桥梁桩基础的分类及承载力计算课件.ppt

1、桥梁桩基础的分类及承载力计算第一节 概述一、桥梁的组成及概念基础的分类：基础的分类：浅基础：刚性扩大基础浅基础：刚性扩大基础(材料材料:砖石砖石,素混凝土素混凝土,钢筋混凝土钢筋混凝土)深基础：桩、沉井深基础：桩、沉井(钢筋混凝土钢筋混凝土)浅基础和深基础的区别浅基础和深基础的区别:浅基础浅基础:埋深埋深h小于或等于小于或等于5m,施工简单施工简单,可以明挖可以明挖,计算时不考虑土抗力计算时不考虑土抗力.深基础深基础:埋深埋深h5m,施工较复杂施工较复杂,计算时计算时,要考虑周围土抗力要考虑周围土抗力.埋置深度埋置深度h对于有冲刷的河流，是从最大冲刷线至基础底面的距对于有冲刷的河流，是从最大冲

2、刷线至基础底面的距 离；离；对于无冲刷河流，是从河底或地面至基础底面的距离。对于无冲刷河流，是从河底或地面至基础底面的距离。地基的分类：人工地基地基的分类：人工地基需要经过人工加固或处理的地基；需要经过人工加固或处理的地基；天然地基天然地基可直接放置基础的地基。可直接放置基础的地基。桥梁桩基础的概念：组成：承台桥梁桩基础的概念：组成：承台+基桩基桩 作用：将上部结构传来的力传入地基中。作用：将上部结构传来的力传入地基中。二、桩的适用条件二、桩的适用条件 1.荷载较大，地基上部土层软弱，适宜荷载较大，地基上部土层软弱，适宜的持力层较深。的持力层较深。2、河床冲刷大，采用浅基础施工困难或、河床冲刷

3、大，采用浅基础施工困难或不够安全。不够安全。3、结构对不均匀沉降敏感时。、结构对不均匀沉降敏感时。4、施工水位过高，避免水下施工。、施工水位过高，避免水下施工。5、地震区。、地震区。第二节第二节 桩基的类型和构造桩基的类型和构造一、一、按受力条件分：按受力条件分：1.摩擦桩和柱桩：摩擦桩和柱桩：摩擦桩：桩穿过并支撑于各可压缩土层中，主要依靠桩侧摩阻力摩擦桩：桩穿过并支撑于各可压缩土层中，主要依靠桩侧摩阻力支承荷载。支承荷载。柱桩：桩穿过土层，支撑在岩石等非压缩土层中，主要依靠桩底柱桩：桩穿过土层，支撑在岩石等非压缩土层中，主要依靠桩底支承力荷载，忽略桩侧摩阻力。支承力荷载，忽略桩侧摩阻力。2.

4、竖直桩和斜桩竖直桩和斜桩;竖直桩：常用于承受垂直力。竖直桩：常用于承受垂直力。斜桩：为了承受较大水平力，一般用于拱桥桥台斜桩：为了承受较大水平力，一般用于拱桥桥台。3.高承台桩：台底位于地面（或冲刷线）以上，圬工少，施工方高承台桩：台底位于地面（或冲刷线）以上，圬工少，施工方便。便。低承台桩：台底位于地面（或冲刷线）以下，圬工多，稳定性低承台桩：台底位于地面（或冲刷线）以下，圬工多，稳定性好。好。二、按施工方法分：钻孔灌注桩二、按施工方法分：钻孔灌注桩 打入桩打入桩 静力压桩静力压桩 沉管灌注桩沉管灌注桩 爆扩桩爆扩桩 管柱桩管柱桩 三、桩基础的构造三、桩基础的构造 钢筋组成和作用。钢筋组成和

5、作用。摩擦桩：分段配筋；摩擦桩：分段配筋；柱桩：全长均匀配筋。柱桩：全长均匀配筋。桩与承台连接时，应成喇叭形，并放置桩与承台连接时，应成喇叭形，并放置钢筋网在顶端。钢筋网在顶端。第三节第三节 钻孔灌注桩的施工钻孔灌注桩的施工 施工特点施工特点：简单、方便。：简单、方便。适用于适用于：各种砂性土、粘性土、碎卵石：各种砂性土、粘性土、碎卵石 类土、岩层。类土、岩层。慎用：慎用：在有淤泥，可能有流砂或有承压在有淤泥，可能有流砂或有承压水的土质地点。水的土质地点。施工顺序：施工顺序：1.准备场地：三通一平准备场地：三通一平 浅水施工：筑岛围堰浅水施工：筑岛围堰 深水施工：搭支架、搭便桥，安装深水施工：

6、搭支架、搭便桥，安装水中平台、用浮船。水中平台、用浮船。2.埋护筒：埋护筒：种类：木、钢、混凝土种类：木、钢、混凝土 作用：作用：1）固定桩位，做钻孔导向；）固定桩位，做钻孔导向；2）保护孔口，防止坍塌；）保护孔口，防止坍塌；3）隔离地面水，保持水头差。）隔离地面水，保持水头差。埋护筒要求：埋护筒要求：1）平面位置应埋设正确；）平面位置应埋设正确；2）筒顶标高应高出地下水位和施工最高水位）筒顶标高应高出地下水位和施工最高水位1.52.0m。3）筒底应低于施工最低水位）筒底应低于施工最低水位0.10.3m 4)护筒四周应夯填密实的粘土，埋在稳定土层中。护筒四周应夯填密实的粘土，埋在稳定土层中。3

