大三下课件-工程第四章桩基础

第

4章桩基础4.1概

述桩基设计原则与主要内容桩与桩基础的分类及选型桩与桩基础的荷载传递与分析桩基承载力计算桩基沉降量计算桩基础设计

本章主要内容基础的类型桩基础—运用最多的一种深基础形式；桩类、桩型的发展—天然材料→多种桩型；施工技术的进步—设备、工艺、测试技术；设计计算理论—分析方法、实验手段、计算技术桩基础桥梁基础水利工程海岸工程高层建筑重要厂房地下工程一般建筑物尽量采用浅基础，当浅基础不能满足要求时，可将桩基础作为一种选择方案，具体适用条件见p.117说明。

桩基础的使用

桩基础的特点与类型桩基础的特点适用范围广：适用于不同的地基、不同的建筑物承载力高：大直径桩、超长桩的使用沉降量小：利用深层坚硬地基（岩基）施工性好：可避免水下施工、机械化程度高减小工程量：避免深基坑开挖适用于不同的工作方式：受压、受拉、受弯

桩基础的类型低承台桩基础高承台桩基础

桩基设计原则（《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008））设计依据承载能力极限状态——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——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。原有《建筑桩基技术规范》JGJ94-94同时废止。

安全等级安全等级建筑物类型甲级重要建筑30层以上或高度超过100m的建筑体型复杂，层数相差超过10层的连体建筑20层以上框架-核心筒结构，其他对沉降差有特殊要求的建筑场地和地基条件复杂的7层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑对相邻既有工程影响较大的建筑乙级

除甲级、丙级以外的建筑丙级

场地和地基条件简单、荷载分布均匀的7层及7层以下的一般建筑

设计原则①所有桩基均应进行承载能力极限状态验算

桩基竖向（抗压或抗拔）承载力和水平承载力计算）；桩端平面以下软弱下卧层承载力验算；对抗震设防区的桩基，应进行抗震承载力验算；承台及桩身承载力计算；对于桩侧土不排水抗剪强度小于10kPa且长径比大于50的桩，应进行桩身压屈验算；对于混凝土预制桩，应按吊装、运输、锤击作用进行桩身承载力验算；对于钢管桩应进行局部压屈验算；位于坡地、岸边的桩基，应进行整体稳定性验算。②需要进行变形计算的桩基

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，荷载分布显著不均匀或桩端平面以下存在软弱下卧层的建筑桩基；软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础。对于受水平荷载较大，或对水平位移有严格限制的建筑桩基，应计算水平位移。③抗裂或裂缝开展宽度验算

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。

荷载组合原则①桩基承载能力极限状态计算

确定桩数和布桩时，采用传至承台底面的荷载效应标准组合，相应的抗力采用基桩或复合基桩承载力特征值。验算坡地、岸边建筑桩基的整体稳定性时，采用荷载效应标准组合；抗震设防区，应采用地震作用效应和荷载效应的标准组合；在计算桩基结构承载力、确定尺寸和配筋时，应采用传至承台顶面的荷载效应基本组合；进行承台和桩身裂缝控制验算时，分别采用荷载效应标准组合和荷载效应准永久组合。②桩基变形验算

计算荷载作用下桩基沉降和水平位移时，应采用荷载效应准永久组合；计算水平地震作用、风荷载作用下的桩基水平位移时，应采用水平地震作用、风荷载效应标准组合；进行沉降计算的建筑桩基，在施工过程及建成后使用期间，应进行系统的沉降观测至沉降稳定；软土地基上的多层建筑物，当天然地基承载力基本满足要求时，可采用减沉复合疏桩基础。③重要性系数

桩基结构安全等级、结构使用年限和结构重要性系数γ0应按现行有关建筑结构规范的规定采用，除临时性建筑外，重要性系数γ0应不小于1.0；对桩基结构进行抗震验算时，承载力调整系数γRE应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的规定采用。④变刚度调平设计（减小差异沉降和承台内力）

对于主裙楼连体建筑，当高层主体采用桩基，裙房（含纯地下室）的地基或桩基刚度宜相对弱化，可采用天然地基、复合地基、疏桩或短桩基础；对于框架-核心筒结构高层建筑桩基，应强化核心筒区域桩基刚度（如适当增加桩长、桩径、桩数、采用后注浆等），相对弱化核心筒外围桩基刚度（如采用复合桩基、视地层条件减小桩长）；对于框架-核心筒结构高层建筑天然地基承载力满足要求的情况下，宜于核心筒区域局部设置增强刚度、减小沉降的摩擦型桩；对于大体量筒仓，储罐的摩擦型桩基，宜按内强外弱原则布桩；对于上述变刚度调平设计的桩基，宜进行上部结构-承台-土共同工作分析。

