《土力學樁基礎(chǔ)》PPT課件.ppt

第三部分 樁基礎(chǔ)設(shè)計的基礎(chǔ)知識,樁基及發(fā)展,樁基結(jié)構(gòu)示意圖,承臺,樁身,樁間土,上部結(jié)構(gòu),地表,Df,樁長,樁入持力層深度1.5m,樁基埋深,LB,L0b0,樁周尺寸ab,樁徑dp,半個樁徑,樁基礎(chǔ)按樁的數(shù)量可分成： 單樁 群樁,樁身截面、樁尖與擴大腳,受橫向荷載常用樁截面,受豎向荷載常用樁截面,樁的分類,樁可根據(jù)樁身材料、施工方法、成樁過程中擠土效應(yīng)、承載性狀及使用功能等進行分類。 1按樁身材料分類 按樁身材料不同，可將樁劃分為木樁、混凝土樁、鋼筋混凝土樁、鋼樁、其它組合材料樁。,a.木樁 b.預(yù)制混凝土樁 c.預(yù)制混凝土管樁 g.復(fù)合樁,2按施工方法分類 按施工方法可分為預(yù)制樁、灌注樁兩大類。,d. e. f.混凝土灌注樁,3按承載性狀分類 荷載作用下的樁，按達到承載力極限狀態(tài)時的荷載傳遞主要方式，可分為： (a)端承型樁 (b)摩擦型樁,P,QP,樁桿受力,QS,4按成樁過程中擠土效應(yīng)分類 隨著樁的設(shè)置方法（打入或鉆孔成樁等）的不同，樁周土所受的排擠作用也很不相同。擠土作用會引起樁周土天然結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀態(tài)和性質(zhì)的變化，從而影響土的性質(zhì)和樁的承載力。 對樁按設(shè)置效應(yīng)分為三類：擠土樁、小量擠土樁和非擠土樁。,擠土樁,1、擠土灌注樁 振動沉管樁 錘擊沉管樁 沉管灌注樁 振動沖擊沉管樁 平底大頭樁 沉管灌注同步樁 夯擴灌注樁 法蘭基樁 夯擊成型樁 干振灌注樁,擠土樁,2、擠土預(yù)制樁 沖擊施工法樁 打入式樁 搖動施工法樁 靜壓樁,部分擠土樁,1、部分擠土灌注樁 沖擊成孔灌注樁 樁端壓力注漿樁 孔底壓力注漿樁 小樁（M樁） CIP工法進樁 MIP工法進樁 PIP工法進樁 爆擴灌注樁,2、埋入式樁 中掘施工法樁 預(yù)鉆孔打入式預(yù)制樁 旋轉(zhuǎn)埋設(shè)施工法樁 3、螺旋式預(yù)制樁 4、打入式開口管樁 5、組合樁,非擠土樁非擠土灌注樁,1、干作業(yè)法設(shè)樁 螺旋鉆孔灌注樁 多節(jié)擴孔灌注樁 鉆孔擴底灌注樁 機動洛陽鏟成孔灌注樁 人工挖（擴）孔灌注樁,2、泥漿護壁法 潛水鉆成孔灌注樁 鉆斗鉆成孔灌注樁 反循環(huán)鉆成孔灌注樁 正循環(huán)鉆成孔灌注樁 鉆孔擴底灌注樁 3、套管護壁法 4、巴列特灌注樁,按照受力分類,1、豎向受荷樁 摩擦樁和端承樁 2、橫向受荷樁 主動樁和被動樁 3、抗拔樁 4、抗浮樁 5、抗傾覆樁,二、常用的樁型特點 木樁 鋼樁 混凝土樁 頂壓樁 螺旋樁 爆擴樁 斜樁,P,P,M,RK=QS+QP,QP,QP,樁桿受力,偏心受壓樁身受力,QS,單樁與地基土的相互作用,QS,P,P,抗拔樁受力,負摩擦樁受力,原始地面,重新固結(jié)地面,QS,QS,RK=QS+QP,1、樁身所穿越土層的強度、變形性質(zhì)、應(yīng)力歷史 2、樁端持力層的強度和變形性質(zhì)： 3、樁身與樁底的幾何特征： 4、樁體材料強度： 5、群樁幾何參數(shù)： 6、成樁方法：,影響樁承載力的因素：,N,軟 土 層,硬土層 或基巖,N,S,Z,0,0,桿端嵌入硬土層或基巖的端承樁,樁的破壞模式與極限承載力,N,軟 土 層,硬土層 或基巖,N,S,Z,0,0,桿端嵌入堅實土層的摩擦樁,樁的破壞模式與極限承載力,N,軟 土 層,N,S,Z,0,0,均勻土質(zhì)中的摩擦樁,樁的破壞模式與極限承載力,N,軟土層,N,S,Z,0,0,桿端嵌入軟土層,樁的破壞模式與極限承載力,單樁軸向承載力的確定,、規(guī)范法： 樁的承載力包括地基土對樁的支承力和樁身結(jié)構(gòu)承載力。 