桥梁桩基础的设计及验算.docx

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桥梁桩基础的设计及验算

一、概述

（一）桩基础及应用

1、组成：

桩群和承台

2、优点：

承载力高，沉降小，稳定性好。

不需大范围的开挖，减少了支护、降水工作。

3、缺点：

施工较为复杂，造价较高。

4、适用范围：

（1）荷载大，软弱土层厚时。

（2）河床冲刷较大时。

（3）对地基沉降及不均匀沉降控制有较高要求时。

（4）水平荷载较大时。

（5）河水位较高时。

（6）地震区需抗砂土液化时。

图1桩基础

（二）桩和桩基的分类

1、桩的分类

材料类型：

1）木桩（已少用），2）混凝土桩（较少），钢筋混凝土桩（主力），3）钢桩（价高）

2、施工方法（钢筋混凝土桩）

（1）预制桩

施工方法：

打入、振入、压入等。

优点：

桩身质量容易保证；水上施工方便；施工工效高。

缺点：

单价较灌注桩高；锤击、振动法下沉时噪音大；属挤土桩，易导致地面的隆起；桩接头是薄弱环节；不易穿透坚硬地层。

（2）灌注桩

施工方法：

钻孔、冲孔、沉管成孔、人工挖孔等。

优点：

适用于各种地层；可采用大直径，以获得高承载力；与预制桩相比，钢筋用量较少，更为经济。

缺点：

桩身质量不易保证；孔底沉积物不易清净（挖孔桩除外），影响承载力；一般不宜用于水下施工。

（3）管柱基础

施工方法：

先下沉预制钢筋混凝土管，内部钻挖后，再填钢筋混凝土。

特点：

承载力高，适合于深水施工。

直桩和斜桩

图4直桩

图5斜桩

斜桩：

可抵抗较大的水平荷载。

桩的设置效应

根据对周围土的扰动程度

挤土桩：

实心预制桩、下端封闭的管桩等

部分挤土桩：

冲孔灌注桩、钢桩等

非挤土桩：

钻（挖）孔灌注桩等

扰动后的土影响桩的承载力及沉降。

按（轴向）承载性状的分类

桩的轴向受力特征

轴向荷载=侧阻力+端阻力

极限荷载=极限侧阻力+极限端阻力

图6受力特征

桩侧、桩端阻力的分担比例

主要取决于桩侧与桩底以下土（岩）层的性质的刚度、强度以及桩所受荷载的大小。

《铁路桥基规范》

摩擦桩：

在承载力极限状态下，轴向荷载由侧阻和端阻承担。

轴向荷载几乎完全由侧阻承担时，称为纯摩擦桩。

柱桩：

在承载力极限状态下，轴向荷载几乎全由桩端阻力承担。

《公路桥基规范》

摩擦桩：

（在承载力极限状态下），轴向荷载主要由桩侧阻力承担。

端承桩：

（在承载力极限状态下），轴向荷载主要由桩端阻力承担。

《建筑桩基技术规范》

摩擦型桩：

在承载力极限状态下，轴向荷载主要由桩侧阻力承担。

全部由侧阻承担时，称为摩擦桩；桩底承担少部分时，为端承摩擦桩。

端承型桩：

在承载力极限状态下，轴向荷载主要由桩端阻力承担。

全部由端阻承担时，称为端承桩；桩侧承担少部分时，为摩擦端承桩。

《建筑地基基础规范》

摩擦型桩：

（在承载力极限状态下），轴向荷载主要由桩侧阻力

承担。

端承型桩：

（在承载力极限状态下），轴向荷载主要由桩端阻力承担。

2、桩基础分类

低承台桩基：

承台底面低于地面或局部冲刷线的桩基础。

高承台桩基：

承台底面高于地面或局部冲刷线的桩基础。

二、设计计算的主要内容

（一）设计内容

1、桩的类型（施工方法）

