《基础工程教学》桩基础

1、桩基技术现状与发展趋势桩基技术现状与发展趋势l单桩设计承载力越来越大单桩设计承载力越来越大l向小桩发展向小桩发展l复合地基理论、疏桩理论、桩基与上部结复合地基理论、疏桩理论、桩基与上部结构共同作用理论等构共同作用理论等l新品种、新工艺不断发展新品种、新工艺不断发展113:33:32编辑编辑ppt桩的竖向承载力桩的竖向承载力l单桩轴向荷载传递机理单桩轴向荷载传递机理l孤立的一根桩称为单桩孤立的一根桩称为单桩l群桩中性能不受邻影响的一根桩可视为单桩。群桩中性能不受邻影响的一根桩可视为单桩。l单桩工作性能的研究是单桩承载力分析理单桩工作性能的研究是单桩承载力分析理论的基础。论的基础。213:33:3

2、2编辑编辑pptl桩顶沉降桩端沉降桩身压缩量桩顶沉降桩端沉降桩身压缩量l桩顶轴力桩顶轴力QQ桩侧总阻力桩侧总阻力QQs s+ + 桩端总阻力桩端总阻力QQp p l桩侧摩阻力与桩侧表面的法向压力及桩土桩侧摩阻力与桩侧表面的法向压力及桩土界面相对位移成正比。界面相对位移成正比。l侧阻的深度效应侧阻的深度效应单桩轴向荷载的传递机理单桩轴向荷载的传递机理313:33:32编辑编辑ppt桩侧桩侧( (端端) )阻力与桩体位移的关系（阻力与桩体位移的关系（1 1）413:33:32直径直径0.8m,桩长桩长20m极限荷载：极限荷载：7MN工作荷载：工作荷载：6mm100mm编辑编辑pptl桩侧阻力的发挥

3、所需的桩身位移远桩侧阻力的发挥所需的桩身位移远小桩端阻力的所需的位移。小桩端阻力的所需的位移。l桩侧阻力发挥先于桩端阻力。桩侧阻力发挥先于桩端阻力。l工作状态下，摩擦桩的位移远小于工作状态下，摩擦桩的位移远小于端承桩的位移。端承桩的位移。513:33:32编辑编辑ppt桩侧桩侧( (端端) )阻力与桩体位移的关系（阻力与桩体位移的关系（2 2）l极限桩侧阻力对应的极限桩侧阻力对应的 u u数数值：值：l粘性土粘性土46mm;46mm;砂类土砂类土610mm610mml极限桩端阻力对应的极限桩端阻力对应的 u u数数值：值：l粘性土粘性土d d/10/10d d/4/4（d d为桩为桩径）；砂类

4、土径）；砂类土d d/12/12d d/10/106桩侧摩阻力桩 截 面 位 移图 4 9 曲 线ABDC013:33:32编辑编辑ppt桩的长径比桩的长径比l l/ /d d(1)(1)影响荷载传递的另一个主要因素影响荷载传递的另一个主要因素l 短桩短桩l 10100100l 长径比很大的桩都属于摩擦桩。长径比很大的桩都属于摩擦桩。713:33:32编辑编辑ppt桩的长径比桩的长径比l l/ /d d(2) (2) 813:33:33编辑编辑ppt影响荷载传递的因素影响荷载传递的因素lE Eb b/ E/ Es s l愈大，传到桩端荷载愈大愈大，传到桩端荷载愈大l E Ep p/ E/ Es

5、 s l愈大，传到桩端荷载愈大愈大，传到桩端荷载愈大lD/d D/d l愈大，传到桩端荷载愈大愈大，传到桩端荷载愈大ll/d l/d l愈大，传到桩端荷载愈小愈大，传到桩端荷载愈小913:33:33Es:桩周土层的刚度桩周土层的刚度Eb:桩端土层的刚度桩端土层的刚度Ep:桩身材料的刚度桩身材料的刚度D:桩端的直径桩端的直径d:桩身的直径桩身的直径l:桩长桩长编辑编辑ppt单桩受力单桩受力的控制方程的控制方程10d1dzzpNuz ddzzppNA Ez 22ddppzzpA Euz Rf13:33:33编辑编辑ppt11 极限摩阻力可用类似极限摩阻力可用类似于土的抗剪强度的库伦表于土的抗剪强度