7、.制备泥浆：制备泥浆：作用：作用：1）产生较大的悬浮液压力，防止塌孔；）产生较大的悬浮液压力，防止塌孔；2）在孔壁表面形成胶泥层，有护壁作用；）在孔壁表面形成胶泥层，有护壁作用；3）泥浆比重大泥浆比重大，具有浮渣作用，利于钻渣的排出。，具有浮渣作用，利于钻渣的排出。4.安装钻机或钻架。安装钻机或钻架。5.钻孔：钻孔：方法：方法：1）旋转钻）旋转钻2）冲击钻）冲击钻 3）冲抓钻）冲抓钻 注意事项：注意事项：1）保持水头差）保持水头差 2）注意速度）注意速度 3）一气呵成）一气呵成 4）加强检查）加强检查 6.清孔：目的：除去孔底钻渣、泥浆，清孔：目的：除去孔底钻渣、泥浆，保证质量。保证质量。方法

8、：方法：1）换浆清孔）换浆清孔 2）掏渣清孔）掏渣清孔 3)抽浆清孔抽浆清孔 7.下钢筋笼下钢筋笼8.灌注水下混凝土灌注水下混凝土 采用直升导管法：采用直升导管法：关键：导管不能到底部；关键：导管不能到底部；浇注前放置隔水栓；浇注前放置隔水栓；及时上提，防止断桩。及时上提，防止断桩。第一斗混凝土的用量；第一斗混凝土的用量；第一次灌注第一次灌注11.5m深。深。对混凝土要求：对混凝土要求：1）应有必要的流动性，坍落度）应有必要的流动性，坍落度1820cm；2）混凝土搅拌均匀，防止离析；）混凝土搅拌均匀，防止离析；3）一气呵成，防止中断；）一气呵成，防止中断；4）保证导管埋入混凝土一定深度。）保证

9、导管埋入混凝土一定深度。第九步：桩头处理第九步：桩头处理*钻孔灌注桩常见事故及处理钻孔灌注桩常见事故及处理 1.坍孔坍孔 2.漏浆漏浆 3.卡钻或掉钻头卡钻或掉钻头 4.浮笼浮笼 5.断桩断桩第四节第四节 单桩承载力单桩承载力 一、单桩轴向荷载传递机理和特点：一、单桩轴向荷载传递机理和特点：竖向承载力竖向承载力=桩侧摩阻力桩侧摩阻力+桩底处土的支承力桩底处土的支承力 1）对于摩擦桩：）对于摩擦桩：在竖向荷载作用下，摩阻力先出现，逐步增在竖向荷载作用下，摩阻力先出现，逐步增大，直至达到极限，而后桩底反力开始出现，大，直至达到极限，而后桩底反力开始出现，并达到最大。并达到最大。2）对于柱桩，桩底承

10、载力发挥充分，摩阻力）对于柱桩，桩底承载力发挥充分，摩阻力很小。很小。3)粘性土打入桩：摩阻力沿入土深度呈抛物粘性土打入桩：摩阻力沿入土深度呈抛物线型分配，力约等于中等强度粘土在不排水线型分配，力约等于中等强度粘土在不排水时抗剪强度。时抗剪强度。4）砂性土打入桩：）砂性土打入桩：入土深度在（入土深度在（1020)d内，摩阻力直线增长；内，摩阻力直线增长；入土深度超过（入土深度超过（1020)d，摩阻力近乎均匀或，摩阻力近乎均匀或逐渐减少。逐渐减少。5）钻孔灌注桩：侧向压力在施工中解除）钻孔灌注桩：侧向压力在施工中解除现象，摩阻力分布均匀。现象，摩阻力分布均匀。6）长期荷载作用下，桩身总摩阻会减

11、小，）长期荷载作用下，桩身总摩阻会减小，而桩端总阻力增加。而桩端总阻力增加。7）相同土层中，长桩发挥的摩阻力大于）相同土层中，长桩发挥的摩阻力大于短桩。短桩。二、轴向荷载下桩的破坏模式二、轴向荷载下桩的破坏模式 1）桩身的纵向挠曲破坏（岩石地基）；）桩身的纵向挠曲破坏（岩石地基）；2）桩端土发生整体剪切破坏（穿过软弱）桩端土发生整体剪切破坏（穿过软弱土层、支承在强度较高的硬土层上的摩土层、支承在强度较高的硬土层上的摩擦桩）；擦桩）；3）刺入式破坏（入土深度大的桩）。）刺入式破坏（入土深度大的桩）。三、单桩轴向容许承载力的确定三、单桩轴向容许承载力的确定（一）静载试验法（一）静载试验法（二）桥梁

12、规范法：（二）桥梁规范法：假定：假定：1.桩承载力桩承载力=侧摩阻力侧摩阻力+桩尖支承力桩尖支承力 2.灌注桩侧摩阻力、桩底力均匀分布灌注桩侧摩阻力、桩底力均匀分布钻孔灌注桩：钻孔灌注桩：ai00221Rmkh-3)2ikpaUq lAf（U-桩身周长，按成孔直径计算，桩身周长，按成孔直径计算，旋转钻，按钻头直径增大旋转钻，按钻头直径增大3050cm。Ap-桩底截面积。桩底截面积。h-桩底埋置深度。桩底埋置深度。四、桩的负摩阻力问题四、桩的负摩阻力问题 1948年由太沙基首先提出：年由太沙基首先提出：负摩阻力的产生：桩周土的沉降量大于负摩阻力的产生：桩周土的沉降量大于桩沉降量。桩沉降量。产生高

