文档介绍：《基础工程》
第3章桩基础
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8 桩基础的设计
设计桩基础的一般程序:首先应该搜集必要的资料,包括上部结构型式与使用要求,荷载的性质与大小,地质和水文资料,以及材料供应和施工条件等。据此拟定出设计方案(包括选择桩基类型、桩长、桩径、桩数、桩的布置、承台位置与尺寸等),然后进行基桩和承台以及桩基础整体的强度、稳定、变形验验,经过计算、比较、修改,以保证承台、基桩和地基在强度、变形及稳定性方面满足安全和使用上的要求,并同时考虑技术和经济上的可能性与合理性,最后确定较理想的设计方案。
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一、桩基础类型的选择
(一)承台底面标高的考虑
低桩承台:稳定性较好,但在水中施工难度较大,因此可用于季节性河流、冲刷小的河流或旱地上其它结构物的基础。当作用在桩基础上的水平力和弯矩较大,或桩侧土质较差时,为减少桩身所受的内力,可适当降低承台底面标高。
高桩承台:对于常年有流水,冲刷较深,或水位较高,施工排水困难,在受力条件允许时,应尽可能采用高桩承台。有时为节省墩台身圬工数量,则可适当提高承台底面标高。
当承台埋设于冻胀土层中时,为了避免由于土的冻胀引起桩基础损坏,,
承台如在水中或有流冰的河道,承台底面也应适当放低,以保证基桩不会直接受到撞击,否则应设置防撞装置。
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(二)柱桩桩基和摩擦桩桩基的考虑
柱桩和摩擦桩的选择主要根据地质和受力情况确定。
柱桩:柱桩桩基础承载力大,沉降量小,较为安全可靠,因此当基岩埋深较浅时,应考虑采用柱桩桩基。
摩擦桩:若岩层埋置较深或受施工条件的限制不宜采用柱桩,则可采用摩擦桩,
在同一桩基础中不宜同时采用柱桩和摩擦桩,同时也不宜采用不同材料、不同直径和长度相差过大的桩,以避免桩基产生不均匀沉降或丧失稳定性。
注意:
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(三)桩型与施工方法的考虑
桩型与施工方法的选择应按照基础工程的方案选择原则根据地质情况、上部结构要求、桩的使用功能和施工技术设备等条件来确定。
一般程序:设计时,首先拟定尺寸,然后通过基桩计算,验算所拟定的尺寸是否经济合理,再作最后确定。
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二、桩径、桩长的拟定
桩径与桩长的设计,应综合考虑荷载的大小、土层性质与桩周土阻力状况、桩基类型与结构特点、桩的长径比以及施工设备与技术条件等因素后确定,力争做到既满足使用要求,又造价经济,最有效地利用和发挥地基土和桩身材料的承载性能。
设计时,首先拟定尺寸,然后通过基桩计算,验算所拟定的尺寸是否经济合理,再作最后确定。
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(一)桩径拟定
桩的类型选定后,桩的横截面(桩径)可根据各类桩的特点与常用尺寸选择确定。
(二)桩长拟定
设计时,可先根据地质条件选择适宜的桩端持力层初步确定桩长,并应考虑施工的可行性(如钻孔灌注桩钻机钻进的最大深度等)。
一般情况下:应将桩底置于岩层、坚硬的土层上、压缩性较低、强度较高的土层,以得到较大的承载力和较小的沉降量。避免使桩底坐落在软土层上或离软弱下卧层的距离太近,以免桩基础发生过大的沉降。
对于摩擦桩,有时桩底持力层可能有多种选择,此时确定桩长与桩数两者相互牵连,遇此情况,可通过试算比较,选择较合理的桩长。摩擦桩的桩长不应拟定太短,一般不应小于4m。此外,为保证发挥摩擦桩桩底土层支承力,桩底端部应尽可能达到该土层的桩端阻力的临界深度,一般不宜小于1m。
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三、确定基桩根数及其平面布置
(一)桩的根数估算
一个基础所需桩的根数可根据承台底面上的竖向荷载和单桩容许承载力按下式估算:
式中: ——桩的根数;
——作用在承台底面上的竖向荷载,kN;
——单桩容许承载力,kN;
——考虑偏心荷载时各桩受力不均而适当增加桩数的经验系数,可取=~。
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(三)桩的平面布置
多排桩:稳定性好,抗弯刚度较大,能承受较大的水平荷载,水平位移小,但多排桩的设置将会增大承台的尺寸,增加施工困难,有时还影响航道;
单排桩:能较好地与柱式墩台结构形式配用,可节省圬工,减小作用在桩基的竖向荷载。
因此,当桥跨不大、桥高较矮时,或单桩承载力较大,需用桩数不多时常采用单排排架式基础。公路桥梁自采用了具有较大刚度的钻孔灌注桩后,选用盖梁式承台双柱或多柱式单排墩台桩柱基础也较广泛,对较高的桥台、拱桥桥台、制动墩和单向水平推力墩基础则常需用多排桩。
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