桩基础与其他深基础

1、1 桩基的作用 将荷载传递到 坚硬下卧层 将荷载传递桩 周土体 抵抗水平荷载 2 避免胀缩土带 来的问题 提供抗拔阻力防止土体流失带 来的承载力下降 3 1）高层、重要建筑物；）高层、重要建筑物； 2）重型工业厂房、仓库、料仓；）重型工业厂房、仓库、料仓； 3）较大水平荷载或上拔力的构筑物基础；）较大水平荷载或上拔力的构筑物基础； 4）精密或大型设备基础；）精密或大型设备基础； 5）表层软弱土层、需处理土层；）表层软弱土层、需处理土层； 6）地震区。）地震区。 u桩基适用范围桩基适用范围： 4 新加坡发展银行新加坡发展银行,四四 墩墩, 每墩直径每墩直径7.3m 将荷载传递到下部将荷载传递到下

2、部 好土层好土层,承载力高承载力高 大直径钻孔桩大直径钻孔桩 风化砂岩及粉砂岩风化砂岩及粉砂岩 部分风化及部分风化及 不风化泥岩不风化泥岩 5 新加坡发展银行新加坡发展银行, 四墩四墩7.3m 6 现场灌注护坡桩造价低现场灌注护坡桩造价低 7 现场灌注护坡桩造价低现场灌注护坡桩造价低 8 u桩基特点桩基特点 优点 1. 将荷载传递到下部好土层， 承载力高 2. 沉降量小 3. 抗震性能好，穿过液化层 4. 承受抗拔(抗滑桩)及横向力 (如风载荷) 缺点缺点 施工环境影响施工环境影响: : 预制桩施工噪音预制桩施工噪音 钻孔灌注桩的泥浆钻孔灌注桩的泥浆 造价较高造价较高 9 桩基设计原则（桩基设

3、计原则（建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008） ） 承载能力极限状态承载能力极限状态桩基达到最大承载力导 致整体失稳或发生不适于继续承载的变形。 正常使用极限状态正常使用极限状态桩基达到建筑物正常使 用所规定的变形限值或达到耐久性要求的限值。 设计依据设计依据 10 安全等级安全等级 甲级、乙级、丙级甲级、乙级、丙级 设计原则设计原则 所有桩基均应进行承载能力极限状态验算所有桩基均应进行承载能力极限状态验算 F 桩基竖向（抗压或抗拔）承载力和水平承载力计算；桩基竖向（抗压或抗拔）承载力和水平承载力计算； F 桩端平面以下软弱下卧层承载力验算；桩端平面以下软弱下卧层承载力验算

4、； F 桩基抗震承载力验算；桩基抗震承载力验算； F 承台及桩身承载力计算。承台及桩身承载力计算。 11 需要进行变形验算的桩基需要进行变形验算的桩基 F 设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基，设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基， 设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均或桩端平面设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均或桩端平面 以下存在软弱土层的建筑桩基，以及软土地基上多层建筑减以下存在软弱土层的建筑桩基，以及软土地基上多层建筑减 沉复合疏桩基础应进行沉降计算；沉复合疏桩基础应进行沉降计算； F 承受较大水平荷载或对水平变位要求严格的建筑桩基的水平承受

5、较大水平荷载或对水平变位要求严格的建筑桩基的水平 变位验算。变位验算。 抗裂或裂缝宽度验算抗裂或裂缝宽度验算 F 不允许出现裂缝或需要限制裂缝宽度的混凝土桩身和承台应不允许出现裂缝或需要限制裂缝宽度的混凝土桩身和承台应 进行抗裂或裂缝开展宽度验算。进行抗裂或裂缝开展宽度验算。 原则：原则： u 单桩承受的竖向荷载不超过单桩竖向承载力特征值；单桩承受的竖向荷载不超过单桩竖向承载力特征值； v 桩基础的沉降量不超过建筑物的允许沉降量；桩基础的沉降量不超过建筑物的允许沉降量； w 位于坡地、岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。位于坡地、岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。 12 n桩基础的设计内容 v选定桩

6、的类型及几何尺寸 v单桩竖向（及水平）承载力的确定 v确定桩的数量、间距及平面布置 v桩基承载力和沉降验算 v桩身结构设计 v承台设计 v绘制桩基施工图 13 不同的分类标准 （一）按承台（一）按承台 （二）材料（二）材料 （三）形状（三）形状 （四）按尺寸（四）按尺寸 （五）承载机理（五）承载机理 （六）施工方法（六）施工方法 （七）施工对土体的挤土效应（七）施工对土体的挤土效应 桩的分类 14 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 ( (一一) ) 按承台按承台 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

7、载 15 低承台桩基低承台桩基 16 高承台桩基高承台桩基 17 （二）按桩材料分（桩身材料选择） v 木 便宜； 轻，易于处理 可修剪至任意长度 水位下耐久 水位上易腐烂 对荷载较大的情况不适用 v 混凝土（钢筋混凝土） 适合桩的范围很广 地下水对混凝土的侵蚀 混凝土的质量控制非常重要 v钢 贵 易处理 承受很大的打桩应力 高强度、高抗弯刚度 长度可很长，可承担荷载大 暴露部分易腐 在海岸工程中长期使用需要保护 薄截面桩可能会屈曲 v 复合桩 18 （三）按桩的截面形状分 v实心 方桩 圆形桩 v空心 管桩 工字型桩 Y型桩等异型桩 19 （四）按尺寸（四）按尺寸 按断面按断面(直径）的大小

8、：直径）的大小： 大直径大直径:d800mm; 小直径小直径: d 250mm ; 中等直径中等直径 :250mmd 800mm 按长度（长径比）按长度（长径比） 短桩：短桩：L15m； 中长桩：中长桩：15m L40m； 长桩长桩: 40m3)； 超长桩：超长桩：L 80m L/ （ ：桩的特征长度）：桩的特征长度） 20 ( (五五) ) 按承载性状分按承载性状分 Q = Qp+Qs Tip resistance, Skin friction (1)(1)端承型桩端承型桩：是指在竖向荷载作用下：是指在竖向荷载作用下, 桩顶荷载全部或主要由桩桩顶荷载全部或主要由桩 端阻力承受。根据桩端阻力所

