基础工程(4.桩基础)课件

第四章

桩基础基础工程石家庄经济学院工程学院土木教研室桩基础概述1、桩基础的历史回顾2、桩基础的适用性3、桩基设计原则4、桩的类型基础的类型（复习）附图2桥梁工程中的桩基础桩基技术的发展历史阶段阶段年代主要桩型特点初期阶段人类有历史记载以前（我国7000多年前）～19世纪木桩石桩1.有天然材料制作而成，桩身较短，桩径小；2.桩竖直设置，主要用于传递竖向荷载；3.多设置于地基条件不良的河谷及洪积地区；4.采用简单人工锤打沉桩。发展阶段19世纪中叶～20世纪20年代除天然材料做成的桩外，主要是混凝土桩和钢筋混凝土桩1.受水泥工业出现及其发展的影响；2.桩型不多，开始使用打桩机械沉桩；3.桩基设计理论和施工技术比较简单，处于“萌芽”阶段；4.桩身尺寸有所扩大，桩径约30cm，桩长9～15m；5.土力学的建立为桩基技术的发展提供了理论基础。桩基础的适用性

①地基上层土的土质太差而下层土的土质较好；或地基土软硬不均；或荷载不均，不能满足上部结构对不均匀变形限制的要求。②上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感；或建筑物受到大面积地面超载的影响。③除承受较大竖向荷载外，尚有较大的偏心荷载、水平荷载、动力或周期性荷载作用。④地基软弱或地基土性特殊，如存在较深厚的软土、可液化土层、自重湿陷性黄土、膨胀土及季节性冻土等，采用地基改良和加固措施不合适。

桩基计算的荷载效应组合根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002进行设计时：

①按单桩承载力确定桩数时，传至承台底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合；相应的抗力采用单桩承载力特征值。②计算地基变形时，传至承台底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合；相应的限值为地基变形允许值。

③确定桩承台高度、配筋和验算桩身材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。④验算桩台或桩身的裂缝宽度时，按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。

※由永久荷载控制的基本组合值可以取标准组合值的1.35倍，即：

桩基设计应满足下列基本条件：1．单桩承受的竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值；2．桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值；3．对位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。

桩基础的类型承台底与地面不接触——高承台桩基承台底在地面以下，与地基土接触——低承台桩基工业与民用建筑中常用低承台桩基础按桩的承载性状和使用功能分类

(1).竖向抗压的桩(2).侧向受荷桩(3).抗拔桩较软弱土层软弱土层较坚硬土层(a)摩擦桩(b)端承摩擦桩软弱土层较坚硬土层极软弱土层坚硬土层(c)摩擦端承桩(d)端承桩1.预制钢筋混凝土桩

预制钢筋混凝土桩最常用的是实心方桩，该桩型质量可靠、制作方便、沉桩快捷，是我国解放以来应用最普遍的一种桩型。断面尺寸从200mm200mm到600mm600mm；桩长在现场制作时可达25~30m，在工厂预制时一般不超过12m。分节制作的桩应保证桩头的质量，满足桩身承受轴力、弯矩和剪力的要求。接桩的方法有：钢板角钢焊接、法兰盘螺栓和硫磺胶泥锚固等。前两种适用于各类土层，第三种硫磺胶泥适用于软土。预制种类：断面尺寸：300mm×300mm~550mm×550mm方形桩三角形桩适合软土层，增加侧面积与摩阻力。钢筋砼桩预应力钢筋砼桩（预制桩）特点：利用桩的主筋作预应力张拉钢筋，通过预应力减小桩身砼的拉应力和弯拉应力，提高抗冲击力、抗弯能力。钢桩特点：强度高，抗冲击疲劳，贯入能力强，便于加工运输，挤土效应小，但，造价高宜腐蚀，慎重选用。圆形管桩H形桩预应力桩按其制作工艺分为两类：

一类是普通立模浇制的，断面形状为含内圆孔的正方形，称为预应力空心方桩，或简称预应力空心桩；另一类是离心法旋制的，断面形状为圆环形的高强预应力管桩（PrestressedHighStrengthConcreteTube–shapedPiles），简称PHC桩。空心桩敞口管桩目前常用的预应力空心桩主要有两种规格：500×500mm和600×600mm。

PHC桩主要有以下几种规格：外径500mm、550mm、800mm、1000mm，壁厚90mm～130mm，桩段长4m至15m，钢板电焊或螺栓连接，混凝土强度达C60～C80。（二）灌注桩

灌注桩系指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基中成孔并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而成的桩。

减少施工工序，桩不用承受弯折与锤击应力，节省钢材和造价，对基岩起伏变化大的地质条件适应性强。地下“隐蔽”施工质量不易保证。优点：缺点：1.沉管灌注桩沉管方法：锤击、振动、静压均可施工程序就位沉管浇筑振动拔管浇灌放钢筋笼成型优点：造价低，管内无水作业桩身砼质量好；缺点：产生缩颈、夹土、断桩，因挤土效应相邻桩可能破坏。防治措施：控制拔管速度，快振慢拔；合理选择打桩顺序2.钻孔灌注桩：护筒指用机械方法取土成孔灌注桩施工程序湿作业法就位成孔浇筑钢筋笼放导管成型钻头泥浆钻杆泥浆泵钻机导管钢筋笼砼浇注漏斗按成桩方法对土层的影响分类分为：挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩三类