單樁豎向極限承載力除以安全系數(shù)2得到單樁豎向承載力標準值Rk?？紤]上部結(jié)構(gòu)的載荷系數(shù)之后取1.2Rk為單樁豎向承載力設(shè)計值Rd。,2、按樁桿材料強度確定：,其中：R豎向載荷設(shè)計值，,：為縱向彎曲系數(shù)，A樁桿橫截面積，,：為混凝土軸向抗壓設(shè)計強度，,：為受壓鋼筋設(shè)計強度，,：為受壓鋼筋面積。,3、按地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范經(jīng)驗公式確定：,摩擦樁：,端承樁：,、,的標準值查表。也可按地區(qū)經(jīng)驗確定。,4、按建筑樁基技術(shù)規(guī)范公式確定： 根據(jù)土的物理指標與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標準值，按下式計算：,5、原位靜力測試確定承載力 這是在施工現(xiàn)場對樁施加軸向荷載并量測樁的沉降量，根據(jù)量測結(jié)果確定樁的軸向承載力，這種方法稱為試樁。 靜力試樁,群樁承載力的確定,1、群樁效應(yīng),QP,QS,QP,QS,對端承樁或者樁距較大的摩擦樁,1、群樁效應(yīng),QP,QS,QP,QS,對樁距較小的摩擦樁,影響荷載傳遞的因素,（1）樁端土與樁周土的剛度比 （2）樁土的剛度比 （3）樁底擴大頭與樁身直徑之比 （4）樁長徑比,1、群樁效應(yīng)的評判,沉降比：,群樁效應(yīng)系數(shù)：,避免產(chǎn)生群樁效應(yīng)的措施,1、對端承樁：,2、對樁距3d的摩擦樁：,N,M,T,Qmax,Qmin,3、對樁距s3d，樁數(shù)超過9根（含9根）的摩擦樁基假想的實體基礎(chǔ),將樁與樁間土看成一個實體基礎(chǔ)，載荷從樁周最外緣的樁頂以 的傾角向外沿深度擴散傳播。樁側(cè)為中壓縮性土層，樁尖處為中、低壓縮性時就是這種情況。此時應(yīng)滿足： 中心受壓：,，,，,：為樁長范圍內(nèi)各土層的加權(quán)內(nèi)摩擦角,為樁周尺寸,偏心受壓時：,：為樁長,1、上部為中壓縮層，下部為中低壓縮層,2、樁側(cè)為高壓縮層，樁尖為地低壓縮層 將樁與樁間土視為一個實體基礎(chǔ)，不考慮樁間土的摩擦作用，此時應(yīng)滿足如下條件： 中心受壓：,偏心受壓：,3、樁側(cè)、樁尖為高、中壓縮性土層 將樁與樁間土看成一個實體基礎(chǔ)，考慮實體基礎(chǔ)側(cè)面與土的摩擦力的支持作用，在此條件下應(yīng)滿足如下條件： 中心受壓：,安全系數(shù)K一般取3。,偏心受壓：,群樁沉降檢算,建筑樁基技術(shù)規(guī)范中指出，樁基的樁距小于6d，最終沉降計算可用當?shù)亟?jīng)驗或等效作用分層總和法。 