桥梁基础工程(工程硕士)PPT文档格式.ppt

1、1.3 对基础的要求 一是满足地基承载和变形的要求，二是基础自身强度和刚度的要求。承载力：地基不发生破坏。变 形：地基不能产生过大的变形（如沉降、不均匀沉降、倾斜等）。稳定性：不会在外荷载作用下发生浅层和深层滑移。1地基2基础1.4 基础工程的发展概况 1936年，成立国际土力学与基础工程学会，基础工程成为一门学科。1937年，茅以升主持修建钱塘江大桥，采用沉箱基础。1957年，建成武汉长江大桥，采用管柱基础。1968年，建成南京长江大桥，采用气筒浮运沉井、沉井套管柱基础。1999年，建成江阴长江公路大桥，其沉井基础（锚碇基础）为世界之最。2008年，建成苏通大桥，其桩基的规模为世界之最。总

2、结（1）基础的规模（尺寸）不断增大，施工技术发展迅速。（2）理论落后于实践，计算理论的水平仍需提高。2.桩基础的基本理论、方法及应用2.1 单桩轴向抗压承载力的确定2.4 群桩基础的承载力2.5 桩基沉降计算2.6 桩基沉降的预测方法2.7 压力灌浆技术在桩基工程中的应用2.8 大直径超长钻孔灌注桩在桥梁工程中的应用2.2 桩的抗拔承载力2.3 桩的水平承载力 与浅基础相比，桩基础将荷载传至更深、范围更大的土层来承受，因此能提供更高的承载力，并降低沉降。为什么桩基础较浅埋基础具有更高的承载力、更低的沉降？浅基础桩基础单桩承载力 轴向抗压2.1 单桩轴向抗压承载力的确定轴向抗拔横向受力 （1）地

3、基土（岩）对桩的支承能力达到极限；2.1.1 单桩竖向极限承载力 两种破坏形式 通常，桩的承载力取决于土（岩）对桩的支承能力。（2）桩身强度达到极限。而土（岩）对桩的支承能力来源于桩侧摩阻力、桩端阻力。基础及地基在保证不发生破坏、不产生过大变形时，能够承受的最大外荷载。2.影响因素（1）桩侧土（岩）层分布与性质 桩侧土的强度与变形性质直接影响桩侧阻力的大小及分布，从而影响到单桩的承载力。湿陷性、液化、欠固结等常会降低桩侧阻力，甚至出现负摩阻力。（2）桩端土（岩）层的性质 桩端持力层直接影响端阻的大小及沉降量。低压缩性、高强度的砂、砾、岩层等是理想的高端阻的持力层，而高压缩性、低强度的软土几乎不

4、能提供端阻。1.极限承载力（按土（岩）阻力）极限承载力=极限侧阻力+极限端阻力（3）桩的几何特征及强度 包括桩的截面尺寸及形状、长度等。对柱桩，强度常会成为桩承载力的控制因素。（4）成桩效应 挤土桩、非挤土桩、部分挤土桩三种主要成桩工艺的成桩效应是不同的。通常，饱和土的成桩效应大于非饱和土，群桩大于单桩。（5）施工因素的影响 灌注桩成孔对周围土体扰动及松弛效应，会降低侧阻。因清孔不彻底，桩底虚土、沉渣降低端阻。护壁泥浆形成的泥皮降低侧阻。砂土中打（压、振）入预制桩，因挤密作用可提高桩的侧阻、端阻。打入桩钻孔桩冲孔桩3.侧阻、端阻的发挥 （1）侧阻先于端阻发挥出来。（2）侧阻完全发挥所需的桩-土

5、间相对位移较小，而端阻完全发挥所需的相对位移较大。包树黄河大桥试桩直径1.8m，长90m2.1.2 按承载特性进行桩的分类1.铁路桥涵地基和基础设计规范（TB 10002.5-2005 J464-2005）摩擦桩：在承载力极限状态下，桩底位于较软土层，轴向荷载由侧阻和端阻承担，且桩侧阻力在其中起主要支承作用。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，桩底支于坚硬土层（岩层），轴向荷载几乎全由桩端阻力承担。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。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。摩擦型桩：在承载力极限状态下，轴向荷载主要