13、度：中性点到地面产生高度：中性点到地面 中性点的位置：通过计算确定，估计值中性点的位置：通过计算确定，估计值为为h1=0.77h20.80h2 产生原因：产生原因：1）可压缩软粘土层、新填土在自重作用）可压缩软粘土层、新填土在自重作用下固结。下固结。2）大面积地面荷载使桩周土被压密。）大面积地面荷载使桩周土被压密。3）地下水位下降引起。）地下水位下降引起。4）桥头高填土及路堤荷载）桥头高填土及路堤荷载 5）湿陷性黄土地基，由于地基浸水而沉。）湿陷性黄土地基，由于地基浸水而沉。负摩阻力强度负摩阻力强度：f=1/2*qu qu为软弱土层的无侧限抗压强度。为软弱土层的无侧限抗压强度。或或f=rhkt

14、g 则极限摩阻力：则极限摩阻力：Nf=f*Anf 其中，其中，Anf为负摩阻区桩身表面积；为负摩阻区桩身表面积；*考虑桩的负摩阻力，桩的容许承载力公式考虑桩的负摩阻力，桩的容许承载力公式要发生变化。要发生变化。后果：后果：1）桩基下沉量增加；）桩基下沉量增加；2）基础不均匀沉降。）基础不均匀沉降。措施：桩身涂沥青、油漆，可减少负摩阻力。措施：桩身涂沥青、油漆，可减少负摩阻力。五、单桩横向容许承载力的确定五、单桩横向容许承载力的确定 一、桩在横向荷载作用下的工作性能一、桩在横向荷载作用下的工作性能第二节第二节 桥梁桩基内力和位移的计桥梁桩基内力和位移的计算算一、基本概念一、基本概念1土的弹性抗力

15、：桩在各种荷载的作用下，土的弹性抗力：桩在各种荷载的作用下，会发生位移和转角，其中，水平位移及会发生位移和转角，其中，水平位移及转角会挤压桩侧土体，桩侧土必然对桩转角会挤压桩侧土体，桩侧土必然对桩产生一横向土抗力，称为土的弹性抗力。产生一横向土抗力，称为土的弹性抗力。zzxCX式中：横向土抗力（KN/m2）；C地基系数（KN/m3）；Xz深度z处桩的横向位移（m）。对C的确定方法（图-1）：a）“m”法 b）“K”法 c）“C值”法 d）“C”法zx上述四种方法均假定地基符合文克尔弹性地基。上述四种方法均假定地基符合文克尔弹性地基。目前，目前，公桥基规公桥基规广泛采用广泛采用“m”法。即法。即

16、C=mz，其中，其中，m地基土比例系数，可查规范中相关表格。地基土比例系数，可查规范中相关表格。2单桩、单排桩与多排桩单桩、单排桩与多排桩 1）单桩、单排桩：是指在与水平外力）单桩、单排桩：是指在与水平外力H作用面相垂直的平作用面相垂直的平面上，由单根或多根桩组成的。如图面上，由单根或多根桩组成的。如图-2中中a），），b）。）。若作用承台底面中心的荷载为若作用承台底面中心的荷载为N、H、M，各单根桩顶承受，各单根桩顶承受的力：（如图的力：（如图-3）N在承台横桥向无偏心，可均摊，即：在承台横桥向无偏心，可均摊，即：N在承台横桥向有偏心在承台横桥向有偏心e，偏心弯矩，偏心弯矩Mx=Ne，则每根

17、桩竖向，则每根桩竖向力可按偏心受压构件计算：力可按偏心受压构件计算：nMMnHQnNPyiii;2iixiyyMnNP 3计算宽度计算宽度 是指桩在水平外力的作用下，桩侧土受到影响的宽度并不是指桩在水平外力的作用下，桩侧土受到影响的宽度并不等于桩的直径，而是大于桩径。即为桩在实际工作条件下等于桩的直径，而是大于桩径。即为桩在实际工作条件下的计算宽度的计算宽度b1。b1=KfK0Kb（或（或d）2）多排桩：是指水平外力）多排桩：是指水平外力H作用平面上（即行车方作用平面上（即行车方向），由一根以上的桩组成。如图向），由一根以上的桩组成。如图-2中中c）。各根桩）。各根桩的受力需采用结构力学方法的

18、受力需采用结构力学方法9见后面）。见后面）。b（或（或d）与外力与外力H作用方向相垂直平面上作用方向相垂直平面上桩的宽度（或直径）；桩的宽度（或直径）；Kf形状换算系数。（可查表）。形状换算系数。（可查表）。K0受力换算系数。受力换算系数。K桩间相互影响系数。桩间相互影响系数。4刚性桩与弹性桩刚性桩与弹性桩刚性桩：桩的入土深度刚性桩：桩的入土深度 ；其中，其中，为变形为变形系数，系数，弹性桩：桩的入土深度弹性桩：桩的入土深度 。ah5.2a51EImba ah5.2二、二、“m”法弹性单排桩内力和位移的计算法弹性单排桩内力和位移的计算（一）基本假定：桩侧土为弹性地基土，应力与位移（一）基本假定

