011_6 桩基础课件(xin) 基础工程课件.ppt

第五章 桩基础 Pile foundation 5.1 概述 5.2 桩的类型及施工工艺 5.3 竖向荷载作用下的桩基础 5.4 水平荷载作用下的桩基础 5.5 桩基础设计 当天然地基上采用浅基础，其沉降量过大或地基稳定性不满足设计 要求，而又不适合采取地基处理措施时，就要考虑以下部坚硬土层或岩 层作为持力层的深基础方案。桩基础是高层建筑、重型厂房和具有特殊 要求的构筑物所广泛采用的基础型式。桩基础设计可按下列步骤进行： （1） 收集设计资料。 （2） 选择桩基类型、桩长和截面尺寸，初步确定承台底面高程。 （3） 确定基桩或复合基桩的承载力。 （4） 确定桩的数量、间距及平面布置。 （5） 桩基的受力验算。 （6） 群桩承载力验算。 （7） 软弱下卧层验算。 （8） 地基变形验算。 （9） 承台设计与计算。 上述设计步骤是相互关联的，通常可按顺序逐项进行。当后面的计算 出现不能满足设计要求的情况时，应返回前面（1）、（2）、（3）步 骤，重新做出选择后再进行设计，直至完全满足设计要求为止。 5.1 概述 第五章 桩基础 软 土 层 5.1 概述第五章 桩基础 地下连续墙 diaphragm深基础 5.1 概述 第五章 桩基础 1 历史十九世纪以前，木桩 (1)7000-8000年前湖上居民,浙江河姆渡 (2)3000-4000年前在罗马 (3)西安灞桥,北京御河桥,隋唐建塔等都是桩基 础的典范 2 十九世纪开始，材料和动力进步 铸铁管桩，1824年波特兰水泥注册专利蒸汽动 力 3 十九世纪末，现场钻孔桩 (1897, Raymond) 目前，我国桩基最大入土深度已达107m，桩径已超 过5m. 一一桩的应用（常用而古老的深基础形式）桩的应用（常用而古老的深基础形式） 5.1 概述 第五章 桩基础 5.1 概述 第五章 桩基础 新加坡发展银行,四 墩, 每墩直径7.3m 将荷载传递到下部 好土层,承载力高 大直径钻孔桩 风化砂岩及粉砂岩 部分风化及 不风化泥岩 5.1 概述 第五章 桩基础 新加坡发展银行, 四墩7.3m 5.1 概述 第五章 桩基础 现场灌注 护坡桩 造价低 5.1 概述 第五章 桩基础 现场灌注 护坡桩 造价低 5.1 概述 第五章 桩基础 2 特点 优点: 将荷载传递到下部好 土层,承载力高. 沉降量小. 抗震性能好,穿过液化 层. 承受抗拔(抗滑桩)及 横向力(如风载荷). 与其他深基础比较,施 工造价低. 缺点: 施工环境影响, 预制桩施工噪音, 钻孔灌注桩的泥浆 有地下室时,有一 定干扰,深基坑中做桩 5.1 概述 第五章 桩基础 3 适用条件 (1)水上建筑物 (2)深持力层,高地下水 位 (3)抗震地基 (4)对沉降非常敏感的 建筑,如精密仪器 5.1 概述 第五章 桩基础 桩基的分类：单桩基础和群桩基础 单桩基础：采用单 桩承受和传递上部结 构荷载。 群桩基础：由2根 或2根以上组成的桩基 础。 基桩：群桩基础中 的单桩称为基桩。 软土层 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 桩的分类：不同的分类标准 (一) 按承台 承台:将几个桩 结合起来传递荷载 （二）材料 （三）形状 （四）承载机理 （五）按尺寸 （六）施工方法 软土层 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 高承台桩 承台在 地面以上,桥桩,码头, 栈桥 低承台桩 承台在 地面以下, 承台本身 承担部分荷载 软土层 (一) 按承台 承台承台: : 将几个桩结合起将几个桩结合起 来传递荷载来传递荷载 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 低承台 桩 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 高承台桩 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 （二） 按材料 ： 木桩、混凝土、钢筋混 凝土、钢管（型钢）桩、复 合桩 钢筋混凝土：普通混凝 土、预应力混凝土（离心预 制）、高强混凝土 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 （三） 按形状 n按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多 节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩 n按横断面：圆形，八边形，十字桩、X形桩 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 桩身 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 横断面 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 （四）按尺寸 n按断面(直径）的大小： 大直径:d80cm; 小直径d60m（3): 长桩；L=800mm， 开挖直径=1000mm， 护壁厚度=100mm， 分节支护，每节高5001000mm，可用混凝土预 制块或砖砌筑，桩身长度在40m以内。 