(1).挤土桩挤土桩也称为排土桩，在成桩过程中，桩周围的土被压密或挤开，因而使周围土层受到严重扰动，土的原始结构遭到破坏，土的工程性质有很大改变（与原始状态相比）。这类桩主要有打入或压入的预制木桩和混凝土桩，打入的封底钢管桩和混凝土管桩，以及沉管式就地灌注桩等。(2).部分挤土桩部分挤土桩也称为少良排土桩，在成桩过程中，桩周围的土受到相对较少的扰动，土的原状结构和工程性质的变化不明显。这类桩主要有打入小截面的I型和H型钢桩、钢板桩，开口式的钢管桩(管内土挖除)，和螺旋桩等。

(3).非挤土桩

非挤土桩也称为非排土桩，在成桩过程中，将与桩体积相同的土挖出，因而桩周围的土受到较轻的扰动，但有应力松弛现象。这类桩主要有各种型式的挖孔或钻孔桩、井筒管柱和预钻孔埋桩等。

各类桩的主要特点1、振动、噪音预制桩、沉管灌注桩在锤击或振动法下沉时，施工噪音大，污染环境，不宜在居住区周围使用。预制桩用静压法施工可消除噪音污染，是城区预制桩的主要施工方法。钻孔桩的施工过程振动、噪音小，是城区建筑的常用桩型。2．挤土效应

钻孔灌注桩、挖孔灌注桩为非挤土桩，对邻近建筑物及地下管线危害很小。端部开口或半闭口管桩为部分挤土桩，预制钢筋混凝土桩、沉管灌注桩（无论打入、压入或振入）均属于挤土桩。

3.沉桩能力与承载力受设备能力的限制，单节预制桩的长度不能过长，一般在30m以内，更长时需接桩。预制钢筋混凝土桩不易穿透较厚的坚硬地层，沉桩困难时需采用射水辅助振动沉桩法。由于节长规格无法临时变更，沉桩无法达到设计标高时，就不得不截桩。因此除钢桩、嵌岩桩外，受沉桩能力的限制，预制混凝土桩、沉管灌注桩桩径、桩长不可太大，单桩极限承载力一般不超过6000kN。钻孔灌注桩直径可大至1～2m，桩长可达100m，可适用于各种地层，桩端不仅可进入微风化基岩而且可扩底，挖孔灌注桩直径更可扩大至2～3m，因此单桩的总承载能力大，单桩极限承载力可达15000kN以上。

4.施工应力与配筋量

预制桩的配筋往往是由搬运起吊和锤击时的施工工况来控制的，远远超过正常工作荷载对强度的要求，因此桩身混凝土标号、含筋率高，主筋要求通长配置，用钢量大。灌注桩的优点是省去了预制桩的制作、运输、吊装和打入等工序，桩不承受这些过程中的弯折和锤击应力，从而节省了钢材和造价。仅承受轴向压力时，按工作荷载要求通常只在上部配筋，混凝土不用接头，节约了钢的用量，也不需使用高标号混凝土，一般情况下，比预制桩经济。5．质量稳定性预制桩――接头常形成桩身的薄弱环节，沉桩的挤土效应可使先打设的桩被抬起，如果接桩不牢固，可使上下两节桩脱开。

沉管灌注桩――挤土效应可能使混凝土尚未结硬的邻桩被剪断，对策是采取“跳打”顺序施工，待混凝土强度足够时再在它的近旁施打相邻桩。与预制桩相比，灌注桩桩身的混凝土质量不易控制和保证，在地下、水下灌注混凝土过程中容易出现断桩、缩颈、露筋和夹泥的现象。其中挖孔桩的施工质量比钻孔桩有保证，但其挖土和浇灌混凝土都必须在无水环境下进行。思考竖向抗压承载桩，打入式预制方桩、打入式沉管灌注桩、静压式预制方桩的含筋率大小顺序一般为：(A)静压式预制方桩＜打入式沉管灌注桩＜打入式预制方桩；(B)打入式沉管灌注桩＜打入式预制方桩＜静压式预制方桩；(C)打入式沉管灌注桩＜静压式预制方桩＜打入式预制方桩；(D)静压式预制方桩＜打入式沉管灌注桩＜打入式预制方桩。

下列哪类桩属于挤土桩?A锤击沉管灌注桩B钻孔桩C冲孔桩D预应力混凝土管桩某建筑桩基工程,地面下5.5m处有一厚2.5m的流动性淤泥层,地下水位4m,地面下12m处有厚4.5m的密实砂层,桩端持力层为砾石层,应采用的桩型是?A人工挖孔桩B打入式预制桩C泥浆护壁钻孔桩D沉管灌注桩竖向荷载下单桩荷载传递机理1、桩的荷载传递2、影响因素3、单桩破坏模式1、桩的荷载传递施加于桩顶的竖向荷载是如何通过桩—土相互作用传递给地基的?1.增加桩顶荷载，桩身上部压缩而产生相对位移．从而受到向上摩阻力。随着荷载增加，桩身压缩和位移随之增大，遂使桩侧摩阻力从上向下渐次发挥；2.持力层因受压引起反力，导致桩身整体下移，加大各截面位移，引发摩阻力进一步发挥;3.当摩阻力都达极限值，桩顶荷载增量就全归桩端阻力承担，直到桩底持力层破坏,无力支承为止。

单桩轴向荷载的传递过程就是桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程：桩顶荷载通过发挥出来的侧阻力传递到桩周土层中去，从而使桩身轴力与桩身压缩变形随深度递减.一般，桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥，侧阻力先于端阻力发挥。