9、分担荷载的比例，分为：端阻力承受。根据桩端阻力所分担荷载的比例，分为： 端承桩端承桩：桩顶极限荷载绝大部分由桩端阻力承担，桩侧阻力可忽：桩顶极限荷载绝大部分由桩端阻力承担，桩侧阻力可忽 略不计。桩的长径比较小，桩端设置在密实砂类略不计。桩的长径比较小，桩端设置在密实砂类、碎石类土层、碎石类土层 中或位于中、微风化及新鲜基岩中。中或位于中、微风化及新鲜基岩中。 摩擦端承桩摩擦端承桩：桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但：桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但 桩端阻力分担荷载较大，桩侧阻力不可忽略。通常桩端进入中桩端阻力分担荷载较大，桩侧阻力不可忽略。通常桩端进入中 密以上的砂类密

10、以上的砂类、碎石类土层中或位于中、微风化及新鲜基岩顶、碎石类土层中或位于中、微风化及新鲜基岩顶 面。面。 嵌岩桩：桩端嵌入岩层一定深度 21 (2)(2)摩擦型桩摩擦型桩：是指在竖向荷载作用下，桩顶荷载全部或主要由桩：是指在竖向荷载作用下，桩顶荷载全部或主要由桩 侧阻力承受。根据桩侧阻力与桩端阻力所分担荷载的比例，分为：侧阻力承受。根据桩侧阻力与桩端阻力所分担荷载的比例，分为： 摩擦桩摩擦桩：桩顶极限荷载绝大部分由桩侧阻力承担，桩端阻力可忽略桩顶极限荷载绝大部分由桩侧阻力承担，桩端阻力可忽略 不计。如：不计。如： 桩长径比很大，桩顶荷载只通过桩身压缩产生的桩侧阻力传递桩长径比很大，桩顶荷载只通

11、过桩身压缩产生的桩侧阻力传递 给桩周土，桩端土层分担荷载很小；给桩周土，桩端土层分担荷载很小； 桩端下无较坚实的持力层桩端下无较坚实的持力层 桩底残留虚土或沉渣的灌注桩桩底残留虚土或沉渣的灌注桩 桩端出现脱空的打入桩桩端出现脱空的打入桩。 端承摩擦桩端承摩擦桩：桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但 桩侧阻力分担荷载较大，同时有一定的桩端阻力。桩侧阻力分担荷载较大，同时有一定的桩端阻力。 22 23 （六）按施工方法分 v预制桩 混凝土桩（实心、空心），预应力管桩 钢桩（各种截面） 沉桩方法：锤击、振动锤、静压 v灌注桩 沉管灌注桩 钻孔灌注桩

12、 挖孔桩 爆破灌注桩 现浇薄壁管桩 关键就是要成孔 24 打入桩打入桩 锤击法沉桩是用桩锤（或辅以高压射水）将桩击入地基中的施工方法， 适用于地基土为松散的碎石土（不含大卵石或漂石）、砂土、粉土以 及可塑粘性土的情况。锤击法沉桩伴有噪声、振动和地层扰动等问题， 在城市建设中应考虑其对环境的影响。 25 打入预制桩第一节桩体 打入预制桩电焊接桩 26 压入桩压入桩 静压法沉桩是采用静力压桩机将预制桩压入地基中的施工方法。静压法 沉桩具有无噪声、无振动、无冲击力、施工应力小、桩顶不易损坏和沉 桩精度较高等特点。但较长桩分节压入时，接头较多会影响压桩的效果。 27 28 29 30 湿作业法适用于地

13、下水位较高的地质条件；湿作业法适用于地下水位较高的地质条件； 干作业法适用于地下水位以上干土层桩基。干作业法适用于地下水位以上干土层桩基。 q 优点：无挤土、无振动、噪音小，对邻近建筑物影响优点：无挤土、无振动、噪音小，对邻近建筑物影响 小，城区高层建筑常用。小，城区高层建筑常用。 q 缺点：泥浆沉淀不易清除，承载力降低，沉降量增大缺点：泥浆沉淀不易清除，承载力降低，沉降量增大 。 q 防治措施：浇灌前清底，夯填或注水泥浆。防治措施：浇灌前清底，夯填或注水泥浆。 q 尺寸：一般尺寸：一般600800mm，较大较大3000mm。 31 钻孔灌注桩钻孔灌注桩 钻机钻孔钻机钻孔 32 吊钢筋笼入孔吊

14、钢筋笼入孔 33 浇筑混凝土浇筑混凝土 34 成成 桩桩 35 36 人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩 37 38 人工挖孔桩人工挖孔桩 39 人工挖孔灌注桩干浇混凝土 40 （七）按施工对土体的挤土效应分 v挤土桩：实心桩或者闭口的管桩打入或压入地 基中，将挤开大量的土体。 v部分挤土桩：同样是打入或者压入到地基中， 但截面积小，开口管桩，H型桩，I型桩或者箱 形桩 v非挤土桩：首先在地基中取土成孔（钻、挖 孔），然后在钻孔内成桩 41 v 荷载传递机理 F发挥过程 单桩竖向承载力 So S(z) S Q(z)+dQ(z) S Q dZ S So Q(z) ds Q QQs Qo q(z) S

15、Q(z) (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桩土体系荷载传递分析 8.2 桩的承载力桩的承载力 42 桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程就是桩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。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。去，从而使桩身荷载与桩身压缩变形随深度递减。

16、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。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。阻力先于端阻力发挥出来。 So S(z) S Q(z)+dQ(z) S Q dZ S So Q(z) ds Q QQs Qo q(z) S Q(z) 竖向荷载下单桩的荷载传递竖向荷载下单桩的荷载传递 43 v侧阻力和端阻力发挥的异 步性 侧阻力在桩土相对位移

