土力学与砌体结构第10章桩基础

1、第第 1010 章章 桩桩 基基 础础1 1、概述、概述2 2、桩及桩基础的分类、桩及桩基础的分类3 3、单桩在竖向荷载下的受力性状、单桩在竖向荷载下的受力性状4 4、竖向抗压桩承载力的确定、竖向抗压桩承载力的确定5 5、竖向抗拔桩承载力的确定、竖向抗拔桩承载力的确定6 6、水平荷载作用下桩的承载力与变形、水平荷载作用下桩的承载力与变形7 7、桩基沉降计算、桩基沉降计算8 8、桩基础设计、桩基础设计本章内容简介本章内容简介第第 1010章章 桩基础桩基础 概概 述述10.1设置于土中的竖直或倾斜的柱型构件，设置于土中的竖直或倾斜的柱型构件，在竖向荷载作用下，通过桩土之间的在竖向荷载作用下，通过

2、桩土之间的摩擦力（桩侧摩阻力）和桩端土的承摩擦力（桩侧摩阻力）和桩端土的承载力（桩端阻力）来承受和传递上部载力（桩端阻力）来承受和传递上部结构的荷载。结构的荷载。桩的定义桩的定义 桩基础桩基础由设置于岩土中的桩和与桩顶连接的承台由设置于岩土中的桩和与桩顶连接的承台共同组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩共同组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩基础。基础。第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础二、桩基础的适用范围二、桩基础的适用范围 （1）上部荷载很大（如重型工业厂房、仓库、料仓等），且能满足承载力要求的持力层埋藏较深； （2）不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或对沉降非常敏感的建筑物（如

3、精密仪器等）； （3）除承受竖向荷载外，尚有较大的水平荷载，如风、浪、水平土压力、地震作用和冲击力等； （4）水中的构筑物基础，如桥梁、码头、钻采平台等； （5）地下水位较高，地下室或地下结构可能上浮时； （6）对精密或大型的设备基础，需要减小基础振幅、减弱基础振动对结构的影响，或应控制基础沉降和沉降速率时； （7）软弱地基或某些特殊性土（湿陷性土、膨胀土、人工填土、可液化土等）上的各类永久性建筑物，或以桩基作为地震区结构抗震措施时； （8）需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础桩的工程应用情况桩的工程应用情况第

4、第 10 10 章章 桩桩 基基 础础设计总高度达设计总高度达632米的上海中心大厦米的上海中心大厦 ，955根主楼工程桩单桩直径达根主楼工程桩单桩直径达1米、深米、深86米。米。 第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础青岛三十万吨原油码头青岛三十万吨原油码头第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础抗拔桩抗拔桩第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础全国最大的地下高铁车站双流机场车站，采用全国最大的地下高铁车站双流机场车站，采用900根抗拔桩固定根抗拔桩固定 （三）桩基计算规定（三）桩基计算规定应根据桩基的使用功能和受力特征分别进行桩基的应根据桩基的使用功能和受力特征分别进行桩基的 竖向承载

5、力竖向承载力和和水平承载力水平承载力计算；计算；3 3、软弱下卧层软弱下卧层验算；验算；第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础 2 2、设计等级为、设计等级为乙级乙级的体型复杂、荷载分布显著不均匀的体型复杂、荷载分布显著不均匀 或桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基；或桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基；第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础桩和桩基的分类桩和桩基的分类10.2桩桩基基的的分分类类单桩单桩基础基础采用一根桩（通常为大直径桩采用一根桩（通常为大直径桩 以以 承受和传递上部结构荷载的基础。承受和传递上部结构荷载的基础。 群桩基础群桩基础由两

6、根及以上的基桩组成的桩基础由两根及以上的基桩组成的桩基础 。第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础1010.2.1 .2.1 桩基的分类桩基的分类1、按桩的数量分类、按桩的数量分类2、按承台与地面的相对位置分类、按承台与地面的相对位置分类高承台桩高承台桩承台在地面以上承台在地面以上, ,桥桩桥桩, ,码头码头, ,栈桥。栈桥。低承台桩：低承台桩：承台在地面以下承台在地面以下, ,承台本身承担承台本身承担部分荷载部分荷载第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础烟台滨海国际酒店，裙房位于海面上，采用高承台桩烟台滨海国际酒店，裙房位于海面上，采用高承台桩 第