荷载传递基本方程的建立

取深度z处的微小桩段为对象，由力的平衡条件：任一深度z处的桩身轴力桩身截面位移：如取z=l，则式a变为桩底轴力(即桩端总阻力Qp)表达式；式b则变为桩端位移表达式。单桩静载荷试验时，如通过沿桩身若干截面预先埋设的应力或位移量测元件(钢筋应力计、应变片、应变杆等)获得桩身轴力N分布图，便可利用式(4-2)及式(4-6)作出摩阻力和截面位移分布图(图4-8e，d，c)。练习某预制桩A=0.35×0.35m,L=12m,在N0=1200KN作用下测得轴力为△分布,桩端轴力为0,计算桩侧阻力的分布.影响荷载传递的因素根据l/d的大小，桩可分为：短桩(l/d<10);中长桩(1/d>10);长桩(l/d>40);超长桩(l/d>100)(1)桩端土与桩周土的刚度比Eb／EsEb/Es愈小，桩身轴力沿深度衰减愈快，即传递到桩端的荷载愈小。对于中长桩，当Eb/Es=1(即均匀土层)时，桩侧摩阻力接近于均匀分布、几乎承担了全部荷载，桩端阻力仅占荷载的5％左右，即属于摩擦桩；当Eb/Es=100时，桩身轴力上段随深度减小,下段近乎沿深度不变，即桩侧摩阻力上段可得到发挥，下段则因桩土相对位移很小(桩端无位移)而无法发挥出来，桩端阻力分担了60％以上荷载，即属于端承型桩；(2)桩身刚度与桩侧土刚度之比Ep/Es

Ep/Es愈大，传递到桩端的荷载愈大;

Ep/Es≥1000后，对桩端阻力分担荷载比的影响不大。Ep/Es≤10的中长桩，其桩端阻力分担的荷载接几乎近于零.(3)桩端扩底直径与桩身直径之比D/dD/d愈大，桩端阻力分担的荷载比愈大。

对于均匀土层中的中长桩，当D/d=3时，桩端阻力分担的荷载比将由等直径桩(D/d=1)的约5％增至约35％；(4)桩的长径比l/d随l/d的增大，传递到桩端的荷载减小;

在均匀土层中的长桩，其桩端阻力分担的荷载比趋于零。对于超长桩，不论桩端土的刚度多大，其桩端阻力分担的荷载都小到可略而不计，即桩端土的性质对荷载传递不再有任何影响，且上述各影响因素均失去实际意义。本图是桩径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>15～20的嵌岩桩，也属于摩擦型桩，其桩端总阻力也较小。2、桩侧摩阻力和桩端阻力极限摩阻力

桩的侧阻随深度呈线性增大?试验表明，侧阻有深度效应。维西克Vesic：桩周竖向有效应力不一定等于覆盖应力，其线性增加到临界深度时达到某一限值，其原因是土的“拱作用”。

极限端阻力：端阻也存在深度效应!单桩桩端阻力的安全储备一般大于桩侧阻力的安全储备。(桩端阻力的发挥滞后于桩侧阻力，充分发挥所需的桩底位移值比桩侧摩阻力到达极限所需的桩身截面位移值大得多。)3、单桩的破坏模式荷载-沉降关系曲线所呈现的沉降特征和破坏模式，是荷载作用下桩-土相互作用内在机制的宏观反映，大体分为陡降型(A)和缓变型(B)两类型态。“急进破坏”的陡降型:桩底持力层不坚实、桩径不大、破坏时桩端刺人持力层的桩.“渐进破坏”的缓变型:桩底为非密实砂类土或粉土、清孔不净残留虚土、桩底面积大、桩底塑性区随荷载增长逐渐扩展的桩.概念单桩竖向极限承载力Qu是指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所对应的最大荷载。《建筑桩基技术规范》：单桩承载力设计值《建筑地基基础设计规范》：单桩承载力特征值RaRa=Qu/2单桩竖向承载力确定桩基础单桩竖向承载力确定桩基破坏类型桩材料强度地基承载力按材料强度确定可将桩视为轴心受压杆件，根据桩材相应按《混凝土结构设计规范》或《钢结构设计规范》计算。对于混凝土桩：

Q——单桩竖向承载力设计值(kN)；

ψ——混凝土构件稳定系数。对低承台桩基，考虑土的侧向约束可取ψ=1.0；但穿过很厚软粘土层和可液化土层的端承桩或高承台桩基，其值应小于1.0；

fc——混凝土的轴心抗压强度设计值(kPa)；——纵向钢筋的抗压强度设计值(kPa)；Ag——纵向钢筋的横截面面积(m2)Q≤ψcfcApψc—工作条件系数，预制取0.75，灌注取0.6~0.7。单桩竖向承载力确定单桩承载力特征值确定规定：1.单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定，试桩数≥1%总数，且≥3根；2.地基基础设计为丙级的建筑物，单桩承载力特征值可由静力触探和标准贯入试验参数确定；3.初步设计时，可按公式估算。静载荷试验是先在准备施工的地点打试桩，在试桩顶上分级施加静载荷，直到土对桩的阻力被破坏时为止，从而求得桩的极限承载力。由于成桩时对土体的扰动，所以试桩必须待机周土体的强度恢复后方可开始。预制桩在砂土中入土7天后才能进行试验，粘性土中一般不得少于15天，对饱和软粘土不得少于25天。灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后才能进行。按静载荷试验确定单桩承载力的确定锚桩反力装置试桩压重千斤顶支墩横梁压重平台反力装置小梁横梁锚桩试桩锚桩千斤顶1.按静载荷试验确定试验方法慢速维持荷载法：

1.试验加载应分级进行。加荷分级不应小于8级，每级加载量宜为预估极限荷载的1/8-1/10。2.测读桩沉降量的间隔时间：每级加载后，每第5.10.15min时各测读一次，以后每隔15min读一次，累计一小时后每隔半小时读一次。在每级荷载作用下，桩的沉降量连续两次在每小时内小于0.1mm时可视为稳定。终止加载条件当出现下列情况之一时即可终止加载：①Q-S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；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24h尚未达到相对稳定；③25m以上的非嵌岩桩，Q-S曲线呈缓变形时，加载至S60mm-80mm。