17、510mm 全部发挥（粘性土46mm，砂 土610mm），与桩的长度和尺 寸无关。 端阻力在桩端位移达0.10.25倍 桩径才全部发挥（粘性土0.1 0.25d，砂土0.080.1d）。 桩侧摩阻力 桩截面位移 图49 曲线 AB D C 0 44 ps QQQ 桩侧阻力与桩端阻力相对大小与桩径、桩长、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，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，有根据力的竖向平衡，有： Q p Q s Q 45 v荷载机理

18、的主要影响因素（主要是对端 阻力、侧阻力的发挥） 桩端土和桩周土刚度之比Eb/Es 桩身刚度与桩侧土的刚度比 Ec/Es Eb/Es越小，侧摩阻力分担的荷载比例越大，桩身轴越小，侧摩阻力分担的荷载比例越大，桩身轴 力沿深度衰减越快，传递到桩端的荷载越小。力沿深度衰减越快，传递到桩端的荷载越小。 Ec/Es越大，传递到桩端的荷载增大，但当越大，传递到桩端的荷载增大，但当Ec/Es达到达到 较大值后，端阻分担的荷载比的变化将不明显。较大值后，端阻分担的荷载比的变化将不明显。 46 桩端直径与桩身直径D/d 长径比 l/d l/d增大，传递到桩端的荷载减小，桩身下部侧阻力增大，传递到桩端的荷载减小，

19、桩身下部侧阻力 发挥值相应降低发挥值相应降低 很长的桩都属于摩擦桩。很长的桩都属于摩擦桩。 为什么？ D/d增大，桩端阻力分担的荷载比增加增大，桩端阻力分担的荷载比增加 47 单桩的破坏形式单桩的破坏形式 1 1、桩身发生破坏、桩身发生破坏 屈曲破坏屈曲破坏取决于取决于桩身的材料强度桩身的材料强度 2 2、地基土发生破坏、地基土发生破坏 整体剪切破坏整体剪切破坏-取决于取决于桩端土的支承力桩端土的支承力 刺入破坏刺入破坏-取决于取决于桩周土强度（土较硬）桩周土强度（土较硬） -取决于取决于上部结构所能承受的极限沉降上部结构所能承受的极限沉降 （土较软）（土较软） 48 桩侧和桩端土能提供的承载

20、力要桩侧和桩端土能提供的承载力要 超过桩身强度所能承受的荷载，超过桩身强度所能承受的荷载， 桩身先于土发生曲折或桩顶压屈桩身先于土发生曲折或桩顶压屈 破坏。破坏。 易发生桩身材料屈服破坏的桩型：易发生桩身材料屈服破坏的桩型： 端承桩端承桩 超长摩擦桩超长摩擦桩 屈曲破坏屈曲破坏 49 整体剪切破坏整体剪切破坏 桩穿透较软弱土层进入较硬持力桩穿透较软弱土层进入较硬持力 土层，当桩底压力超过持力土层土层，当桩底压力超过持力土层 的极限承载力时，在土中形成完的极限承载力时，在土中形成完 整的滑裂面，土体向上挤出而破整的滑裂面，土体向上挤出而破 坏。坏。 易发生整体剪切破坏的桩型：易发生整体剪切破坏的

21、桩型： 桩端进入硬土层的摩擦桩桩端进入硬土层的摩擦桩 50 刺入剪切破坏刺入剪切破坏 桩周与桩端以下均为具有中等强桩周与桩端以下均为具有中等强 度的均质土层。度的均质土层。 易发生刺入剪切破坏的桩型：易发生刺入剪切破坏的桩型： 均质土中的摩擦桩均质土中的摩擦桩 土较软 土较硬 51 单桩竖向承载力确定方法 l桩身材料强度能提供的承载力 混凝土混凝土 R = c fcAp 钢筋混凝土钢筋混凝土 R = （ c fcAp+0.9fyAs） fy钢筋抗压强度设计值钢筋抗压强度设计值 桩的稳定系数桩的稳定系数 c基桩施工的工艺系数基桩施工的工艺系数 52 静载荷试验是评价单桩承载静载荷试验是评价单桩承

22、载 力诸法中可靠性较高的一种力诸法中可靠性较高的一种 方法。方法。 主梁 次梁 千斤顶 加压 试验桩 锚桩 (4根) 沉降 观测点 重物 支墩 千斤顶 加压 沉降 观测点 试验桩 (a) (b) 图411 单桩静载荷试验的加荷装置 (a)锚桩横梁反力装置；(b)压重平台反力装置 缺点：缺点： 时间长；费用高。时间长；费用高。 l静载荷试验静载荷试验 53 挤土桩在设置后须隔一段时间才开始载荷试验挤土桩在设置后须隔一段时间才开始载荷试验。这。这 是由于打桩时土中产生的孔隙水压力有待消散，且土体是由于打桩时土中产生的孔隙水压力有待消散，且土体 因打桩扰动而降低的强度也有待随时间而部分恢复。所因打桩

23、扰动而降低的强度也有待随时间而部分恢复。所 需的需的间歇时间间歇时间：预制桩在砂类土中不得少于：预制桩在砂类土中不得少于7 7天；粉土天；粉土 和粘性土不得少于和粘性土不得少于1515天；饱和软粘土不得少于天；饱和软粘土不得少于2525天。灌天。灌 注桩应在桩身混凝土达到设计强度后才能进行。注桩应在桩身混凝土达到设计强度后才能进行。 加荷分级不应少于加荷分级不应少于8 8级，每级加载量宜为预估极限荷载级，每级加载量宜为预估极限荷载 的的1/81/101/81/10。 54 符合下列条件之一时可终止加载： 1.当荷载沉降(Qs)曲线上有可判定极限承载力的陡降段， 且桩顶总沉降量超过40mm; s

24、 su QuQuQ 图410 单桩荷载沉降曲线 A陡降型；B缓变型 A B O 2.sn+1/sn2，且经24h尚未达到稳定； 3.25m以上的非嵌岩桩，Qs曲线呈缓变型时，桩顶总沉 降量大于6080mm； 4.在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大 于100mm。 55 单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力Qu应按下列方法确定：应按下列方法确定： 1. 作荷载沉降作荷载沉降(Qs) 曲线和其他辅助分析曲线和其他辅助分析 所需的曲线。所需的曲线。 桩顶沉降s O sa RaQu 荷载Q 10 2030 601002003006001000 a 1.40MN b 1.50MN c 1.