6、的库伦表达式：达式：vsx Kaxautg cq 式中式中ca和和 a为桩侧表面与土之间的为桩侧表面与土之间的附附着力着力和和摩擦角摩擦角， x为深度为深度z处作用于桩侧处作用于桩侧表面的法向压力，它与桩侧土的竖向有效表面的法向压力，它与桩侧土的竖向有效应力应力 成正比例，即：成正比例，即：桩桩侧摩阻侧摩阻力力 桩截面位移桩截面位移桩侧摩阻桩侧摩阻力力OCDABv 13:33:33编辑编辑ppt桩侧摩阻力桩侧摩阻力l计算深度计算深度z z处的单位侧阻时，如取处的单位侧阻时，如取l则侧阻将随深度线性增大。则侧阻将随深度线性增大。l然而砂土中的模型桩试验表明，当桩入土深度然而砂土中的模型桩试验表明

7、，当桩入土深度达到某一临界值后，侧阻就不随深度增加了，达到某一临界值后，侧阻就不随深度增加了，这个现象称为这个现象称为侧阻的深度效应侧阻的深度效应。l综上所述，桩侧极限摩阻力与所在的综上所述，桩侧极限摩阻力与所在的深度深度、土土的类别和性质的类别和性质、成桩方法成桩方法等许多因素有关。等许多因素有关。12z v13:33:33编辑编辑ppt桩端阻力桩端阻力l按土体极限平衡理论导得的、用于计算桩端阻按土体极限平衡理论导得的、用于计算桩端阻力的极限平衡理论公式有很多。可统一表达为力的极限平衡理论公式有很多。可统一表达为l 端阻的深度效应l 当桩端入土深度小于某一临界值时，极限端阻随深度线性增加。而

8、大于该深度后则保持不变。该深度随持力层密度的提高、上覆荷载的减小而增大。13*pu1ccrqqqcNbNhN *puccqqqcNhN 13:33:33编辑编辑ppt桩侧阻和端阻的安全储备桩侧阻和端阻的安全储备l 通常情况下，单桩受荷过程中桩端阻力的发挥不仅滞后于桩侧阻力，而且其通常情况下，单桩受荷过程中桩端阻力的发挥不仅滞后于桩侧阻力，而且其充分发挥所需的桩底位移位比桩侧摩阻力到达极限所需的被身截面位移值大充分发挥所需的桩底位移位比桩侧摩阻力到达极限所需的被身截面位移值大得多。得多。l 对于粗短的支承于坚硬基岩的桩，一般清底好、且桩不太长，桩身压缩量小对于粗短的支承于坚硬基岩的桩，一般清底好

9、、且桩不太长，桩身压缩量小和桩端沉降小，在桩侧阻力尚未充分发挥时便因桩身材料强度的破坏而失效。和桩端沉降小，在桩侧阻力尚未充分发挥时便因桩身材料强度的破坏而失效。l 因此对工作状态下的单桩，除支承于坚硬基岩的粗短的桩外，因此对工作状态下的单桩，除支承于坚硬基岩的粗短的桩外，l 规范采用单一的安全系数是否合理？规范采用单一的安全系数是否合理？14usubuQQQuaQRKsubuspQQKK13:33:33编辑编辑ppt15 单桩静载荷试验所得的荷载单桩静载荷试验所得的荷载沉降沉降（Qs）关系曲线可大体分为）关系曲线可大体分为陡降型陡降型（A）和和缓变型缓变型（B）两类形态。）两类形态。uABu

10、u/单 桩 荷 载 沉 降 曲 线图 5 - 3QsOQsQA - 陡 降 型 ； B 缓 变 型陡降型陡降型缓变缓变型型（变形控制）（变形控制）13:33:33编辑编辑ppt单桩承载力的确定单桩承载力的确定l桩身材料强度l地层的支承力l理论计算，按土的抗剪强度指标确定l静载荷试验l规范公式1613:33:33编辑编辑ppt按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定l以土力学原理为基础。根据桩侧阻力、桩端以土力学原理为基础。根据桩侧阻力、桩端阻力的破坏机理，按静力学原理，分别对阻力的破坏机理，按静力学原理，分别对桩桩侧阻力侧阻力和和桩端阻力桩端阻力进行计算。进行计算。l由于计算模式、强度参数

11、实际的某些差异，由于计算模式、强度参数实际的某些差异，计算结果的可靠性受到限制，往往计算结果的可靠性受到限制，往往只用于一只用于一般工程或重要工程的初步设计阶段般工程或重要工程的初步设计阶段，或与其，或与其他方法综合比较来确定承载力。他方法综合比较来确定承载力。1713:33:33编辑编辑ppt按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定l一般的表达式一般的表达式180*v*tandbusuusubulupbQQasauccqqaQQQGQuzchAGcKNRQNK 13:33:33编辑编辑ppt静载荷试验法静载荷试验法l 静载荷试验是评价单桩静载荷试验是评价单桩承载力诸法中可靠性较承载力诸法