19、：桩侧土为弹性地基土，应力与位移呈正比；忽略桩土间的粘着力和摩阻力；弹性桩。呈正比；忽略桩土间的粘着力和摩阻力；弹性桩。（二）计算公式：（二）计算公式：当桩的支承条件及入土深度符合一定要求，可得地面当桩的支承条件及入土深度符合一定要求，可得地面以下任意深度处的内力和位移：以下任意深度处的内力和位移：若已知桩顶与地面平齐，地面处水平力若已知桩顶与地面平齐，地面处水平力Q0，弯，弯矩矩M0，则，则 1对于 的摩擦桩、的柱承桩：（3-1）（3-2）（3-3）（3-4）5.2ah5.3ahxxzBEIaMAEIaQx2030BEIaMAEIaQz020mmzBMAaQM00QQzBaMAQQ002对于

20、 的 嵌岩桩：（3-5）（3-6）（3-7）（3-8）上式中的 及 为无量纲系数，均为 和 的函数，规范已将其制成表格供查用。5.2ah020030 xxzBEIaMAEIaQx00020BEIaMAEIaQz0000mmzBMAaQM0000QQzBaMAQQQQxxBABABA,000000,QQxxBABABAahaZ三、最大弯矩位置的确定三、最大弯矩位置的确定 1可通过绘制各深度可通过绘制各深度Z处的弯矩处的弯矩M曲线图，从图中求得。曲线图，从图中求得。2可通过解析法求得最大值。最大弯矩处，剪力为可通过解析法求得最大值。最大弯矩处，剪力为0。可。可通过通过QZ公式反求公式反求Z值。值。

21、四、桩顶位移的计算公式四、桩顶位移的计算公式桩位于地面或最大冲刷线以上桩位于地面或最大冲刷线以上l0，桩顶自由，作用外力，桩顶自由，作用外力Q及及M，则桩顶的位移包括：地面处水平位移，则桩顶的位移包括：地面处水平位移x0，地面处转角，地面处转角0所引所引起的桩顶位移起的桩顶位移0 l0，桩露出地面段作为悬臂梁由，桩露出地面段作为悬臂梁由Q和和M引起的引起的桩顶水平位移桩顶水平位移XQ，XM，即，即MQxxlxx0001 其中,M0=Q l0+M，Q0=Q，mQ01当桩柱露出地面部分为变截面（如右图当桩柱露出地面部分为变截面（如右图4），上部截面抗弯刚），上部截面抗弯刚度为度为E1I1，（直径为

22、，（直径为d1，高度为，高度为h1），下部截面抗弯刚度为），下部截面抗弯刚度为EI，（直径为（直径为d，高度为，高度为h2），设），设n=E1I1/EI，则：，则：)()(312121313211hhhnhhnhIEQxQ)2(22122111hhnhhIEQQ)2(22122111hhnhhIEMxm)(2111nhhIEMm五、单桩或单排桩的计算步骤：五、单桩或单排桩的计算步骤：1计算各桩顶承受的荷载计算各桩顶承受的荷载Pi、Qi、Mi；2确定桩在最大冲刷线下的入土深度：一般可确定桩在最大冲刷线下的入土深度：一般可根据持力层位置，荷载大小，施工条件等初步根据持力层位置，荷载大小，施工条件等

23、初步确定，通过验算再予以修改；在地基土较单一确定，通过验算再予以修改；在地基土较单一，桩底端位置不宜根据土质判断时，可根据单，桩底端位置不宜根据土质判断时，可根据单桩容许承载力公式计算桩长；桩容许承载力公式计算桩长；单桩容许承载力公式，若设桩埋入最大冲刷线单桩容许承载力公式，若设桩埋入最大冲刷线以下深度为以下深度为h，一般冲刷线以下深度为，一般冲刷线以下深度为h3，为一根桩受到的全部垂直荷载（包含最大冲刷为一根桩受到的全部垂直荷载（包含最大冲刷线以下桩重的一半），（线以下桩重的一半），（KN），则，），则，hN)3(2132200hKAmlUPNiih 3验算单桩轴向承载力；验算单桩轴向承载力

24、；4确定桩的计算宽度确定桩的计算宽度b1；5计算桩的变形系数计算桩的变形系数a值；值；6计算地面处桩截面的作用力计算地面处桩截面的作用力Q0，M0，并验算桩在地面或最大冲刷线的横向位移并验算桩在地面或最大冲刷线的横向位移x0不大于不大于6mm，然后求算桩身各截面的内，然后求算桩身各截面的内力，进行桩身配筋，桩身截面强度和稳定力，进行桩身配筋，桩身截面强度和稳定性验算；性验算；7计算桩顶位移和墩台顶位移，并计算桩顶位移和墩台顶位移，并进行验算；要求：小于或等于进行验算；要求：小于或等于 cm。对于多层土，首先假定持力层，。对于多层土，首先假定持力层，初步得到桩长初步得到桩长h，然后代入上式，验，