25、60MN d 1.70MN e 1.75MN f 1.80MNg 1.85MN h 1.90MN 10 15 20 25 (a)(b) 图4-12 单桩静载荷试验曲线 (a)单桩Q-s曲线；(b)单桩s-logt曲线 桩顶沉降s(mm) 时间(min) 2. 当陡降段明显时，取当陡降段明显时，取 相应于陡降段起点的相应于陡降段起点的 荷载值。荷载值。 3. 当出现终止加载条件当出现终止加载条件 第二条的情况，取前一第二条的情况，取前一 级荷载值。级荷载值。 4. Qs曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40mm所对应的荷载所对应的荷载 值，当桩长大于值，当桩长大于4

26、0m时，宜考虑桩身的弹性压缩。时，宜考虑桩身的弹性压缩。 56 单桩竖向极限承载力Qu的确定 1）按右式计算）按右式计算n根试桩的实测极根试桩的实测极 限承载力标准值限承载力标准值 1 1 n umui i QQ n 2）极差不超过平均值的）极差不超过平均值的30%时，取其平均值为单桩竖向抗时，取其平均值为单桩竖向抗 压极限承载力压极限承载力 在同一条件下，进行静载荷试验的桩数不宜少于总桩在同一条件下，进行静载荷试验的桩数不宜少于总桩 数的数的1，且不应少于，且不应少于3 根。根。 umu QQ 3）当极差超过平均值的）当极差超过平均值的30%时，宜增加试桩数并分析离差时，宜增加试桩数并分析离

27、差 过大的原因，结合工程具体情况确定极限承载力过大的原因，结合工程具体情况确定极限承载力Qu。 57 5)单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值 K安全系数，取K=2 K Q R u a 4） 对桩数为对桩数为3根及根及3根以下的柱下桩台，则取根以下的柱下桩台，则取最小值最小值为单为单 桩竖向极限承载力桩竖向极限承载力Qu 58 l经验公式法经验公式法 仅限初步设计阶段或不很重要的工程仅限初步设计阶段或不很重要的工程 q qsik sik 桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，查表，和土性 查表，和土性 及成桩方法有关，沉管灌注桩小，因质量难保证；对预及成桩方法有关，沉管灌注桩小，因质量难保证；对

28、预 制桩有深度修正系数（灌注桩不修正）制桩有深度修正系数（灌注桩不修正） q qpk pk 桩端持力层极限端阻力标准值，查表，和土性及 查表，和土性及 入土深度有关入土深度有关 （a）一般预制桩、灌注桩（）一般预制桩、灌注桩（d5d5d则端承极小。则端承极小。 所以嵌深度过大无用所以嵌深度过大无用 prkr n i isikrkskuk AflquQQQ 1 1 auk RQ K K安全系数，取K=2 60 2）建筑地基基础设计规范 isiapppaa lquAqR 式中式中 Ra单桩竖向承载力特征值；单桩竖向承载力特征值； qpa、qsia桩端端阻力、桩侧阻力特征值，由当地静载桩端端阻力、桩

29、侧阻力特征值，由当地静载 荷试验结果统计分析算得（查表）；荷试验结果统计分析算得（查表）； Ap桩底横截面面积；桩底横截面面积； up桩身周边长度；桩身周边长度； li第第i i层岩土的厚度。层岩土的厚度。 当桩端嵌入完整或较完整的硬质岩中时，单桩竖向承当桩端嵌入完整或较完整的硬质岩中时，单桩竖向承 载力特征值可按下式估算：载力特征值可按下式估算： Ra=qpaAp 初步设计时初步设计时 l按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定（少用）（少用） 61 例题例题 有一有一根直径为根直径为480mm的灌注桩，桩长的灌注桩，桩长10.5m，桩侧土层自，桩侧土层自 上而下依次为：淤泥，厚上而下依

30、次为：淤泥，厚6m，qs1k=7kPa；粉土，厚；粉土，厚2.5m， qs2k=28kPa；粘土，很厚（桩端进入该层；粘土，很厚（桩端进入该层2m），），qs3k=35kPa， qpk=1800kPa。试计算单桩试计算单桩竖向承载力标准值和竖向承载力标准值和竖向承载力特竖向承载力特 征值。征值。 ukpkppsik i QqAuql 2 18000.480.48(76282.5352) 4 600()kN 11 600300() 2 auk RQKN K 62 l单桩水平承载力单桩水平承载力 单桩水平承载力取决于桩的材料与断面尺寸、入土深度、土质单桩水平承载力取决于桩的材料与断面尺寸、入土深度

31、、土质 条件及桩顶约束条件等因素。条件及桩顶约束条件等因素。 桩水平承载力一般通过现场荷载试验确定，亦可用理论方法确定。桩水平承载力一般通过现场荷载试验确定，亦可用理论方法确定。 l单桩抗拔承载力单桩抗拔承载力 高耸建（构）筑物、受地下水浮力作用的地下结构物等桩基受高耸建（构）筑物、受地下水浮力作用的地下结构物等桩基受 上拔力作用。上拔力作用。 单桩抗拔承载力由抗拔静载荷试验确定。单桩抗拔承载力由抗拔静载荷试验确定。 6 .1, H H u Ha H R 在水平荷载作用下，桩基应满足 Haik RH 相应于荷载效应标准组合时，作用于任一单桩的水平力； ik H 单桩水平承载力特征值。 Ha R

