地基基础工程设计第三章深基础T

第3章

深基础内容提要概述桩基础基本知识轴向荷载下单桩的承载力群桩的承载力水平荷载下的桩基的承载力与沉降桩基础设计桩基础施工学习重点竖向荷载下单桩的工作性能以及荷载传递的特征和规律；按经验公式法确定单桩竖向抗压和抗拔承载力的计算，负摩阻力的概念以及计算方法；单桩在水平作用力下的工作特点以及桩的设计原则；群桩基础的设计方法和计算步骤。单桩水平承载力的确定方法学习目标１熟练掌握竖向荷载下单桩的工作性能以及荷载传递的特征和规律；２熟悉确定单桩竖向承载力的各类方法，熟练掌握按经验公式法确定单桩竖向抗压和抗拔承载力的计算，掌握负摩阻力的概念以及计算方法；３掌握单桩在水平作用力下的工作特点以及单桩水平承载力的确定方法；４熟悉群桩基础的工作特点，熟练掌握群桩基础的设计方法和计算步骤，了解群桩基础的沉降计算方法；５掌握桩的设计原则，了解桩的分类及各类桩的施工工艺；６了解沉井基础的构造及各组成部分的作用，熟悉沉井的施工工艺和沉井时可能遇到的问题及处理措施；７了解墩基础、地下连续墙等其他深基础的施工工艺与方法。3.1.1桩基础桩具有悠久的应用历史。新加坡高层建筑桩基础有四墩，每墩直径7.3ｍ，将荷载传递到下部持力性好的土层，承载力高，如下图所示。通常考虑下列情况选用桩基础方案：（１）不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其他重要的建筑物；（２）重型工业厂房和荷载过大的建筑物，如仓库、料仓等；（３）对烟囱、输电塔等高耸结构物，宜采用桩基以承受较大的上拔力和水平力，或用以防止结构物的倾斜时；（４）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；（５）软弱地基或某些特殊性土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。桩基础工程的特点如下（１）优点。将荷载传递到下部持力性好的土层，承载力高；沉降量小；抗震性能好，可穿过液化层；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。（２）缺点。桩基础施工对周边环境的影响主要有：预制桩施工产生的噪声；钻孔灌注桩施工产生的泥浆；有地下室时，或者在深基坑中做桩时，均有一定干扰。3.1.2沉井基础

沉井的应用已有很长的历史，它是由古老的掘井作业发展而成的一种施工方法，用沉井法修筑的基础叫做沉井基础２．沉井的特点（１）沉井的优点。①埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的承载面积，能承受较大的垂直荷载和水平荷载。②沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡土围堰结构物，施工工艺并不复杂。③沉井施工时对邻近建筑物尤其是软土中地下建筑物的基础影响小。（２）沉井的缺点。①施工期较长；②对粉细砂类土，在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜；③沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大，均会给施工带来一定困难。根据经济合理、施工上可能的原则，一般在下列情况，可以采用沉井基础：（１）上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，做扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其他深基础相比较，经济上较为合理的；（２）在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工时；（３）岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工围堰有困难时。３．沉沉井的的类型型和构构造（１））沉井井的分分类。。①按沉沉井的的施工工方法法分类类：一一般沉沉井、、浮运运沉井井。②按沉沉井的的建筑筑材料料分类类：混混凝土土沉井井、钢钢筋混混凝土土沉井井、竹竹筋混混凝土土沉井井。③按沉沉井形形状分分类。。ａ．按按沉井井的平平面形形状分分为圆圆形、、圆端端形、、矩形形，如如右图图所示示。ｂ．按按沉井井的立立面形形状分分为柱柱形、、阶梯梯形、、锥形形，如如图３３-5所示示。（２））沉井基基础的的构造造：沉井井的轮轮廓尺尺寸、、平面面形状状取决决于墩墩（台台）底底部的的形状状。对对矩形形或圆圆端形形墩，，可采采用相相应形形状的的沉井井，当当墩的的长宽宽比较较为接接近时时，可可采用用方形形或圆圆形沉沉井。。沉井井顶面面尺寸寸为墩墩（台台）身身底部部尺寸寸加襟襟边宽宽度。。