2、桩的材料类型

3、承台底面的标高

4、承台底面的标高

5、桩的根数及平面布置方式

6、桩及承台的配筋

（二）验算内容

1、单桩轴向承载力（岩土阻力）

2、桩身材料强度

3、桩基础的承载力

4、桩基础的沉降

5、墩台顶的水平位移

6、承台强度

（三）单桩轴向容许承载力

1、轴向荷载传递的方式和特点

1）轴向荷载和侧摩阻力

通过建立微单元平衡方程（竖向）得到侧摩阻力与轴力的关系

侧摩阻力的直接量测很困难，应用上式，可通过量测轴力得到摩阻力的分布形式。

2）桩身沉降确定

3）荷载传递的一般规律

（1）加载过程中，侧阻发挥先于端阻，并先于端阻达到极限。

（2）与桩土间的相对位移有关。

通常，端阻达到极限状态所需的位移高于侧阻所需位移。

（3）与桩的长径比及桩端土（岩）与桩侧土的相对刚度等有关。

长径比越大，端阻力越小。

端/侧相对刚度越大，端阻力越大。

4）桩侧负摩阻力

负摩擦力：

与轴向压力方向相同的侧摩阻力。

危害：

降低桩的承载力，增大位移。

条件：

桩周土的下沉量大于桩的下沉量。

表1中性点的位置

持力层土类

黏性土、粉土

中密以上砂

砾石、卵石

基岩

ln/l0

0.5～0.6

0.7～0.8

0.9

1.0

产生负摩阻力的原因

A、大范围降水；B、 桩侧地面大范围堆载；C、欠固结土或新填土；D、  湿陷性黄土湿陷；E、冻土融陷

负摩阻力的确定（经验公式）

总的负摩擦力

减小负摩擦力的措施

改善土层性质，降低其沉降；桩－土隔离

2、单桩的破坏模式

1）压屈破坏

小直径柱桩、嵌岩桩、超长桩

2）整体剪切破坏

打入式短桩、钻孔短桩

3）刺入破坏

钻孔灌注桩

3、单桩竖向承载力确定

单桩承载力：

轴向【受压（抗压）、受拉（抗拔）】；横向

单桩抗压承载力：

材料强度（柱桩），岩土的支承力（摩擦桩）

1）按静载试验确定抗压承载力

（1）试验装置及方法

试验装备：

反力系统【锚桩（或堆重）、主梁等】；加载（千斤顶、油压表）；沉降量测（百分表，基准梁等）

试验方法：

慢速维持荷载法

（1）确定单桩承载力

方法：

P-s曲线，s-logt曲线

∙P-s曲线法确定极限荷载

陡变型：

曲线明显发生下降的起始点。

缓变型：

取s=40或0.05D（大直径桩，桩端直径）所对应的荷载。

极限承载力

极限承载力平均值

A、所有试桩的极差不超过平均值的30％时，取平均值为单桩竖向抗压极限承载力。

B、极差超过平均值的30％，应分析极差过大的原因，结合工程具体情况综合确定，必要时增加试桩数量。

C、对桩数为3根或3根以下的柱下承台，或工程桩抽检数量少于3根时，应取低值。

容许承载力

2）按经验法确定抗压承载力

（1）摩擦桩

（2）柱桩

3）抗拔承载力的确定

桩承受竖向拉拔荷载的能力。

主要针对：

承受较大的水平荷载的桩基、抗浮桩、锚桩等。

（1）单桩抗拔试验

4、单桩轴向容许承载力检算

摩擦桩

柱桩

主力+附加力作用时，[P]可提高20%;主力+特殊荷载（除地震力外）时柱桩可提高40%，摩擦桩20%~40%。

受拉桩

5、按桩身强度确定抗压容许承载力

通常，摩擦桩的承载力主要取决于土（岩）的阻力，柱桩则主要取决于桩身的强度。

1）按轴心受压构件计算

2）按偏心受压构件计算