32、 63 群桩的竖向承载力 l群桩效应 v群桩基础：由由2根以上桩组成的桩基。根以上桩组成的桩基。 低承台桩基 高承台桩基 单桩承载力加起来单桩承载力加起来 是否等于群桩承载是否等于群桩承载 力？力？ 64 群桩的工作特点 1）端承型群桩 端承型群桩的承载力等于各单桩承载力之和（这是 由于端承型群桩的承载力完全依赖于桩尖土层的支 承，桩端处承压面积很小，各桩端的压力彼此不影 响），群桩的沉降量也与单桩基本相同（由于端承 桩桩端持力层土质坚硬，使得群桩沉降量基本同单 桩）。 2）摩擦型群桩 在竖向荷载作用下，桩顶荷载的大部分通过桩侧摩 阻力传递到桩侧土层中，剩余部分由桩端承受。由 于贯入性变形和桩

33、身弹性压缩，对低承台桩，有时 承台底部土体也产生一定的反力，使得承台底面土 体、桩间土、桩端土体共同作用，使得群桩中的基 桩工作条件明显不同于单桩。 65 一般假定桩侧摩阻力在土中引起的附加应力z 按一定角度沿桩长向下扩散分布，在桩端平面 处，压力分布如图所示 1）当桩数较少时，桩的中心距sa较大时，如 sa6d,则桩端平面处各桩传来的压应力互不重 叠或重叠不多，群桩中基桩的工作情况与单桩 一致，故群桩的承载力等于各单桩承载力之和。 2）当桩数较多时，如桩距较小如sa=(34） d时，桩端处压应力比单桩大得多，产生群桩效 应 66 群桩与群桩效应群桩与群桩效应 岩石 土 压力扩散深度压力扩散深

34、度 6d 67 v 群桩效应：荷载作用下群桩基础中的一根桩单独受荷 时的承载力和沉降性状往往与相同地质条件和设置方 法的同样独立单桩有显著差别，这种现象叫群桩效应 v 群桩群桩效率系数效率系数 gi QnQ gi ss 单桩承载力 群桩的承载力 n v沉降比沉降比：指在每根单桩承担相同荷载的条件下，群桩 沉降量与单桩沉降量之比： 沉降比 单桩沉降量 群桩沉降量 群桩效应系数越小，沉降比越大，则表示群桩效应 越强，也就意味着群桩承载力越低，沉降越大。 s sn 68 模型及载荷试验表明： 1、桩距增大时，提高，减小； 2、桩距相同时，桩数越多，越低，加大； 3、桩距增大至一定值后，增加不显著；

35、可见，桩距，桩数及排列是主要因素，规范归纳为 如下原则： 端承桩和桩数n9根的摩擦桩以及条形基础下不超 过两排的摩擦桩，其群桩的竖向抗压承载力为各 单桩竖向抗压承载力的总和。 桩距s6d，桩数n9根的摩擦桩基，可视作一假想 的实体深基础，进行基础下地基承载力验算和沉 降计算。 69 1. 端承型群桩基础端承型群桩基础 sd h=(s-d)/(2tan ) 图414 端承型 群桩基础 端承型群桩基础中端承型群桩基础中 各根单桩的工作性状接各根单桩的工作性状接 近于独立单桩，故近于独立单桩，故1。 70 2摩擦型群桩基础摩擦型群桩基础 QQQQQ sss D (a) (b) 图4-15 摩擦型桩的

36、桩顶荷载通过侧阻 扩散形成的桩端平面压力分布 (a)单桩；(b)群桩 d l 应力重叠 沉降增加 单桩承载力下降，0.5，承台底压力，承台底压力 传递到桩端平面上使桩端平面处主应力差减小，具有阻止桩端平面以传递到桩端平面上使桩端平面处主应力差减小，具有阻止桩端平面以 下土体的侧向位移的作用，桩端阻力提高；下土体的侧向位移的作用，桩端阻力提高； 承台还具有限制桩土相对位移、减小桩端贯入变形的作用，导致桩承台还具有限制桩土相对位移、减小桩端贯入变形的作用，导致桩 端阻力的提高；端阻力的提高； 承台底地基土越软弱，承台效应越小。承台底地基土越软弱，承台效应越小。 73 考虑承台效应的复合桩基竖向承载

37、力特征值R可按下式确定： 不考虑地震作用： 考虑地震作用： cakca AfRR cakc a a AfRR 25.1 单桩竖向承载力特征值： K Q R uk a 单桩竖向极限承 载力标准值 安全系数，取2 承台下1/2承台宽度 且不超过5m深度范 围内承台土的地基 承载力特征值。 计算基桩所 对应的承台 底净面积 nnAAA psc / )( 地基抗震承载力调整系数 承台计算 域面积 桩身截 面面积 74 p桩顶荷载计算桩顶荷载计算 轴心竖向力作用下：轴心竖向力作用下： 偏心竖向力作用下：偏心竖向力作用下： 22 i iyk i ixkkk ik x xM y yM n GF N 2 ma

38、x 2 max max i yk i xkkk k x xM y yM n GF N l桩基承载力验算桩基承载力验算 22 2 2 1 2 ni xxxx 22 2 2 1 2 ni yyyy 水平力作用下：水平力作用下： ha k ik R n H H n GF N kk k 75 p荷载效应标准组合荷载效应标准组合 RN k 轴压 偏压 RN RN k k 2 .1 max p地震作用效应组合地震作用效应组合 RN Ek 25.1轴压 偏压 RN RN Ek Ek 5 .1 25.1 max 地震震害调查表明， 不论桩周土类别如何， 基桩竖向承载力均可 提高25%，故： 76 【例题例题