桩基设计原则（《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）设计依据：大部分桩基的控制因素是桩基沉降量，桩基设计应按变形控制设计；荷载取值：上部结构传至桩承台的荷载效应与浅基础相同，参见前面浅基础设计内容；桩基设计原则：单桩承受的竖向荷载不超过单桩竖向承载力特征值；桩基础的沉降量不超过建筑物的允许沉降量；位于坡地、岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。

桩基设计内容选择桩的类型和几何尺寸确定单桩承载力确定桩的数量、布置（间距、布桩方式）验算桩基础承载力和变形桩身结构计算和设计承台结构计算和设计桩基施工详图4.2桩的类型

分类目的：掌握各类桩型的特点，便于在设计与施工时的比较与选择。分类方法桩身材料土对桩的支撑特点成桩方法桩轴方向成桩方法对土层的影响①按桩身材料划分

天然材料（木材、碎石、砂等）；混凝土；钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土；钢材；组合材料（混凝土+钢材、水泥土+钢材等）。②按土对桩的支承特点（受力特征）划分摩擦桩端承桩端承摩擦桩纯摩擦桩摩擦端承桩端承桩③按施工方法划分预制桩（钢桩、木桩、钢筋混凝土桩等）灌注桩沉管灌注桩钻孔灌注桩挖孔桩各种灌注桩的适用条件参见p.123表4-1静压混凝土管桩施工④按桩轴方向划分

竖直桩；单向斜桩；多向斜桩；桩架。⑤按成桩方法对土层的影响划分挤土桩实心预制桩、下端封闭管桩、木桩、沉管灌注桩小量（部分）挤土桩开口钢管桩、H型钢桩、开口的预应力管桩非挤土桩预钻孔打入预制桩、钻（挖）孔桩4.3桩的竖向承载力

单桩竖向荷载的传递机理荷载传递的基本概念上部结构荷载承台桩群地基

桩受荷载的作用产生向下的位移，同时通过桩土间的摩擦力带动桩周的环形土体向下运动，这种运动通过土体间的剪应变一环一环地向外扩散，直到离桩心比较远的位置时收敛为零。另外，当桩向下运动而使桩端土层产生压缩，桩端土产生相应的抗力。这两种抗力合称为轴力桩的土阻力。通常，桩的土阻力由桩身位移而产生，随其发展而增长，一直到其极限。如果外荷载继续增加，桩土体系便进入破坏状态。a)变形示意b)影响范围桩侧土的变形示意

桩身轴力和截面位移单桩轴向荷载传递的基本分析图式

承受竖向力的桩，桩上部摩阻力首先发挥，随时间或荷载增加，摩阻力逐渐向下发展，桩端阻力也逐渐发挥；桩身位移、桩身轴力随深度递减；桩侧摩阻力自上而下逐步发挥；桩端阻力一般滞后于桩侧阻力的发挥。N(z)N(z)+dN(z)τs(z)dzds由材料力学：轴向荷载传递的微分形式QQb边界条件：z=0，N(0)=Q

z=l，桩身轴力分布：桩侧总摩阻力：桩端阻力由材料力学：边界条件：z=0，s(0)=s0

z=l，桩顶沉降桩身总压缩量：桩顶荷载桩端沉降轴向荷载传递的积分形式

影响荷载传递的因素桩端土与桩周土的刚度比Eb/EsEb/Es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。桩身刚度与桩侧土的刚度比Ec/Es

。Ec/Es越大，传递到桩端的荷载增大，但当Ec/Es达到较大值后，端阻分担的荷载比的变化将不明显。桩的长径比L/dL/d增大，传递到桩端的荷载减小，桩身下部侧阻力发挥值相应降低桩端扩径比D/dD/d增大，桩端阻力分担的荷载比增加挤土效应挤土桩、部分挤土桩：非密实砂土地基——挤土效应使桩侧阻力、桩端阻力提高；饱和粘性土地基——挠动、重塑、再固结、触变的作用，使桩侧阻力、桩端阻力产生显著的时间效应。非挤土桩：孔壁松弛效应或“泥皮”的作用导致桩侧阻力减小；孔底沉渣或虚土导致桩端阻力减小。临界位移——桩侧阻力达到极限值时所对应的桩土相对位移，与桩的类型及桩周土的性质有关。桩侧摩阻力与桩土相对位移桩侧摩阻力与桩~土界面之间的相对位移有关。