沉井的的入土土深度度：根据据上部部结构构、水水文地地质条条件及及各土土层的的承载载力等等确定定。一般沉沉井构构造上上主要要由井井壁、、刃脚脚、隔隔墙、、井孔孔、凹凹槽、、射水水管、、封底底和顶顶板等等组成成，如如右图图所示示。４．沉井的的施工沉井基础施施工一般可可分为旱地上沉井井的施工、、水中沉井井的施工等。（１）旱地上沉井井的施工。桥梁墩台台位于旱地地时，沉井井可就地制制造、挖土土下沉、封封底、充填填井孔以及及浇筑顶板板，如图3-7所示示。（２）水中沉井的的施工。一般采用用筑岛法。。当水深小小于3m，，流速≤1.5m/s时，可可采用砂或或砾石在水水中筑岛[图3-8(a)]，周围用用草袋围护护；若水深深或流速加加大，可采采用围堤防防护筑岛[图3-8(b)]；当水深深较大(通通常<15m)或流流速较大时时，宜采用用钢板桩围围堰筑岛[图3-8(c)]。５．沉井下下沉过程中中可能出现现的问题及及处理（１）偏斜。偏斜原因因：土岛表表面松软，，河底土质质软硬不匀匀；井壁与与刃脚中线线不重合；；抽垫方法法欠妥，回回填不及时时；除土不不均匀对称称；刃脚遇遇障碍物顶顶住而未及及时发现；；排土堆放放不合理，，或单侧受受水流冲击击淘空等导导致沉井承承受不对称称外力作用用。发生倾倾斜的纠正正方法：在在沉井高的的一侧集中中挖土，在在低的一侧侧回填砂石石；在沉井井高的一侧侧加重物或或用高压射射水冲松土土层；在沉沉井顶面施施加水平力力扶正。（２）沉井下沉困困难。①原因：开开挖面深度度不够，正正面阻力大大；偏斜，，或刃脚下下遇到障碍碍物、坚硬硬岩层和土土层；井壁壁摩阻力大大于沉井自自重；井壁壁无减阻措措施或泥浆浆套、空气气幕等减阻阻构件遭到到破坏。②解决下沉困困难的措施施主要是增增加压重和和减小井壁壁摩阻力。。增加压重重的方法：：提前接筑筑下节沉井井；在井顶顶加压砂袋袋、钢轨等等重物；不不排水下沉沉时，可井井内抽水。。减小井壁壁摩阻力的的方法：井井壁内埋设设高压射水水管组，射射水辅助下下沉；利用用泥浆套或或空气幕辅辅助下沉；；增大开挖挖范围和深深度；必要要时还可采采用０．１１～０．２２ｋｇ炸药药起爆助沉沉。（３）突沉。①原因：井井壁摩阻力力较小，当当刃脚下土土被挖除时时，沉井支支承削弱；；排水过多多；挖土太太深；出现现塑流。②防止突沉的的措施：控控制均匀挖挖土，减小小刃脚处挖挖土深度；；在设计时时可采用增增大刃脚踏踏面宽度或或增设底梁梁的措施提提高刃脚阻阻力。（４）流砂。①原因：土土中动水压压力的水头头梯度大于于临界值。。②防止流流砂的措措施：排排水下沉沉时发生生流砂，，可向井井内灌水水；不排排水除土土下沉时时，应减减小水头头梯度；；采用井井点，或或深井和和深井泵泵降水。。3.1.3沉沉箱基础础沉箱的组组成。沉箱由由顶盖和和侧壁组组成（图图下），，其侧壁壁也称刃刃脚。顶顶盖留有有孔洞，，以安设设向上接接高的气气筒（井井管）和和各种管管路。气气筒上端端连以气气闸。气气闸由中中央气闸闸、人用用变气闸闸及料用用变气闸闸（或进进料筒、、出土筒筒）组成成。在沉沉箱顶盖盖上安装装围堰或或砌筑永永久性外外壁。顶顶盖下的的空间称称工作室室。3.1.4地地下连续续墙基础础1．地下下连续墙墙的结构构形式地下连续续墙在工工程应用用中，主主要有以以下四种种类型：：作为地地下工程程基坑的的挡土防防渗墙，，它是施施工用的的临时结结构；在在开挖期期作为基基坑施工工的挡土土防渗结结构，以以后与主主体结构构侧墙以以某种形形式结合合，作为为主体结结构侧墙墙的一部部分；在在开挖期期作为挡挡土防渗渗结构，，以后单单独作为为主体结结构侧墙墙使用；；作为建建筑物的的承重基基础、地地下防渗渗墙、隔隔振墙等等。目前前在工程程中应用用的地下下连续墙墙的结构构形式主主要有壁壁板式、、Ｔ形和和П形地地下连续续墙、格格形地下下连续墙墙、预应应力或非非预应力力Ｕ形折折板地下下连续墙墙等几种种形式，，如图3-10所示。。2．．地地下下连连续续墙墙的的施施工工在地地面面上上用用抓抓斗斗式式或或回回转转式式等等成成槽槽机机械械，，沿沿着着开开挖挖工工程程的的周周边边，，在在泥泥浆浆护护壁壁的的情情况况下下开开挖挖一一条条狭狭长长的的深深槽槽，，形形成成一一个个单单元元槽槽段段后后，，在在槽槽内内放放入入预预先先在在地地面面上上制制作作好好的的钢钢筋筋笼笼，，然然后后用用导导管管法法浇浇灌灌混混凝凝土土，，完完成成一一个个单单元元的的墙墙段段，，各各单单元元墙墙段段之之间间以以特特定定的的接接头头方方式式相相互互连连接接，，形形成成一一条条地地下下连连续续墙墙壁壁（（图图3-13））。。现浇浇钢钢筋筋混混凝凝土土壁壁板板式式连连续续墙墙的的主主要要施施工工程程序序有有：：修筑筑导导墙墙，制备备与与处处理理泥泥浆浆，挖掘掘深深槽槽，制备备与与吊吊装装钢钢筋筋笼笼，浇筑筑混混凝凝土土墙墙体体。下下图图为为修修筑筑导导墙墙中中的的常常用用的的钢筋筋混混凝凝土土墙墙断断面面。。