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 振动沉桩 预制桩 113m Pile Point 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 离心预应力预制钢筋混凝土 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 人工挖孔桩 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 广州市亚洲大酒店人工挖孔桩 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 螺旋钻 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 2.2 扩底桩 人工挖孔扩孔桩 （芝加哥法） 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 UK英国 1.0-3.0 m 0.6-0.9 m 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 爆破扩底桩 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 桩的分类总结 n挤土桩 （打入预制桩） 挤土桩：在成桩过程中，造成大量挤土，使桩周围土体受 到严重扰动，土的工程性质发生较大改变。主要有打入或静压成 桩的实心桩和闭口预制混凝土桩、闭口钢管桩及沉管灌注桩等。 部分挤土桩：在成桩过程中，引起部分挤土效应、桩周围 土体受到一定程度的扰动。主要有：H型钢桩、开口管桩及长螺旋 钻孔、旋挖灌注桩。 n 非挤土桩 （现场钻孔） 非挤土桩：一般采用人工或机械的方式在桩位开挖桩孔， 在孔内灌注混凝土而成的桩，对周围土体基本没有扰动。主要有 钻、挖孔灌注桩、旋挖灌注桩等。 n摩擦桩 n端承桩 Q = Qp+Qs （七) 桩的质量检测 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 1 开挖检测 2 抽芯法 3 声波透射法 4 动测法 （七) 桩的质量检测 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 1 开挖检测 只限于对所暴露的桩身进行检查。 （七) 桩的质量检测 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 1 开挖检测 2 抽芯法 检测混凝土桩的桩长、桩身强度、桩底沉渣厚度和持 力层岩土形状，可判别桩身的完整性。 钻孔取混凝土芯，属于有损检测。 （七) 桩的质量检测 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 1 开挖检测 2 抽芯法 3 声波透射法 可检测桩身缺陷程度及位置，判别桩身完整性类别 。 预先在装中埋入34根金属管，利用超声波在不同强 度（或不同弹性模量）的混凝土中传播速度的变化来检 测桩身质量的。 （七) 桩的质量检测 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 1 开挖检测 2 抽芯法 3 声波透射法 4 动测法 包括锤击激振、机械阻抗、水电效应、共振等小应变 动测，PDA（打桩分析仪）等大应变动测及PIT（桩身 结构完整性分析仪）等。对于等截面、质地均匀的预制 桩测试效果较可靠；而对于灌注桩的动测检验，目前已 有相当多的经验，具有一定的可靠性。 （八) 桩基设计原则 5.2 桩的类型及施工工艺 第五章 桩基础 建筑桩基规范的相关内容。 一 意义 意义：单桩工作性能研究是单桩承载力分析的理论 基础。 通过桩土相互作用分析，了解桩间土的传力途径和 单桩承载力的构造及其发展过程，以及单桩的破坏机理 等，对正确评价单桩轴向承载力设计值具有一定的指导 意义。 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 第五章 桩基础 桩的荷载传递机理研究揭示的是桩土之间力 的传递与变形协调的规律，因而它是桩的承载力机 理和桩土共同作用分析的重要理论依据。 第五章 桩基础 二二 桩的荷载传递桩的荷载传递 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 (a)轴向受压的桩 (b)截面位移 (c) 摩阻力分布 (d)轴力分布 桩土体系荷载传递分析 第五章 桩基础 当桩顶荷载达到极限值时： 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程就是桩土体系荷载的 传递过程。 桩顶受竖向荷载后，桩身压缩而向下位移，桩侧表面受 到土的向上摩阻力，桩侧土体产生剪切变形，并使桩身荷 载传递到桩周土层中去，从而使桩身荷载与桩身压缩变形 随深度递减。 随着荷载增加，桩端出现竖向位移和桩端反力。