桩侧摩阻力和桩端阻力ABDC0桩侧摩阻力τ桩截面位移δδuτu

一般粘性土中打入桩的临界位移1~7mm

砂土中打入桩的临界位移4~10mm

非挤土桩的临界位移大于挤土桩的临界位移桩侧极限摩阻力

按库仑强度理论表示的桩侧极限摩阻力：ca、φa——桩侧表面与桩周土之间的付着力和磨擦角，与土的性质、桩身材料、桩的设置效应等有关。

ca、φa

一般为常数，σn随深度增加而增大，理论上τu也随深度增加而增大。事实上，当桩的入土深度达到某临界深度后，侧阻力就不随深度增加了，将此称为侧阻的深度效应；发挥极限侧摩阻力所需的位移δu与桩径成正比，同时与施工工艺、土层性质等因素有关。桩端阻力

桩端阻力的性状类似于浅基础地基土的承载力，在传递至桩端的轴向压力作用下，地基产生整体剪切、局部剪切和刺入破坏等破坏模式；桩端阻力的发挥与桩端土层性质、桩侧摩阻力发挥、成桩工艺等因素有关；桩端阻力的发挥要滞后于桩侧摩阻力的发挥；桩端阻力的理论表达式（式中各项的物理意义参见p.131说明）：hcpqpl桩端阻力深度效应（临界深度）与临界深度hcp相关的影响因素：随砂的相对密度Dr增大而增大随桩径的增大而增大随上覆压力的增大而减小与稳定端阻qpl相关的影响因素随相对密度Dr增大而增大与桩径及上覆压力无关

单桩的破坏模式单桩在竖向荷载下是否破坏取决于两种强度：地基土强度桩身材料强度根据工程实践，单桩在竖向荷载下的破坏模式可以归纳为5种模式：桩身材料屈服破坏持力土层整体剪切破坏刺入剪切破坏沿桩身侧面纯剪切破坏上拔力作用下的沿桩身侧面纯剪切破坏

桩身材料屈服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，桩身先于土发生曲折或桩顶压屈破坏。易发生桩身材料屈服破坏的桩型：端承桩超长摩擦桩

持力土层整体剪切破坏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，土体向上挤出而破坏。易发生整体剪切破坏的桩型：桩端进入硬土层的摩擦桩

刺入剪切破坏桩周与桩端以下均为具有中等强度的均质土层。易发生刺入剪切破坏的桩型：均质土中的摩擦桩

沿桩身侧面纯剪切破坏桩底土十分软弱，基本不能提供承载力，仅靠桩侧摩阻力承受荷载的纯摩擦桩破坏模式。易发生桩身侧面纯剪切破坏的桩型：钻（冲）孔灌注桩

上拔力作用下的沿桩身侧面纯剪切破坏桩顶承受上拔荷载，仅靠桩侧摩阻力承受荷载。

单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的概念单桩竖向极限承载力——单桩在竖向荷载作用下，到达破坏状态或变形过大不能再继续承载时所对于的最大荷载。单桩竖向极限承载力一般取决于两个方面的因素：土对桩的支持阻力；桩本身的材料强度。上述因素中某一个因素为支配因素。一般情况下，地基土的支承能力为支配因素，而桩身材料强度往往不能充分发挥。只有端承桩，超长桩或桩身质量有缺陷的桩，桩身材料才可能成为支配因素。

单桩竖向承载力的确定原则按11《建筑地基基础设计规范》，确定单桩竖向极限承载力标准值需满足下列规定：单桩竖向承载力特征值Ra应通过单桩竖向静载荷试验确定；地基基础设计等级为丙级的建筑物，可采用静力触探及标贯试验参数确定Ra值；初步设计时，单桩竖向承载力特征值Ra可按下式估算：按材料强度确定单桩竖向承载力：

按《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008，确定单桩竖向极限承载力标准值需满足下列规定：甲级建筑桩基应采用现场单桩静载荷试验确定；乙级建筑桩基，当地质条件简单时，可参照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探、标准贯入、经验参数等资料综合确定。其余均应通过单桩静载荷试验确定；丙级建筑桩基，可根据原位测试和经验参数估算。静载荷试验是确定单桩竖向承载力的基本标准，其他方法是静载荷试验的补充。