３.２２桩桩基基础础基基本本知知识识3.2.1桩桩基基础础的的概概念念与与分分类类１．．桩桩基基础础的的基基本本构构造造和和特特点点桩基基础础可可以以是是单根根桩桩，也也可可以以是是单排排桩桩或或多多排排桩桩。对对于于多多柱柱式式桥桥墩墩单单排排桩桩基基础础，，当当桩桩外外露露在在地地面面上上较较高高时时，，桩桩间间以以横横系系梁梁相相联联，，以以加加强强各各桩桩的的横横向向联联系系。。多多数数情情况况下下桩桩基基础础是是由由多多根根桩桩组组成成的的群群桩桩基基础础，，基基桩桩可可全全部部或或部部分分埋埋入入地地基基土土中中，，如如右右图图所示示。。（１１））桩基基的的作作用用：穿穿过过软软弱弱的的压压缩缩性性土土层层或或水水，，使使桩桩底底坐坐落落在在更更密密实实的的地地基基持持力力层层上上。。（２））承台的的作用用：将外外力传传递给给各桩桩并将将各桩桩联成成一个个整体体共同同承受受外荷荷载。。（３））桩基础础的优优点：承载载力高高、稳稳定性性好、、沉降降量小小而均均匀，，在深深基础础中具具有耗耗用材材料少少、施施工简简便等等特点点。在在深水水河道道中，，可避避免或或减少少水下下工程程，简简化施施工设设备和和技术术要求求，加加快施施工速速度并并改善善工作作条件件。（４））桩基础础的适适应性性：近代代在桩桩基础础的类类型、、沉桩桩机具具和施施工工工艺以以及桩桩基础础理论论等方方面都都有了了很大大发展展，因因此能能以不不同类类型的的桩基基础的的施工工方法法适应应不同同的水水文地地质条条件、、荷载载性质质和上上部结结构特特征，，故桩桩基础础具有有较好好的适适应性性。２．桩基础的的适用条条件（１）荷荷载较大大，地基基上部土土层软弱弱，适宜宜的地基基持力层层位置较较深，采采用浅基基础或人人工地基基在技术术上、经经济上不不合理时时；（２）河河床冲刷刷较大，，河道不不稳定或或冲刷深深度不易易计算正正确，位位于基础础或结构构物下面面的土层层有可能能被侵蚀蚀、冲刷刷，如采采用浅基基础不能能保证基基础安全全时；（３）当地基基计算沉降过过大或建筑物物对不均匀沉沉降敏感时，，采用桩基础础穿过松软（（高压缩）土土层，将荷载载传到较坚实实（低压缩性性）土层，以以减少建筑物物沉降并使沉沉降较均匀；；（４）当建筑筑物承受较大大的水平荷载载，需要减少少建筑物的水水平位移和倾倾斜时；（５）当施工工水位或地下下水位较高，，采用其他深深基础施工不不便或经济上上不合理时；；（６）地震区区，在可液化化地基中，采采用桩基础可可增加建筑物物抗震能力，，桩基础穿越越可液化土层层并伸入下部部密实稳定土土层，可消除除或减轻地震震对建筑物的的危害。3．桩基础分分类（１）按承台台位置分类。。桩基础按承承台位置可分分为高桩承台台基础和低桩桩承台基础，，简称高桩承承台和低桩承承台。高桩承承台的承台底底面位于地面面或冲刷线以以上，低桩承承台的承台底底面位于地面面或冲刷线以以下，如下图图所示。（２）按施工工方法分类。。桩基础按施施工方法可以以分为沉桩（预制桩桩）、灌注桩桩、管柱基础础、钻埋空心心桩。其中，沉桩桩（预制桩））包括打入桩桩（锤击桩））、振动下沉沉桩和静力压压桩。灌注桩桩包括钻孔灌灌注桩、挖孔孔灌注桩和沉沉管灌注桩。。（３）按设置置效应分类。。按设置效应应，桩基础可可以分为挤土桩、部分分挤土桩和非非挤土桩。（４）按桩土土相互作用特特点分类。按按桩土相互作作用特点，桩桩基础可以分分为竖向受荷桩（摩擦桩、端端承桩或柱桩桩）、横向受荷桩（主动桩、被被动桩、竖直直桩与斜桩））、桩墩（端承桩墩、、摩擦桩墩））。（５）按桩身身材料分类。。根据桩的材材料，桩可分分为木桩（包括竹桩））、混凝土桩（含钢筋混凝凝土桩和预应应力钢筋混凝凝土桩）、钢桩和组合桩桩。（６）按桩径径大小分类。。桩径大小不不同的桩，其其承载性能不不同，设计的的要求不同，，更为重要的的是施工工艺艺和施工设备备不相同，这这类桩各适用用于不同的工工程项目和不不同的经济条条件。①小直径桩：：犱≤２５００ｍｍ。②中等直径桩桩：２５０ｍｍｍ＜犱＜８８００ｍｍ。。③大直径桩：：犱≥８０００ｍｍ。４．桩与桩基基础的构造（１）各种基基桩的构造。。①钢筋混凝土土钻（挖）孔孔灌注桩。采采用就地灌注注的钢筋混凝凝土桩（图3-20），，桩身常为实实心断面。②钢筋混凝土土预制桩。沉沉桩（打入桩桩和振动下沉沉桩）采用预预制的钢筋混混凝土桩，有有实心的圆桩桩和方桩（少少数为矩形桩桩），有空心心的管桩，另另外还有管柱柱（用于管柱柱基础），如如图3-21和图3-22所示。（４）桩与承承台、横系梁梁的连接。（２）桩的布布置和中距。。3.2.2桩桩型与成桩桩方法的选择择桩型与成桩工工方法的选择择应考虑多方方面的因素，，主要有：①建筑物本身的的要求，如荷荷载的形式和和量级、工期期的要求等；；②工程地质和水水文地质条件件；③场地的环境，，对环境的保保护要求等；；④设备材料和运运输条件，施施工技术力量量，施工设备备和材料的供供应可能性等等；⑤经济分析。