6、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。2.建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008）2.1.3 单桩承载力的计算 方法（规范中的经验公式法）单桩承载力的确定方法 原型试验法（现场试验）理论计算法利用原位测试结果进行推算经验法1.铁路桥涵地基和基础设计规范中桩的容许承载力打入、振动下沉、桩尖爆扩桩 钻（挖）孔灌注桩（1）摩擦桩 侧阻端阻侧阻端阻安全系数安全系数端阻（2）柱 桩2.建筑桩基技术规范中桩的极限承载力d800mm的桩侧阻端阻d800mm的桩侧阻折减系数端阻折减系数 支承于岩石上的打入、震动下沉桩（包括管柱）支承于岩石层上与嵌人岩石层内的钻（挖）孔

7、灌注桩及管桩端阻端阻（嵌固段）通过建立微单元平衡方程（竖向）2.1.4 桩-土体系的荷载传递研究竖向荷载作用下桩侧摩阻、桩身轴力、位移的分布情况。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。轴 力摩阻力振弦式应变计2.1.5 负摩擦桩危 害：承载力下降，沉降增大。原 因：桩侧土的竖向位移大于相应的桩的位移。软土、湿陷性黄土、欠固结土；桩周地面大面积堆载；地下水位下降等。负摩阻力：与桩的轴向荷载方向相反的桩侧摩阻力。内江巨腾国际项目填土桩基填 土淤泥质粉质黏土黏 土强、中风化砂岩轴 力2.2 桩的抗拔承载力1.单桩抗拔试验2.经验公式法单

8、桩抗拔系数承受较大的水平荷载的桩基抗浮桩锚 桩桩承受竖向拉拔荷载的能力。主要针对：慢速荷载维持法 等时间间隔法 连续上拔法 循环加载法群桩整体破坏抗拔试验2.3 桩的水平承载力2.3.1 水平荷载作用下单桩的工作特点2.3.2 单桩水平荷载试验 竖直单桩的水平承载力远小于竖向承载力。单桩水平承载力的大小主要取决于桩身的强度、刚度、桩周土的性质、桩的入土深度及桩顶约束条件等。1.试验装置2.试验加载方法3.终止加载条件单桩水平荷载试验试桩（帽）千斤顶反力梁反力桩4.水平承载力的确定临界荷载极限荷载2.4.1 群桩的工作特点2.4 群桩基础的承载力 结 论（2）承台下土的无分担作用。1.柱桩（端承

9、桩）基础（1）群桩基础承载力为各单桩承载力之和。（2）群桩基础的沉降与各单桩沉降量相等。（1）桩底压应力不叠加;特 点（1）桩底压应力的叠加效应2.摩擦群桩基础 桩间距较大时应力不叠加 桩间距较小时（2）群桩对桩间土性质的影响 砂土：预制桩沉桩过程中，砂土变得密实，侧摩阻力及端阻提高。粘 土：预制桩沉桩过程中，扰动土体，使侧摩阻力降低。桩间距较大时桩间距较小时应力叠加（3）承台的分担作用叠加效应使桩基的承载力降低，沉降加大。低承台桩基的承台可分担部分荷载。在设计时应选择合理的桩间距。2.4.2 群桩基础的承载力 除单桩进行承载力检算外，还需将群桩基础作为一个实体基础进行检算。1.铁路桥涵地基和

10、基础设计规范作用在桩基底面的竖向力对承台底面桩基重心的弯矩桩底处的地基承载力（按浅基计算）实体基础底面的面积、截面模量承台效应 实际上是为计算方便，忽略了群桩效应（Sa 3d），但考虑了承台的作用。2.建筑桩基技术规范中复合基桩的极限承载力单桩承载力特征值安全系数，取为2 （1）由单桩极限承载力计算承载力特征值。（2）由单桩承载力特征值计算复合基桩的承载力。基桩：群桩中的一根桩。复合基桩：考虑了承台效应的基桩。2.4.3 群桩软弱下卧层的承载力计算 为减小桩长节约投资，或由于穿透硬层困难，可能会将桩端设置于存在软弱下卧层的有限厚度硬层上。2.5 桩基沉降计算 对高速铁路中的桥梁基础，及高层建（