单桩竖向承载力的确定方法按材料强度确定钢筋混凝土轴心受压桩正截面受压承载力应符合以下规定：

1）当桩顶以下5d范围的桩身螺旋式箍筋间距不大于100mm时：

2）当桩身配筋不符合上述规定时：N：荷载效应基本组合下桩顶轴向压力设计值；yc：基桩成桩工艺系数，混凝土预制桩、预应力混凝土空心桩0.85；干作业非挤土灌注桩0.90；泥浆护壁和套管护壁非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩、挤土灌注桩0.7~0.8；软土地区挤土灌注桩0.6；fc：混凝土轴心抗压强度设计值；fy’：纵向主筋抗压强度设计值；As’：纵向主筋截面面积；计算轴心受压混凝土正截面受压承载力时，一般取稳定系数φ=1.0

按单桩竖向抗压静载试验法确定静载荷试验装置及方法单桩静载荷试验的加载装置(a)锚桩横梁反力装置；(b)压重平台反力装置

加载方式慢速维持荷载法快速维持荷载法等贯入速率法等时间间隔加载法循环加载法常用方法

终止加载条件参见《建筑地基基础设计规范》GB50007附录Q。按试验成果确定单桩承载力（《建筑桩基技术规范》）根据静载试验得到桩的荷载、位移以及时间之间的关系，据此可以作出各种分析曲线，其中最主要的是Q~s曲线和s~lgt曲线，根据这些曲线可以推求单桩承载力。[1].对于陡降型Q-s曲线，可取曲线发生明显陡降的起始点所对应的荷载为Qu；[2].对于缓变型Q-s曲线，一般可取s40～60mm对应的荷载值为Qu。对于大直径桩可取s0.03～0.06d所对应的荷载值，(大桩径取低值，小桩径取高值)，对于细长桩(l/d>80)，可取s60～80mm对应的荷载。单桩Q-s曲线单桩s-logt曲线[3].也可根据沉降随时间的变化特征确定Qu，取s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值作为Qu；[4].测出每根试桩的极限承载力值Qui后，可通过统计确定单桩竖向极限承载力标准值Quk。当Sn≤0.15时，取Quk=Qum；当Sn>0.15时，取Quk=Qum。为折减系数，可根据变量i的分布查《建筑桩基技术规范》确定。

按土的抗剪强度指标确定国外广泛采用以土力学原理为基础的单桩极限承载力公式：

QuQsu

Qpu

(GApl)G表示桩的重力，Apl为与桩同体积的土重，如假设其值等于桩重G，故上式可简化为：

QuQsu

Qpu

关于Qsu与Qpu的详细计算，国外学者作了较多研究，也提出了不少计算公式，p.134所列公式（4-14）是其中的一种形式。

按静力触探法确定（《建筑桩基技术规范》）静力触探与桩打入土中的过程基本相似，可把静力触探近似看成是小尺寸打入桩的现场模拟试验。《建筑桩基技术规范》提出：当按双桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值Quk时，对于粘性土、粉土和砂土，如无当地经验时可按下式计算：

Quk

qcAp

u∑liifsi

粘性土和粉土：

i

10.04（fsi）-0.55

砂性土：

i

5.05（fsi）-0.45

α：桩端阻力修正系数，粘性土、粉土取2/3，饱和砂土取1/2；fsi：第i层土的探头平均侧阻力（kPa）qc：桩端平面上、下探头阻力（kPa），取桩端平面以上4d范围内探头阻力加权平均值，再与桩端平面以下1d范围内探头阻力进行平均。当按单桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值Quk时，如无当地经验可按下式计算：

Quk

Qsk+Qpk=pskAp

u∑liqsik

当psk1≤psk2时：

psk=（psk1+β·psk2）/2当psk1＞psk2时：

psk=psk2α：桩端阻力修正系数，按下表取用：β：折减系数，按下表采用：qsik：用静力触探比贯入阻力值估算的桩周第i层土的极限阻力值；psk：桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值（平均值）；psk1：桩端全截面以上8倍桩径范围内比贯入阻力平均值；桩长（m）l＜1515≤l≤3030＜l≤60α0.750.75~0.900.90psk1/psk2≤57.512.5≥15β1.05/62/31/2psk2：桩端全截面以下4倍桩径范围内比贯入阻力平均值，如桩端持力层为密实砂土层，其比贯入阻力平均值超过20MPa时，需乘以下表中系数C予以折减后，再计算psk；psk（MPa）20~3035>40系数C5/62/31/2