１．预制桩桩的特点和和适用条件件（１）优点：桩的单位位面积承载载力高，打打入土层时时使松软土土层挤密，，从而使承承载力提高高；桩身质质量较易保保证和检查查；易于在在水上施工工；桩身混混凝土的密密度大，抗抗腐蚀性强强；施工工工效高，施施工工序简简单。（２）缺点：单价较灌灌注桩高，，预制桩需需要配较多多的钢筋以以抵抗搬运运、起吊和和锤击时的的应力；施施工噪声大大，污染环环境，不宜宜在城市中中使用；预预制桩是挤挤土桩，群群桩施工时时将引起周周围地面的的隆起，对对周围有影影响；受到到起吊设备备能力的限限制，单节节预制桩的的长度不能能过长，一一般为十余余米，长桩桩时需接桩桩，桩的接接头常形成成桩身的薄薄弱环节，，关键在于于制造的施施工工艺质质量；不易易穿透较厚厚的坚硬土土层；打入入后桩长超超过要求时时，截桩较较困难。（３）适用条件：不需考虑虑噪声污染染和振动影影响的环境境；持力层层上覆盖的的为松软土土层，没有有坚硬的夹夹层；持力力层顶面起起伏变化不不大，桩长长易于控制制，减少截截桩；水下下桩基工程程；大面积积打桩工程程，打入桩桩的工序和和设备简单单，工效高高，桩数量量多时有较较高的经济济效益。２．灌注桩桩的特点和和适用条件件（１）优点：可适用于于各种地层层；桩长可可随持力层层起伏而改改变，不需需截桩、没没有接头；；仅承受轴轴向压力时时不用配置置钢筋，节节约钢材；；采用大直直径钻孔或或挖孔灌注注桩时单桩桩的总承载载力大；一一般情况下下比预制桩桩经济。（２））缺点：桩的的质量量不易易控制制和保保证，，容易易在灌灌注混混凝土土过程程中出出现断断桩、、缩颈颈、露露筋和和泥夹夹层等等现象象；桩桩身直直径比比较大大，孔孔底沉沉积物物不易易清除除干净净，因因而单单桩的的承载载力的的变化化较大大；大大直径径灌注注桩做做压载载试验验的费费用昂昂贵。。（３）适用条件：一般情况况下不宜用用于水下桩桩基。3.2.3桩基设设计原则桩基设计应应力求做到到安全全适适用用、、经经济济合合理理，主主要要包包括括收集集资资料料和设计计两部部分分。。１．．收集集资资料料（１１））进进行行调调查查研研究究，，了了解解结结构构的的平平面面布布置置、、上上部部荷荷载载大大小小及及使使用用要要求求等等；；（２２））工工程程地地质质勘勘探探资资料料的的收收集集和和阅阅读读，，了了解解勘勘探探孔孔的的间间距距、、钻钻孔孔深深度度以以及及土土层层性性质质，，桩桩基基确确定定持持力力层层；；（３３））掌掌握握施施工工条条件件和和施施工工方方法法，，如如材材料料、、设设备备以以及及施施工工人人员员等等。。２．．设计计步步骤骤（１１））确确定定桩桩的的类类型型和和外外形形尺尺寸寸，，确确定定承承台台埋埋深深；；（２２））确确定定单单桩桩竖竖向向承承载载力力特特征征值值和和水水平平承承载载力力特特征征值值；；（３３））初初步步拟拟定定桩桩的的数数量量和和平平面面布布置置；；（４４））计计算算单单桩桩上上的的竖竖向向和和水水平平荷荷载载，，确确定定群群桩桩承承载载力力；；（５５））必必要要时时验验算算地地基基沉沉降降；；（６６））承承台台结结构构设设计计；；（７７））绘绘制制桩桩和和承承台台的的结结构构以以及及施施工工图图。。３．．设计计要要求求《建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范》》（（GB50007——2011））第第8.5.2条条.3.2.4桩桩基基技技术术发发展展趋趋势势１．．在在小小型型桩桩基基础础方方面面２．．在在超超长长桩桩基基础础方方面面３．．在在桩桩基基负负摩摩阻阻力力方方面面４．．在在桩桩基基础础水水平平荷荷载载力力作作用用方方面面５．．支支盘盘桩桩和和螺螺杆杆桩桩等等特特殊殊桩桩型型基基础础６．．桩桩工工机机械械现现状状７．．基基桩桩动动测测技技术术3.3轴轴向向荷荷载载下下单单桩桩的的承承载载力力3.3.1受受压压单单桩桩的的破破坏坏类类型型与与荷荷载载传传递递１．．受受压压单单桩桩的的破破坏坏类类型型（１１））桩桩身身材材料料屈屈服服。。图图a（２２））持持力力层层土土整整体体剪剪切切破破坏坏。。图图b（３３））刺刺入入剪剪切切破破坏坏。。图图c２．．单单桩桩荷荷载载传传递递桩顶顶在在竖竖向向荷荷载载作作用用下下的的传传递递规规律律：：（１１））桩桩侧侧摩摩阻阻力力是是自自上上而而下下逐逐渐渐发发挥挥的的，，而而且且不不同同深深度度土土层层的的桩桩侧侧摩摩阻阻力力是是异异步步发发挥挥的的；；（２２））当当桩桩土土相相对对位位移移大大于于各各种种土土性性的的极极限限位位移移后后，，桩桩土土之之间间要要产产生生滑滑移移，，滑滑移移后后其其抗抗剪剪强强度度将将由由峰峰值值跌跌落落为为残残余余强强度度，，亦亦即即滑滑移移部部分分的的桩桩侧侧土土产产生生软软化化；；（３）桩桩端阻力力和桩侧侧阻力是是异步发发挥的。。