桩端位 移加大了桩身各截面的位移，并促使桩侧阻力进一步发挥 。 一般说来，靠近桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发 挥，而侧阻力先于端阻力发挥出来。 第五章 桩基础 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 任一深度z桩身截面的荷载为： 竖向位移为： 由微分段dz的竖向平衡可求得为： 微分段dz的压缩量为： 就是桩土体系荷 载传递分析计算 的基本微分方程 。通过在桩身埋 设应力或位移测 试元件，即可求 得轴力和侧阻力 沿桩身的变化曲 线。 第五章 桩基础 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 桩侧阻力与桩端阻力相对大小与桩径、桩长 、桩身的压缩性、桩间距，以及桩侧土体性状、 桩端土体性状、成桩方式、荷载水平等因素有关 ，。 根据力的竖向平衡，有： 桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律( (自学自学) ) 第五章 桩基础 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 从桩的承载机理来看，桩土间的相对位移是侧摩阻力发挥的必 要条件，但不同类型的土，发挥其最大摩阻力所需位移是不一样 的，如粘性土为510mm，砂类土为1020mm等等。 大量实验结果表明，发挥侧阻所需相对位移并非定值，桩径 大小、施工工艺和土层的分布状况都是影响位移量的主要因素。 （1）成桩效应也会影响到侧摩阻力，因为不同的施工工艺都 会改变桩周土体内应力应变场的原始分布。 如挤土桩对桩周土的挤密和重塑作用，非挤土桩因孔壁侧向 应力解除出现的应力松弛等等；这些都会不同程度的提高或降 低侧摩阻力的大小，而这种改变又与土的性质、类别，特别是 土的灵敏度、密实度和饱和度密切相关。一般来说，饱和土中 的成桩效应大于非饱和土的，群桩的大于单桩的。 桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析 第五章 桩基础 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 （3）随桩入土深度的增加，作用在桩身的水平有效 应力成比例增大。按照土力学理论，桩的侧摩阻力也应 逐渐增大；但实验表明，在均质土中，当桩的入土超过 一定深度后，桩侧摩阻力不再随深度的增加而变大，而 是趋于定值，该深度被称为侧摩阻力的临界深度。 （4）对于在饱和粘性土中施工的挤土桩，要考虑时间 效应对土阻力的影响。桩在施工过程中对土的扰动会产生 超孔隙水压力，它会使桩侧向有效应力降低，导致在桩形 成的初期侧摩阻力偏小；随时间的增长，超孔隙水压力逐 渐沿径向消散，扰动区土的强度慢慢得到恢复，桩侧摩阻 力得到提高。 桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析 第五章 桩基础 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 （2）桩材和桩的几何外形也是影响侧阻力大小的 因素之一。同样的土，桩土界面的外摩擦角会因桩 材表面的粗糙程度不同而差别较大. 如预制桩和钢桩，侧表面光滑，一般为1/3 1/2（为土的内摩擦角），而对不带套管的钻孔灌注 桩、木桩，侧表面非常粗糙，可取2/3。 由于桩的总侧阻力与桩的表面积成正比，因此采用 较大比表面积（桩的表面积与桩身体积之比）的桩身 几何外形可提高桩的承载力。 桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析 第五章 桩基础 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 桩端进入持力层的深度也是桩基设计时主要考虑 的问题，一般认为，桩端进入持力层越深，端阻力越大 ；但大量实验表明，超过一定深度后，端阻力基本恒定 。 关于端阻的尺寸效应问题，一般认为随桩尺寸的 增大，桩端阻力的极限值变小。 实际上，桩在外部荷载作用下，侧阻和端阻的发挥 和分布是较复杂的，二者是相互作用、相互制约的，如 因端阻降低的影响，靠近桩端附近的侧阻会有所降低等 等。 桩的荷载传递的一般规律端阻分析桩的荷载传递的一般规律端阻分析 第五章 桩基础 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 第五章 桩基础 桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 桩端土与桩侧土的模量比 愈小，桩身轴力沿深度 衰减愈快，即传递到桩端的荷载愈小 。 桩身轴向力 桩身轴向力 桩端土性对荷载传递的影响 超长桩 荷载传递 特性 试验研究与理论分析表明，桩的荷载传递的一般规律如下： 第五章 桩基础 桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 随桩土刚度比 （桩身刚度与桩侧土刚度之比） 的增大，传递到桩端的荷载增加；但当 1 000后 ， 的变化不明显。 