桩基础89节.ppt
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上节内容复习,4承台的作用及分类,5承台设计的内容,1作用在桩顶的水平荷载性质包括哪些?
2根据桩土相对刚度不同,水平荷载作用下的桩可分为哪几种?
它们有哪些特点?
3桩的平面布置方式,布置原则以及常用的中心距,4.8.2柱下桩基独立承台,受弯计算,受冲切计算,受剪切计算,局部受压计算,承台结构承载力计算,1承台弯矩计算,
(1)柱下多桩矩形承台,根据承台模型试验资料,柱下多桩矩形承台在配筋不足的情况下将产生弯曲破坏,其破坏特征呈粱式破坏.即挠曲裂缝在平行于柱边两个方向交替出现,承台在两个方向交替呈梁式承担荷载,最大弯矩产生在平行于柱边两个方向的屈服线处.,挠曲裂缝在平行于柱边两个方向交替出现,Xi,计算截面应取在柱边和承台高度变化处(杯口外或台阶边缘),垂直于x、y轴方向计算截面处的弯矩设计值(kN.m);,从桩的中心到相应计算截面的距离坐标(m),扣除承台和承台上土自重设计值后第i桩竖向净反力设计值;(kN)。
公式说明:
根据计算的柱边截面和截面高度变化处的弯矩,分别计算同一方向各截面的配筋量后,取各向的最大值按双向均布配置,柱下三桩三角形承台弯矩,计算截面应取在柱边.,X,Y,Ny,Nx,a)等边三桩b)等腰三桩,等边三桩承台,等腰三桩承台,柱下三桩三角形承台弯矩,2承台高度及强度计算,可按冲切及剪切条件确定,先按构造要求及经验初设承台高度,然后进行冲切、剪切强度验算,复核承台高度是否合适,并进行调整;承台冲切破坏的方式有二:
一是沿柱(墙)边和承台变阶处对承台冲切破坏,二是角桩顶部对承台的冲切破坏。
角桩的冲切破坏图,Q,Q,F,冲切破坏锥体斜面与承台底面的夹角大于等于45度,柱边冲切破坏锥体的顶面在柱与承台交界处或承台变阶处,底面在桩顶平面处;,角桩冲切破坏锥体的顶面在角桩的内边缘处,底面在承台上方,冲切计算,1)沿柱(墙)边或承台变阶处的冲切计算。
冲垮,冲垮,四桩以上承台的角桩冲切验算示意图,ax,倒置的冲切450锥体,矩形承台角桩冲切计算,2)角桩的冲切计算,多桩(四桩以上)矩形承台:
三桩三角形承台:
底部角桩:
顶部角桩:
三角形承台角桩冲切计算,
(2)剪切计算,承台高度应满足抗剪要求.桩基础承台斜截面受剪承载力计算同混凝土结构计算大体相同,但由于桩基础承台多属于剪跨比较小的情况1.40,故需将混凝土结构所限制的剪跨比(1.403.0)延伸到0.3的范围。
柱下桩基础独立承台应分别对柱边及承台变阶处和桩边联线形成的斜截面进行抗剪计算,如图所示。
当柱边外有多排桩形成多个剪切斜截面时,此时应对每个斜截面都应进行验算。
承台斜截面受剪承载力计算示意图,柱下独立承台,对柱边和桩边、变阶处和桩边联线形成的斜截面进行计算。
承台斜截面受剪切计算简图,计算公式:
对于阶梯形承台抗剪计算:
A2-A2断面:
B2-B2断面:
阶梯形承台斜截面受剪计算,阶梯形承台及锥形承台的计算宽度按以下方法确定:
对于锥形承台抗剪计算:
A-A断面:
B-B断面:
锥形承台斜截面受剪计算,3承台局部受压和抗震验算,4.9桩基础设计的一般步骤,桩基础设计的方法和步骤一般先根据收集的必要的设计资料,拟订出设计方案(包括选择桩基的类型,桩长,桩径,桩数,桩的布置,承台位置与尺寸等),然后进行基桩和承台以及桩基础整体的强度,稳定,变形的验算,经过计算,比较,修改直至符合技术,经济和安全,使用等各项要求,最后确定较佳的设计方案.,No,承台设计,桩基础的设计步骤,一、桩基础设计原则,二、设计内容设计步骤,桩基础的设计应力求选型恰当、经济合理、安全适用。