只有当当桩身轴轴力传递递到桩端端并对桩桩端土产产生压缩缩时才会会产生桩桩端阻力力，而且且一般情情况下（（当桩端端土较坚坚硬时）），桩端端阻力随随着桩端端位移的的增大而而增大；；（４）单单桩竖向向极限承承载力是是指静载载试验时时单桩桩桩顶所能能稳定承承受的最最大试验验荷载。。用荷载载传递法法来描述述上述荷荷载传递递过程：：把桩沿沿桩长方方向离散散成若干干单元，，假定桩桩体中任任意一点点的位移移只与该该点的桩桩侧摩阻阻力有关关，用独独立的线线性或非非线性弹弹簧来模模拟土体体与桩体体单元之之间的相相互作用用。取深度z处的微微小桩段段dz，，由力的的平衡条条件得由桩身压压缩变形形ｄs（（z）与与轴力Q（z））之间的的关系可得z断断面荷载载为断面沉降降以上各各式中，，A为桩桩身横截截面面积积（ｍ２２），Eｐ为桩桩身弹性性模量，，U为桩桩身周长长。3.3.2单单桩承载载力的确确定根据《建建筑桩基基技术规规范》（（JGJ94——2008）和和《建筑筑地基基基础设计计规范》》（GB50007——2011）设计采用用的单桩桩竖向极极限承载载力标准准值应符符合下列列规定：：（１）设设计等级级为甲级级的建筑筑桩基，，应通过过单桩静静载试验验确定；；（２））设计计等级级为乙乙级的的建筑筑桩基基，当当地质质条件件简单单时，，可参参照地地质条条件相相同的的试桩桩资料料，结结合静静力触触探等等原位位测试试和经经验参参数综综合确确定；；其余余均应应通过过单桩桩静载载试验验确定定；（３））设计计等级级为丙丙级的的建筑筑桩基基，可可根据据原位位测试试和经经验参参数确确定。。（４））桩的的极限限侧阻阻力标标准值值和极极限端端阻力力标准准值宜宜通过过埋设设桩身身轴力力测试试元件件由静静载试试验确确定，，并通通过测测试结结果建建立极极限侧侧阻力力标准准值和和极限限端阻阻力标标准值值与土土层物物理指指标、、岩石石饱和和单轴轴抗压压强度度以及及与静静力触触探等等土的的原位位测试试指标标间的的经验验关系系，以以经验验参数数法确确定单单桩竖竖向极极限承承载力力。１．根根据桩桩身材材料确确定在竖向向荷载载作用用下桩桩向下下移动动，周周围土土层对对桩产产生向向上的的摩阻阻力，，并在在桩端端产生生向上上的反反力，，所以以在荷荷载作作用下下摩擦擦桩的的承载载力可可用下下式表表示：：我国国国家标标准《《建筑筑地基基基础础设计计规范范》（（ＧＢＢ50007——2011）中中规定定，当当桩的的竖向向荷载载特征征值确确定后后，桩桩身强强度应应符合合下式式要求求：对钢套管管混凝土土灌注桩桩和钢筋筋混凝土土桩，应应考虑钢钢材和钢钢筋的抗抗压强度度式２．利利用原原位测测试法法确定定（１））当根根据单单桥探探头静静力触触探资资料确确定混混凝土土预制制桩单单桩竖竖向极极限承承载力力标准准值时时，如如无当当地经经验，，可按按下式式计算算：（２）当根根据双桥探探头静力触触探资料确确定混凝土土预制桩单单桩竖向极极限承载力力标准值时时，对于黏黏性土、粉粉土和砂土土，如无当当地经验时时可按下式式计算：３．采用经经验参数公公式法确定定（１）当根根据土的物物理指标与与承载力参参数之间的的经验关系系确定单桩桩竖向极限限承载力标标准值时，，宜按下式式估算：（２）根据据土的物理理指标与承承载力参数数之间的经经验关系，，确定大直直径桩单桩桩极限承载载力标准值值时，可按按下式计算算：４．嵌岩桩桩桩端置于于完整、较较完整基岩岩的嵌岩桩桩单桩竖向向极限承载载力，由桩桩周土总极极限侧阻力力和嵌岩段段总极限阻阻力组成。。当根据岩岩石单轴抗抗压强度确确定单桩竖竖向极限承承载力标准准值时，可可按下列公公式计算：：５．后注浆浆灌注桩后后注浆灌注注桩的单桩桩极限承载载力，应通通过静载试试验确定。。在符合注注浆技术实实施规定的的条件下，，其后注浆浆单桩极限限承载力标标准值可按按下式估算算：６．按单桩桩竖向抗压压静载试验验法确定（１）静载载试验装置置及方法。。（２）终止止加载条件件。①在某级荷载载下，桩顶顶沉降量为为前一级荷荷载下沉降降量的５倍倍；②某级荷载下下，桩顶沉沉降量大于于前一级荷荷载下沉降降量的２倍倍，且经２２４ｈ尚未未达到相对对稳定；③已达到锚桩桩最大抗拔拔力或压重重平台的最最大重量时时。（３）按试试验成果确确定单桩承承载力。７．采用静静力触探法法确定８．按土的的抗剪强度度指标确定定以土力学原原理为基础础的单桩极极限承载力力公式在土土的抗剪强强度指标的的取值上考考虑了理论论公式所无无法概括的的一些影响响因素，例例如土的类类别、排水水条件、桩桩的类型和和设置效应应等，其单单桩极限承承载力犙ｕｕ一般可用用下式表示示：对于黏性土土中的桩，，因桩在设设置和受荷荷初期，桩桩周土来不不及排水固固结，一般般以短期承承载力控制制设计，宜宜按总应力力分析法取取不排水强强度犆ｕ估估算，故：：3.3.3桩基负负摩阻力当桩周土体体因某种原原因发生下下沉，其沉沉降变形大大于桩身的的沉降变形形时，在桩桩侧表面的的全成一部部分面积上上将出现向向下作用的的摩阻力，，称其为负负摩阻力，，如图３-３０所示示。