7、第 10 10 章章 桩桩 基基 础础4.2.2 4.2.2 桩的分类桩的分类 木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩以及组合材料桩。木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩以及组合材料桩。1 1、按桩身材料分类、按桩身材料分类2 2、按承载性状分类、按承载性状分类第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础桩侧和桩端阻力的大小以及它们分担荷载的比例有很大差异2 2、按承载性状分类、按承载性状分类3 3、按桩的施工方法分类、按桩的施工方法分类（1 1）预制桩）预制桩 在施工前预先制作成型，再用各种机械设备把它沉入地基至设计标在施工前预先制作成型，再用各种机械设备把它沉入地基至设计标高的桩，称为预制桩。高的桩

8、，称为预制桩。 预制桩可以是木桩、钢桩或钢筋混凝土桩等。预制桩可以是木桩、钢桩或钢筋混凝土桩等。（）灌注桩（）灌注桩 灌注桩为在建筑工地现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段灌注桩为在建筑工地现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。 依照成孔方法不同，灌注桩可分为钻（冲）孔灌注桩、沉管灌注桩和依照成孔方法不同，灌注桩可分为钻（冲）孔灌注桩、沉管灌注桩和挖孔灌注桩等几大类。挖孔灌注桩等几大类。沉桩方法有锤击法、振动沉桩、静压桩等。沉桩方法有锤击法、振动沉桩、静压桩等。

9、第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础 第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础 预制桩预制桩第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础 预制桩预制桩第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础 预制桩施工预制桩施工第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础 预制桩预制桩优点：施工过程中无挤土、无振动、噪音小，且桩径不受限制。优点：施工过程中无挤土、无振动、噪音小，且桩径不受限制。缺点：泥浆沉淀不易清除，影响端部承载力的充分发挥，并造成缺点：泥浆沉淀不易清除，影响端部承载力的充分发挥，并造成 较大沉降。较大沉降。 钻（冲）孔灌注桩：钻（冲）孔灌注桩：第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础 优点：优

10、点：在钢管内无水环境中沉放钢筋和浇灌混凝土，从而为桩身混凝土的在钢管内无水环境中沉放钢筋和浇灌混凝土，从而为桩身混凝土的 质量供了保障。质量供了保障。缺点：缺点：a.a.拔除套管时，如果提管速度过快会造成缩颈、夹泥，甚至断桩。拔除套管时，如果提管速度过快会造成缩颈、夹泥，甚至断桩。 b.b.沉管过程的挤土效应除产生与预制桩类似的影响外，还可能使混沉管过程的挤土效应除产生与预制桩类似的影响外，还可能使混 凝土尚未结硬的邻桩被剪断。凝土尚未结硬的邻桩被剪断。 对策：对策：a.a.控制提管速度；控制提管速度； b.b.采取采取“跳打跳打”顺序施工。顺序施工。第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础

11、沉管灌注桩沉管灌注桩 ：挖孔桩主要适用于粘性土和地下水位挖孔桩主要适用于粘性土和地下水位较低的条件，最忌在含水砂层中施较低的条件，最忌在含水砂层中施工，因易引起流砂坍孔，十分危险。工，因易引起流砂坍孔，十分危险。 人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础4 4、按成桩对地基土的影响分类、按成桩对地基土的影响分类（1 1）非挤土桩：）非挤土桩： 成桩过程对桩周围的土无挤压作用的桩称为非挤土桩。成桩过程对桩周围的土无挤压作用的桩称为非挤土桩。 主要有：钻（冲）孔桩，挖孔桩。主要有：钻（冲）孔桩，挖孔桩。（2 2）部分挤土桩（少量挤土桩）：）部分挤土桩（少量挤土桩）： 成

12、桩过程对周围土产生部分挤压作用的桩称为部分挤土桩。成桩过程对周围土产生部分挤压作用的桩称为部分挤土桩。 主要有：工型或主要有：工型或 H H 型钢桩，钢板桩，开口钢管桩，开口钢筋混凝土管桩。型钢桩，钢板桩，开口钢管桩，开口钢筋混凝土管桩。（3 3）挤土桩：成桩过程中，桩孔中的土未取出，全部挤压到桩的四周，）挤土桩：成桩过程中，桩孔中的土未取出，全部挤压到桩的四周， 这类桩称为挤土桩。这类桩称为挤土桩。主要有：木桩、钢筋混凝土桩，闭口的钢管桩或钢筋混凝土管桩，主要有：木桩、钢筋混凝土桩，闭口的钢管桩或钢筋混凝土管桩， 沉管灌注桩。沉管灌注桩。第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础 竖向抗压桩、