樁基內(nèi)任意點最終沉降量可用角點法計算：,上部結(jié)構(gòu),承臺,D承臺埋深,L樁長,第 層,等效作用面下應(yīng)力分布計算模式,：樁基沉降計算經(jīng)驗系數(shù)，按地區(qū)經(jīng)驗取值，當無地區(qū)經(jīng)驗時，按下式計算： 非軟土地區(qū)和軟土地區(qū)樁端有良好的持力層時，,軟土地區(qū)且樁端無良好持力層時，,為樁基等效沉降值，按下式計算：,式中：,分別為根據(jù)群樁不同的距徑比,長徑比,基礎(chǔ)長寬比,均由建筑樁基技術(shù)規(guī)范中附錄查出。,分別為承臺尺寸和總樁數(shù)。,樁基設(shè)計程序：,1、根據(jù)地基情況確定樁的類型及幾何尺寸，初步確定承臺底面標高； 2、確定單樁的容許承載力； 3、確定樁的數(shù)量及平面布置； 4、確定群樁承載力，必要時驗算群樁地基沉降； 5、計算樁基中各樁的荷載，進行單樁設(shè)計。 6、承臺設(shè)計； 繪制樁基施工圖。,樁的設(shè)計,1、樁型 2、尺寸選擇 3、構(gòu)造要求 4、承臺梁的連接 5、樁的布置,單獨樁基礎(chǔ)在承受中心受壓時，其布置可采用行列式及梅花式，樁的間距一般采用等間距。偏心受壓時，常采用在偏心方向上不等距的布置方式，但宜使樁的中心軸對稱，使樁基各樁受力均勻。群樁橫截面的重心，應(yīng)盡可能與合力作用點相重合或盡可能接近。當上部有幾種不同內(nèi)力組合時，承臺上面合力作用點將發(fā)生變化，此時群樁截面的重心應(yīng)位于合力作用點可能變化的變化范圍之內(nèi)，盡可能接近最不利時的合力作用點位置。,條形基礎(chǔ)下樁的布置,單列式,梅花式 (雙排錯放),桁列式 (雙排并排),3d,滿堂紅樁基礎(chǔ)下樁的布置,梅花式,行列式,3d,d,2d,四方布置,中心布置,縱橫墻交接處樁的布置,合理布置樁并確定適當?shù)拈g距，是樁基設(shè)計達到經(jīng)濟和安全可靠的重要一環(huán)。一般情況下樁的間距可取 。,對于打入的豎直摩擦樁，樁的中心距離不宜小于3d。 斜樁的中心間距在樁尖處3d，在承臺底面不宜小于1.5d（或邊長）。 振動法打入砂土的預(yù)制樁，在樁尖處不宜小于樁徑或邊長。 支承于巖基上的端承樁，樁的中心間距不得小于2.5d或者2.5d倍的邊長。 樁的間距一般取3d6d或邊長，也不得小于0.7m。,樁的間距,樁的根數(shù),1、墻下樁基：,2、單獨基礎(chǔ)的樁基礎(chǔ)：,中心受壓時：,偏心受壓時,群樁中單樁受力 計算,對低承臺樁基礎(chǔ),1、中心受壓：,2、偏心受壓：,一般情況下，樁不能受拉，所以要求,9,10,11,12,6,5,7,8,1,2,3,4,樁頂荷載計算圖,單樁水平承載力,邊樁對承臺的沖切簡圖,方樁,圓形樁,邊樁對承臺的沖切簡圖,其中,，,分別為邊樁處承臺沖切破壞錐 下邊、上邊的長度,當柱尺寸與位置正好位于樁基礎(chǔ)中心幾根樁之間時，容易產(chǎn)生直剪破壞。 承臺高度應(yīng)滿足,其中,為作用于樁承臺上的剪切荷載，取抗剪計算截面以外全部樁的凈反力之和,是抗剪截面。對截面,對截面,，,為混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值。若樁還有彎矩作用，應(yīng)取樁反力最大的一邊承臺進行驗算。,承臺的抗剪強度計算,承臺板抗彎計算,4根樁以上柱下獨立樁基矩形承臺板的抗彎強度計算，有三種基本模式： 桁架法 板式法 梁式法,桁架法,板式法,，,取承臺板中心作為危險計算截面，任一基樁反力引起的彎矩在板的兩個正交方向上按距離比例分配，求得對承臺板中心的X,Y軸的設(shè)計彎矩 ：,梁式法,樁凈反力對柱底邊緣的彎矩：,，,樁承臺的形式,等邊3樁承臺 ：,等腰3樁承臺：,，,承臺梁設(shè)計,承臺梁有墻下及柱下承臺梁兩種形式。