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岩土研究院

桩基础在建筑桥梁工程中的应用及类型的介绍

913 2020-10-30 10:53:34

本文通过对桩基础在建筑桥梁工程中的应用及类型的介绍，对桩基础的设计施工工艺及桩基特点进行阐述说明，从而探究出桩基础具体应用的适用条件，为建筑桥梁工程实践提供有利的参考。




桩基概述

1
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


2
桩和桩基的分类
1、桩的分类
材料类型：a.木桩（已少用） b.混凝土桩（较少）
               c.钢筋混凝土桩（主力） d.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。
图2 钻孔桩
图3 冲孔桩
图4 直桩
图5 斜桩
注：斜桩可抵抗较大的水平荷载

3.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


4.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


5.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。


6.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。



设计计算的主要内容

1
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

2
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

3
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
  • 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）


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
（1）摩擦桩
（2）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%。
（3）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

来源：筑龙路桥市政
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