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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

289 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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