39、】某厂房柱底内力即承台顶面的竖向荷载设计值为某厂房柱底内力即承台顶面的竖向荷载设计值为F=3400kN， 弯矩设计值弯矩设计值M=500kNm，水平力设计值为，水平力设计值为H=40kN。承台埋深。承台埋深2m， 承台尺寸及柱间距如图所示，选择灰黄色粉土为桩端持力层，桩侧土承台尺寸及柱间距如图所示，选择灰黄色粉土为桩端持力层，桩侧土 层自上而下依次为：灰色粘土，层自上而下依次为：灰色粘土，qs1k=40kPa，fak=220kPa；灰黄色粉土，；灰黄色粉土， qs2k=66kPa，qpk=2100kPa，fak=500kPa，采用边长为，采用边长为300mm的钢筋砼预的钢筋砼预 制方桩，其平面

40、布置及有关承台尺寸、地质情况等如图所示，不考虑制方桩，其平面布置及有关承台尺寸、地质情况等如图所示，不考虑 地震作用，试进行地震作用，试进行基基桩承载力验算。桩承载力验算。 77 解： 1、根据经验参数法确定单桩竖向承载力标准值 ppkisikpkskuk AqlquQQQ kN5 .740 3 .03 .02100)6 .0665 .1040(3 .04 2、单桩竖向承载力特征值 kN K Q R uk a 370 2 5 .740 3、基桩竖向承载力特征值 在考虑承台效应、不考虑地震作用的条件下来计算基桩竖向承载 力特征值。 13.0 25.01 .11/8 .2/ 7 .33 .0/1

41、.1/ c c a lB ds 2 82.0 12 3 .03 .0129 .38 .2 m n nAA A ps c kNAfRR cakca 5 .39382. 022013. 0370 78 4、基桩承载力验算 承台及上填土的重量 kNAdG Gk 8 .43629 . 38 . 220 绕y轴力矩 mkNHMM y 5605 . 1405005 . 1 作用在基桩顶的平均竖向力 RkN n GF N kk k 7 .319 12 8 .4363400 作用在基桩顶的最大竖向力 2 max max i yk kk k x xM n GF N kNRkN2 .4722 .16 .370 )

42、55.065.1 (6 65.1560 7 .319 22 因此，基桩承载力满足条件 79 l桩基础软弱下卧层承载力验算 z作用于软弱下卧层顶面的附加应力；作用于软弱下卧层顶面的附加应力； m 软弱层顶面以上各土层重度加权平均设计值；软弱层顶面以上各土层重度加权平均设计值； z地面至软弱层顶面的深度；地面至软弱层顶面的深度； faz软弱下卧层经深度修正的地基极限承载力标准值软弱下卧层经深度修正的地基极限承载力标准值 F Fk k l b b0 0 t t z z G Gk k azmz fz 对桩距对桩距s sa a6d6d的群桩基础，的群桩基础，当当桩端持力层以下受力层桩端持力层以下受力层

43、范围内存在承载力低于桩端持力层范围内存在承载力低于桩端持力层1/31/3的软弱下卧层时，应的软弱下卧层时，应 进行软弱下卧层的承载力验算：进行软弱下卧层的承载力验算： tan2tan2 2 3 00 00 tbta lqbaGF isikkK z F Fk k作用于承台顶面的竖向力设计值；作用于承台顶面的竖向力设计值； G Gk k承台及其上土重设计值；承台及其上土重设计值； a0、b0 桩群外围桩边包络线内矩形面积的长、短边长桩群外围桩边包络线内矩形面积的长、短边长 桩端硬持力层扩散角桩端硬持力层扩散角 t t 桩端至软弱下卧层顶面的距离桩端至软弱下卧层顶面的距离 80 l桩基础的沉降验算

44、群桩沉降一般包括：群桩沉降一般包括： 桩身弹性压缩引起的桩顶沉降桩身弹性压缩引起的桩顶沉降 桩侧应力传递到桩端平面引起的桩端沉降桩侧应力传递到桩端平面引起的桩端沉降 桩端应力引起的桩端沉降桩端应力引起的桩端沉降 各桩相互影响引起的桩端附加沉降各桩相互影响引起的桩端附加沉降 上述沉降可以笼统划分为：上述沉降可以笼统划分为：桩间土的压缩变形和桩端平桩间土的压缩变形和桩端平 面以下地基土的整体压缩变形。面以下地基土的整体压缩变形。 81 需要进行沉降计算需要进行沉降计算 ： 甲级建筑物的桩基 对沉降有严格要求的建筑物桩基 体型复杂或桩端以下存在软弱土层的建筑物桩基 乙级建筑物的桩基 不需沉降计算的情

45、况不需沉降计算的情况 丙级建筑物桩基 s6d 桩距大于6倍桩径 n9 独立基础 m2 条基础 某些单层工业厂房桩基 82 沉降的计算 桩基规范采用等效作用分层总和法计算桩基础沉降， 适用于桩距小于或等于6倍桩径的桩基础。 假定群桩基础为一假想的实体深基础，它不考虑桩基 础的侧面应力扩散作用，将承台底面的长与宽看成实体深 基础的长宽，作用在实体深基础桩端等效作用面上的附加 应力近似取为承台底的平均附加压力，等效作用面以下的 应力分布采用各向同性均质直线变形理论，取基础中心点 以下附加应力。 83 A GF p dpp 0 计算：计算： Y Y ：沉降计算经验系数：沉降计算经验系数 e ：等效沉降

46、系数。：等效沉降系数。 F l G B0 A A=AcBc i ss ss e 84 一）负摩阻力的概念一）负摩阻力的概念 在桩顶竖向荷载作用下，当桩在桩顶竖向荷载作用下，当桩 相对于桩侧土体向下位移时，土对相对于桩侧土体向下位移时，土对 桩产生的向上作用的摩擦力，称为桩产生的向上作用的摩擦力，称为 。 当桩侧土体因某种原因而下沉，当桩侧土体因某种原因而下沉， 且其下沉量大于桩的沉降且其下沉量大于桩的沉降( (即桩侧即桩侧 土体相对于桩向下位移土体相对于桩向下位移) )时，土对时，土对 桩产生的向下作用的摩擦力，称为桩产生的向下作用的摩擦力，称为 。 l桩的负摩阻力问题 正摩阻正摩阻 负摩阻负