桩身轴向力 桩身轴向力 桩端土性对荷载传递的影响 超长桩 荷载传递 特性 第五章 桩基础 桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 随桩的长径比l/d（ l为桩长， d为桩径）增大，传递到桩端的 荷载减小，桩身下侧阻发挥值相应降低；当l/d 40时，在均匀土 层中， 趋于零；当 l/d 100时，不论桩端土刚度多大， 其值 小到可忽略不计。 工作荷载下的与L/D的关系 第五章 桩基础 桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 （5）.扩大桩端面积，桩端传递荷载的比率增大。 (4) 下图是桩径1m、嵌入风化泥质砂岩3.7m 和新鲜泥质 砂岩2.0m的灌注桩的实测荷载传递曲线。可见，即使对于长 径比l/d 1520 的嵌岩桩，也属于摩擦型桩，其桩端总阻 力也较小。 嵌岩灌注桩荷载传递曲线 第五章 桩基础 桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 单桩在轴向荷载作用下，其破坏模式主要取决于桩周土 的抗剪强度、桩端支承情况、桩尺寸以及桩的类型等条件。 可能破坏模式：压曲破坏、整体剪切破坏和刺入破坏。 压曲破坏整体剪切破坏刺入破坏 第五章 桩基础 三 单桩的破坏模式 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 压曲破坏整体剪切破坏刺入破坏 压曲破坏：沉降量很小，桩端阻为主，桩材控制承载力，穿越软弱 土层的小直径桩和嵌岩桩属于此类； 整体剪切：沉降量较大，桩端阻为主，桩端桩侧土控制承载力，打 入式短桩、钻孔短 桩属于此类； 刺入破坏：沉降量大，桩侧阻为主，桩顶容许沉降控制承载力，一 般情况下的钻孔灌注桩属于此类。 第五章 桩基础 三 单桩破坏模式桩破坏模式 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 正摩阻负摩阻 当土体相对于桩身向下位移 时，土体不仅不能起扩散桩身轴 向力的作用，反而会产生下拉的 摩阻力，使桩身的轴力增大。 如图所示。该下拉的摩阻力称 为负摩阻力。负摩阻力的存在， 增大了桩身荷载和桩基的沉降。 第五章 桩基础 四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力 桩侧负摩阻力产生原因： 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 正摩阻 负摩阻 引起负摩擦力的条件：桩周围 的土体下沉必须大于桩的沉降。 第五章 桩基础 四 桩侧负摩阻力负摩擦的产生桩侧负摩阻力负摩擦的产生 (1) (1) 桩周附近地面大面积堆载桩周附近地面大面积堆载 (2) (2) 大面积降低地下水位大面积降低地下水位 (3) (3) 欠固结土欠固结土, ,新填土新填土 (4) (4) 湿陷性黄土遇水湿陷湿陷性黄土遇水湿陷 (5) (5) 砂土液化、冻土融解砂土液化、冻土融解 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 ln Negative 土位移Ss 桩位移Sp + 摩阻力 轴向力N 中性点：正负摩擦力分界的地方。 第五章 桩基础 四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力负摩擦力的分布负摩擦力的分布, ,负摩阻力成为荷载的一部分负摩阻力成为荷载的一部分 对于下部为岩石的端承桩对于下部为岩石的端承桩, ,可能全桩为负阻力可能全桩为负阻力, , 对于一般桩对于一般桩, ,因为桩土都有变形因为桩土都有变形, ,视二者的相对位移量和方向视二者的相对位移量和方向 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 ln Negative 土位移Ss 桩位移Sp - + 摩阻力 轴向力N 第五章 桩基础 四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力 第i层土桩侧平均负摩阻力 土的侧压力系数 第i层土桩侧平均竖向有效应力 桩周负摩阻力系数，查表4-6。 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 lnNegative 土位移Ss 桩位移Sp - + 摩阻力 轴向力N 中性点处：摩擦力为零，桩对土的相对位移也是零。 下拉荷载在中性点处达最大值，即在中性点截面桩身轴力达最大值 （QQn）。 第五章 桩基础 四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 ln Negative 土位移Ss 桩位移Sp - + 摩阻力 轴向力N 中性点的深度(ln)：与桩周土的压缩性和变形条件以及持力层土的刚 度等因素有关。 准确确定较为困难，一般根据现场试验所得的经验数据近似确定。 （P113表43） 第五章 桩基础 四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 lnNegative 土位移Ss 桩位移Sp - + 摩阻力 轴向力N 桩周土层的固结随时间而变化，故土层的竖向位移和桩身截面位移都是 时间的函数。因此，在桩顶荷载Q的作用下，中性点的位置、摩阻力以及轴力 等也都相应地发生变化。 第五章 桩基础 四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 ln Negative 土位移Ss 桩位移Sp - + 摩阻力 轴向力N 单桩截面位移在桩顶荷载作用稳定后，土层固结的程度和速率是影响下拉 荷载Qn的主要因素。固结程度高，底面沉降大，中性点往下移；固结速率快 ， Qn增长快。但其增长需要经过一定的时间才能达到极限值。在该过程中， 桩身Qn在作用下，产生压缩，桩端处轴力增加，沉降也相应增加。由此导致 土相对于桩的向下位移减少， Qn降低，而逐渐达到稳定状态。 第五章 桩基础 四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 ln Negative 土位移Ss 桩位移Sp - + 摩阻力 轴向力N 在现场进行桩的负摩擦力试验：方法直接可靠，但需要时间过长， 常以年计，费用也大。 经验公式：影响负摩擦阻力的因素较多，如桩侧桩端土的变形与强 度性质、特曾的应力历史、桩侧土发生沉降的原因和范围以及桩的类型 与成桩工艺等，理论计算是复杂的，常采用带经验性的近似公式 第五章 桩基础 4 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力负摩擦力的的确定负摩擦力的的确定 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 ln Negative 土位移Ss 桩位移Sp - + 摩阻力 轴向力N 根据大量试验与工程实测结果表明，贝伦(Bjerrum)提出的“有 效应力法”叫接近实际，其计算公式为： 公式说明P95 第五章 桩基础 四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力负摩擦力的确定负摩擦力的确定 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 ln Negative 土位移Ss 桩位移Sp - + 摩阻力 轴向力N 按土的类别的经验公式： 软土或中等强度粘土： 砂类土： 第五章 桩基础 四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力负摩擦力的确定负摩擦力的确定 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 ln Negative 土位移Ss 桩位移Sp - + 摩阻力 轴向力N 单桩桩侧总的负摩阻力（下拉荷载）： 第五章 桩基础 四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力负摩擦力的确定负摩擦力的确定 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 qs 摩阻力分布 u为桩的周长 S0 Sp 各点位移 Q 轴向力N分布 S0 Sp 第五章 桩基础 四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧摩阻力及其分布桩侧摩阻力及其分布 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 土的极限摩阻力影响因素 随着深度增加,砂土中存在临界深度 超静孔隙水压力消散,土的触变性 打入预制桩,挤土使qs增加 (1)挤密(2)残余应力 钻孔预制桩,常使qs减少 (1)泥皮(2)应力松弛 但是也有水泥浆渗入土中使表面粗糙 其他施工因素 粘性土的摩阻力有时效, 第五章 桩基础 四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧摩阻力及其分布桩侧摩阻力及其分布 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 太沙基梅耶霍夫型 很小 (1)很难达到整体破坏 (2)端承力与深度有关 (3)存在临界深度 第五章 桩基础 四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩端阻力桩端阻力 (1) (1) 常作为基础承载力问题常作为基础承载力问题( (太沙基解太沙基解) ) 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 与施工方法有关 桩端充填粉土 问题：侧摩阻力的方向？ 第五章 桩基础 四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩端阻力桩端阻力 土的极限端阻力影响因素土的极限端阻力影响因素 与土性有关与土性有关, ,存在临界深度存在临界深度 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能 5.4 单桩竖向承载力的确定 第五章 桩基础 单桩竖向承载力：指单桩在外荷载作用下，不丧失 稳定性、不产生过大变形时的承载能力。 