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桩基础及其它深基础桩基础及其他深基础是用于将上部结构荷载传递至深层稳定土层或岩层的重要基础形式,适用于软弱地基、高层建筑、桥梁、重型工业设施等对承载力和沉降控制要求较高的工程。桩基础由桩身和承台组成,通过桩的侧摩阻力和端承力共同承担荷载。根据施工方式可分为预制桩和灌注桩;按受力特性可分为摩擦桩和端承桩。
除桩基础外,其他常见的深基础形式还包括沉井基础、地下连续墙和墩基础等。沉井基础依靠自身重力下沉至设计深度,适用于深水桥梁和大型构筑物;地下连续墙兼具挡土、防水和承载功能,常用于深基坑支护和地下结构;墩基础则为大直径桩,施工简便,承载力高,多用于桥梁和塔基。
深基础能有效减少不均匀沉降,提高结构稳定性沿江商业外立面装饰工程脚手架施工方案,但施工复杂、成本较高,需结合地质条件、荷载特征和环境因素进行合理选型与设计。随着施工技术的发展,如静压桩、旋挖钻孔等新工艺的应用,深基础在现代工程建设中发挥着越来越重要的作用。
4.3竖向荷载下单桩的工作性能
由深度z处微元dz上静力平衡:
4.3.1桩的荷载传递
若通过沿桩身若干截面预先埋设应力量测元件(传感器)可获得桩身轴力Ns分布图,可利用上式求出τz和δz分布图。
4.3.2桩侧摩阻力和桩端阻力
σvc’不一定等于覆盖应力
粘性土4—6mm砂土6—10mm.
4.3.3单桩的破坏模式:单桩在轴向荷载作用下,其破坏模式主要取决于桩周土的抗剪强度、桩端支承情况、桩的尺寸以及桩的类型
4.3.3.1屈曲破坏桩底坚埂、桩侧软弱,无约束;桩在轴向荷裁作用下如同一细长压杆出现纵向挠曲破坏。“陡降型”破坏
4.3.3.2整体剪切破坏当具有足够强度的桩穿过抗剪强度较低的土层,达到强度较高的土层,且桩的长度不大时,桩底土层不能阻止滑动土楔的形成,发生整体剪切破坏。
4.3.4桩侧负摩阻力
(1)穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层;(2)桩周存在软弱土层,临近桩地面有较大长期荷载,或地面大面积堆载。(3)降低地下水位,土有效应力增加,产生显著沉降。
中性点深度la应按桩周土层沉降与桩的沉降相等的条件确定
桩周第i层土平均竖向有效上覆压力(KPa)
桩周第i层土经钻杆长度修正后的平均标准贯入实验击数
4.4单桩竖向承载力的确定
4.4.1按材料强度确定按材料强度确定单桩竖向求载力时,可将桩视为轴心受压杆件,根据桩材相应按《混凝土结构设计规范》或《钢结构设计规范》计算。
4.4.2按地基土的支承能力确定
4.4.2.1静载荷试验方法试桩数量.不宜少于总数1%,并不少于3根。预制桩间歇时间:砂类土:10天;粉土、粘性土:15天;饱和粘性土:25天
(2)终止加载条件①某级荷载下,桩顶沉降量为前一级荷载下沉降量的5倍;②某级荷载下,桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的2倍,且经24h尚未达到稳定③已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量时;
(3)按试验结果确定单桩承载力
根据沉降随荷载的变化特征确定QU
根据沉降随时间的变化特征确定Qn,取曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值作为极限荷载Qn。
桩极限承载历实测值与平均值之比:
4.4.2.2按土的抗剪强度指标确定
以土力学原理为基础,在土的杭剪强度指标的取值上考虑理论公式无法概括的某些影响因素,例如:土的类别和排水条件、桩的类型和设置效应等,所以仍是经验性公式。单桩极限承载力:
Qsu、Qpu桩侧总极限摩阻力和桩端总极限阻力:
由于桩的设置附加于地基上的重力,常设相等
4.4.2.3静力触探法静力触探是将圆锥形的金属探头,以静力方式按一定速率均匀压入土中,借助探头的传感器,测出探头侧阻fs及端阻qc。探头由浅入深测出各种土层的这些参数后,即可算出单桩承载力。
4.4.2.4经验公式法利用经验公式确定单桩竖向极限承载力标准值Quk,是一种沿用多年的传统方法,《桩基规范》在《地基规范》基础上,积累了丰富的资料,使其适用于各类基桩,并以极限状态设计形式表示。
(1)一般预制桩及灌注桩
(3)嵌岩桩一般情况下,只要嵌岩桩不是很短,上覆土层的侧阻力就能部分发挥;此外,嵌岩深度内也有侧阻力作用,故传递到桩端的应力随嵌岩深度增大而递减,当嵌岩深度达5d时,该应力接近于零。所以桩端嵌岩深度一般不是很大,超过某一界限则无助于提高桩的竖向承载力。
能量损耗材料的非弹性变形
能量消耗系数确定十分复杂,与桩的材料、打桩方式、土的性质有关,采用不同的假定得出不同的α
4.5桩基竖向承载力设计值
国内外大量工程实践和试验研究结果表明,采用单一的群桩效率系数不能正确反映群桩基础的工作状况,其低估了群桩基础的承载能力。
目前工程上考虑群桩效应的方法有两种:
①以概率极限设计为指导,通过实测资料的统计分析对群桩内每根桩的侧阻力和端阻力分别乘以群桩效应系数;
②把承台、桩和桩间土视为一假想的实体基础,进行基础下地基承载力和变形验算。
4.5.2承台下土对荷载的分担作用
侧阻端阻综合群桩效应系数:
承台土阻力群桩效应系数:
复合基桩或基桩的竖向承载力设计值R为:
静载荷试验确定竖向承载力标准值时:
Qck—相应于任一复合基桩的承台底地基土的总极限阻力标准值;qck—承台底1/2承台宽度深度范围(<=5m)内地基土极限阻力标准值;Ac—承台底地基土净面积;γsγpγspγc—分别为桩侧阻、桩端阻、桩侧阻瑞阻综合抗力及承台底土阻抗力分项系数,可按表8.12采用;ηsηpηsp—分别为桩侧阻、桩端阻、桩侧阻端阻综合群桩效应系数,可按表8.13取值;ηc—台底土阻力群桩效应系数,可按下式计算:
当承台底面与土脱开(非复合桩基)时,不应考虑承台效应,即取ηc=o,ηs、ηp、ηsp取表8.13中Bc/l=0.2一栏的对应值;对端承桩基和桩数不超过3根的非端承桩基,也不考虑群桩效应,ηc=o,ηs=ηp=ηsp=1.0
4.6桩基承载力和沉降验算
4.6.1桩顶作用效应
4.6.1.1基桩桩顶荷载效应的计算
x,y是桩平面惯性主轴
当基桩承受较大水平力,或为高承台桩基时,桩顶作用效应的计算应考虑承台与基桩协同工作和土的弹性抗力。
自重荷载分项系数取1.2,有利时1.0
4.6.1.2地震作用效应
对主要承受竖向荷载的抗震设防区低承台桩,下列条件不考虑地震作用
1、按《建筑抗震设计规范》规定可不进行天然地基和基础抗震承载力计算的建筑物。2、不位于斜坡地带和地震可能导致滑移、地裂地段的建筑物。3、桩端及桩身周围无可液化土层;4、承台周围无液化土、淤泥、淤泥质土。
对位于8度和8度以上抗震设防区的高大建筑物低承台桩基,在计算各基桩的作用效应和桩身内力时可考虑承台与基桩共同工作和土的弹性抗力作用。
4.6.2基桩竖向承载力验算
4.6.2.1荷载效应基本组合
4.6.2.2地震作用效应组合
地震灾害调查表明,不论桩周土类别如何,基桩承载力均可提高25%。
4.6.3桩基软弱下卧层承载力验算
软弱下卧层经深度修正后的地基承载力标准值
地基承载力分项系数,可取1.65
1.桩距sa<=6d,可按整体冲剪考虑:
桩侧第I层土的极限侧阻力标准值
圆桩de=d方桩de=1.13b
当建筑物对桩基的沉降有特殊要求,或桩端存在有软弱下卧层,或为摩擦型群桩基础时,尚应考虑桩基的沉降验算。目前在工程中计算桩基沉降量,仍假定桩群为一假想的实体深基础,按与浅基础相同的计算方法和步骤计算桩尖平面以下由附加应力引起的压缩层范围内地基的变形量,但计算过程中各土层的压缩模量,按实际的自重应力和附加应力由实验曲线确定,同时,基底边长取承台底面边长(ac、bc);最后引入桩基等效沉降系数ψe对沉降计算结果加以修正,
4.6.4桩基沉降验算
按分层总和法计算的桩基沉降量
桩基等效沉降系数,可按《桩基规》有关规定计算。
4.6.5桩基负摩阻力验算
群桩中任一基桩:下拉荷载标准值Qgn,可取单桩下拉荷载Qn乘以负摩阻力桩群桩效应系数ηn(单桩ηn=1)
当土层不均匀和建筑物对不均匀沉降较敏感时,尚应将负摩阻力引起的下拉荷载计入附加荷载验算桩基沉降。
验算基桩竖向承载力设计值R时:
端承型基桩:应计入下拉荷载Qgn,
摩擦型基桩:取桩身计算中性点以上侧阻力为零
水泥基渗透结晶型防水涂料施工方案(豆丁)4.7桩的水平承载力与位移
建筑工程中的桩基础大多以承受竖向荷载为主,但在风荷载、地震荷载、机械制动荷载或土压力、水压力等作用下,也将承受一定的水平荷载。尤其是桥梁工程中的桩基,除了满足桩基的竖向承载力要求之外,还必须对桩基的水平承载力进行验算。
确定单桩水平承载力的方法,以水平静载荷试验最能反映实际情况,所得到的承载力和地基土水平抗力系数最符合实际情况,若预先埋设量测元件,还能反映出加荷过程中桩身截面的内力和位移。此外,也可采用理论计算,根据桩顶水平位移容许值,或材料强度、抗裂度验算等确定,还可参照当地经验加以确定。
4.7.1单桩水平静载荷试验
桩和承台:足够的强度、刚度和耐久性地基(主要桩端持力层):足够的承载力和不产生过量的变形
①进行调查研究,场地勘察,收集有关资料;②综合勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构条件确定桩基持力层;③选择桩材,确定桩的类型、外形尺寸和构造;④确定单桩承裁力设计值;⑤根据上部结构荷载情况,初步拟定桩的数量和平面布置;⑥根据桩的平面布置,初步拟订承台轮廓尺寸及承台底标高;⑦验算作用于单桩上的竖向和横向荷载;⑧验算承台尺寸及结构强度;⑨必要时验算桩基的整体承载力和沉降量,验算软弱下卧层地基承载力;⑩单桩设计,绘制桩和承台的结构及施工详图。
设计桩基之前必须充分掌握设计原始资料某水闸(橡胶坝)建设工程施工组织设计,包括建筑类型、荷载、工程地质勘察资料、材料来源及施工技术设备等情况,并尽量了解当地使用桩基的经验。