１．桩的负负摩阻力产产生的原因因（１）在桩桩附近地面面大量堆载载，引起地地面沉降。。（２）土层层中抽取地地下水或其其他原因，，地下水位位下降，使使土层产生生自重固结结下沉。（３）桩穿穿过欠压密密土层（如如填土）进进入硬持力力层，土层层产生自重重固结下沉沉。（４）桩数数很多的密密集群桩打打桩时，桩桩周土中产产生很大的的超孔隙水水压力，打打桩停止后后桩周土的的再固结作作用引起下下沉。（５）在黄黄土、冻土土中的桩，，因黄土湿湿陷、冻土土融化产生生地面下沉沉。２．负摩阻阻力的机理理与特性3.3.4桩基的的抗拔承载载力主要承受竖竖向抗拔荷荷载的桩称称竖向抗拔拔桩。某些些建筑物，，如海洋建建筑物、高高耸的烟囱囱、高压输输电铁塔、、受巨大浮浮托力的地地下建筑物物、特殊土土如膨胀土土和冻土上上的建筑物物等，它们们所受的荷荷载往往会会使其下的的桩基中的的某部分受受到上拔力力的作用。。桩的抗拔拔承载力主主要取决于于桩身材料料强度及桩桩与土之间间的抗拔侧侧阻力和桩桩身自重。。对桩的抗拔拔极限承载载力的计算算公式一般般可以分成成两大类。。一类是理理论计算公公式，此类类公式是先先假定不同同的桩的破破坏模式，，然后以土土的抗剪强强度和侧压压力系数等等主要参数数进行承载载力计算。。１．单桩抗抗拔静载试试验２．经验公公式法（１）单桩桩或群桩基基础呈非整整体性破坏坏时，基桩桩的抗拔极极限承载力力标准值计计算式为（２）群桩桩基础呈整整体性破坏坏时，基桩桩的抗拔极极限承载力力标准值计计算式为3.4群群桩的承载载力3.4.1端承型型群桩基础础对于端承型型群桩基础础，由于持持力层坚硬硬，压缩性性很低，桩桩顶沉降较较小，桩侧侧摩阻力不不易发挥，，桩顶荷载载基本上通通过桩身直直接传到桩桩端处土层层上（图））。桩端处处压力较集集中，各桩桩端的压力力彼此互不不影响，可可近似认为为端承型群群桩基础中中各基桩的的工作性状状与单桩基基本一致，，桩间土基基本不承受受荷载，群群桩基础的的承载力即即为单桩承承载力之和和。群桩的的沉降量也也与单桩基基本相同，，即群桩效效应系数ηη＝１。因因此，端承承型群桩基基础无群桩桩效应。式中中Pｕｕ、、Qｕｕ——————群群桩桩和和单单桩桩的的极极限限承承载载力力（（ｋｋＮＮ））；；n——————群群桩桩中中的的桩桩数数。。3.4.2摩摩擦擦型型群群桩桩基基础础群桩桩效效应应具具体体特特征征如如下下。。（１１））预预制制桩桩沉沉桩桩：：对对砂砂土土、、一一般般黏黏性性土土和和填填土土有有挤挤密密作作用用，，使使承承载载力力增增加加饱饱和和黏黏土土，，超超静静孔孔压压积积累累，，地地面面上上浮浮，，先先入入桩桩后后上上浮浮，，土土层层扰扰动动，，使使承承载载力力降降低低。。（２２））应应力力叠叠加加：：桩桩底底应应力力增增加加，，承承载载力力不不足足，，总总的的沉沉降降量量增增加加。。（３３））桩桩之之间间互互相相调调节节：：个个别别桩桩承承载载力力低低总总体体上上可可互互补补，，个个别别桩桩受受荷荷，，其其他他桩桩帮帮助助传传递递荷荷载载。。（４）承台可可部分承受荷荷载。3.4.3承承台下土对对荷载的分担担作用对于摩擦型桩桩基，在竖向向荷载作用下下而发生沉降降，承台底一一般会受到土土反力的作用用，而使一部部分荷载为承承台下土来承承担。而传统统的方法认为为，荷载全部部由桩承担，，承台底地基基土不分担荷荷载，这种考考虑无疑是偏偏于安全的。。二十多年来来的大量室内内研究和现场场检测表明：：对于摩擦型型桩基，除了了承台底面存存在几类特殊殊性质土层和和动力作用的的情况外，承承台下的桩间间土均参与承承担部分外荷荷载，且承载载的比例随桩桩距的增大而而增大。显然承台下桩桩间土的承载载能力取决于于桩和桩间土土的刚度，而而先决条件是是承台底面必必须与土保持持接触而不能能脱开。3.4.4确确定基桩承承载力特征值值的规范方法法《建筑桩基技技术规范》（（JGJ94—2008）第8.5.4条规定定，群桩中单单桩桩顶竖向向力应按下列列公式进行计计算：１．轴心竖向力作作用下式中Fｋ————相应于于作用的标准准组合时，作作用于桩基承承台顶面的竖竖向力（ｋＮＮ）；Gｋ———桩桩基承台自重重及承台上土土自重标准值值（ｋＮ）；；Qｋ———作作用的标准组组合时，轴心心竖向力作用用下任一单桩桩的竖向力（（ｋＮ）；n———桩基基中的桩数。。２．偏心竖向力作作用下式中Qｋ————作用的的标准组合时时，偏心竖向向力作用下第第i根桩的竖竖向力（KN）；Mｘｋ、Mｙｙｋ———标标准组合作用用于承台底面面通过桩群形形心的x、y轴的力矩（（KN·ｍ））；xi、yi————桩犻至至桩群形心的的y、x轴线线的距离（ｍｍ）。