12、中可靠性较高的一种方法。高的一种方法。l缺点：缺点：l时间长；费用高。时间长；费用高。19 千斤顶 基 准 梁 试桩 锚桩试验装置示意图 次梁 拉杆 锚桩主筋 锚桩 试桩 次梁 基准梁 基准桩 主梁 锚桩主梁 锚桩横梁反力方式13:33:33编辑编辑ppt锚桩横梁方式锚桩横梁方式20 千斤顶 基 准 梁 试桩 锚桩试验装置示意图 次梁 拉杆 锚桩主筋 锚桩 试桩 次梁 基准梁 基准桩 主梁 锚桩主梁 13:33:34编辑编辑ppt压重平台方式压重平台方式21次梁 主梁 支 承 墩 支 承 墩 千斤顶 千斤顶 堆载试验装置示意图 13:33:34编辑编辑ppt地锚方式地锚方式22 伞形地锚装置示

13、意图 拉杆 立柱 横梁 千斤顶 地 锚 试桩 13:33:34编辑编辑ppt锚桩斜拉方式锚桩斜拉方式2313:33:35编辑编辑ppt锚桩斜拉方式锚桩斜拉方式2413:33:35编辑编辑ppt试验加荷分级要求及数据处理试验加荷分级要求及数据处理l加荷分级不应少于加荷分级不应少于8 8级，每级加载量宜为预级，每级加载量宜为预估极限荷载的估极限荷载的1/81/101/81/10。25025507510012515017520003672108144180s (mm) Q(kN)100第二拐点Qu 第一拐点 0510152025303540455055606570110100100010000lgt

14、 (min)300kN400kN500kN600kN700kN800kNY0 (mm)13:33:35编辑编辑ppt试验中止条件试验中止条件l符合下列条件之一时可终止加载：符合下列条件之一时可终止加载：l当荷载沉降当荷载沉降( (QQ s s) )曲线上有可判定极限承载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力的陡降段，且桩顶总沉降量超过40mm;40mm;l ssn+1n+1/ s/ sn n22，且经，且经24h24h尚未达到稳定；尚未达到稳定；l25m25m以上的非嵌岩桩，以上的非嵌岩桩， QQ s s曲线呈缓变型时，曲线呈缓变型时，桩顶总沉降量大于桩顶总沉降量大于6080m

15、m6080mm；l在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶总在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大于沉降量大于100mm100mm。26ssuQuQuQ图 4 10 单 桩 荷 载 沉 降 曲 线 A 陡 降 型 ； B 缓 变 型ABO13:33:35编辑编辑ppt单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力QQu u的确定的确定l作荷载沉降作荷载沉降( (QQ s s) )曲线和其他辅助分析所曲线和其他辅助分析所需的曲线。需的曲线。l当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载值。载值。l当出现终止加载条件第二款的情况，取前一当出现终止加载条件第二款的情况

16、，取前一级荷载值。级荷载值。lQQ s s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=40mms=40mm所对应的荷载值，当桩长大于所对应的荷载值，当桩长大于40m40m时，宜考虑桩身的弹性压缩。时，宜考虑桩身的弹性压缩。2713:33:35编辑编辑ppt检检测测桩桩数及数据统计数及数据统计l 检测数量在同一条件下不应少于检测数量在同一条件下不应少于3 3根，且不宜少于总桩数的根，且不宜少于总桩数的1%1%；当；当工程桩总数在工程桩总数在5050根以内时，不应少于根以内时，不应少于2 2根根。l 计算参加统计的极限承载力的平均值，当满足其极差不超过平均计算参加统计的极限承载

17、力的平均值，当满足其极差不超过平均值的值的30%30%时，可取其平均值为单桩竖向极限承载力时，可取其平均值为单桩竖向极限承载力QQu u；当极差超；当极差超过平均值的过平均值的30%30%时，宜增加试桩数并分析离差过大的原因，结合时，宜增加试桩数并分析离差过大的原因，结合工程具体情况确定极限承载力工程具体情况确定极限承载力QQu u。l 对桩数为对桩数为3 3根及根及3 3根以下的柱下桩台，则取最小值为单桩竖向极限根以下的柱下桩台，则取最小值为单桩竖向极限承载力承载力QQu u。l 单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值l R Ra a= =QQu u/2/22813:33:35编辑编辑pp