卸载观测：每级卸载值为加载值的两倍。卸载后隔15min测读一次，读两次后，隔半小时再读一次，即可卸下一级荷载。全部卸载后，隔3，4小时再测读一次。按试验成果确定单桩承载力Q（荷载）~s（桩顶位移）曲线和s~lgt曲线荷载Q沉降量ss=40mm陡降点Qu12（二）按经验公式估算1.一般岩土估算：Ra=up∑liqsia+qpaAp2.嵌岩桩：这里所说的嵌岩桩是指下端嵌入中等风化、微风化或新鲜基岩中的桩。Ra=qpaAp回顾-单桩承载力的确定桩基破坏桩材料强度地基承载力试桩压重千斤顶支墩横梁小梁横梁锚桩试桩锚桩千斤顶荷载Q沉降量ss=40mm陡降点Qu12《建筑桩基技术规范》：单桩承载力设计值《建筑地基基础设计规范》：单桩承载力特征值RaRa=Qu/2按经验公式估算1.一般岩土估算：Ra=up∑liqsia+qpaAp2.嵌岩桩：Ra=qpaAp地基承载力控制桩身强度控制c＝1.0预制桩0.9干作业灌注桩0.8其他4.7单桩承载力验算⑴桩顶荷载xi，yi

—桩i分别至通过桩群重心的y轴和x轴的距离Mx，My

—作用于桩群上的外力对通过桩群形心的x轴和y轴的力矩(kNm)；4.7单桩承载力验算⑵单桩承载力验算如图所示的桩基础，相应于荷载效应标准组合作用在桩基上（至承台底面）的竖向力F+G=25000KN，偏心距e=0.8m，则桩6的顶端压力值为

kN。

A.2662B.2891C.3210D.3588如图所示,作用在桩基上（至承台底面）的竖向偏心力F+G=25000kN，所产生的弯矩为12000kNm，则桩1所受的最大压力为

kN。

A.2861.6B.3000.0C.3625.0D.3806.1思考某群桩基础如图，承台下有六根基桩，上部结构荷载和承台及上覆土重8000KN，Mx=250KNm，My=600KNm，试计算1＃和2＃桩顶所受的荷载大小.4.8群桩基础竖向承载力及沉降验算4.8.1竖向荷载下的群桩效应4.8.2群桩承载力验算4.8.3桩基沉降验算4.8.1竖向荷载下的群桩效应群桩概念；群桩~单桩关系如何？桩端处：z群＞z单则：S群＞S单R群=nR单S群=S单群桩效率系数＝群桩的极限承载力群桩中各根单桩极限承载力之和两个指标:群桩效应系数和沉降比ν群桩沉降比ν

＝群桩上作用荷载nQ时的沉降量单桩上作用荷载Q时的沉降量⑴S↑,↑⑵S相同,桩数↑,↓⑶S增加到一定值后,值增加不明显;⑷承台面积保持不变，增加桩数，↓；⑸ν随S↑而↓；⑹当荷载与桩距都相同时，ν随着桩数↑而↑。摩擦型桩群桩效应

⑴承台刚度刚性：引起桩顶荷载配额差异柔性：荷载分配一致⑵基土性质砂土和粉土：桩侧摩阻力提高粘土：桩侧摩阻力降低⑶桩距s（主导因素）桩间距大，桩底压应力不叠加桩间距小，桩底压应力叠加⑷承台下土对荷载的分担作用复合桩基：桩+承台底地基土；前提：桩群相对于基土有向下位移；刚性承台土反力马鞍形分布；可加大外区与内区的面积比提高承台分担荷载的份额。不考虑的情况：

(1)桩穿过未固结的软土或新填土；(2)大面积地面荷载(3)场地地下水大量抽降(4)湿陷性(5)地面因打桩隆起后孔压消散固结群桩的地基变形及破坏形态1.桩距较小，土质坚硬，呈“整体破坏”2.桩距足够大，土质较软，呈“刺入破坏”一般群桩不同程度地兼有两种变形特征。群桩工作状态⑴桩距大，桩数少R群=nR单；⑵桩距小，桩数多，用实体深基础法进行强度和变形验算。4.8.2群桩承载力验算1.折减法2.实体深基础法(《建筑地基基础设计规范》（ＧＢＪ７－８９）推荐）《建筑地基基础设计规范》（ＧＢ５０００７－２００２）不再要求群桩按实体深基础进行验算，但仍将实体深基础法作为桩基沉降验算的方法之一。群桩软弱下卧层承载力验算可分为整体冲剪破坏和基桩冲剪破坏两种情况验算时要求：①对桩距sa≤6d的群桩基础，一般可作整体冲剪破坏考虑，按下式计算下卧层顶面σz：②对桩距sa＞6d、且硬持力层厚度t＜(sa-De)cotθ/2的群桩基础，以及单桩基础，应作基桩冲剪破坏考虑，下卧层顶面σz的表达式为：

案例分析qsa=13KPaqsa=32KPa=5000KN承台:2.6×2.6mA0=B0=2.3m要求:验算软弱下卧层承载力.4.8.3桩基础沉降的计算竖向荷载作用下单桩沉降计算

为什么关心单桩沉降问题？第一，用已建立的群桩与单桩沉降关系估计群桩沉降。第二，群桩内力分析时需单桩轴向刚度数据，而其往往依赖于单桩沉降分析。第三，单桩结构的情况日益增多，单桩沉降计算是一个实际工程问题。单桩沉降量由三个部分组成：