11、构）筑物来说，起控制作用的往往是基础的沉降变形，而不是承载力。（1）保证线路的平顺性，不至对线路高程进行过大的调整。1.沉降变形类型（铁路桥梁）沉降变形的期间：墩台施工完成到桥梁施工完成。（1）单独墩台（基础）的沉降；（2）相邻墩台的沉降之差。2.控制沉降变形的目的 （2）对超静定结构，保证不因沉降在结构内产生过大的附加应力。2.5.1 概述静定结构超静定有砟桥面明桥面沉降（mm）沉降差（mm）沉降（mm）沉降差（mm）沉降差 桥 规80404020根据沉降对结构产生的附加应力的影响而定200km/h 规定50202020300350km/h规定3015205 3.墩台沉降量及沉降差的容许值新

12、建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定新建时速300500公里客运专线铁路设计暂行规定铁路桥涵地基和基础设计规范 （1）桩的沉降=桩自身的变形 +桩底以下土层的压缩（摩擦桩）（2）活载作用下所产生的变形是瞬间的、弹性的，可以恢复，故计算沉降变形时只考虑恒载的作用。5.沉降的计算方法4.沉降计算的基本原理及原则较 小（钢筋砼的弹性模量30000MPa）较 大（土的压缩模量数十数百MPa）沉降确定方法现场试验理论方法经验方法数值计算方法 即：桩的沉降通常取决于土层（岩）的性质。6.沉降计算模型 （1）桩周围的土体可用一系列独立的弹簧来模拟，如荷载传递法中；均质的弹性半无限体，如弹性理论法中；或按

13、实际的土层进行计算，如有限元等数值方法中。桩基的沉降与周围土层及其性质密切相关，因此合理模拟土层是沉降计算的重要前提。（2）土体可看作：弹性的、弹塑性的、粘性的等。2.5.2 单桩沉降计算传递函数法 桩侧阻力的传递函数 Kezdi法（1957）反映土的类别及性质的参数 极限侧摩阻力时的位移 1.荷载传递法优点：计算较为简单。缺点：合理的传递函数难以确定。2.弹性理论法（1）基本假定 土为均质、各向同性的弹性半无限体；桩侧完全粗糙，即桩、土之间沿切向无相对位移。桩侧单位剪应力在桩侧产生的竖向位移 桩底单位正应力在桩侧产生的竖向位移 桩侧最终位移为 以矩阵形式表示为（2）土的位移方程（3）桩的位移

14、方程由桩微单元的平衡方程可得 用差分法，可得（4）建立求解方程相容条件 假设桩、土之间无相对位移 优 点：较用弹簧模拟土层作用更符合实际。缺 点：计算较为复杂；无法模拟多种土层。对群桩基础，可采用叠加法计算。2.5.3 等代基础法计算群桩基础沉降 群桩基础的沉降计算较单桩复杂得多。在实际应用中，多将群桩基础简化为等代实体基础，按类似于浅埋基础中的分层总和法计算。1.铁路桥涵地基和基础设计规范的计算方法基底处的附加应力压缩模量平均附加应力系数经验修正系数土层到基底的距离2.桥规计算方法的合理性分析（1）忽略了桩基础自身变形对沉降的影响。通常是合理的。（2）在确定基底以下土层的压缩，需计算土层中的附加应力时，采用了Boussinesq（布氏）解。Boussinesq（布氏）解：弹性半无限体表面作用竖向集中力时，地基内的位移及应力解。Mindlin（明氏）解：弹性半无限体表面以下一定深度处作用竖向集中力时，地基内的位移及应力解。为计算在桩侧摩阻力、桩底压力作用下，桩底以下土层中的应力，显然采用明氏解更为合理。土 层 j,i