桩基础的基础知识ppt课件.ppt
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1、.14.桩基工程桩基工程直接试验法直接试验法规范法规范法半经验法半经验法近似理论法近似理论法4.1 桩的定义与分类桩的定义与分类4.2 桩的设计原则桩的设计原则4.3 单桩竖向抗压承载力单桩竖向抗压承载力4.4 桩基负摩阻力桩基负摩阻力4.5 桩基抗拔承载力桩基抗拔承载力4.7 基桩水平承载力基桩水平承载力4.6基桩内部稳定承载力验算基桩内部稳定承载力验算4.8桩基内力和位移计算桩基内力和位移计算.2 桩是深入土层的柱型受桩是深入土层的柱型受力构件,有桩顶、桩身、力构件,有桩顶、桩身、桩端(尖)三部份组成。桩端(尖)三部份组成。 桩与连接桩顶的承台组成桩与连接桩顶的承台组成深基础,简称桩基。深
2、基础,简称桩基。 其作用是将上部结构的荷载,通过较软弱的土层或水传递到深部其作用是将上部结构的荷载,通过较软弱的土层或水传递到深部较坚硬的、压缩性较小的土层或岩层中。较坚硬的、压缩性较小的土层或岩层中。 在一般基础工程中,桩主要承受竖向(轴向垂直)荷载,在桥在一般基础工程中,桩主要承受竖向(轴向垂直)荷载,在桥梁、高耸塔型建筑、支档建筑以及抗地震等工程中,桩还承受来梁、高耸塔型建筑、支档建筑以及抗地震等工程中,桩还承受来自侧向的风力、波浪力、土压力和地震力等水平荷载。桩通过桩自侧向的风力、波浪力、土压力和地震力等水平荷载。桩通过桩周土阻力或桩端土阻力来支承轴向荷载,依靠桩周土层的侧向阻周土阻力
3、或桩端土阻力来支承轴向荷载,依靠桩周土层的侧向阻力抵抗水平荷载。力抵抗水平荷载。.3适用条件适用条件 第一、荷载较大地某广部亡层软弱,适宜的地基持力第一、荷载较大地某广部亡层软弱,适宜的地基持力层位置较深,采用浅基础或人工地基在技术上、经济上层位置较深,采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理时;不合理时; 第二、河床冲刷较大,河道不稳定或冲刷深度不易计算第二、河床冲刷较大,河道不稳定或冲刷深度不易计算正确,如采用浅基础施工困难或不能保正基础安全时;正确,如采用浅基础施工困难或不能保正基础安全时; 第三、当地基计算沉降过大或结构物对不均匀沉降敏感第三、当地基计算沉降过大或结构物对不均匀沉降敏
4、感时,采用桩基础穿过松软时,采用桩基础穿过松软(高比缩性高比缩性)土层将荷载传到较坚土层将荷载传到较坚硬低压缩性硬低压缩性)土层,减少结构物沉降并使沉降较均匀土层,减少结构物沉降并使沉降较均匀 第四、当施工水位或地下水位较高时,采用桩基础可减第四、当施工水位或地下水位较高时,采用桩基础可减小施工困难和避免水下施工小施工困难和避免水下施工 第五、地震区,在可液比地基中,采用桩基础可增加结第五、地震区,在可液比地基中,采用桩基础可增加结构物的抗震能力,桩基础穿越可液化土层并伸入下部密构物的抗震能力,桩基础穿越可液化土层并伸入下部密实稳定土层,可消除或减轻地层对结构物的危害。实稳定土层,可消除或减轻
5、地层对结构物的危害。 .4 以上情况也可以来用其他型大的深基础,以上情况也可以来用其他型大的深基础,但桩基础由于耗用材料少、施工快速简但桩基础由于耗用材料少、施工快速简便,往往是优先考虑的深基础方案。便,往往是优先考虑的深基础方案。.5设置方向设置方向周围介质周围介质结构特性结构特性 垂直或微斜垂直或微斜埋置于埋置于土岩土岩中的受力中的受力杆件杆件荷载传递至桩周和桩端深层土岩荷载传递至桩周和桩端深层土岩主要承受垂直荷载主要承受垂直荷载也可以承受水平荷载也可以承受水平荷载.6桩和桩基的分类桩和桩基的分类单单桩桩基基础础群群桩桩基基础础承承载载性性状状施施工工方方法法设设置置效效应应使使用用功功能