13、竖向抗拔桩、水平受荷桩以及复合受荷桩。竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平受荷桩以及复合受荷桩。5、按桩的使用功能分类、按桩的使用功能分类6 6、按桩径大小分类、按桩径大小分类小直径桩（小直径桩（d250mmd250mm）、中等直径桩（）、中等直径桩（250d800250d3n3，且极差，且极差QuQu 0.3Q0.3Qumum，取，取Q Qu u= Q= Qumum； 在同一条件下的试桩数量，不宜少于总数的在同一条件下的试桩数量，不宜少于总数的1 1 ，并不应，并不应少于少于3 3 根。根。 工程总桩数在工程总桩数在 50 50 根以内时不应少于根以内时不应少于 2 2 根。根。试桩数试桩数n3n3

14、，Qu= QuminQu= Qumin单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值RaRa的确定：的确定：第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础（四）按经验公式法确定（四）按经验公式法确定（1 1）对直径）对直径 d 800mm d 2m2m）1.5D或或D1.5m（当（当D2m2m）沉管夯扩、沉管夯扩、钻孔挤扩桩钻孔挤扩桩非饱和土非饱和土2.2D且且4.0d2.0D且且3.5d饱和黏性土饱和黏性土2.5D且且4.5D2.2D且且4.0Dd：圆桩设计直径或方桩涉及边长；：圆桩设计直径或方桩涉及边长；D：扩大端设计直径：扩大端设计直径第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础3. 桩的平面布置桩的平

15、面布置 桩数确定后，可根据上部结构形式及桩基受力情况选用桩数确定后，可根据上部结构形式及桩基受力情况选用单排桩或多排桩桩基。柱下桩基常采用矩形、三角形和梅花单排桩或多排桩桩基。柱下桩基常采用矩形、三角形和梅花形。墙下桩基可采用单排直线布置或双排交错布置，在纵横形。墙下桩基可采用单排直线布置或双排交错布置，在纵横墙交接处宜布桩。墙交接处宜布桩。第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础 桩基础中桩的平面布置，除应满足前述的最小桩距等桩基础中桩的平面布置，除应满足前述的最小桩距等构造要求，布桩时还应注意：构造要求，布桩时还应注意： （1 1）宜使竖向永久荷载合力作用点与桩的承载力合力宜使竖向永久荷载

16、合力作用点与桩的承载力合力点重合，并使桩基受水平力和力矩较大方向有较大的截面点重合，并使桩基受水平力和力矩较大方向有较大的截面模量；模量； （2 2）上部荷载在桩基础传力路径最短，以达到尽可能上部荷载在桩基础传力路径最短，以达到尽可能减小基础内力的目的；减小基础内力的目的； （3 3）当作用于桩基的弯矩较大时，宜尽量将桩布置在当作用于桩基的弯矩较大时，宜尽量将桩布置在离承台形心较远处，采用外密内疏（桩承台外围布桩间距离承台形心较远处，采用外密内疏（桩承台外围布桩间距较小、而内部布桩间距较大）的布置方式，以增大基桩对较小、而内部布桩间距较大）的布置方式，以增大基桩对承台形心或合力作用点的惯性距，

17、提高桩基的抗弯能力。承台形心或合力作用点的惯性距，提高桩基的抗弯能力。 （4 4）按变刚度调平设计，以减小差异沉降；按变刚度调平设计，以减小差异沉降； （5 5）主裙楼连体时，弱化裙楼布桩；）主裙楼连体时，弱化裙楼布桩； （6 6）在梁式承台或板式承台下布桩应本着减小弯矩的在梁式承台或板式承台下布桩应本着减小弯矩的原则，尽量在柱和墙下布桩。避免在墙体洞口下布桩，如原则，尽量在柱和墙下布桩。避免在墙体洞口下布桩，如必须布桩时，应对洞口处的承台梁采取加强措施。必须布桩时，应对洞口处的承台梁采取加强措施。第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础4. 变刚度调平设计变刚度调平设计 变刚度调平设计即变刚

18、度调平设计即考虑上部结构形式、荷载和地层分布以考虑上部结构形式、荷载和地层分布以及相互作用效应，通过调整桩径、桩长、桩距等改变基桩支承及相互作用效应，通过调整桩径、桩长、桩距等改变基桩支承刚度分布刚度分布 , , 以使建筑物沉降趋于均匀、承台内力降低的设计以使建筑物沉降趋于均匀、承台内力降低的设计方法。方法。 其目的在于减小差异变形、降低承台内力和上部结构次内其目的在于减小差异变形、降低承台内力和上部结构次内力，以节约资源，提高建筑物使用寿命，确保正常使用功能。力，以节约资源，提高建筑物使用寿命，确保正常使用功能。第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础1010.8.4 .8.4 基桩的竖向承