３．水平力作用下下式中犎ｋ————相应于于作用的标准准组合时，作作用于承台底底面的水平力力（KN）；；犎犻ｋ————相应于作用用的标准组合合时，作用于于任一单桩的的水平力（KN）。3.5水平平荷载下桩基基的承载力与与沉降3.5.1水水平荷载下下桩的工作性性状１．水平荷载载作用下桩的的破坏性状（１）刚性桩桩。（２）弹性桩桩。２．单桩在水水平荷载作用用下的工作性性状3.5.2水水平荷载作作用下的理论论计算现在较普遍采采用的是将桩桩视为弹性地地基上的梁。。这是因为在在桩顶受到竖竖轴向力、横横轴向力和弯弯矩作用时，，如果略去轴轴向力的影响响，桩就可以以看做一个设设置在弹性地地基中的竖梁梁（若作用于于杆的力或弯弯矩均与杆的的轴线相垂直直，并使该杆杆发生弯曲，，杆就称为梁梁）。求解其内力的的方法有三种种：一种是直直接用数学方方法解桩在受受荷后的弹性性挠曲微分方方程，再从力力的平衡条件件求出桩各部部分的内力和和位移（这是是当前广泛采采用的一种））；另一种是是将桩分成有有限段，用差差分式近似代代替桩的弹性性挠曲微分方方程中的各阶阶导数式而求求解的有限差差分法；第三三种则是将桩桩划分为有限限单元的离散散体，然后根根据力的平衡衡和位移协调调条件，解得得桩的各部分分内力和位移移的有限元法法。１．桩的计算算参数根据《建筑桩桩基技术规范范》（JGJ94—2008）的第第5.7.5条，桩的水水平变形系数数和地基土水水平抗力系数数可按下列规规定确定。（１）桩的水水平变形系数数α：（２）桩侧土土水平抗力系系数的比例系系数犿，宜通通过单桩水平平静载试验确确定，当无静静载试验资料时，可按表表３-１７取取值。２．桩的挠曲曲微分方程的的建立及其解解３．桩顶水平平位移４．桩身最大大弯矩及其位位置3.5.3单单桩水平静静载试验桩的水平静载载试验是确定定桩的横轴向向承载力的较较可靠的方法法，也是常用用的研究分析析试验方法。。试验是在现现场进行，所所确定的单桩桩横轴向承载载力和地基土土的水平抗力力系数最符合合实际情况。。如果预先已已在桩身埋有有量测元件，，则可测定出出桩身应力变变化，并由此此求得桩身弯弯矩分布。试验方法主要要有两种：单单向多循环加加卸载法和慢慢速连续法。。一般采用前前者，对于受受长期横向荷荷载的桩可采采用后者。桩桩水平静载试试验装置示意意如图３-４４１所示。桩承受受水平平荷载载的试试验可可在两两根桩桩间放放置一一个千千斤顶顶，在在这两两根桩桩间施施加水水平力力。如如果做做力矩矩产生生水平平位移移的试试验，，可在在地面面上一一定高高度给给桩施施加水水平力力，必必要时时还可可进行行带承承台桩桩的荷荷载试试验。。水平平位移移用大大量程程百分分表测测量，，试验验结果果整理理成水水平荷荷载（（H００）时间间（t）水平平位移移（x０））的曲曲线，，如图图３-４２２所示示。3.6桩桩基础设计计3.6.1桩基础础设计的一一般规定桩的作用是是把建筑物物的荷载传传递给地基基，不同桩桩径、不同同桩长、不不同形状、、不同材质质、不同施施工方法和和不同地质质状况的桩桩，单桩承承载力和变变形特征不不同。桩基基础应按下下列两类极极限状态设设计。（１）承承载能力力极限状状态：桩桩基达到到最大承承载能力力、整体体失稳或或发生不不适于继继续承载载的变形形；（２）正正常使用用极限状状态：桩桩基达到到建筑物物正常使使用所规规定的变变形限值值或达到到耐久性性要求的的某项限限值。桩基应根根据具体体条件分分别进行行下列承承载能力力计算和和稳定性性验算。。（１）应应根据桩桩基的使使用功能能和受力力特征分分别进行行桩基的的竖向承承载力计计算和水水平承载载力计算算。（２）应应对桩身身和承台台结构承承载力进进行计算算；对于于桩侧土土不排水水抗剪强强度小于于１０ｋｋＰａ且且长径比比大于５５０的桩桩应进行行桩身压压屈验算算；对于于混凝土土预制桩桩应按吊吊装、运运输和锤锤击作用用进行桩桩身承载载力验算算；对于于钢管桩桩应进行行局部压压屈验算算。（３）当当桩端平平面以下下存在软软弱下卧卧层时，，应进行行软弱下下卧层承承载力验验算。（４）对对位于坡坡地、岸岸边的桩桩基应进进行整体体稳定性性验算。。（５）对对于抗浮浮、抗拔拔桩基，，应进行行基桩和和群桩的的抗拔承承载力计计算。（６）对对于抗震震设防区区的桩基基应进行行抗震承承载力验验算。下列建筑筑桩基应应进行沉沉降计算算。（１）设设计等级级为甲级级的非嵌嵌岩桩和和非深厚厚坚硬持持力层的的建筑桩桩基；（２）设设计等级级为乙级级的体型型复杂、、荷载分分布显著著不均匀匀或桩端端平面以以下存在在软弱土土层的建建筑桩基基；（３）软软土地基基多层建建筑减沉沉复合疏疏桩基础础。桩基基设计时时，所采采用的作作用效应应组合与与相应的的抗力应应符合下下列规定定。（１）确确定桩数数和布桩桩时，应应采用传传至承台台底面的的荷载效效应标准准组合；；相应的的抗力应应采用基基桩或复复合基桩桩承载力力特征值值。