6、能.7单根桩形式承受或传单根桩形式承受或传递上部荷载独立基础递上部荷载独立基础2根或以上多根桩群和上根或以上多根桩群和上部承台组合形式承受或传部承台组合形式承受或传递上部荷载的基础递上部荷载的基础群桩基础中一群桩基础中一根桩称为基桩根桩称为基桩.8高承台桩基高承台桩基低承台桩基低承台桩基.9.10摩擦桩摩擦桩端承摩擦桩端承摩擦桩端承桩端承桩摩擦端承桩摩擦端承桩.11.12 .13施工施工 预制桩预制桩.14.15灌注桩灌注桩.16.17.18.19.20挖孔灌注桩挖孔灌注桩.21沉管灌注桩沉管灌注桩.22.23水中施工水中施工.24.25.26桩基全面质量控制桩基全面质量控制 桩的几何受力条件
7、检验桩的几何受力条件检验 平面布置、桩身倾斜度、桩顶和桩底标高平面布置、桩身倾斜度、桩顶和桩底标高 桩身质量的检验桩身质量的检验 桩的尺寸、构造及其完整性进行检测,验证桩的桩的尺寸、构造及其完整性进行检测,验证桩的制作或成桩的质量制作或成桩的质量 桩身强度与单桩承载力检验桩身强度与单桩承载力检验 桩身材料抗压强度桩身材料抗压强度 单桩承载力的检测,在施工过程中,对干打入桩单桩承载力的检测,在施工过程中,对干打入桩惯用最终贯入度和桩底标高进行控制,而钻孔灌惯用最终贯入度和桩底标高进行控制,而钻孔灌注桩还缺少在施工过程中监测承载力的直接手段。注桩还缺少在施工过程中监测承载力的直接手段。成桩可做单桩
8、承载力的检验常采用单桩静载试成桩可做单桩承载力的检验常采用单桩静载试验或高应变动力试验确定单桩承载力验或高应变动力试验确定单桩承载力.27 桩基达到建筑物正桩基达到建筑物正常使用变形限制或耐久常使用变形限制或耐久性能的某项限值。性能的某项限值。桩基极限状态分类桩基极限状态分类承载能力极限状态承载能力极限状态ULTUltimate Limit State) 桩基达到最大承载桩基达到最大承载能力,或不适用继续承能力,或不适用继续承载的变形或变位。载的变形或变位。正常使用极限状态正常使用极限状态SLSServiceability Limit State.28建筑桩基技术规范(建筑桩基技术规范(JGJ
9、94-94)根据根据桩基损坏时造成建筑物的破坏后果(危及桩基损坏时造成建筑物的破坏后果(危及人的生命,造成经济损失、产生社会影响)人的生命,造成经济损失、产生社会影响)的严重性,将建筑桩基安全等级分为三类的严重性,将建筑桩基安全等级分为三类 安全等级安全等级破坏后破坏后果果建建 筑筑 物物 类类 型型一级一级很严重很严重重要的工业与民用建筑物,重要的工业与民用建筑物,对地基变形有特殊要求的工对地基变形有特殊要求的工业建筑物业建筑物二级二级严重严重一般的工业与民用建筑物一般的工业与民用建筑物三级三级不严重不严重次要的建筑物次要的建筑物.29根据建筑结构设计统一标准的规定,根据建筑结构设计统一标准
10、的规定,一级建筑物是指:(一级建筑物是指:(1)十四层以上体型复杂的建筑及二十)十四层以上体型复杂的建筑及二十层以上的高层建筑层以上的高层建筑 ;(;(2)对地基变形有特殊要求的重要工)对地基变形有特殊要求的重要工业建筑物;(业建筑物;(3)单桩荷载在)单桩荷载在4000kN以上的建筑物。以上的建筑物。所谓体型复杂的建筑物是指平面上有所谓体型复杂的建筑物是指平面上有L形、形、Y形、形、T形、弧形、弧形以及不同线条或形状组合而成的平面。形以及不同线条或形状组合而成的平面。所谓地基变形有特殊要求的重要工业建筑,主要指那些有所谓地基变形有特殊要求的重要工业建筑,主要指那些有高压管道或易燃气体、液体管