按经验公式法确定

《建筑地基基础设计规范》的经验公式：Ra：单桩竖向承载力特征值；qpa、qsia：桩端阻力、桩侧阻力特征值，由当地载荷试验得到；Ap：桩底截面积；up：桩周长；li：第i土层厚度。《建筑桩基技术规范》的经验公式：[1].一般预制桩及中小直径灌注桩（预制桩、d<800mm的灌注桩）Quk：单桩竖向极限承载力标准值；qpk、qsik：极限端阻力标准值，极限侧阻力标准值，如无当地经验，可按表格查表确定；Ap：桩底截面积；u：桩周长；li：第i土层厚度。土的名称土的状态混凝土预制桩泥浆护壁钻（冲）孔桩干作业钻孔桩填土—22~3020~2820~28淤泥—14~2012~1812~18淤泥质土—22~3020~2820~28粘性土流塑软塑可塑硬可塑硬塑坚硬IL＞10.75＜IL≤10.50＜IL≤0.750.25＜IL≤0.500＜IL≤0.25IL≤024~4040~5555~7070~8686~9898~10521~3838~5353~6868~8484~9696~10221~3838~5353~6666~8282~9494~104红粘土0.7＜αW≤10.5＜αW≤0.713~3232~7412~3030~7012~3030~70桩的极限侧阻力标准值qsik（kPa）

αW=ω/ωL，ω：土的天然含水量；ωL：土的液限土的名称土的状态混凝土预制桩泥浆护壁钻（冲）孔桩干作业钻孔桩粉土稍密中密密实e＞0.90.75≤e≤0.9e＜0.7526~4646~6666~8824~4242~6262~8224~4242~6262~82粉细砂稍密中密密实10＜

N≤1515＜

N≤30N＞3024~4848~6666~8822~4646~6464~8622~4646~6464~86中砂中密密实15＜

N≤30N＞3054~7474~9553~7272~9453~7272~94粗砂中密密实15＜

N≤30N＞3074~9595~11674~9595~11676~9898~120砾砂稍密中密(密实)5＜

N63.5

≤15N＞1570~110116~13850~90116~13060~100112~130桩的极限侧阻力标准值qsik（kPa）（续表）土的名称土的状态混凝土预制桩泥浆护壁钻（冲）孔桩干作业钻孔桩圆砾、角砾中密、密实N63.5

＞10160~200135~150135~150碎石、卵石中密、密实N63.5

＞10200~300140~170150~170全风化软质岩—30＜

N≤50100~12080~10080~100全风化硬质岩—30＜

N≤50140~160120~140120~150强风化软质岩—N63.5

＞10160~240140~200140~220强风化硬质岩—N63.5

＞10220~300160~240160~260桩的极限侧阻力标准值qsik（kPa）（续表）

N：标准贯入击数；N63.5

：重型圆锥动力触探击数；对于尚未完成自重固结的填土和以生活垃圾为主的杂填土，不计算其侧阻力；全风化、强风化软质岩和全风化、强风化硬质岩指其母岩分别为frk≤15MPa、frk

＞30MPa的岩石。土名

桩型土的状态混凝土预制桩桩长l(m)泥浆护壁钻（冲）孔桩桩长l(m)干作业钻孔桩桩长l(m)l≤99＜l≤1616＜l≤30l＞305≤l＜1010≤l＜1515≤l＜3030≤l5≤l＜1010≤l＜1515≤l粘性土软塑0.75＜IL≤1210~850650~14001200~18001300~1900150~250250~300300~450300~450200~400400~700700~950可塑0.50＜IL≤0.75850~17001400~22001900~28002300~3600350~450450~600600~750750~800500~700800~11001000~1600硬可塑0.25＜IL≤0.501500~23002300~33002700~36003600~4400800~900900~10001000~12001200~1400850~11001500~17001700~1900硬塑0＜IL≤0.252500~38003800~55005500~60006000~68001100~12001200~14001400~16001600~18001600~18002200~24002600~2800粉土中密0.75≤e≤0.9950~17001400~21001900~27002500~3400300~500500~650650~750750~850800~12001200~14001400~1600密实e＜0.751500~26002100~30002700~36003600~4400650~900750~950900~11001100~12001200~17001400~19001600~2100粉砂稍密10＜