①桩本身的弹性压缩量；②由于桩侧摩阻力向下传递，引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降；③由于桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。

影响因素：桩的长度、桩与土的相对压缩性、土层剖面及性质有关，荷载水平、荷载持续时间等。单桩沉降计算方法：①荷载传递分析法；②弹性理论法；③剪切变形传递法；④有限单元分析法；⑤各种简化分析法。这里仅介绍简化方法。单桩沉降的经验统计关系

Frank（1985）总结了单桩的工程实践经验，统计出在特定地质条件和设计荷载下单桩沉降S的典型数值与桩径d的经验关系：对于打入桩：平均：S＝0.9％d变化范围：S＝（0.8％～1.2％）d

对于钻孔桩：平均：S＝0.6％d变化范围：S＝（0.3％～1.0％）d群桩沉降计算《规范》规定对以下建筑物的桩基应进行沉降验算：①.地基基础设计等级为甲级的建筑物桩基；②.体型复杂、荷载不均匀或桩端以下存在软弱土层的设计等级为乙级的建筑物桩基；③.摩擦型桩基。规范GB50007推荐的群桩沉降计算方法：

不考虑桩间土的压缩变形，采用单向分层总和法按下式计算桩基的最终沉降量：ψp应根据地区桩基础沉降观测资料及经验统计确定，不具备条件时可查下表：

地基内的应力分布采用线弹性理论⑴实体深基础法（桩距≤6d）⊙群桩与桩间土视为整体，桩端处为实体基础的埋深；⊙基底附加压力即为桩底平面处的附加压力。㈠考虑扩散作用0

—为桩长范围内各土层(厚度为hi)内摩擦角i的加权平均值。即㈡不考虑扩散作用支承面积为群桩外围的实际面积，基底附加压力为基础附加荷载减去群桩外围摩阻力后与支承面积之比。⑵Mindlin应力公式法1.将侧阻和端阻简化为各集中力;2.按Mindlin解求由各集中力作用叠加形成的土中应力场;3.分层总和法计算各土层压缩量.⑴单桩荷载分担⑵单桩荷载作用下土体中的应力分布⑶根据求得的土中应力解,按单向压缩分层总和法沉降计算公式计算,求得桩基础的沉降量,并乘以经验系数ψp与实体深基础法相比,该法能考虑到桩基中桩数,桩距,不规则布桩等对沉降的影响.在公式，t是指

。A.桩底至软弱下卧层顶面的距离B.软弱下卧层的厚度C.地面至软弱下卧层顶面的距离D.地面至桩底的距离桩的负摩擦问题㈠产生负摩擦力的原因桩周土层相对于桩有向下的位移原因(1)桩穿过未固结的软土或新填土(2)大面积地面荷载(3)场地地下水大量抽降(4)湿陷性黄土的湿陷性(5)地面因打桩隆起后孔压消散固结(二)负摩擦力的影响因素

桩基沉降及地面沉降的大小、沉降速率、稳定历时。影响中性点的深度ln的因素主要有：(1)持力层越硬，ln越深；(2)桩周土层的变形性质和应力历史，桩周土层压缩性越高，欠固结度越大，欠固结土层越厚，ln越大；(3)当负摩阻力系由沉桩后外部条件变化所致，在桩顶荷载作用下的沉降已完成的情况下，堆载强度和面积越大，地下水降幅和面积越大，则ln越大；(4)在桩承受荷载过程中，随承受荷载及沉降的增加，ln逐渐变小。思考对负摩擦桩，轴力最大的截面位于

。A.桩的顶端B.底端C.中性点处D.桩的竖向位移为0处桩产生负摩阻力时，下列说法中正确的时（）A．桩距越大，下拉荷载可能越大B．桩身轴力、桩身沉降沿深度逐步衰减C．单桩极限承载力由桩周土总侧阻力和桩端阻力所组成D．采用涂层法措施后，可使桩身负摩阻力、沉降减小，但中性点深度变大CAD桩产生负摩阻力时，关于中性点深度以下说法正确的是（）中性点深度越大。A．持力层越硬，桩的截面刚度越大B．持力层越硬，桩的截面刚度越小C．持力层越软，桩的截面刚度越大D．持力层越软，桩的截面刚度越小㈢负摩阻力的计算⑴负摩阻力强度a.取决于土的抗剪强度；虽有时效，但从安全考虑，可取用其最大值以土的强度来计算。软土和粘性土中的桩：

b.根据产生负摩阻力的土层中点的竖向有效覆盖应力计算：对于砂类土：桩身总的负摩阻力（下拉荷载）：㈣群桩负摩阻力计算群桩效应:桩距较小的群桩，群桩所发生的负摩阻力小于相应的单桩值。原因:桩群中各桩表面单位面积所分担的土体重量小于单桩的负摩阻力极限值.计算:等效圆法假设独立单桩单位长度的负摩阻力由相应长度范围内半径re形成的土体重量与之等效，则：等效圆法(远腾，1969)㈤消减与避免负摩阻力的措施(1)桩侧涂层法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

(2)预钻孔法在桩位采用预钻孔，然后将桩插入，在桩周围灌人膨润土混合浆(3)双重套管法即在桩外侧设置套管，用套管承受负摩阻力的方法。(4)设置消减负摩阻桩群法即在群桩总围设置一排桩，用以承受负摩阻力，从而达到消减负摩阻力的方法。

(5)地基处理法桩的水平承载力一、水平荷载作用下桩的变位二、影响桩水平承载力的因素三、单桩水平静载荷试验四、水平荷载作用下弹性桩的理论计算五、单桩水平承载力特征值4.6桩的水平承载力水平荷载性质：长期作用的水平荷载；反复作用的水平荷载；地震作用产生的水平力。桩的水平承载力，系指与桩轴方向垂直的承载力。桩基础上作用有较大的水平荷载时必须对桩的水平承载力进行验算。桩基中单桩的水平承载力应按下式验算：