19、载力验算基桩的竖向承载力验算 桩顶荷载简图桩顶荷载简图1.1.桩顶荷载桩顶荷载计算计算 （1 1）轴心竖向力作用下）轴心竖向力作用下: : nGFNkkk（2)2)偏心竖向力作用下偏心竖向力作用下: : 22jiykjixkkkikxxMyyMnGFN（3)3)水平力作用下水平力作用下: : nHHkikM为作用于承台底面，绕x、 y轴的力矩；x，y为基桩至x、y轴的距离。第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础2.2.桩基竖向承载力验算桩基竖向承载力验算 （1 1）轴心竖向力作用下）轴心竖向力作用下: : RNk（2 2）偏心竖向力作用下）偏心竖向力作用下: : RNk2 . 1max（3

20、3）水平力作用下）水平力作用下: : ikhaHRRNk第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础1、灌注桩构造、灌注桩构造 配筋率：配筋率：0.650.650.200.20 受水平荷载桩，不小于受水平荷载桩，不小于8 8 1212 抗压桩和抗拔桩，不小于抗压桩和抗拔桩，不小于6 6 1010 配筋长度配筋长度1 1）端承型桩和位于坡地岸边的基桩应沿桩身等截面或）端承型桩和位于坡地岸边的基桩应沿桩身等截面或 变截面通长配筋；变截面通长配筋；2 2）桩径大于）桩径大于600mm600mm的摩擦型桩配筋长度不应小于的摩擦型桩配筋长度不应小于2/32/3桩桩 长；受水平荷载时，配筋长度尚不宜小于长；受

21、水平荷载时，配筋长度尚不宜小于4.0/4.0/ ；3 3）抗震桩基：主筋应穿过液化土层和软弱土层进入稳）抗震桩基：主筋应穿过液化土层和软弱土层进入稳 定土层；定土层；4 4）抗拔基桩：等截面或变截面通长配筋。）抗拔基桩：等截面或变截面通长配筋。4.8.6 4.8.6 桩身结构设计桩身结构设计第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础 箍筋：采用螺旋筋，箍筋：采用螺旋筋， 6 6200200300mm300mm；当受水平荷载；当受水平荷载 的桩，桩顶以下的桩，桩顶以下5d5d范围内的箍筋应加密，且间距范围内的箍筋应加密，且间距 不应大于不应大于100mm100mm。 桩身混凝土及保护层：桩身混凝土

22、及保护层： 桩身混凝土强度等级不小于桩身混凝土强度等级不小于C25C25； 灌注桩主筋的混凝土保护层不小于灌注桩主筋的混凝土保护层不小于35mm35mm，水下工程不得，水下工程不得 小于小于50mm50mm。2、预制桩构造、预制桩构造 （1 1）最小截面尺寸：）最小截面尺寸： 预制桩的截面边长不应小于预制桩的截面边长不应小于200mm200mm；预应力桩截面边长不；预应力桩截面边长不应小于应小于350mm350mm。 （2 2）混凝土强度等级与保护层厚度）混凝土强度等级与保护层厚度 非预应力桩不应小于非预应力桩不应小于C30C30，预应力桩不小于，预应力桩不小于C40C40，保护层厚，保护层厚

23、度不宜小于度不宜小于30mm30mm。第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础 （3 3）预制桩的桩身配筋）预制桩的桩身配筋 预制桩的桩身配筋应按吊运、打桩及桩在使用中的受力预制桩的桩身配筋应按吊运、打桩及桩在使用中的受力等条件计算确定。等条件计算确定。 采用锤击法沉桩时，预制桩的最小配筋率不小于采用锤击法沉桩时，预制桩的最小配筋率不小于0.80.8； 采用静压法沉桩时，不小于采用静压法沉桩时，不小于0.60.6。 主筋的直径不宜小于主筋的直径不宜小于14mm14mm，打入桩桩顶，打入桩桩顶4 45d5d长度范围内，长度范围内，箍筋应加密，并设置钢筋网片。箍筋应加密，并设置钢筋网片。 （4 4

24、）预制桩的分节长度根据施工、运输条件确定，接头）预制桩的分节长度根据施工、运输条件确定，接头不宜多于不宜多于3 3个。个。第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础 灌注桩的纵向钢筋及箍筋配置灌注桩的纵向钢筋及箍筋配置第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础预制桩桩段长度及接头量预制桩桩段长度及接头量预制桩的配筋及桩靴预制桩的配筋及桩靴第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础预制桩接桩预制桩接桩（a）硫磺胶泥接桩；（b）角钢焊接接桩；（c）法篮螺栓接桩第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础双吊点双吊点3、预制桩桩身结构强度验算、预制桩桩身结构强度验算 预制桩除了考虑上述构造要求外，还要对考虑运