這些承臺梁，都必須進行抗沖切及抗彎強度計算： 1、承臺梁抗沖切計算 墻下承臺梁由于它與墻體共同作用，具有很高的抗沖切能力，因此不必驗算樁對承臺梁的沖切強度。柱下承臺梁（單向或交叉承臺梁）的抗沖切計算，可采用與承臺板相同的方法進行。 2、墻下承臺梁的抗彎計算 墻下承臺梁彎矩的確定，主要是考慮墻體與承臺梁的共同作用，即作用于承臺梁上的有效豎向荷載的取值問題。,預(yù)制樁的起吊 及運輸驗算,不同起吊點位置及其彎矩簡圖,0.295L,0.705L,L,L,0.207L,0.207L,0.586L,M1,M1,M1,M1,M2,，,跨中M2： 起吊點M1：,Gd,0.13L,0.37L,0.13L,0.37L,0.095L,0.095L,0.27L,0.27L,0.27L,L,L,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M2,M2,M2,M2,M2,，,實例,某住宅樓6層，橫墻承重，作用在橫墻腳底荷載為N165.9KN/m，橫墻長10.5m，墻為24墻。地基土情況如下圖所示，設(shè)計樁基礎(chǔ)。 （可選擇的沉管灌注樁尺寸有：325，377，500，預(yù)制樁尺寸300300，400600，600800，布樁密度Ws5%）,稍密雜填土,r=16.3kN/m3，qs=12,r=19kN/m3，qs=10，,r=16.5kN/m3，qs=25,r=16.3kN/m3，qs=35 qp=1700,2200,2400,2600,5000,1600,軟塑淤泥,可塑粘土,硬塑粘土,解答：地下水位深1600mm，則可以取承臺埋深Df1500， 樁長L100（樁入承臺）700240026001200（樁入持力層）7000m。 選擇預(yù)制樁尺寸：300300。 單樁承載力： RkQs+Qp （0.7122.4102.6251.235）40.31700300300 =332.88KN 取 進行樁基礎(chǔ)設(shè)計。,樁數(shù)：,考慮到承臺自重及上覆回填土重，取n7 排樁：（10.50.32）61.65m4dp,可以不考慮群樁效應(yīng)問題。 根據(jù)以上條件取承臺尺寸為10.5mm0.8mm。 此時布樁密度Ws5% 因為（40.30.3）/(10.50.8)=4.3%，則采取4根樁打入，3根樁取土植樁。 承臺高度尺寸可取8001000。,有一預(yù)制的鋼筋混凝土打入式樁基礎(chǔ)，地基土的物理力學性質(zhì)如表中，地質(zhì)剖面及單樁垂直靜載荷試驗QS曲線。 軸力N4000KN 彎矩M400KNm 水平力T50KN 承臺底面埋深D2.0m,地基土物理力學性質(zhì),樁身材料：混凝土為C30，,15N/mm2，,=16.5 N/mm2，,310N/mm2,10N/mm2，,=11 N/mm2，,承臺材料：混凝土C20,鋼筋級，,N,M,T,2000,1500,13.5m,2.0m,灰色粘土,灰色粘土,200,400,600,800,4,8,12,16,Q/KN,S/mm,Q/KN,單樁豎向承載力的確定 ：按經(jīng)驗公式計算,樁尖處為灰黃色亞粘土層，液限指數(shù)為0.6，樁的入土深度為1.5m，查表可得,（9001100）kpa，用直線內(nèi)插法得：,980kpa。