一、水平荷载作用下桩身的变位由水平荷载引起的桩身变位，通常有两种形式：1．当地基松软，桩身短，桩的抗弯刚度大大超过地基刚度时，桩身如同刚体一样围绕桩轴上某一点而转动，当桩前方的土体在桩全长范围内超过地基的屈服强度时，结构产生大变位，甚至倾倒。2．当地基较密实，入土很深的长桩(或刚度很小)，桩身产生弹性挠曲，不出现桩全长范围内的水平向地基屈服。屈服是由地表逐渐向深处发展的，如图所示。破坏是由于过大的水平位移引起桩身断裂而造成的。本章仅介绍弹性桩承载力的确定方法。二、影响桩水平承载力的因素①桩的截面尺寸和地基土强度越大，桩的水平承载力也越高。②桩头嵌固条件对桩的水平承载力影响也很大。③桩的入土深度对水平承载力也有影响。但存在一个“有效长度”。④桩距的大小，对桩的水平承载力也有影响。三、单桩水平静载荷试验1、试验装置2、加荷方法

连续加荷法或循环加荷法。连续加荷法：每级加荷后保持l0min，测读水平位移，再加下一级荷载，这样连续加至极限荷载。在确定桩的极限荷载时，以这种方法为好。循环加荷法：加载后保持l0min，记录水平位移读数，然后卸至零，再经过l0min，读测剩余变形，继续加荷载，如此即为一循环。反复3—5次左右，即完成这级水平荷载试验，后加下一级荷载，直至极限荷载或满足设计要求为止。3、终止加荷的条件当出现下列情况之一时，即可终止试验：(1)桩身已断裂；(2)桩侧地表出现明显裂缝或隆起；(3)桩顶水平位移超过30-40mm(软土取40mm)；(4)所加的水平荷载已超过按下述方法所确定的极限荷载。4、极限荷载的确定

(1)对循环加荷法绘(Ho—t—xo)曲线突变点的荷载为临界荷载Hcr明显陡降点的荷载为极限荷载Hu(2)连续加荷法绘制Ho—xo曲线。第一直线段的终点Hcr，陡升段的起点Hu。绘制[H0—△x0/△H0]

曲线，第一直线段的终点Hcr；第二直线段的终点Hu。四、水平荷载作用下桩的理论计算国内外关于水平荷载下桩的理论分析方法有几十种，我国多采用线弹性地基反力法。该法将土体视为弹性体，用梁的弯曲理论来求解桩的水平抗力σx，并假设σx与桩的水平位移x成正比，且不计桩土之间的摩阻力以及邻桩对水平抗力的影响，即：Kx——地基的水平抗力系数。地基反力系数法所假定的4种较为常用的kx分布图式：1.计算参数单桩在水平荷载作用下所引起的桩周土的抗力不仅分布于荷载作用平面内，而且受桩截面形状的影响。计算时简化为平面受力，故取桩的截面计算宽度b0为：kf——桩的形状系数，方形截面桩kf＝1.0，圆形截面桩kf＝0.9；d——桩的直径，方形截面时为桩的边长b。

