桥梁桩基础的设计及验算,精细到每一步

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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。图2钻孔桩直桩和斜桩图4直桩斜桩：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；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；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

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