11、道设施的化工、炼油厂中的高压管道或易燃气体、液体管道设施的化工、炼油厂中的高压、易爆、易燃管道相联的装置,其基础的绝对沉降和高压、易爆、易燃管道相联的装置,其基础的绝对沉降和差异沉降限制都很严格,否则会导致接头受损,引起泄气、差异沉降限制都很严格,否则会导致接头受损,引起泄气、漏气后的燃烧、爆炸。漏气后的燃烧、爆炸。大直径单桩荷载在大直径单桩荷载在4000kN以上的建筑系指一柱一桩、一柱以上的建筑系指一柱一桩、一柱二桩或三桩结构体系。这种建筑上部结构多属大跨度框架二桩或三桩结构体系。这种建筑上部结构多属大跨度框架结构,对沉降敏感性极高,桩间差异沉降不应超过结构,对沉降敏感性极高,桩间差异沉降不
12、应超过20/00。 .30桩基承载力桩基承载力软弱下卧层软弱下卧层整体稳定性整体稳定性抗震抗震桩基础结构承载力桩基础结构承载力沉降沉降水平位移水平位移桩身桩身承台承台.31单桩竖向抗压承载力单桩竖向抗压承载力单桩竖向抗拉承载力单桩竖向抗拉承载力单桩水平向承载能力单桩水平向承载能力桩的承载性能桩的承载性能.32所谓所谓单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力是指单桩在竖向荷载作用下,是指单桩在竖向荷载作用下,到达桩基破坏状态前或出现不适应于继续承载的变形时到达桩基破坏状态前或出现不适应于继续承载的变形时所对应的最大荷载。它取决于土对桩的支承阻力和桩身所对应的最大荷载。它取决于土对桩的支承阻力和桩身结
13、构强度,在多数情况下由土对桩的支承阻力起控制作结构强度,在多数情况下由土对桩的支承阻力起控制作用。用。所谓所谓单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值是指正常使用极限状态计算是指正常使用极限状态计算时采用的单桩承载力值,其函义即在发挥正常使用功能时采用的单桩承载力值,其函义即在发挥正常使用功能时所允许采用的抗力设计值。其值相当于单桩竖向极限时所允许采用的抗力设计值。其值相当于单桩竖向极限承载力值的一半。群桩中作用于单桩桩顶的竖向荷载采承载力值的一半。群桩中作用于单桩桩顶的竖向荷载采用正常使用极限状态标准组合下的竖向力,承台与承台用正常使用极限状态标准组合下的竖向力,承台与承台上土自重采用标准值
14、。其意义在于以荷载标准组合值确上土自重采用标准值。其意义在于以荷载标准组合值确定桩数,与天然地基确定基础尺寸的原则相一致。定桩数,与天然地基确定基础尺寸的原则相一致。所谓所谓单桩竖向极限承载力标准值单桩竖向极限承载力标准值指建筑场地检测桩单桩指建筑场地检测桩单桩竖向极限承载力的统计值,取其值的一半即为单桩竖向竖向极限承载力的统计值,取其值的一半即为单桩竖向承载力特征值。承载力特征值。 .33桩的内部强度稳定准则桩的内部强度稳定准则桩的外部强度稳定准则桩的外部强度稳定准则桩的功能性稳定准则桩的功能性稳定准则单桩竖向抗压承载力单桩竖向抗压承载力直接试验确定直接试验确定打桩公式打桩公式静力计算公式静