单桩竖向极限承载力：单桩在竖向荷载作用下，到 达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最 大荷载。 无论受压还是受拉，桩丧失承载力一般表现： （1）桩周土岩的阻力不足，桩发生急剧且量大的竖 向位移；或者虽然位移不急剧增加，但因位移过大而不适 用于继续承载。 （2）桩身材料不够，桩身被压破或拉坏。 5.4 单桩竖向承载力的确定 第五章 桩基础 1 按桩身材料强度 2 静载荷试验 3 按抗剪强度指标 4 按静力触探法 5经验方法 6按动力试验法 7桩的抗拔承载力 第五章 桩基础 二 单桩竖向承载力的确定 1 按桩身材料强度 P109 公式说明。 荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值，kN。 混凝土轴心抗压强度设计值，kPa。 基桩成桩工艺 系数 桩身截面面积 纵向主筋截面面积 混凝土轴心抗压强度设计值，kPa。 桩的稳定系数 5.4 单桩竖向承载力的确定 第五章 桩基础 二 单桩竖向承载力的确定 2 静载荷试验 5.4 单桩竖向承载力的确定 锚桩 桁架法 ,2400吨 第五章 桩基础 5.4 单桩竖向承载力的确定 桩顶试验中 第五章 桩基础 5.4 单桩竖向承载力的确定 第五章 桩基础 终止条件： 当出现下列情况之一时即可终止加载： （1）在某级荷载下，桩顶沉降量为前一级荷载下沉降 量的5倍； （2）某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降 量的2倍，且经24小时商未达到相对稳定； （3）已经达到设计要求的最大加载量时； （4）当荷载沉降曲线呈缓变型时。可加载至总沉降 量的6080mm，特殊情况下可按要求加载至桩顶累计沉降 量超过80mm。 5.4 单桩竖向承载力的确定 (2) 通过静力载荷试验确定极限承载力Qu 判断单桩竖向极限承载力Qu(各规范不同) n如果有陡降点,取为Qu n缓变曲线,取一定沉降 s=40mm (40-60mm) n 24小时未稳定,Sn对应的荷载 确定平均值 (极限承载力标准值),如离散太 大,加一折减系数 特征值 R= 第五章 桩基础 5.4 单桩竖向承载力的确定 3. 抗剪强度指标 第五章 桩基础 国外广泛采用。该类公式在土的抗剪强度指标的取值上考虑 理论公式无法概括的某些影响因素，例如：土的类别和排水条件 、桩的类型和设置效应等，因此是经验性的。一般表示为： 因桩的设置而附加于地基的重力。 桩重-与桩同体积的土重。一般近似为0. 5.4 单桩竖向承载力的确定 4. 静力触探 、：修正系数 qc, fsi ：探头的端阻与侧阻 Electric static cone 第五章 桩基础 5.4 单桩竖向承载力的确定 圆 锥 形 金 属 探 头 将圆锥形的金属探头，以静力方式按 一定的速率均匀压入土中。 借助探头的传感器，测出探头的侧阻 和端阻。 静力触探与桩打入土中的过程基本相 似，可以近似看成小尺寸打入桩的现 场模拟试验。 4. 静力触探 Electric static cone 第五章 桩基础 5.4 单桩竖向承载力的确定 圆 锥 形 金 属 探 头 探头：单桥探头和双桥探头。 双桥探头：圆锥面积15cm2.锥角60，摩擦套筒 218.5mm，侧面积30103mm2 对于粘性土、粉土和砂土，如无当地经验时： 桩端阻修正系数，对于粘性土、 粉土取2/3，饱和砂土取1/2 桩侧阻综合 修正系数 第五章 桩基础 5.经验公式 5.4 单桩竖向承载力的确定 一般预制桩及中小直径的灌注桩：d 6d 第五章 桩基础 1. 群桩效应的概念 5.6 群桩基础 应力叠加 桩底应力增加,使承载力不足;总的沉降增加 第五章 桩基础 1. 群桩效应的概念 5.6 群桩基础 第五章 桩基础 1. 群桩效应的概念 群桩的破坏模式 群桩破坏模式是决定群桩的极限承载力计算方法繁荣主要依据。 不同的破坏模式对应的承载力计算方法和数值会有所不同，有时甚 至得出差别很大的计算结果。 破坏模式分为：桩土整体破坏模式和单 独破坏模式。 整体破坏模式：指桩、土形成整体，如 向实体深基础那样承受和传递荷载并产生 变形，侧阻力的破坏面发生于群桩外围。 单独破坏模式：指各桩的桩土界面处产 生较大的相对位移，各桩在桩土界面剪切 破坏产生滑移破坏。 5.6 群桩基础 对于砂土 sp 1.0, 粘性土sp 1.0 第五章 桩基础 1. 群桩效应的概念 5.6 群桩基础 第五章 桩基础 1. 群桩效应的概念 由端承桩组成的群桩： 通过承台分配到各桩桩顶的荷载，其大部或全部由桩身直接传递到 桩端。 因而通过承台土反力、桩侧阻力传递到土层中的应力较小，桩群中 各桩之间以及承台、桩、土之间的相互影响较小，其工作性状与独立 单桩相近。 5.6 群桩基础 第五章 桩基础 1. 群桩效应的概念 由摩擦桩组成的群桩，桩顶荷载主要通过桩侧摩阻力传递到桩周 和桩端土层中，在桩端平面处产生应力重叠。承台土反力也传递到承 台以下一定范围内的土层中，从而使桩侧阻力和桩端阻力受到干扰。 