（２）计计算荷载载作用下下的桩基基沉降和和水平位位移时，，应采用用荷载效效应准永永久组合合；计算算水平地地震作用用、风载载作用下下的桩基基水平位位移时，，应采用用水平地地震作用用、风载载效应标标准组合合。（３）验验算坡地地、岸边边建筑桩桩基的整整体稳定定性时，，应采用用荷载效效应标准准组合；；抗震设设防区，，应采用用地震作作用效应应和荷载载效应的的标准组组合。（４）在在计算桩桩基结构构承载力力、确定定尺寸和和配筋时时，应采采用传至至承台顶顶面的荷荷载效应应基本组组合。当当进行承承台和桩桩身裂缝缝控制验验算时，，应分别别采用荷荷载效应应标准组组合和荷荷载效应应准永久久组合。。（５）桩桩基结构构设计安安全等级级、结构构设计使使用年限限和结构构重要性性系数γ０应按现现行有关关建筑结结构规范范的规定定采用，，除临时时性建筑筑外，重重要性系系数γ０不应小于于１．０。。3.6.2桩基础础设计的步步骤桩基础设计计应力求做做到安全适适用、经济济合理，设设计过程主主要包括收收集资料和和设计两部部桩基础设设计的一般般步骤为：：（１）确定定桩的类型型和外形尺尺寸，确定定承台埋深深；（２）确定定单桩竖向向承载力特特征值和水水平承载力力特征值；；（３）初步步拟定桩的的数量和平平面布置；；（４）计算算单桩上的的竖向和水水平荷载，，确定群桩桩承载力；；（５）必要要时验算地地基沉降；；（６）承台台结构设计计；（７）绘制制桩和承台台的结构以以及施工图图。3.6.3桩基础础设计的内内容桩基础设计计内容如下下。１．收集基基本设计资资料２．初定承承台底面高高程，确定定桩的类型型、桩长和和断面尺寸寸３．确定单单桩承载力力４．确定桩桩的数量、、间距，承承台底面和和桩的布置置５．桩基础础的验算3.6.4桩基础础的构造要要求下面给出《《建筑地基基基础设计计规范》（（GB50007——2011）和《建建筑桩基技技术规范》》（JGJ94—2008））中的一些些构造要求求。（１）对应用最多多的混凝土土预制桩和和混凝土灌灌注桩低承承台桩基础础，桩和桩桩基的构造造，应符合合下列要求求。①摩擦型桩桩的中心距距不宜小于于桩身直径径的３倍；；扩底灌注注桩的中心心距不宜小小于扩底直直径的１．．５倍，当当扩底直径径大于２ｍｍ时，桩端端净距不宜宜小于１ｍｍ。在确定定桩距时尚尚应考虑施施工工艺中中挤土等效效应对邻近近桩的影响响。②扩底灌注注桩的扩底底直径，宜宜为桩身直直径的１～～３倍。③桩端进入入持力层的的深度，根根据地质条条件、荷载载及施工工工艺确定，，宜为桩身身直径的１１～３倍。。在确定桩桩底进入持持力层深度度时，尚应应考虑特殊殊土、岩溶溶以及震陷陷液化等影影响。嵌岩岩灌注桩周周边嵌入完完整和较完完整的未风风化、微风风化、中风风化硬质岩岩体的最小小深度，不不宜小于００．５ｍ。。④布置置桩桩位位时时宜宜使使桩桩基基承承载载力力合合力力点点与与竖竖向向永永久久荷荷载载合合力力作作用用点点重重合合。。⑤预制制桩桩的的混混凝凝土土强强度度等等级级不不应应低低于于ＣＣ３３００；；灌灌注注桩桩不不应应低低于于ＣＣ２２００；；预预应应力力桩桩不不应应低低于于ＣＣ４４００。。⑥桩的的主主筋筋应应经经计计算算确确定定。。打打入入式式预预制制桩桩的的最最小小配配筋筋率率不不宜宜小小于于００．．８８％％；；静静压压预预制制桩桩的的最最小小配配筋筋率率不不宜宜小小于于００．．６６％％；；灌灌注注桩桩最最小小配配筋筋率率不不宜宜小小于于００．．２２％％～～００．．６６５５％％（（小小直直径径桩桩取取大大值值））。。箍箍筋筋采采用用６６～～８８＠＠２２００００～～３３００００ｍｍｍｍ，，宜宜采采用用螺螺旋旋式式箍箍筋筋；；当当钢钢筋筋笼笼长长度度超超过过４４ｍｍ时时，，应应每每隔隔２２ｍｍ左左右右设设一一道道１１２２～～１１８８焊焊接接加加劲劲箍箍筋筋。。⑦配筋筋长长度度。。受受水水平平荷荷载载和和弯弯矩矩较较大大的的桩桩，，配配筋筋长长度度应应通通过过计计算算确确定定；；桩桩基基承承台台下下存存在在淤淤泥泥、、淤淤泥泥质质土土或或液液化化土土层层时时，，配配筋筋长长度度应应穿穿过过淤淤泥泥、、淤淤泥泥质质土土层层或或液液化化土土层层；；坡坡地地岸岸边边的的桩桩、、８８度度及及８８度度以以上上地地震震区区的的桩桩、、抗抗拔拔桩桩、、嵌嵌岩岩端端承承桩桩应应通通长长配配筋筋；；桩桩径径小小于于６６００００ｍｍｍｍ的的钻钻孔孔灌灌注注桩桩，，构构造造钢钢筋筋的的长长度度不不宜宜小小于于桩桩长长的的２２／／３３。。⑧桩顶顶嵌嵌入入承承台台内内的的长长度度对对大大直直径径桩桩不不宜宜小小于于１１００００ｍｍｍｍ，，对对小小直直径径桩桩不不宜宜小小于于５５００ｍｍｍｍ。。主主筋筋伸伸入入承承台台内内的的锚锚固固长长度度不不宜宜小小于于主主筋筋直直径径（（ＨＨＰＰＢＢ３３００００级级钢钢））的的３３００倍倍和和钢钢筋筋直直径径（（ＨＨＲＲＢＢ