47、摩阻 85 二）负摩阻力的产生 （桩侧土体沉降必须大于桩的沉降）桩侧土体沉降必须大于桩的沉降） (1)桩周附近地面大面积堆载 (2)大面积降低地下水位 (3)欠固结土,新填土 (4)湿陷性黄土遇水湿陷 (5)砂土液化、冻土融解 86 三）中性点三）中性点 桩土之间不产生相对位移的截面位置，称为桩土之间不产生相对位移的截面位置，称为。 87 桩侧负摩阻力的应用桩侧负摩阻力的应用 主要应用于桩基的承载力和沉降的计算中主要应用于桩基的承载力和沉降的计算中 1 1）摩擦型桩：负摩阻力相当于对桩体施加下拉荷载，使持）摩擦型桩：负摩阻力相当于对桩体施加下拉荷载，使持 力层压缩量加大，引起桩基沉降。桩基沉降

48、一旦出现，土相力层压缩量加大，引起桩基沉降。桩基沉降一旦出现，土相 对桩的位移减少，使摩阻力降低，直至为零。一般情况下对对桩的位移减少，使摩阻力降低，直至为零。一般情况下对 摩擦型桩，可近似看成摩擦型桩，可近似看成中性点以上桩侧负摩阻力为零中性点以上桩侧负摩阻力为零来计算来计算 桩基承载力。桩基承载力。 2 2）端承桩：由于其桩端持力层较坚硬，受负摩阻力引起的）端承桩：由于其桩端持力层较坚硬，受负摩阻力引起的 下拉荷载不至于产生沉降或沉降量较小，负摩阻力长期作用下拉荷载不至于产生沉降或沉降量较小，负摩阻力长期作用 于桩身中性点以上侧表面。应计算中性点以上负摩阻力形成于桩身中性点以上侧表面。应计

49、算中性点以上负摩阻力形成 的下拉荷载，并的下拉荷载，并将其作为外荷载的一部分将其作为外荷载的一部分来验算桩基承载力。来验算桩基承载力。 88 消减与避免负摩阻力的技术措施消减与避免负摩阻力的技术措施 主要有主要有降低摩擦法降低摩擦法、隔离法隔离法、预处理预处理等方法。等方法。 桩侧涂层法桩侧涂层法：在可能产生负摩阻力范围的桩段，采用在桩侧涂沥青 或其他化合物的办法来降低土与桩身的摩擦，从而消减负摩阻力； 预钻孔法预钻孔法：在桩位采用预钻孔，然后将桩插入，在桩周围灌入膨润 土混合浆，达到消减负摩阻力的方法，该方法一般适用于黏性土地层； 双重套管法双重套管法：即在桩外侧设置套管，用套管承受负摩阻力

50、的方法； 设置消减负摩阻桩群法设置消减负摩阻桩群法：即在群桩周围设置一排桩，用以承受负摩 阻力，从而达到消减负摩阻力的方法； 地基处理法地基处理法：对于松散填土、欠固结土层，如采用预固结法、强夯 法等使土层密实、充分固结；对于湿陷性黄土采用浸水、强夯等方法 消除湿陷，从而达到消减与避免负摩阻力产生的方法； 89 其他方法其他方法：在饱和软土地区，可选择非挤土桩或部分挤土桩，对挤 土型桩，可适当增加桩距，选择合理的打桩流程，控制沉桩速率及打 桩根数，打桩后休止一段时间后再施工基础及上部结构；对于周边有 大面积抽吸地下水或降水情况时，在桩群周围采取回灌等方法来达到 消减或避免负摩阻力的产生。 90

51、 桩基础设计的一般步骤 l必要的资料准备 l选定桩型，确定单桩承 载力 v桩的类型（预制桩还是灌注 桩；材料等） v截面（尺寸，几何形状） v长度（持力层） 91 92 93 94 v桩的中心距桩的中心距 桩的间距过大，承台体积增加，造价增加，有时基础间的桩的间距过大，承台体积增加，造价增加，有时基础间的 空间不允许；空间不允许； 桩的间距过小，桩的承载能力不能充分发挥，且给施工带桩的间距过小，桩的承载能力不能充分发挥，且给施工带 来较大困难。来较大困难。 一般情况下：一般情况下： 具体见下表规定具体见下表规定 dsa)43( 95 v桩位布置桩位布置 布置原则：布置原则： 各桩受力均匀，各桩

52、受力均匀，尽可能使上部荷载的中心与群桩的横截尽可能使上部荷载的中心与群桩的横截 面形心重合或接近；面形心重合或接近； 偏心作用时，应增加桩基横截面的惯性矩，对群桩基础，偏心作用时，应增加桩基横截面的惯性矩，对群桩基础， 宜采用宜采用外密内松外密内松的布置方式；的布置方式； 尽量使桩基础的各桩受力比较均匀尽量使桩基础的各桩受力比较均匀 对横墙下桩基，可在外纵墙之外设一至二根对横墙下桩基，可在外纵墙之外设一至二根“探头探头”桩桩； 在有门洞口的墙下布桩应将桩设置在在有门洞口的墙下布桩应将桩设置在门洞的两侧门洞的两侧。 桩在平面上可布置为：方形（或矩形）、三角形、多边形、桩在平面上可布置为：方形（或

53、矩形）、三角形、多边形、 梅花形；条形基础下的桩，可采用单排或双排，也可采用不梅花形；条形基础下的桩，可采用单排或双排，也可采用不 等距。等距。 96 3d 3d 3d (b) (c) sss w ss ss s w a a (a) s s 0.87s s s sss s s s ss s 图4-29 桩的常用布置形式 (a)柱下桩基；(b)墙下桩基；(c)圆（环）形桩基 对称式对称式 梅花式梅花式 行列式行列式 环状排列环状排列 不等距排列不等距排列 外密内疏等外密内疏等 外纵墙下外纵墙下 探头探头 桩桩 探头探头 桩桩 架式承台架式承台 重墙下重墙下 架式承台架式承台 桩桩 桩的常用布置形