18、t挤土桩试验的挤土桩试验的休休止时间止时间 土的类别土的类别 休止时间（休止时间（d d）砂土砂土7 7粉土粉土1010粘性土粘性土非饱和非饱和1515饱和饱和25252913:33:35编辑编辑ppt规范经验公式规范经验公式(1)(1)l式中式中 R Ra a单桩竖向承载力特征值；单桩竖向承载力特征值；q qpapa、q qsiasia桩端端阻力、桩侧阻力特征值，由当地桩端端阻力、桩侧阻力特征值，由当地静载荷试验结果统计分析算得（查表）；静载荷试验结果统计分析算得（查表）； A Ap p桩底横截面面积；桩底横截面面积；u up p桩身周边长度；桩身周边长度；l li i第第i i层岩土的厚度

19、。层岩土的厚度。 30isiapppaalquAqR13:33:36编辑编辑ppt规范经验公式规范经验公式(2)(2)l 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：值可按下式估算： R Ra a= =q qpapaA Ap p （4-234-23）l 式中式中lq qpapa为桩端岩石承载力特征值为桩端岩石承载力特征值, ,可按可按建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范附录附录HH用岩用岩基载荷试验方法确定，或根据室内岩石饱和单轴抗压强度标准值按下式基载荷试验方法确定，或根据室内岩石饱和单轴抗压强度标准值按下式

20、计算：计算： q qpapa= =r r f frk rk （4-244-24）式中式中 f frkrk岩石饱和单轴抗压强度标准值，可按岩石饱和单轴抗压强度标准值，可按建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范附录附录J J确定；确定；r r折减系数。折减系数。3113:33:36编辑编辑ppt例题例题l 某承台下设置了某承台下设置了3 3根直径为根直径为480mm480mm的灌注桩，的灌注桩，桩长桩长，桩侧土层自上而下依次为：淤泥，厚，桩侧土层自上而下依次为：淤泥，厚6m6m，q qsiasia=7kPa=7kPa；粉土，厚；粉土，厚，q qsiasia=28kPa=28kPa；粘土，；粘土，

21、很厚（桩端进入该层很厚（桩端进入该层2m2m），），q qsiasia=35kPa=35kPa，q qpapa=1800kPa=1800kPa。试计算单桩竖向承载力特征值。试计算单桩竖向承载力特征值。32isiapppaalquAqRkN600)2355 . 22867(48. 048. 041800213:33:36编辑编辑ppt竖向荷载作用下群桩效应竖向荷载作用下群桩效应l群桩效应群桩效应l桩基一般由多根桩和连接上部结构的承台组成，群桩中的每根桩称为基桩。由于承台、桩、土相互作用，基桩的承载力和沉降性状往往与相同地质条件和设计方法的单桩有显著区别，这种现象称为群桩效应。l问题问题：单桩承载

22、力加起来等于群桩承载力？：单桩承载力加起来等于群桩承载力？l群桩效应系数群桩效应系数：33单桩承载力群桩的承载力n1=1113:33:36编辑编辑ppt端承型群桩基础端承型群桩基础l端承型群桩中基桩（桩群端承型群桩中基桩（桩群中的单桩）与（独立）单中的单桩）与（独立）单桩相近，桩与桩的相互作桩相近，桩与桩的相互作用、承台与土的相互作用，用、承台与土的相互作用，都小到可忽略不计，都小到可忽略不计，端承端承型群桩的承载力可近似取型群桩的承载力可近似取为各单桩承载力之和为各单桩承载力之和。l1 1。 34岩石土13:33:36编辑编辑ppt摩擦型群桩基础摩擦型群桩基础l当桩距小于当桩距小于3 3d

23、d（d d为桩为桩径）时，桩端处应力重径）时，桩端处应力重叠现象严重；当桩距大叠现象严重；当桩距大于于6 6d d时，应力重叠现象时，应力重叠现象较小。较小。l对打入较疏松的砂类土对打入较疏松的砂类土和粉土中的挤土群桩，和粉土中的挤土群桩，其桩间土和桩端土被明其桩间土和桩端土被明显挤密，所以群桩效应显挤密，所以群桩效应系数系数常大于常大于1 1。35QQ Q Q Qs s sD( a )( b )图 4 - 1 5 摩 擦 型 桩 的 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dl13:33:36编辑编辑ppt摩擦型群桩基础摩擦型群桩基础l 由摩擦型桩组成的群桩基础，当其承受竖由摩擦型桩组成的群桩基础，当其承受竖向荷载而沉降时，承台底面一般与地基土向荷载而沉降时，承台底面一般与地基土紧密接触，因此承台底面必产生土反力，紧密接触，因此承台底面必产生土反力，从而