N≤151000~16001500~23001900~27002100~3000350~500450~600600~700650~750500~9501300~16001500~1700中密、密实N＞151400~22002100~30003000~45003800~5500600~750750~900900~11001100~1200900~10001700~19001700~1900桩的极限端阻力标准值qpk（kPa）土名

桩型土的状态混凝土预制桩桩长l(m)泥浆护壁钻（冲）孔桩桩长l(m)干作业钻孔桩桩长l(m)l≤99＜l≤1616＜l≤30l＞305≤l＜1010≤l＜1515≤l＜3030≤l5≤l＜1010≤l＜1515≤l细砂中密、密实N>152500~40003600~50004400~60005300~7000650~850900~12001200~15001500~18001200~16002000~24002400~2700中砂4000~60005500~70006500~80007500~9000850~10501100~15001500~19001900~21001800~24002800~38003600~4400粗砂5700~75007500~85008500~100009500~110001500~18002100~24002400~26002600~28002900~36004000~46004600~5200砾砂中密、密实N>156000~95009000~105001400~20002000~32003500~5000角砾、圆砾N63.5

＞107000~100009500~115001800~22002200~36004000~5500碎石、卵石N63.5

＞108000~1100010500~130002000~30003000~40004500~6500全风化软质岩30＜

N≤504000~60001000~16001200~2000全风化硬质岩30＜

N≤505000~80001200~20001400~2400强风化软质岩N63.5

＞106000~90001400~22001600~2600强风化硬质岩N63.5

＞107000~110001800~28002000~3000桩的极限端阻力标准值qpk（kPa）（续表）[2].大直径桩大直径桩的桩底持力层一般呈渐进式破坏，Q~s曲线为缓变型曲线，其极限端阻力随桩径的增大而减小；大直径桩一般采用钻、冲、挖孔灌注桩，孔壁有应力松弛现象，使桩侧阻力的降幅随孔径的增大而增大。大直径桩的侧阻及端阻要考虑尺寸效应：土类型粘性土、粉土砂土、碎石类土ψsi(0.8/d)1/5(0.8/d)1/3ψp(0.8/D)1/4(0.8/D)1/3大直径灌注桩侧阻力尺寸效应系数ψsi、端阻力尺寸效应系数ψp[3].嵌岩桩

嵌岩桩是指下端嵌入中等风化、微风化或新鲜基岩中的桩。高层建筑及大跨度桥梁的发展，嵌岩桩应用日益广泛；只要嵌岩桩不是很短，上覆土层的侧阻力能部分发挥；嵌岩深度内也有侧阻力作用，传递到桩端的压力随嵌岩深度的增大而减小，当嵌岩深度达5d时，压力接近于零，因此，嵌岩深度一般不必很大，超过界限则无助于提高桩的竖向承载力。Qsk、Qrk：土的总极限侧阻力标准值、嵌岩段总极限阻力标准值；frk：岩石饱和单轴抗压强度标准值；ζr：桩嵌岩段侧阻和端阻综合系数，按下表确定：嵌岩深径比hr/d00.51.02.03.04.05.06.07.02.0极软岩、软岩0.600.800.951.181.351.481.571.631.661.70较硬岩、坚硬岩0.450.650.810.901.001.04————