1)收集设计资料。
进行调查研究、场地勘察;2)确定持力层。
综合有关情况,确定桩基础持力层;3)选择桩材、桩型、桩截面及尺寸,初步确定承台埋深;4)确定单桩承载力设计值;5)确定桩的数量并布桩,初步确定承台类型及尺寸;6)验算单桩荷载,包括竖向荷载及水平荷载等;7)验算群桩承载力,必要时验算桩基础的变形。
8)桩身内力分析及桩身结构设计等;9)承台抗弯、抗剪、抗冲切及抗裂等强度计算及结构设计;10)绘制桩基础结构施工图及详图,编写施工设计说明。
(一)收集设计资料,收集的桩基础设计资料,要详尽、全面,以保证桩基础的设计尽可能合理。
包括以下几方面:
建筑物本身的资料:
包括建筑物类型、平面布置、结构类型、荷载分布情况、建筑安全等级及抗震要求等。
建筑场地、建筑环境资料:
包括建筑场地和周围的平面布置、空中与地下设施管线分布、相邻建筑物等资料,水、电、材料等资料,周围环境条件等。
工程地质勘察资料:
工程地质、水文地质勘察资料对桩基础设计是十分重要的。
施工条件:
包括施工机械设备条件、沉桩条件、材料来源,动力条件及施工对周围环境的影响等,施工机械设备的进出场及现场运行条件等。
(二)确定持力层,持力层的选择,是桩基础设计的重要一步。
应选择承载力高、压缩性低的土层作为桩端持力层,同时根据各方面因素综合确定。
桩长:
指自承台底面到桩端的长度(一般持力层确定后,桩长也就确定了。
),(三)桩型、桩长、桩截面尺寸的选择,1.桩型的选择,工程地质和水文地质条件工程特点施工对周围环境的影响考虑工程造价及工期的要求经济条件,L,桩型选择的原则:
要因地制宜,经济合理。
应考虑的因素:
2.桩长的选择,桩端持力层应选择较硬土层桩端进入持力层的深度(见下张)临界深度桩端进入持力层某一深度后,桩端阻力不再增大,则该深度为临界深度。
同一建筑物应尽可能采用相同桩型的桩3.桩的截面尺寸及承台埋深的选择混凝土桩截面边长不应小于200mm;预应力混凝土预制桩截面边长不宜小于350mm,承台埋深的选择主要从结构要求和冻胀要求考虑,并不得小于600mm.,对于桩端进入坚实土层的深度和桩端下坚实土层的厚度,应该有所要求。
一般可以这样考虑:
对碎石类土不宜小于1倍桩径。
桩端以下坚实土层的厚度,一般不宜小于4倍桩径。
对粘性土、粉土进入的深度不宜小于2倍桩径,砂类土不宜小于1.5倍桩径;穿越软弱土层而支撑在倾斜岩层面上的桩,当风化层厚度小于2倍桩径时,桩端应进入新鲜或微风化基岩。
端承桩嵌入微风化或中等风化岩体的深度不宜小于0.5m,以确保桩端与岩体接触。
要求桩端进入持力层一定深度,桩端下持力层留有一定厚度,(四)确定单桩承载力的设计值,桩长及桩型初步确定后,即可根据桩的选型确定出桩的截面形状,并初步确定承台底面标高.承台底面标高确定后,便可按4.3,4.6节的方法计算单桩竖向及水平向承载力.竖向承载力计算方法包括竖向静载荷试验,土的抗剪强度指标以及规范推荐的公式等.水平承载力计算方法包括水平向静载荷试验以及经验公式等.,(五)桩数及桩位布置,1.桩数n
(1)竖向轴心受压荷载作用下,按下式估算桩的数量n:
由,导出,相应于荷载效应标准组合时,作用在桩基承台顶面上的竖向力设计值(kN);,承台及其承台上的填土的重力设计值(kN),具体计算时,由于承台的基本尺寸没有确定,所以可以先忽略,按下式进行估算:
(五)桩数及桩位布置,
(2)偏心竖向受压荷载作用下,按下式估算桩的数量n,对于偏心距固定的桩基,如果桩的布置使得群桩横截面的重心与荷载合力作用点重合,则仍可按上式估定桩数,否则,桩的数量应按下式确定,所选的桩数是否合适,尚待各桩受力验算后确定.,计算桩的数量n时,要注意的几个问题:
计算桩的数量n时,要注意的几个问题:
1)地基验算包括桩基础软弱下卧层承载力和桩基础沉降验算;2)偏心受压时,尽量使得群桩横截面的重心与荷载合力作用点相重合,以便按中心受压基础来考虑计算。
3)承受水平荷载的桩基础,除了满足上述公式之外,还应满足桩的水平承载力要求。
4)对于灵敏度高的软弱粘土中,应采用桩距大的、桩数少的桩基础。
估算桩的数量n1,加大桩的数量确定n,端承桩n摩擦桩n3,n=(1.11.2)n1,摩擦桩n3,地基验算,重新计算R估算n,偏心受荷,桩基规范规定:
一般桩的最小中心距应满足表4-9的要求。
桩的中心距S加大,承台体积加大,造价加大,桩的中心距S变小,施工困难、摩擦型桩应力重叠,桩的承载力不能发挥作用,2桩的中心距,边桩中心至承台边缘的距离不应小于桩的直径或边长,且桩的外边缘至承台边缘的距离不应小于150mm。
对于条形承台梁,桩的外边缘至承台梁边缘的距离不应小于75mm。
3桩位的布置,在确定桩数,桩距和边距后,根据布桩原则,选择合理的排列方式.,布桩的一般原则是:
为了使桩基础的各桩受力比较均匀.群桩横截面的重心应与竖向永久荷载合力的作用点重合或接近.,布桩的方式:
在工程实践中,柱下桩基多采用对称多边形;墙下桩基采用梅花式或行列式;筏形或箱形基础下宜尽量沿柱网,肋梁或隔墙的轴线设置.,(六)桩基承载力验算,1桩顶荷载计算,偏心竖向荷载作用下:
以承受竖向力为主的群桩基础的单桩(包括复合单桩)桩顶荷载效应可按下列公式计算:
轴心竖向力作用下:
水平力作用下:
2单桩承载力验算,中心荷载下:
偏心荷载下:
水平力作用下:
3桩基软弱下卧层承载力验算,当桩端平面以下荷载影响范围内存在软弱下卧层时,如果桩距较小,则桩和桩间土的性状类似于实体深基础,而引起冲破硬持力层的整体冲剪破坏;如果桩距较大(或者是单桩基础)且硬持力层厚度较小,单桩可能会产生单独冲剪破坏.为了防止上述情况发生,需进行相应的群桩承载力验算.,验算原则:
扩散到软弱下卧层顶面的附加应力与软弱下卧层顶面上土自重应力之和要小于软弱下卧层的设计承载力.即:
式中,作用于软弱下卧层顶面的附加应力(kPa),可按下面的公式进行计算;,软弱下卧层顶面以上各土层天然重度加权平均值,水位下采用有效重度(kN/m3);z地面至软弱下卧层顶面的深度(m);,软弱下卧层经过深度修正后的地基极限承载力标准值;,地基承载力分项系数,可取,整体冲剪破坏情况:
将桩基础视为等效深基础来计算。
单独冲剪的验算只对桩基础中的基桩进行计算,整体冲剪破坏情况,此时软弱下卧层承载力验算:
将桩基础视为等效深基础来计算,单独冲剪破坏情况,条件:
桩距大于6d,t较小,只对桩基础中的基桩进行计算,4桩基沉降验算,一般来说,对地基基础设计等级为甲级的建筑物桩基,体型复杂,荷载不均匀或桩端以下存在软弱下卧土层的设计等级为乙级的建筑物桩基以及摩擦型桩基,应进行沉降验算.对于地基基础设计等级为丙级的建筑物,群桩效应不明显的建筑物桩基,可根据单桩静载荷试验的结果及当地工程经验估算沉降量,可不进行沉降验算.,验算原则:
对于应进行沉降验算的建筑物桩基,其沉降量不超过建筑的允许沉降量.,5桩基负摩阻力的验算,在考虑桩侧负摩阻力的桩基承载力验算中,单桩竖向承载力特征值只计中性点以下部分的侧阻力和端阻力.,摩擦性桩基:
端承性桩基:
(七)桩身结构设计,预制桩的混凝土强度等级不宜低于C30,采用静压法沉桩时,可适当降低(但不宜低于C20);预应力混凝土桩的混凝土强度等级不宜低于C40。
混凝土预制桩的截面边长不应小于200mm;预应力混凝土预制桩的截面边长不应小于350mm;预应力混凝土离心管桩的外径不应小于300mm。
预制桩的桩身应配置一定数量的纵向钢筋和箍筋。
预制桩的最小配筋率一般不应小于0.4。
当截面边长为350550mm时,采用8根直径1225mm的纵向钢筋,截面边长在300mm以下者,可用4根。
箍筋直径68mm,间距不大于200mm,在桩顶和桩尖处应适当加密。
主筋的混凝土保护层不应小于30mm。
桩身强度:
QApfcc,1承台的结构设计要求,形状:
矩型、三角形、多边形、圆形最小宽度50cm最小厚度30cm桩外缘距离承台边15cm边桩中心距离承台边1.0D桩嵌入承台:
大桩10cm,普通桩5cm,钢筋伸入承台30d(6)混凝土强度等级C20,(八)桩承台的设计,2承台的厚度确定,根据冲切抗剪验算等确定,须验算:
沿柱边的冲切强度,角桩冲切验算,斜截面抗剪验算,3承台的配筋,根据抗弯验算确定,计算出弯矩后,按混凝土结构设计规范配筋,桩基设计实例:
例4-2,例4-2某柱下独立建筑桩基,采用400400mm预制桩,桩长16m.建筑桩基设计等级为乙级,传至地表的竖向荷载标准值为Fk4400kN,Mky=800kN.m,其余计算条件见图所示。
试验算基桩的承载力是否满足要求.,解:
基础为偏心荷载作用的桩基础,承台面积为A3412m2,承台底面距地面的埋置深度为,=1.5m,1.基桩顶荷载标准值计算,2.基桩竖向承载力特征值计算,按规范推荐的经验参数法计算单桩极限承载力标准值。
桩周长u0.441.6m;桩截面面积Ap0.420.16m2。
软土层、粘土层和细砂层桩极限侧阻力标准值分别为qsk25kPa,60kPa,60kPa。
细砂层中桩端极限端阻力qpk4200kPa。
单桩极限承载力标准值为,单桩承载力标准值为,3.桩基承载力验算,所以承载力满足要求.,例题4-3,见教材,本章小结,桩基础极限状态分为两类承载能力极限状态;正常使用极限状态。
桩基础设计计算原则所有桩基础均应进行承载能力极限状态计算;桩基础的作用效应组合1)承载能力极限状态:
采用基本组合和地震作用效应组合;2)沉降验算采用长期效应组合,荷载采用标准值;桩基础及桩的主要分类桩基础按桩数分为单桩基础、群桩基础;桩按承载性分为摩擦型桩、端承型桩;按施工方法分为预制桩、灌注桩(5)单桩竖向承载力的确定按土对桩的支承力和桩身材料强度两方面来确定。
(6)群桩竖向承载力验算群桩竖向承载力验算包括两方面:
一是基桩的竖向承载力验算;另一个是群桩软弱下卧层承载力验算。
必要时,作桩基础沉降验算。
(7)桩基础设计及计算包括桩基础的设计内容及设计步骤,桩身及承台的构造、设计及计算等。
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