25、然后代入上式，验算桩的承载力是否大于荷载，然后，算桩的承载力是否大于荷载，然后，再进行调整，使得桩长的设计即经再进行调整，使得桩长的设计即经济又合理。济又合理。l5.0算例：算例：单排桩基础算例单排桩基础算例(双柱式桥墩钻孔灌注桩基础双柱式桥墩钻孔灌注桩基础)(一一)设计资料设计资料 1地质与水文资料地质与水文资料 地基土为密实细砂夹砾石，地基土地基土为密实细砂夹砾石，地基土比例系数比例系数m1000OkNm4；地基土的极限摩阻力地基土的极限摩阻力 70kPa；地基土内摩擦角地基土内摩擦角 400，内聚力，内聚力c0；地基土容许承载力地基土容许承载力 400kPa；土容重土容重 1180kNm

26、3(已考虑浮力已考虑浮力)；地面标高为地面标高为33534m，常水位标高为，常水位标高为33900m，最大冲刷线标高为，最大冲刷线标高为33060m，一般冲刷线标高也为，一般冲刷线标高也为33534m；0 2桩、墩尺寸与材料桩、墩尺寸与材料 墩帽顶标高为墩帽顶标高为34688m，桩顶标高为，桩顶标高为339。00m，墩柱顶标高为，墩柱顶标高为34531m；墩柱直径墩柱直径150m，桩直径，桩直径165m，成孔直径，成孔直径1。80m。桩身混凝土用桩身混凝土用20号，其受压弹性模量号，其受压弹性模量Eh26104MPa 3荷载情况荷载情况 桥墩为单排双柱式，桥面宽桥墩为单排双柱式，桥面宽7m，设

27、计荷载汽车一，设计荷载汽车一15级，挂一级，挂一80 每一根桩承受荷载为每一根桩承受荷载为:两跨恒载反力两跨恒载反力Nl137600kN 盖梁自重反力盖梁自重反力N225650kN 系梁自重反力系梁自重反力N37640kN 一根墩柱一根墩柱(直径直径15m)自重自重N427900kN桩每延米的自重 （已扣除浮力）；两跨活载反力 ，一跨活载反力，M=120。90KN。桩基础选用冲抓钻孔灌注桩基础，为摩擦桩。（二）桩长计算 由于地基土单一，用经验公式确定。设桩埋入最大冲刷线以下深度为h，一般冲刷线以下深度为h3，则，Nh为一根桩受到的全部竖直荷载（KN），最大冲刷线以下（入土深度）桩重的一半作为外

28、荷载计。公式右端项代入公式得h=10。09m，取h=10。50mKNq10.3215465.12KNN00.5585KNN00.4036)3(2132200hKAmlUPNiihqhqlNNNNNNh21054321hh05.1661.281310.322110.32)66.33000.339(00.55800.27940.7650.25600.137680.1U465.12A7.08.00m32k400080.11270368.43 hh四、四、“m”法计算弹性多排桩基桩法计算弹性多排桩基桩内力和位移计算内力和位移计算 1计算假定：顺桥向桩多于一排；承计算假定：顺桥向桩多于一排；承台与桩头连

29、接为刚性的；外力作用平面台与桩头连接为刚性的；外力作用平面内的桩作为一平面框架，用结构力学方内的桩作为一平面框架，用结构力学方法计算各桩上的作用力。法计算各桩上的作用力。2计算公式的推导过程：计算公式的推导过程：如图，承台变位，如图，承台变位，取取XOZ坐标轴，坐标轴，在外荷载在外荷载V、H、M作用下，作用下，O点变位：点变位：水平位移水平位移 竖向位移竖向位移 转角转角 0a0b0 1）任一排（）任一排（i）桩顶变位（）桩顶变位（XOZ坐标系下）：坐标系下）：（Xi为第为第i排桩桩顶至承台中心的距离）排桩桩顶至承台中心的距离）0i0a00i0bixb 0i0 2）任一排（）任一排（i）桩顶变

30、位（沿桩轴向与）桩顶变位（沿桩轴向与横轴向的变位）：横轴向的变位）：横轴向：横轴向：轴向：轴向：iiiaxbasin)(cos000iiiiaxbacos)(sinb000i0i0i3）荷载与位移的关系）荷载与位移的关系用位移法求解超静定结构的内力。根据力和位移用位移法求解超静定结构的内力。根据力和位移的关系，的关系，当承台中心点当承台中心点O产生变位时，第产生变位时，第i根桩桩根桩桩顶引起的轴向力顶引起的轴向力Pi、横轴向力、横轴向力Qi、弯矩、弯矩Mi值为：值为：cos)(sin0001iiiiaxbaaP030002sin)(cosiiiiaxbaaQiiiiaxbaaMsin)(cos

31、000304其中，令：当第其中，令：当第i根桩桩顶处仅产生单位轴向位移根桩桩顶处仅产生单位轴向位移时，在桩顶引起的轴向力为时，在桩顶引起的轴向力为 ；当第当第i根桩桩顶处仅产生单位横轴向位移时，根桩桩顶处仅产生单位横轴向位移时，在桩顶引起的横轴向力为在桩顶引起的横轴向力为 当第当第i根桩桩顶处仅产生单位横轴向位移时，根桩桩顶处仅产生单位横轴向位移时，在桩顶引起的弯矩为在桩顶引起的弯矩为 ；或当第；或当第i根桩桩顶处产根桩桩顶处产生单位转角时，在桩顶引起的横轴向力为生单位转角时，在桩顶引起的横轴向力为 ；当第当第i根桩桩顶处仅产生单位转角时，在桩顶根桩桩顶处仅产生单位转角时，在桩顶引起的弯矩为引