就一般情况而言，在常规桩距（34d）下，粘性土中的群桩，随着 桩数的增加，群桩效应系数明显下降，且 ，同时沉降比迅速增 大， 由2增加到10以上。 砂土中的挤土桩，有可能 ，而沉降比处理端承桩等于1外，均 大于1；同时底承台土反力分担上部荷载可使群桩承载力增加。 5.6 群桩基础 第五章 桩基础 1. 群桩效应的概念 预制桩沉桩：预制桩沉桩： 砂土砂土, ,非饱和土和一般粘性土非饱和土和一般粘性土, ,填土有挤密填土有挤密 作用作用, ,使承载力增加。使承载力增加。 饱和粘土饱和粘土, ,超静孔压积累超静孔压积累, ,地面上浮地面上浮, ,先入桩上浮先入桩上浮, ,土层土层 扰动扰动, ,使承载力降低。使承载力降低。 应力叠加：应力叠加： 桩底应力增加桩底应力增加, ,使承载力不足使承载力不足; ;总的沉降增总的沉降增 加加 桩之间互相调节：桩之间互相调节： 个别桩承载力低总体上可互补个别桩承载力低总体上可互补; ;个个 别桩受荷别桩受荷, ,其他桩帮助传递荷载其他桩帮助传递荷载 承台可部分承受荷载承台可部分承受荷载 5.6 群桩基础 第五章 桩基础 2. 承台下土对荷载的分担作用 5.6 群桩基础 台底反力 承台底分区图 第五章 桩基础 2. 承台下土对荷载的分担作用 5.6 群桩基础 在下列情况下不考虑承台的荷载分担效应： （1）承受经常出现的动力作用，如铁路桥梁基础； （2）承台下存在肯产生负摩擦力的土层；如失陷性黄 土、欠固结土、新填土、高灵敏软土以及可液化土，或由 于降水地基土固结而与承台脱开； （3）在饱和软土沉入密集桩群，引起超孔隙水压力和 土体隆起。随着时间的推移，桩间土固结下沉而与承台脱 离等。 第五章 桩基础 3. 复合基桩竖向承载力特征值 通过对群桩工作特点进行分析： 对于端承桩和桩中心距6d的摩擦桩群桩，群桩的竖 向承载力等于各单桩承载力之和，沉降量也与独立单桩基 本一致，仅需验算单桩竖向承载力和沉降即可； 而对于桩的中心距1, 取n=1。 第五章 桩基础 9. 桩基负摩阻力验算 5.6 群桩基础 当考虑桩侧负摩阻力。验算基桩竖向承载力 时，对于摩擦型桩取桩身计算中性点以上侧阻力为 零，基桩承载力验算： 对于端承除满足上式外，尚需验算： 第五章 桩基础 例题：4-1（P109）： 已知柱子传来的标准组合荷载： 地质剖面图如下图所示。钢筋混凝土预制桩断面：4040cm。 工程桩5根，承台平面尺寸：3.03.0m，桩入土深度15m，承台 埋深2m、要求进行单桩承载力验算。 1 2 3 4 2m 2m 12m 1m 400 400 1100 1100 3000 3000 40040011001100 5.6 群桩基础 第五章 桩基础 10 桩基沉降计算 对于桩中心距不大于6 倍桩径的桩基,其最 终沉降量计算可采用等效作用分层总和法。 等效作用面位于桩端平面，等效作用面积为 桩承台投影面积，等效作用附加压力近似取 承台底平均附加压力。等效作用面以下的应 力分布采用各向同性均质直线变形体理论。 计算模式如图7.4.1 所示，桩基任一点最终沉 降量可用角点法按下式计算： 5.6 群桩基础 第五章 桩基础 10 桩基沉降计算 单桩、单排桩、疏桩基础 （1）基桩引起的附加应力根据考虑桩径影响的明德林解答按下 列公式计算： 5.6 群桩基础 第五章 桩基础 10 桩基沉降计算 单桩、单排桩、疏桩基础 承台底地基土不分担荷载的桩基： 5.6 群桩基础 第五章 桩基础 10 桩基沉降计算 单桩、单排桩、疏桩基础 承台底地基土分担荷载的复合桩基 ： 5.6 群桩基础 第五章 桩基础 10 桩基沉降计算 单桩、单排桩、疏桩基础 减沉复合疏桩基础中点沉降可按下列公式计算： ： 5.6 群桩基础 5.7 桩基础设计 一. 桩型的选择 二.基桩几何尺寸确 定 三.桩数确定及平面 布置 四.桩身结构强度验 算 五.承台设计和计算 桩基础设计应力求选型恰当、经济合理、安全适用，对桩和承台有足 够的强度、刚度和耐久性；对地基（主要是桩端持力层）有足够的承载力 和不产生过量的变形，其主要内容和步骤： 5.7 桩基础设计 桩基础设计应力求选 型恰当、经济合理、安 全适用，对桩和承台有 足够的强度、刚度和耐 久性；对地基（主要是 桩端持力层）有足够的 承载力和不产生过量的 变形，其主要内容和步 骤： 5.7 桩基础设计 （1）进行调查研究，场地勘察，收集有关资料； （2）综合勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构等条件确定 桩基持力层； （3）选择桩型，确定桩的类型、外形尺寸和构造； （4）确定单桩承载力特征值； （5）根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平面布置； （6）根据平面布置，初步拟订承台的轮廓尺寸及承台底标高； （7）验算作用于单桩上的竖向和横向荷载； （8）验算承台尺寸及结构强度； （8）必要时验算桩基整体承载力和沉降量，当持力层下有软弱下 卧层时，验算软弱下卧层的地基承载力； （10）单桩设计，绘制桩和承台的结构及施工详图。 