54、式 （a）柱下桩基（b）墙下桩基（c）圆（环）形桩基 97 98 v承载力验算 单桩承载力验算 软弱下卧层验算 桩基沉降验算 负摩阻力验算 l桩身结构设计 v包括承台设计 v注意构造要求 v注意配筋要求 l桩的质量检查（非常重要） 99 pcc AfQ 1. 1. 桩身混凝土强度应满足桩的承载力要求：桩身混凝土强度应满足桩的承载力要求： f fc c混凝土轴心抗压强度设计值混凝土轴心抗压强度设计值; ; Q Q相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值; ; A Ap p桩身的横截面面积桩身的横截面面积; ; c c桩工作条件系数，预制桩取桩工作条件系

55、数，预制桩取0.75,0.75,灌注桩取灌注桩取0.60.60.7(0.7(水水 下灌注桩或长桩时用低值下灌注桩或长桩时用低值) )。 v桩身截面强度计算桩身截面强度计算 100 2.2.桩混凝土等级、配筋要求桩混凝土等级、配筋要求 （1 1）桩混凝土等级）桩混凝土等级 预制桩的混凝土强度等级不应低于预制桩的混凝土强度等级不应低于C30C30； 灌注桩不应低于灌注桩不应低于C20C20； 预应力混凝土桩不应低于预应力混凝土桩不应低于C40C40。 （2 2）桩配筋要求）桩配筋要求桩的主筋应经计算确定桩的主筋应经计算确定 预制桩钢筋：主筋（纵向）应按计算确定并根据断面的大小预制桩钢筋：主筋（纵向

56、）应按计算确定并根据断面的大小 及形状，选用及形状，选用4 48 8根直径为根直径为14142525的钢筋。的钢筋。 最小配筋率最小配筋率：打入式预制桩：打入式预制桩：min0.8%0.8%，一般可为，一般可为1%1%左右。左右。 静压法沉桩的预制桩：静压法沉桩的预制桩：min0.6% 0.6% ； 主筋混凝土保护层应主筋混凝土保护层应3030。 101 箍筋直径：箍筋直径：68mm，间距，间距200mm，在桩尖和桩顶处应适当加密（如，在桩尖和桩顶处应适当加密（如 图所示）；用打入法沉桩时，图所示）；用打入法沉桩时，桩顶桩顶23d范围箍筋应加密。范围箍筋应加密。直接受到锤击直接受到锤击 的桩顶

57、应设置三层的桩顶应设置三层 64070mm的钢筋网，间距的钢筋网，间距50mm。桩尖所有主筋。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。应焊接在一根圆钢上，或在桩尖处用钢板加强。 102 预制桩的弯矩一般与桩的起吊、运输、锤击过程中的各预制桩的弯矩一般与桩的起吊、运输、锤击过程中的各 种强度验算有关。种强度验算有关。 桩长在桩长在20m以下者，起吊时采用双点起吊；在打桩架龙以下者，起吊时采用双点起吊；在打桩架龙 门吊立时，采用单点吊。门吊立时，采用单点吊。 吊点位置应按吊点间的正弯矩和吊点处的负弯矩相等的吊点位置应按吊点间的正弯矩和吊点处的负弯矩相等的 条件确定。条件确定。 如图

58、所示，式中的如图所示，式中的q为桩单位长度的重力。为桩单位长度的重力。K=1.3。 预制桩施工阶段验算：预制桩施工阶段验算： 103 双点起吊时 单点起吊时 104 配筋要求：配筋要求： 对甲级桩基础，应配置桩顶与承台的连接钢筋笼，主筋为对甲级桩基础，应配置桩顶与承台的连接钢筋笼，主筋为 6 61010根根 12121414，锚入承台，锚入承台3030倍主筋直径，深入桩身长度倍主筋直径，深入桩身长度 不小于不小于1010倍桩身直径。倍桩身直径。 对乙级桩基础，主筋为对乙级桩基础，主筋为4 48 8根根 10101212，锚入承台，锚入承台3030倍倍 主筋直径，深入桩身长度不小于主筋直径，深入

59、桩身长度不小于5 5倍桩身直径。倍桩身直径。 灌注桩钢筋：灌注桩钢筋： min0.2%0.2%0.65%0.65%，小直径桩取大值。，小直径桩取大值。 箍筋直径：箍筋直径：6 68 8，间距：，间距：200200300300，宜采用螺旋式箍筋，宜采用螺旋式箍筋， 受水平荷载较大的桩基，桩顶受水平荷载较大的桩基，桩顶3 35d5d范围箍筋适当加密。当钢筋范围箍筋适当加密。当钢筋 笼长度超过笼长度超过4m4m，应每隔，应每隔2m2m左右设一道左右设一道12121818焊接加劲箍筋。焊接加劲箍筋。 主筋混凝土保护层应主筋混凝土保护层应3535，水下灌注混凝土，水下灌注混凝土5050。 105 配筋长

60、度要求：配筋长度要求： 1 1）受水平荷载和弯矩较大的桩，配筋长度应通过计算确定；）受水平荷载和弯矩较大的桩，配筋长度应通过计算确定； 2 2）桩基承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时，配筋长度）桩基承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时，配筋长度 应穿过淤泥、淤泥质土或液化土层；应穿过淤泥、淤泥质土或液化土层； 3 3）坡地岸边的桩、）坡地岸边的桩、8 8度及度及8 8度以上地震区的桩、抗拔桩、嵌岩度以上地震区的桩、抗拔桩、嵌岩 端承桩应通长配筋；端承桩应通长配筋； 4 4）桩径大于）桩径大于600mm600mm的钻孔灌注桩，构造钢筋的长度不宜小于的钻孔灌注桩，构造钢筋的长度不宜小于 桩长的桩