25、输、起吊和捶击过程中的强度验算。一般普通混凝土的桩身配筋由起吊和吊力的强度来控制。单吊点单吊点第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础1010.8.7 .8.7 桩基承台设计桩基承台设计 桩基承台的设计包括桩基承台的设计包括确定承台的材料、底面标确定承台的材料、底面标高、平面形状及尺寸、剖面形状及尺寸高、平面形状及尺寸、剖面形状及尺寸, ,以及进行受以及进行受弯、受剪、受冲切和局部受压承载力计算，并应符弯、受剪、受冲切和局部受压承载力计算，并应符合构造要求合构造要求 。第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础承台尺承台尺寸寸承台最小宽度不应小于承台最小宽度不应小于 2 2 倍桩的直径或边长倍桩

26、的直径或边长 500mm 500mm 。承台。承台边缘至边桩的中心距不小于桩的直径或边长，边缘挑出部分边缘至边桩的中心距不小于桩的直径或边长，边缘挑出部分150mm150mm。承台厚度应。承台厚度应300mm300mm。钢筋钢筋受力筋应通长配置。矩形承台宜按双向均匀布置。承台梁的受受力筋应通长配置。矩形承台宜按双向均匀布置。承台梁的受力筋直径不宜小于力筋直径不宜小于12mm 12mm ，架立筋不应小于，架立筋不应小于10mm 10mm ，箍筋不应小于，箍筋不应小于6mm 6mm ，钢筋保护层厚度不小于，钢筋保护层厚度不小于70mm70mm，当有混凝土垫层时，当有混凝土垫层时50mm50mm。桩

27、顶伸桩顶伸入入承台要承台要求求桩顶应嵌入承台一定长度，对大直径桩宜桩顶应嵌入承台一定长度，对大直径桩宜100mm100mm，对中等直径，对中等直径桩宜桩宜50mm50mm。混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度。混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度宜宜3535倍钢筋直径，对于抗拔桩基应倍钢筋直径，对于抗拔桩基应4040倍钢筋直径。倍钢筋直径。连系梁连系梁两桩桩基的承台，宜在其短向设置连系梁。连系梁顶面宜与承两桩桩基的承台，宜在其短向设置连系梁。连系梁顶面宜与承台台顶位于同一标高，梁宽应顶位于同一标高，梁宽应200mm 200mm ，梁高可取承台中心距的，梁高可取承台中心距的1/101

28、/101/151/15，并配置不小于，并配置不小于 2 21212的钢筋。的钢筋。混凝土混凝土强度等级强度等级C25C25第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础桩基承台的基本尺寸及配筋（a）柱下独立承台；（b）条形承台第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础2.2.承台的内力计算承台的内力计算 桩基承台的受力十分复杂，作为上部结构墙、柱和下部桩基承台的受力十分复杂，作为上部结构墙、柱和下部桩群之间的力的转换结构，桩群之间的力的转换结构，承台可能因承受弯矩作用而破坏，承台可能因承受弯矩作用而破坏，亦可能因承受冲切或剪切作用而破坏。因此，承台计算包括亦可能因承受冲切或剪切作用而破坏。因此，承台计

29、算包括受弯计算、受冲剪计算和受剪计算三种验算。当承台的混凝土受弯计算、受冲剪计算和受剪计算三种验算。当承台的混凝土强度等级低于柱子的强度等级时，还要验算承台的局部受压强度等级低于柱子的强度等级时，还要验算承台的局部受压承载力。承载力。 根据根据受弯计算的结果受弯计算的结果进行进行承台的钢筋配置承台的钢筋配置；根据；根据受冲切和受冲切和受剪计算受剪计算确定确定承台的厚度承台的厚度。第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础1 1）承台的破坏形态）承台的破坏形态四桩矩形承台模型试验研究表明，柱下多桩矩形承台呈“梁式破坏”，即弯曲裂缝在平行于柱边两个方向交替出现，承台在两个方向交替呈梁式承担荷载，最大弯矩产生在平行于柱边两个方向的屈服线处。第第 10 10 章章 桩桩 基基 础础1 1）承台的破坏形态）承台的破坏形态模型试验研究表明，三桩承台的破坏特征也为梁式破坏。我们通常将考虑柱