32、起的弯矩为 xi为第为第i排桩桩顶至承台中心的水平距离排桩桩顶至承台中心的水平距离.ai为第为第i根桩桩轴线与竖直线夹角即倾斜角根桩桩轴线与竖直线夹角即倾斜角.123433群桩作用：对于摩擦桩组成的群桩基础，当群桩作用：对于摩擦桩组成的群桩基础，当桩的中心距桩的中心距6d时，在竖向荷载作用下，由于时，在竖向荷载作用下，由于桩侧摩阻力的扩散作用，使桩底处的压力分布桩侧摩阻力的扩散作用，使桩底处的压力分布范围要比桩身截面积大得多，使群桩中各桩传范围要比桩身截面积大得多，使群桩中各桩传到桩底处的应力有可能叠加，使群桩桩底处地到桩底处的应力有可能叠加，使群桩桩底处地基土受到的压力及沉降比单桩大。承载力

33、方面，基土受到的压力及沉降比单桩大。承载力方面，使得群桩基础的承载力要小于各单桩承载力之使得群桩基础的承载力要小于各单桩承载力之和。此现象对于柱桩或桩距大于和。此现象对于柱桩或桩距大于6d的摩擦桩不的摩擦桩不存在。存在。六、桩基础的总体设计：六、桩基础的总体设计：1承台底面标高的确定：根据受力、桩的刚度和承台底面标高的确定：根据受力、桩的刚度和地形、地质、水流、施工等条件确定。地形、地质、水流、施工等条件确定。高承台桩：一般用于常年有水、冲刷较深或水位高承台桩：一般用于常年有水、冲刷较深或水位较高、施工排水困难的水流中。施工方便，但稳定较高、施工排水困难的水流中。施工方便，但稳定性较差。性较差

34、。低承台：稳定性较好，但施工太困难，可用于季低承台：稳定性较好，但施工太困难，可用于季节性河流、冲刷小的河流或岸滩上墩台及旱地上其节性河流、冲刷小的河流或岸滩上墩台及旱地上其他结构物基础。他结构物基础。2摩擦桩和柱桩的考虑：二者不可用于同摩擦桩和柱桩的考虑：二者不可用于同一基础中；也不能采用不同材料、不同直径一基础中；也不能采用不同材料、不同直径和长度相差过大的桩。当基岩埋深较浅时，和长度相差过大的桩。当基岩埋深较浅时，宜采用柱桩，或嵌入基岩一定深度成为嵌岩宜采用柱桩，或嵌入基岩一定深度成为嵌岩桩。桩。嵌入深度：圆形截面桩：嵌入深度：圆形截面桩：最小不小于最小不小于0.5米。米。dRMhcH0

35、66.0 3单排桩和多排桩的考虑：单排桩和多排桩的考虑：单排桩：能较好地配合柱式墩台结构，可节省单排桩：能较好地配合柱式墩台结构，可节省圬工，减小作用在桩基的竖向荷载。适于桥跨圬工，减小作用在桩基的竖向荷载。适于桥跨不大，桥高较矮时。有时单桩配单柱。不大，桥高较矮时。有时单桩配单柱。多排桩：稳定性好，抗弯刚度较大，能承受大多排桩：稳定性好，抗弯刚度较大，能承受大的水平荷载，一般用于较高的桥台、拱桥桥台、的水平荷载，一般用于较高的桥台、拱桥桥台、制动墩和单向水平推力墩。制动墩和单向水平推力墩。4桩长、桩径的拟定桩长、桩径的拟定 桩长的确定首先在于选择强度较好的持桩长的确定首先在于选择强度较好的持

36、力层，避免将桩底落在软土层上或离软力层，避免将桩底落在软土层上或离软弱下卧层太近。摩擦桩经过多层土时，弱下卧层太近。摩擦桩经过多层土时，要经过试算比较，合理确定桩长。要经过试算比较，合理确定桩长。5确定桩的根数及平面布置确定桩的根数及平面布置桩的根数桩的根数n估算：估算：式中：式中：N作用在承台底面上的竖向荷载（作用在承台底面上的竖向荷载（KN）；）；P单桩容许承载力（单桩容许承载力（KN）；）；考虑偏心荷载时各桩受力不均而适当考虑偏心荷载时各桩受力不均而适当增加的经验系数，可取增加的经验系数，可取 =1.11.2。PNn 桩的间距：钻（挖）孔灌注桩的摩擦桩中心距桩的间距：钻（挖）孔灌注桩的摩

37、擦桩中心距不小于不小于2.5倍成孔直径，柱桩中心距不小于倍成孔直径，柱桩中心距不小于2.0倍的成孔直径，桩的中心距最大不超过倍的成孔直径，桩的中心距最大不超过56倍倍桩径。打入桩的中心距不应小于桩径的桩径。打入桩的中心距不应小于桩径的3.0倍。倍。为了避免承台边缘距桩身过近而破裂，边桩外为了避免承台边缘距桩身过近而破裂，边桩外侧至承台边缘的距离，对于桩径小于或等于侧至承台边缘的距离，对于桩径小于或等于1.0米的桩不应小于米的桩不应小于0.5倍桩径，且不小于倍桩径，且不小于0.25m；对于桩径大于对于桩径大于1.0m的桩不应小于的桩不应小于0.3倍桩径并倍桩径并不小于不小于0.5m。桩的平面布置