2.单桩挠曲微分方程及解答单桩桩顶荷载可分别按下列各式确定：式中n为同一承台中的桩数。

计算桩身抗弯刚度EI时，对于钢筋混凝土桩，可取EI=0.85EcI0，其中Ec为混凝土的弹性模量；I0为桩身换算截面惯性矩。单桩在H0、M0及地基水平抗力σx作用下产生挠曲变形，根据材料力学中粱的挠曲微分方程可得：3.桩身最大弯矩及其位置为了简化，可根据桩顶荷载及桩的变形系数,计算如下系数:由系数CⅠ查表得相应的换算深度和系数CⅡ。则桩身最大弯矩的深度和最大弯矩为：五、单桩水平承载力特征值确定单桩水平承载力的方法，以水平静载荷试验最能反映实际情况。此外，也可根据理论计算，有可能时还应参考当地经验。1、根据水平静载荷试验结果确定可根据桩的类型和材料，分别按强度控制和按变形控制来确定。⑴按变形控制确定对于混凝土顶制桩、钢桩、桩身全截面配筋率大于0.65％的灌注桩，根据静载试验结果取地面处水平位移为l0mm(对于水平位移敏感的建筑物取水平位移6mm)所对应的荷载为单桩水平承载为特征值。⑵按强度控制确定对于桩身配筋率小于0.65％的灌注桩，取单桩水平静载试验的临界荷载为单桩水平承载力特征值。2、根据计算方法确定⑴桩身配筋率小于0.65％的灌注桩的单桩水平承载力特征值（按强度控制）：2、根据计算方法确定⑵预制桩、钢桩、桩身配筋率大于0.65％的灌注桩等的单桩水平承载力特征值（按变形控制）；练习某直径为2m的灌注桩,ρ=0.68%,l=25m,桩顶允许水平位移０.００５m，桩侧水平抗力系数的比例系数m＝２５ＭＮ／m４，计算桩顶固接的单桩水平承载力（ＥＩ＝２.１４９×１０７ＫＮm２）桩基础设计设计要求1.桩基有足够的竖向与水平承载力；2.桩基的沉降与水平位移在允许范围内；3.设计方案在技术与经济上应合理可行。设计步骤1.选择桩的持力层、桩的类型和几何尺寸，初拟承台底面标高；2.确定单桩承载力特征值；3.确定桩的数量及其平面布置；4.验算桩基承载力和沉降量；5.必要时，验算桩基水平承载力和变形；6.桩身结构设计；7.承台设计与计算；8.绘制桩基施工图。设计前的资料收集1.上部结构的类型、尺寸、构造和使用要求；2.工程地质勘察报告；3.当地建材与施工能力、条件（包括施工机具、方法、经验等）；4.施工场地及周围环境（包括交通、进出场条件、周围建筑要求、环境要求等）。一、桩型、桩身断面尺寸，桩长及承台底面标高的选择（一）桩型的选择考虑因素1.荷载大小及性质；2.工程地质条件；3.施工条件；4.环境条件；5.经济条件。1.经济合理；2.安全适用。同一结构单元避免采用不同类型的桩。（二）桩断面尺寸的选择1.混凝土灌注桩断面形式：圆形沉管灌注桩直径：300~500mm；钻孔灌注桩直径：500~1200mm；扩底钻孔灌注桩：扩底直径1~2d.扩底钻孔灌注桩2.混凝土预制桩断面形式：方形、圆形、三角形等断面尺寸：≤550mm3.桩长的选择考虑因素：主要桩端持力层选择，同时考虑桩的材料及施工工艺。桩端持力层选择：较硬土层桩端全截面进入持力层深度：粘性土、粉土：≥2d；砂土：≥1.5d；碎石土：≥1d。有软弱下卧层时桩基下持力层厚度：≥4d嵌岩桩嵌入岩层深度：≥0.5m端承桩摩擦桩考虑因素：承载力与沉降量注意：1.同一种建筑物尽量采用同一种桩；2.除落在岩面上的桩，桩端间高差≤d；3.摩擦型桩，桩端间高差≤l/10；4.高层及荷载大的建筑物宜用大桩径(挖孔)。4.承台埋深的选择满足结构要求，方便施工；同浅基，d>0.5m；考虑特殊性土质对承台埋深的影响。平面布置一般原则1.群桩横截面的重心应与竖向永久荷载合力的作用点重合或接近。2.桩的间距一般采用3-4倍桩径。3.使桩基在其承受较大弯矩的方向上有较大的抵抗矩：外密内疏，探头桩等。三、桩的平面布置及桩数的确定（一）墙下桩基纵横墙交接处宜布置桩。墙下桩的平面布置单排布置双排布置交叉布置墙角布置（二）独立桩基1.桩的最小中心距：≥3d（一般3~4d)；2.边桩距承台边缘：≥d。柱下独立承台桩的平面布置二桩布置三桩布置四桩布置六桩布置㈢、桩数的确定承受竖向中心荷载的桩基，可按下式计算桩数：承受竖向偏心荷载的桩基Fk—标准组合时，承台顶面竖向力；Gk—承台及上覆土自重；Ra—单桩竖向承载力；n—桩基中的桩数；μ—偏心增大系数，一般取1.1~1.2。四、桩基础验算⑴桩顶荷载xi，yi

—第i根桩分别至通过桩群重心的y轴和x轴的距离Mx，My

—作用于桩群上的外力对通过桩群重心的x轴和y轴的力矩设计值(kNm)；四、桩基础验算⑵单桩承载力验算如图所示的桩基础，作用在桩基上（至承台底面）的竖向力F+G=25000KN，偏心距e=0.8m，则桩6的顶端压力值为

kN。

A.2662B.2891C.3210D.3588如图所示的桩基础，作用在桩基上（至承台底面）的竖向偏心力F+G=25000kN，所产生的弯矩为12000kNm，则桩1所受的最大压力为

kN。A.2861.6B.3000.0C.3625.0D.3806.12．钢筋混凝土扩展基础的埋深、底面尺寸、所受荷载等同题1，高0.5m，底面钢筋中心距混凝土底表面的距离为35mm，柱的截面尺寸为0.5m×0.5m，试计算抗冲切破坏验算中的Fl。（要求画出计算简图）。

四、桩基础验算⑶软弱下卧层承载力验算可分为整体冲剪破坏和基桩冲剪破坏两种情况验算时要求：①对桩距sa≤6d的群桩基础，一般可作整体冲剪破坏考虑，按式计算下卧层顶面σz：②对桩距sa＞6d、且硬持力层厚度t＜(sa-De)cotθ/2的群桩基础，以及单桩基础，应作基桩冲剪破坏考虑，下卧层顶面σz的表达式为：

练习12．在公式中，t是指

。A.桩底至软弱下卧层顶面的距离B.软弱下卧层的厚度C.地面至软弱下卧层顶面的距离D.地面至桩底的距离桩基沉降验算《规范》规定对以下建筑物的桩基应进行沉降验算：①.地基基础设计等级为甲级的建筑物桩基；②.体型复杂、荷载不均匀或桩端以下存在软弱土层的设计等级为乙级的建筑物桩基；③.摩擦型桩基。规范GB50007推荐的群桩沉降计算方法：

不考虑桩间土的压缩变形，采用单向分层总和法按下式计算桩基的最终沉降量：ψp应根据地区桩基础沉降观测资料及经验统计确定，不具备条件时可查下表：

地基内的应力分布采用线弹性理论⑴实体深基础法（桩距≤6d）⊙群桩与桩间土视为整体，桩端处为实体基础的埋深；⊙基底附加压力即为桩底平面处的附加压力。㈠考虑扩散作用0

—为桩长范围内各土层(厚度为hi)内摩擦角i的加权平均值。即㈡不考虑扩散作用支承面积为群桩外围的实际面积，基底附加压力为基础附加荷载减去群桩外围摩阻力后与支承面积之比。Mindlin应力公式法用叠加原理将各根桩在该点所产生的附加应力叠加按下式计算：Qp=aQ,a是桩端阻力比。

