根据具体要求s100mm 4. 承载力确定 （1）极限承载力,2019/2/6,21,陡降段的起点为极限荷载沉降24h无法稳定时，取前一级荷载曲线缓时，取s=40mm对应的荷载极差不超过平均值的30%时， 取平均值 为极限承载力 Qu （2）承载力特征值,2019/2/6,22,二、初步设计时单桩竖向承载力估算 1. 摩擦桩竖向承载力特征值,2. 嵌岩桩竖向承载力特征值,2019/2/6,23,例题10.1钢筋混凝土预制方桩截面450mm450mm，长18m。打穿6m厚的淤泥质土qsa=5kPa，进入黏土层 qsa=32kPa、 qpa=1600kPa。求单桩竖向承载力特征值。 解,kN,20
7、19/2/6,24,第四节 群桩竖向承载力,一、群桩工作特点 1. 端承型群桩 基桩的工作性状与单桩一致 群桩承载力等于单桩承载力之和，变形相等 2. 摩擦型群桩 应力发生重叠 群桩承载力不等于各单桩承载力之和,群桩效率系数,2019/2/6,25,二、承台下土对荷载的分担作用 1. 承台效应 摩擦型群桩在竖向荷载作用下，桩土相对位移 承台下土分担一部分荷载 形成复合桩基 2. 复合桩基竖向承载力特征值,承台效应系数，按表10-9取值,计算基桩所对应的承台底面净面积,A承台计算域面积,Aps桩身截面面积,n桩数,2019/2/6,26,第五节 桩基础设计,一、选型尺寸 1. 桩材料：钢筋混凝土
8、、钢 2. 桩型：预制、灌注（1）10层以下房屋，直径500mm左右的灌注桩、边长400mm的预制桩；（2）1020层房屋，直径8001000mm左右的灌注桩、边长400mm、450mm的预制桩（3）2030层房屋，直径10001200mm灌注桩、边长500mm预制桩,2019/2/6,27,（4）3040层房屋，1200mm灌注桩、外径500550mm预应力混凝土管桩、大直径钢管桩 3. 确定尺寸 （1）桩截面尺寸 （2）桩身长度 （3）承台标高 4. 确定单桩竖向承载力特征值Ra 初步设计时根据公式估算 或勘察单位提供的数值,2019/2/6,28,二、估算桩数n 1. 轴心受压,2. 偏
9、心受压 桩数在轴压的基础上增加10%-20% 三、布置桩位 1. 布置原则 （1）尽量使上部荷载中心与桩群截面重心重合,2019/2/6,29,（2）对称式，梅花形，行列式，环状排列 （3）桩箱基础，宜将桩布置在墙下；桩筏基础，宜将桩布置在梁（肋）下；大直径桩，宜采用一柱一桩布置 （4）同一结构单元，宜避免采用不同的桩型,2019/2/6,30,2. 桩的平面尺寸 满足最小中心距的要求：（1）摩擦型桩的中心距不宜小于桩身直径的3倍；（2）扩底灌注桩中心距不宜小扩底直径的1.5倍，当扩底直径2m时，桩端净距不宜小于1m。 满足承台边缘距离的要求：（1）边桩中心至承台边缘的距离不宜小于桩的直径或边
10、长，桩的外边缘至承台边缘的距离不小于150mm；（2）桩的外边缘至承台梁边缘至少75mm。,2019/2/6,31,偏心受压平均值算法与轴心受压时相同，角桩承担的轴力最大,四、单桩承载力验算 1. 单桩轴力Q计算 轴心受压,2019/2/6,32,2. 承载力条件 （1）轴心竖向荷载作用下,（2）偏心竖向力作用下,2019/2/6,33,例题10.2某一般建筑柱下三桩基础，轴心受压，如图所示。Fk=2250 kN， Gk=90kN。方形混凝土预制桩，边长为 400mm。验算基桩的竖向承载力。 解 （1）单桩竖向承载力特征值,kN,2019/2/6,34,（2） 在轴心竖向力作用下，单桩承载力验
11、算,符合规范要求,kN,kN,2019/2/6,35,例题10-3某柱传至承台顶部的荷载效应标准值为：轴力1800kN、弯矩300kN.m、剪力40kN。采用边长400mm的预制方桩，桩长10m，单桩竖向承载力特征值Ra=420kN。试确定此柱下桩基础的桩数和平面布置(摩擦型桩)。 解： （1）预估承台尺寸和埋深设承台底面尺寸为3000mm4000mm厚度1200mm埋深1500mm,2019/2/6,36,（2） 确定桩数,kN,kN,偏心受压，取放大系数1.1,取n=6,2019/2/6,37,（3） 桩群平面布置6根桩布置成两排，每排三根,中心距,mm,边桩中心到承台边缘的距离400mm,边桩边缘承台边缘的距离200mm150mm,承台底面实际尺寸3200mm2000mm,1200,2019/2/6,38,（4） 验算承载力,kN,kN,kN.m,x,y,kN,Ra=420kN,2019/2/6,39,m,m2,kN,1.2Ra=1.2420= 504kN,满足要求,完整的桩基础设计还需要对承台进行计算,2019/2/6,40,五、承台设计计算设计计算详见钢筋混凝土结构,The End,六、桩身设计 预制桩设计 灌注桩设计,（略）,