38、：可根据受力情况选用单排或多桩的平面布置：可根据受力情况选用单排或多排桩桩基。多排桩的排列形式有行列式和梅花排桩桩基。多排桩的排列形式有行列式和梅花式。式。第四章第四章 沉井基础沉井基础 第一节第一节 概述概述一、沉井的基本概念一、沉井的基本概念 沉井是沉井是一座上无顶下无底，四周有壁一座上无顶下无底，四周有壁井筒状的结构井筒状的结构物，它的施工过程是在井内挖土，依靠自身重力克物，它的施工过程是在井内挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力下沉至设计标高，然后经过混凝土封服井壁摩阻力下沉至设计标高，然后经过混凝土封底并填塞井孔，成为墩台或其他结构的基础。底并填塞井孔，成为墩台或其他结构的基础。沉井的特

39、点：埋深可以很大；整体性强、稳定性沉井的特点：埋深可以很大；整体性强、稳定性好，能承受较大的荷载。在施工时，可作为挡土和好，能承受较大的荷载。在施工时，可作为挡土和挡水围堰结构物。除此之外，沉井也常用于矿用结挡水围堰结构物。除此之外，沉井也常用于矿用结构、地下油库等。构、地下油库等。沉井与大开挖方法相比，占地面积小，沉井与大开挖方法相比，占地面积小，可大量减少土方量，操作简便节约投可大量减少土方量，操作简便节约投资。特别是在建筑物稠密的市区，采用资。特别是在建筑物稠密的市区，采用沉井可以避免周围土方。沉井可以避免周围土方。的坍陷，并保证周围建筑物的安全，也的坍陷，并保证周围建筑物的安全，也无需

40、使用临时支护措施和挡上结构。常无需使用临时支护措施和挡上结构。常用于地下泵房、水池、桥墩、各类地下用于地下泵房、水池、桥墩、各类地下厂房、大型设备基础、高层或超高层建厂房、大型设备基础、高层或超高层建筑物的基础，以及盾构隧道和顶管施工筑物的基础，以及盾构隧道和顶管施工中的工作室。目前沉井下沉深度已超过中的工作室。目前沉井下沉深度已超过100m100m。沉井基础的缺点是：施工期较长；对细沉井基础的缺点是：施工期较长；对细砂及粉砂类土在井内抽水易发生流砂现砂及粉砂类土在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜；沉井下沉过程中遇象，造成沉井倾斜；沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜到的大孤

41、石、树干或井底岩层表面倾斜过大，均会给施工带来一定困难。过大，均会给施工带来一定困难。根据经济合理和施工上可能的原则，通根据经济合理和施工上可能的原则，通常在下列情况，考虑采用沉井基础：常在下列情况，考虑采用沉井基础：上部荷载较大，结构对基础的变位上部荷载较大，结构对基础的变位敏感，敏感，而表层地基土的容许承载力不足，而表层地基土的容许承载力不足，做扩大基础开挖工作量大，以及支撑困做扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其它深基础相比较，经济用沉井基础与其它深基础相比较，经济上较为合理时；上较为合理时；在山区河流中，虽然

42、浅层土质较好，在山区河流中，虽然浅层土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工时；础施工时；岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深，采用扩大基础施工围堰有困难水较深，采用扩大基础施工围堰有困难时。时。第二节第二节 沉井的类型和构造沉井的类型和构造一、沉井的分类一、沉井的分类 （一）沉井按下沉方式可分为：（一）沉井按下沉方式可分为：1就地制造下沉的沉井就地制造下沉的沉井 这种沉井是在基础设计这种沉井是在基础设计的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基础的位置上制造，然后挖土靠沉井自重下沉。如基础位置在水中，需先在水中筑岛，再

43、在岛上筑井下沉位置在水中，需先在水中筑岛，再在岛上筑井下沉。2浮运沉井浮运沉井 在深水地区，筑岛有困难或不经济在深水地区，筑岛有困难或不经济，或有碍通航，或河流流速大，可在岸边制筑沉井，或有碍通航，或河流流速大，可在岸边制筑沉井拖运到设计位置下沉，这类沉井叫浮运沉井。拖运到设计位置下沉，这类沉井叫浮运沉井。（二）沉井也可按使用的材料进行分类。（二）沉井也可按使用的材料进行分类。有混凝土、钢筋混凝土、砖石和木沉井有混凝土、钢筋混凝土、砖石和木沉井等：等：1混凝土沉井：混凝土沉井：混凝土的特点是抗压混凝土的特点是抗压强度高，抗拉能力低，因此这种沉井宜强度高，抗拉能力低，因此这种沉井宜做成圆形，并适

44、用于下沉深度不大（做成圆形，并适用于下沉深度不大（47m）的软土层中。）的软土层中。2钢筋混凝土沉井这种沉井的抗拉及抗钢筋混凝土沉井这种沉井的抗拉及抗压能力较好，下沉深度可以很大（达数十压能力较好，下沉深度可以很大（达数十米以上）。当下沉深度不很大时，沉井壁米以上）。当下沉深度不很大时，沉井壁大部用混凝土，下部（刃脚）用钢筋混凝大部用混凝土，下部（刃脚）用钢筋混凝土的沉井，在桥梁工程中得到较广泛的应土的沉井，在桥梁工程中得到较广泛的应用。钢筋混凝土沉井可以就地制造下沉，用。钢筋混凝土沉井可以就地制造下沉，也可以在岸边制成空心薄壁浮运沉井。也可以在岸边制成空心薄壁浮运沉井。3竹筋混凝土沉井竹筋混