Ip,Is1,Is2--应力影响系数，可用对明德林应力公式进行积分的方式推导得出。

案例分析某建筑物，建筑桩基安全等级为二级，场地地层的土性如下表，柱下桩基础采用9根预制桩（33布置），截面积0.50.5m2，桩间距1.5m，承台面积44m2，假设传至承台顶面长期效应组合的竖向力Fk=3354KPa，桩基承载力满足规范要求，桩基沉降允许值为200mm，试进行群桩沉降验算。

桩基负摩阻力计算在考虑桩侧负摩阻力的桩基承载力验算中，单桩竖向承载力特征值Ra只计中性点以下部分的侧阻力和端阻力。l)摩擦型桩基

①取桩身计算中性点以上侧阻力为零，按下式验算单桩承载力：②当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载计入附加荷载验算桩基沉降。l)端承型桩基6.桩身结构设计(一)

钢筋混凝土预制桩方桩：当边长b=200~500mm桩长l=5~30m时：纵向钢筋4~8根，=12~25mm含钢率1％左右，最小不低于0.8%。箍筋6~8mm，@<200mm,桩顶、桩尖处加密。混凝土大于C30。保护层不小于35mm，预埋钢筋吊环。1.构造要求6.桩身结构设计(一)

钢筋混凝土预制桩计算表明，普通钢筋混凝土桩的配筋常由起吊立的强度计算控制。主筋通过计算确定。验算起吊、运输时桩内强度，方法如图。对于方形桩：MfyAs(b–2as)式中：M—根据起吊方式计算的桩身最大弯矩值(kNm)；fy—受拉钢筋强度设计值(kPa)；As—纵向受拉钢筋的截面积(m2)；b—方形桩的边长(m)；as—纵向受拉钢筋合力作用点荷截面近边的距离(m)。标准图集JSJT-89《全国通用建筑标准设计结构试用图集预制钢筋混凝土桩》中，给出了各类预制方桩的配筋与构造祥图，它们均按桩在吊运、运输、就位过程中可能产生的最大内力进行了强度和抗裂度验算，故设计时可以根据桩的截面与长度等直接从图集中选用。㈡灌注桩混凝土强度≥C20，主筋计算确定；需配筋时轴心受压、主筋最小配筋大于0.2%;受弯时，主筋最小配筋大于0.4%;抗拔时，通长配置。箍筋采用环式或螺旋箍筋，不小于6＠200~300mm,保护层厚度一般大于30mm水下大于50mm7.承台设计各种承台均应按国家现行《混凝土结构设计规范》进行受弯、受冲切、受剪切和局部受压计算。1.构造要求

承台的构造与配筋要求包括：承台的构造尺寸、承台的材料要求、承台的构造钢筋配置、桩与承台的连接、承台之间的连接及承台的埋置深度等。

⑴承台的构造尺寸d50~100mm大于300mm大于600mm(30~40)db>500mm1.0d15cm10cm(2)承台的材料要求砼等级≥C20；保护层厚度：有垫层≥40mm；无垫层≥70mm。(3)承台的构造钢筋配置应通长配置矩形承台板配筋宜按双向均匀布置d≥φ10＠100-200mm。对于三桩承台，应按三向板带均匀配置，最里面三根钢筋相交围成的三角形应位于柱截面范围以内。(4)桩与承台的连接1)桩顶嵌入承台的长度对大直径桩，不宜小于l00mm；对于中等直径桩不宜小于50mm。2)桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度不宜小于30倍主筋直径，对于抗拔桩不应小于40倍主筋直径。预应力混凝土桩可采用钢筋与桩头钢板焊接的连接方法。(5)承台的埋置深度

承台埋深应不小于600mm。在季节性冻土及膨胀土地区，其承台埋深一般宜埋设于冰冻线、大气影响线以下。(6)承台之间的连接1)柱下单桩：互相垂直方向设连系梁；2)两桩桩基的承台，短向设置连系梁；3)有抗震要求，纵横方向设连系梁；顶面与承台顶同一标高；4)连系梁b≥250mm，h取承台中心距的1/10—1/15；5)连系梁配筋：计算确定，

≥4φ12。柱下桩基独立承台受弯计算受冲切计算受剪切计算局部受压计算1、受弯计算①柱下多桩矩形承台⑵柱下三桩三角形承台①等边三桩承台式中M—由承台形心到承台边缘之距离范围内板带的弯矩设计值(kN·m);c—方柱的边长，圆柱是c=0.866d(m)。②等腰三桩承台Mx

、My—承台形心到承台两腰和底边距离范围内板带的弯矩设计值；c1

、c2—垂直和平行于承台底边的柱截面边长(m);s—长向桩的中心距离(m);—短向桩距与长向桩距之比，<0.5时，应按变截面的二桩承台设计2、受冲切计算冲切破坏方式可分为沿柱(墙)边的冲切和单一基桩对承台的冲切两类。

⑴柱对承台冲切的承载力计算⑵角桩对承台的冲切①多桩矩形承台②三桩三角形承台底部角桩顶部角桩3、受剪切计算斜截面受剪承载力可按下列公式计算：axh0bx承台计算宽度b0的确定方法①对阶梯形承台4、局部受压计算

当承台的混凝土等级低于柱或桩的混凝土强度等级时，尚应验算柱下或桩上承台的局部受压承载力。练习某6桩承台，采用C35级混凝土（ft=1.57N/mm2），F=12200KN，承台有效高度h0=1.2m,验算柱边斜截面受剪承载力。

No结构与地质资料桩型、桩长、桩距确定桩数桩基中单桩承载力验算软弱下