5.7 5.7 桩基础设计一、桩基础设计一、收集资料收集资料 设计桩基之前必须充分掌握设计原始资料，包括建筑 类型、荷载、工程地质勘察资料、材料来源及施工技术设 备等情况，并尽量了解当地使用桩基的经验。 5.7 5.7 桩基础设计二桩基础设计二基桩几何尺寸确定基桩几何尺寸确定 综合考虑各种有关因素： 1 同一结构单元避免采用不同桩长的桩 2 选择较硬土层作为桩端持力层 3 桩端全截面进入持力层的深度 4 同一建筑物应尽量采用相同桩径的桩基 5 考虑经济因素 5.7 5.7 桩基础设计二桩基础设计二基桩几何尺寸确定基桩几何尺寸确定 综合考虑各种有关因素： 3 桩端全截面进入持力层的深度 粘土、粉土不宜小于 2d 砂土不宜小于 1.5d 碎石类土不宜小于 1.0d 当存在软弱下卧层时，桩端下硬 持力层厚度不宜小于 3d 嵌岩桩最佳嵌岩深度： 5.7 5.7 桩基础设计二桩基础设计二基桩几何尺寸确定基桩几何尺寸确定 综合考虑各种有关因素： 4 同一建筑物尽量采用相同桩径的桩基。 一般情况下，同一建筑物尽量采用相同桩径的桩基 ，但当建筑物基础平面范围内的荷载分布很不均匀时 ，可以根据荷载和地质条件采用不同直径的桩。各类 桩型由于工程实践惯用以及施工设备限制等原因，均 有常用的直径，设计时要适当顾及。 5 考虑经济条件 当所选定桩型为端承桩而坚硬持力层埋藏不太深 时，应尽可能考虑大直径（扩底）单桩；对于摩擦桩 ，则宜采用细长桩，以取得桩侧较大的表面积，但要 满足抗压能力要求。 5.7 5.7 桩基础设计三桩基础设计三桩数确定及平面布置桩数确定及平面布置 1 桩数确定 桩基承台及承台上土自重 作用于桩基承台顶面的竖向荷载 经验系数取1.11.2 5.7 5.7 桩基础设计三桩基础设计三桩数确定及平面布置桩数确定及平面布置 2 桩的中心矩 土类与成桩工艺 排数不少于3排，桩数 不少于9根的摩擦型桩 基 其他情况 非挤土灌注桩 3.0d2.5d 部分挤土灌注桩3.5d3.0d 挤土桩 穿越非饱和土、饱和非粘性土4.0d3.5d 穿越饱和粘性土 4.5d4.0d 沉管夯扩、 钻孔挤扩 桩 穿越非饱和土、饱和非粘性土2.2D且4.0d2.0D且3.5d 穿越饱和粘性土2.5D且4.5d2.2D且4.0d 钻、挖孔扩底灌注桩2D或D+2.0m (当D2m) 1.5D或D+1.5m (当D2m) 表 桩的最小中心距 5.7 5.7 桩基础设计三桩基础设计三桩数确定及平面布置桩数确定及平面布置 3 桩径 表 楼层数与桩截面(mm)的经验数值关系 楼层数 桩 型 10102020303040 预制桩300400450550450550800(钢管桩) 灌注桩50060080065010008001200 当桩的种类和几何尺寸确定之后，应初步确定承台底面高程，其 他确定原则同浅基础设计相同。 5.7 5.7 桩基础设计三桩基础设计三桩数确定及平面布置桩数确定及平面布置 4 桩位布置 桩在平面内可布置成方形（或矩形）、三角形 和梅花形，条形基础下的桩，可采用单排或双排， 也可采用不等距布置。 横墙下“探头”桩的布置 墙下桩基 柱下桩基 5.7 5.7 桩基础设计三桩基础设计三桩数确定及平面布置桩数确定及平面布置 4 桩位布置 排列基桩时，宜使桩群形心与长期荷载重心重合 ，并使桩基受水平力和力矩较大方向有较大的抵抗 矩。 群桩的布置还应考虑优化基础结构的受力条件 。尽量使桩接近力的作用点，这样就可以避免在各 根桩之间由很厚的承台来传递荷载。对于桩箱基础 ，宜将桩布置于墙下；对于带梁（肋）桩筏基础， 宜将桩布置于梁（肋）下；对于大直径桩宜采用一 柱一桩。 5.7 5.7 桩基础设计四桩基础设计四桩身结构强度验算桩身结构强度验算 预制桩的混凝土强度等级宜C30，采用静压法沉桩时，可适当降 低，但不易C20；预应力混凝土桩的混凝土强度等级宜C40. 预制桩的主筋（纵向）应按计算确定并根据断面的大小及形状选 用48根直径为1425的钢筋。最小配筋率min宜0.8%，一般可为1% 左右，静压法沉桩时宜0.4%。 箍筋直径可取68mm，间距200mm，在桩顶和桩尖处应适当加密 。 用打入法沉桩时，直接受锤击的桩顶应设置3层64070mm的钢 筋网，层距50mm。 桩尖所有主筋应焊接在一根圆钢上，或在桩尖处用钢板加强。 主筋的混凝土保护层应30mm，桩上需埋设吊环，位置由计算确 定。 桩的混凝土强度必须达到设计强度的100%才可吊起和搬运。 5.7 5.7 桩基础设计四桩基础设计四桩身结构强度验算桩身结构强度验算 考虑整个施工阶段和使用阶段期间的各种不利 受力状态。 对于预制桩，在吊运和沉状过程中所产生的内 力往往在桩身结构计算中起控制作用； 对于灌注桩在施工结束后才成桩，桩身结构由 使用荷载确定。 1按材料强度确定单桩抗压承载力 2预制桩在施工过程中桩身结构计算 5.7 5.7 桩基础设计四桩基础设计四桩身结构强度验算桩身结构强度验算 5.7 5.7 桩基础设计四桩基础设计四桩身结构强度验算桩身结构强度验算 5.7 5.7 桩基础设计五桩基础设计五承台设计承台设计 1.0d 15cm 10 cm 形状形状 方方, ,矩型矩型, ,三角形三角形, ,多边形多边形, ,圆形圆形 最小宽度最小宽度 50 cm50 cm 最小厚度最小厚度 30 cm30 cm 桩外缘距离桩外缘距离承台边承台边 15 cm15 cm 边桩