45、凝土沉井 沉井在下沉过程中沉井在下沉过程中受力较大因而需设置钢筋，一旦完工后，受力较大因而需设置钢筋，一旦完工后，它就不承受多大的拉力，因此，在南方它就不承受多大的拉力，因此，在南方产竹地区，可以采用耐久性差但抗拉力产竹地区，可以采用耐久性差但抗拉力好的竹筋代替钢筋，我国南昌赣江大桥好的竹筋代替钢筋，我国南昌赣江大桥等曾用这种沉井。在沉井分节接头处及等曾用这种沉井。在沉井分节接头处及刃脚内仍用钢筋。刃脚内仍用钢筋。4钢沉井钢沉井 用钢材制造沉井其强度高、用钢材制造沉井其强度高、重量轻、易于拼装，宜于做浮运沉井，重量轻、易于拼装，宜于做浮运沉井，但用钢量大，国内较少采用。但用钢量大，国内较少采用

46、。5砖石沉井砖石沉井,木沉井木沉井 这两种均是就这两种均是就地取材制作的沉井，现很少采用。地取材制作的沉井，现很少采用。沉井依外观形状的分类，在平面上可分为单孔或多孔的圆形、矩形、圆端沉井依外观形状的分类，在平面上可分为单孔或多孔的圆形、矩形、圆端沉井及网格形（图沉井及网格形（图4-1）等。圆形沉井受力好，适用于河水主流方向易变的）等。圆形沉井受力好，适用于河水主流方向易变的河流。矩形沉井制作方便，但四角处的土不易挖除，河流水流也不顺。圆河流。矩形沉井制作方便，但四角处的土不易挖除，河流水流也不顺。圆端形沉井兼有两者的优点也在一定程度上兼有两者的缺点，是土木工程中端形沉井兼有两者的优点也在一定

47、程度上兼有两者的缺点，是土木工程中常用的基础类形。常用的基础类形。沉井平面形式沉井平面形式 二、沉井的构造二、沉井的构造 沉井的构造一般由以下各部组成：沉井的构造一般由以下各部组成：1 1井壁井壁 井壁是沉井在下沉过程中承受水、土压力，井壁是沉井在下沉过程中承受水、土压力，足够的自重克服井壁摩阻力，由钢筋混凝土浇足够的自重克服井壁摩阻力，由钢筋混凝土浇制而成。有等厚度的直壁式和阶梯式两种。可制而成。有等厚度的直壁式和阶梯式两种。可一次浇成或分段浇筑，接头处可用电灯连接。一次浇成或分段浇筑，接头处可用电灯连接。井壁的厚度较大，一般为井壁的厚度较大，一般为o o41412m2m之间。它之间。它由克

48、服摩阻力所需的自重、施工荷载和永久荷由克服摩阻力所需的自重、施工荷载和永久荷载确定。载确定。2 2刃脚刃脚 为便于将沉井切入土中，并防止土为便于将沉井切入土中，并防止土层中的障碍物在沉井下沉过程中损坏井层中的障碍物在沉井下沉过程中损坏井壁，井壁刃脚底部作成刀刃状，如图壁，井壁刃脚底部作成刀刃状，如图 所示。刃脚的踏面宽度一般为所示。刃脚的踏面宽度一般为200200一一300300豪米，内侧的倾角为豪米，内侧的倾角为4040一一6060度。度。刀脚示意刀脚示意 3 3内隔墙内隔墙 为增加沉井下沉时的整体刚度减少井壁为增加沉井下沉时的整体刚度减少井壁的跨径改善井壁受力条件，将沉井分隔成多的跨径改善

49、井壁受力条件，将沉井分隔成多个取土井后挖土和下沉较为均衡而设置。内隔个取土井后挖土和下沉较为均衡而设置。内隔墙的设置给下沉出土带来某些困难，但便于控墙的设置给下沉出土带来某些困难，但便于控制下沉速度、封底以及纠偏。内隔墙的底面一制下沉速度、封底以及纠偏。内隔墙的底面一船比井壁刃脚高出船比井壁刃脚高出5050l00cml00cm，隔墙厚度约为，隔墙厚度约为50cm50cm，隔墙下部应设，隔墙下部应设80cm80cm120cm120cm的过人孔。的过人孔。4 4封底封底 当沉井下沉至设计标高后，将井底清理整当沉井下沉至设计标高后，将井底清理整平后进行封底。封底可分为干作业和水中作平后进行封底。封底

50、可分为干作业和水中作 业浇灌混凝土封底两种。一般是先在刃脚高度业浇灌混凝土封底两种。一般是先在刃脚高度部分用素混凝土于以封堵，待达到设计强度部分用素混凝土于以封堵，待达到设计强度 后，在其上井壁有凹槽的高度浇筑钢筋混凝土后，在其上井壁有凹槽的高度浇筑钢筋混凝土底板。底板。4 43 3 沉井施工沉井施工 ()施工准备施工准备 1 1地质勘测地质勘测 在沉并施工地点进行钻孔，了解土的力学在沉并施工地点进行钻孔，了解土的力学指标、地层构造、分层情况、摩阻力、地下指标、地层构造、分层情况、摩阻力、地下 水情况及地下障碍物情况等。同时还应查清和水情况及地下障碍物情况等。同时还应查清和排除地面及地面以下米