,樁側(cè)土的摩阻力： 查表可得：灰色粘土，當0.75,1.0，,1724， 取,17kpa,灰黃色粘土 當0.5,0.75，,2431，取,29kpa。,按樁身材料強度確定單樁的承載力,，,取,根據(jù)靜載荷QS曲線：,700KN，,7002350KN， R1.2,最后取單樁承載力的設(shè)計值R為420kpa。,420kpa,200,400,600,800,4,8,12,16,Q/KN,S/mm,Q/KN,樁的根數(shù)及布置 按中心受壓確定樁的數(shù)量：,因為承臺頂面有彎矩M400KNm及T50KN，取,初步擬定樁的布置如圖，按行列式排列 承臺尺寸為2.6m3.6m 承臺埋深D2m 承臺及其上覆土的密度平均值,G2.63.6202=374.4KN,距取S(36)d(36)0.3m0.91.8m，取S1.0m。,9,5,6,7,8,1,2,3,4,10,11,12,1000,1000,500,300,300,X,Y,群樁中單樁承載力的計算： 單樁所受平均作用力：,群樁承載力 如圖（群樁承載力計算圖）：考慮/4的側(cè)向角度向外擴散，樁所穿越的土層的內(nèi)摩擦角按20計算，驗算下臥層地基土的強度。,實體基礎(chǔ)的尺寸為：,N,M,T,2000,1500,13.5m,2.0m,1500,Qmax,Qmin,5,群樁承載力驗算圖,實體基礎(chǔ)埋深范圍內(nèi)土的平均密度：,實體基礎(chǔ)底面灰黃色粘土修正后承載力設(shè)計值為：,地下水位在承臺底面處，取承臺、樁、土的混合密度為,20KN/m3， 地下水位以下取平均密度,10KN/m3，則實體基礎(chǔ)的自重為：,當?shù)酌鎵毫Π粗行氖軌河嬎銜r：,按偏心受壓計算時：,地基強度滿足,承臺設(shè)計 承臺尺寸如圖所示。 單樁凈反力計算： 單樁平均凈反力：,單樁最大的凈反力：,承臺沖切驗算（取保護層為100mm）: 樁對承臺的沖切，單樁最大荷載在邊緣，因此只需要對邊樁進行沖切檢驗： 單樁最大凈反力：,600mm0.6m，承臺混凝土C20，,滿足沖切強度要求。,承臺抗剪驗算 按多樁承臺計算圖中的截面的抗剪強度 邊排樁單樁最大凈反力：,有3根樁，剪力,B取平均寬度，,保護層取100mm 基底面積：,滿足強度要求。,截面邊排有4根樁，單樁平均凈反力為：,，,承臺長度取平均長度：,，,，,M1,M1,M2,樁身起吊驗算,15000,3105,3105,8790,q,400,400,700,1500,825,975,825,25,18150,10150,45,N,M,T,45,100,700,400,400,500,1,2,3,4,1000,500,300,300,地基土性質(zhì),地下水位深1.0米,室內(nèi)地坪,室外地坪,墻體,深不見底淤泥,粉質(zhì)粘土,粉質(zhì)粘土,耕植土,8.8m,d=9.8m,450,500,400,100,d=900,bo=240,500,建筑物平面布置圖,3600,5000,1800,3600,5000,深基礎(chǔ),深基礎(chǔ)的兩種類型 樁基礎(chǔ)與墩基礎(chǔ),地下連續(xù)墻,地下連續(xù)墻的優(yōu)點是剛度大,既擋土又擋水,施工時無振動,噪音低,可用于任何土質(zhì)。 施工過程：利用專用的挖槽機械在泥漿護壁下開挖一定長度（一個單元槽段）挖至設(shè)計深度并清除沉渣插入接頭管吊入鋼筋籠導管澆注混凝土待混凝土初凝后拔出接頭管逐段施工。 地下連續(xù)墻在成槽之前先要沿設(shè)計軸線施工導墻，導墻的作用是挖槽導向