15、力计算公式.34dzmfszQ(z)Q0WQbLQ(z)+dQ(z)dSSbS0S0Q0SbQbSzqszQz.350.5bqVLcqDNNNctanuaahzaVzqcck qsSsuqs=qu截面位移S桩侧摩阻力qsqbSbuqb=qbu桩端位移Sb桩端承载力qb粘性土:粘性土:Ssu=4 6mm砂性土:砂性土:Ssu=6 10mm砂性土:砂性土:Sbu=d/12 d/10mm粘性土:粘性土:Sbu=d/10 d/4mm.36相对桩长相对桩长L/D愈大,桩端阻力和桩侧下端摩阻力愈大,桩端阻力和桩侧下端摩阻力发挥愈低。发挥愈低。相对桩长相对桩长L/D愈小,桩土相对刚度愈小,桩土相对刚度Rps
16、=Ep/Es愈高,愈高,桩端阻力发挥愈高;桩端阻力发挥愈高;相对桩长相对桩长L/D愈小,端侧土相对刚度愈小,端侧土相对刚度Rbs=Eb/Es愈愈高,桩端阻力发挥愈高;高,桩端阻力发挥愈高;.37.38静载荷试验静载荷试验(Static Loading Test )高应变试验(高应变试验(G. G. Goble et. al., 1975)自平衡法(自平衡法(Osterberg Cell,Osterberg, 1989)动静试桩法(动静试桩法(Statnamic Loading Device).39 单桩极限承载力的静载荷试验占主导地位,单桩极限承载力的静载荷试验占主导地位,直接应用于工程设计。
17、同时,得到单桩沉降与直接应用于工程设计。同时,得到单桩沉降与荷载关系曲线。荷载关系曲线。 其它直接试验方法,各有特点,可作为静其它直接试验方法,各有特点,可作为静载荷试验的补偿,特定条件下有重要意义。载荷试验的补偿,特定条件下有重要意义。.40 高应变,以一维杆件中应力波传递原理为基础,高应变,以一维杆件中应力波传递原理为基础,方法简单,价格低廉,宜于高比例检测,结果代表方法简单,价格低廉,宜于高比例检测,结果代表性良好,但精度相对较低。性良好,但精度相对较低。 自平衡,预先埋置自平衡,预先埋置Osterberg荷载箱,以桩身荷载箱,以桩身摩阻力为反力,可避免反力平衡装置,特定场合,摩阻力为反
18、力,可避免反力平衡装置,特定场合,是一相对可靠的单桩承载力直接试验方法。是一相对可靠的单桩承载力直接试验方法。 动静试桩,理论基础是牛顿运动定律,兼有静动静试桩,理论基础是牛顿运动定律,兼有静载荷试验和高应变测试两方面特点,可显著降低反载荷试验和高应变测试两方面特点,可显著降低反力配重,简单快捷;精度良好。力配重,简单快捷;精度良好。.41.42ukskpksik ipkpQQQuq lq Aukskpksisik ippkpQQQuq lq Aukskrkpksisik irrcrprcpQQQQuq luf hf A.43直接物理模拟的方法直接物理模拟的方法直接数学回归或经验公式的方法直接
19、数学回归或经验公式的方法间接数学回归的方法间接数学回归的方法室内试验指标室内试验指标原位测试指标原位测试指标土的分类土的分类基桩类型基桩类型施工工艺施工工艺.44 桩基工程中,原位测试技术确定桩基设计参数桩基工程中,原位测试技术确定桩基设计参数方法大多属于半经验法的范畴。方法大多属于半经验法的范畴。反映土原位结构特征有独到之处反映土原位结构特征有独到之处CPT应用排土桩物理模拟排土桩力学特征应用排土桩物理模拟排土桩力学特征以直接数学回归方法最普遍以直接数学回归方法最普遍静力触探试验(静力触探试验(CPT)标准贯入试验(标准贯入试验(SPT)旁压仪试验(旁压仪试验(PMT).45bbisiqAA
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