表中数值适用于泥浆护壁成桩，对于干作业成桩（清底干净）和泥浆护壁成桩后注浆，取表列数值的1.2倍；极软岩、软岩指frk≤15MPa、较硬岩、坚硬岩指frk

＞30MPa的岩石。[4].钢管桩当hb/d＜5，λp=0.16hb/d当hb/d≥5，λp=0.8λp：桩端土塞效应系数，对于闭口钢管桩λp=1，对于敞口钢管桩按上式计算；hb：桩端进入持力层深度；d：钢管桩外径对于带隔板的半敞口钢管桩，应以等效直径de代替d确定λp；n=2n=4n=9隔板分割[5].混凝土空心桩当hb/d＜5，λp=0.16hb/d当hb/d≥5，λp=0.8λp：桩端土塞效应系数；Aj：空心桩桩端净面积；管桩：空心方桩：Ap1：空心桩敞口面积：d、b：空心桩外径、边长d1：空心桩内径[6].后注浆灌注桩Qsk：后注浆非竖向增强段的总极限侧阻力标准值；Qgsk：后注浆竖向增强段的总极限侧阻力标准值；Qgpk：后注浆总极限端阻力标准值；lj：后注浆非竖向增强段第j层土厚度；lgi：后注浆竖向增强段内第i层土厚度；qsik、qsjk、qpk：分别为后注浆竖向增强段第i土层初始极限侧阻力标准值、非竖向增强段第j土层初始极限侧阻力标准值、初始极限端阻力标准值；βsi、βp：分别为后注浆侧阻力、端阻力增强系数，可按下表取用，对于桩径大于800mm的桩，可按大直径桩的方法进行尺寸效应修正。土层名称淤泥淤泥质土粘性土粉土粉砂细砂中砂粗砂砾砂砾石卵石全风化岩强风化岩βsi1.2~1.31.4~1.81.6~2.01.7~2.12.0~2.52.4~3.01.4~1.8βp—2.2~2.52.4~2.82.6~3.03.0~3.53.2~4.02.0~2.4干作业钻、挖孔桩，βp按表列数值乘以小于1.0的折减系数。当桩端持力层为粘性土或粉土时，折减系数取0.6，为砂土或碎石时，取0.8。竖向增强段对于泥浆护壁成孔灌注桩，当为单一桩端后注浆时，竖向增强段为桩端以上12m；当为桩端、桩侧复式注浆时，竖向增强段为桩端以上12m及各桩侧注浆断面以上12m，重叠部分应扣除；对于干作业灌注桩，竖向增强段为桩端以上、桩侧注浆断面上下各6m。[7].液化效应对于桩身周围有液化土层的低承台桩基，当承台底面上下分别有厚度不小于1.5m、1.0m的非液化土或非软弱土层时，可将液化土层极限侧阻力乘以土层液化影响折减系数计算单桩极限承载力标准值，可按下表取值：λN=N/Ncr自地面算起的液化土层深度dL（m）ψlλN≤0.6dL≤1010＜dL≤2001/30.6＜λN≤0.8dL≤1010＜dL≤201/32/30.8＜λN≤1.0dL≤1010＜dL≤202/31.0土层液化影响折减系数ψl土层液化影响折减系数取值的注意事项当承台底面上下非液化土层厚度小于以上规定，土层液化影响折减系数ψl取0；上表中N为饱和土标贯击数实测值；Ncr为液化判别标贯击数临界值；对于挤土桩当桩距不大于4d，桩排数不小于5排，总桩数不少于25根时，土层液化影响折减系数可按表列数值提高一档取值；桩间土标贯击数达到Ncr时，取ψl=1.0。

桩的抗拔承载力桩的抗拔承载力主要取决于桩身材料强度、桩土间的抗拔侧阻力和桩身自重。

《建筑桩基技术规范》规定：甲级、乙级建筑桩基，应采用单桩上拔载荷试验确定单桩的抗拔承载力；无当地经验，群桩基础及设计等级为丙级建筑桩基，基桩的抗拔极限承载力可按以下规定取值：

1）群桩呈非整体破坏λ：抗拔系数，按下表取值：

2）群桩呈整体破坏ul：桩群外围周长。

单桩竖向承载力特征值

11《建筑地基基础设计规范》、08《建筑桩基技术规范》里面，单桩竖向承载力是取承载力特征值Ra或R作为桩基础的设计依据，可按单桩竖向静载荷试验所得单桩竖向极限承载力除以安全系数K=2得到，也可采用其他方法确定。《规范》所称的单桩竖向承载力特征值是表示正常使用极限状态下的单桩竖向承载力值。按单桩竖向承载力特征值设计应取荷载效应的标准组合。

竖向荷载下的群桩效应基本概念群桩基础——桩数多于1根的桩基础；基桩——群桩中的每根桩；群桩效应——竖向荷载作用下的群桩基础，由于承台、桩、土的相互作用，基桩的承载力与沉降性状与相同地质条件、设置方法同样的单桩存在差别，称群桩效应。承台、桩、土相互作用，对基桩承载力的增强与削弱承台底面土体对上部荷载的分担效应

端承型群桩基础端承型桩基的特点是持力层坚硬，桩顶沉降小，桩侧摩阻力不易发挥，桩顶荷载基本上通过桩身直接传到桩端处土层上，并近似按某一压力扩散角向下扩散。桩端处承压面积较小，各桩端的压力没有重叠，即使在距桩底深度为h=(sa-d)/(2tanα)之下产生应力叠加，也并不足以引起坚实持力层明显的附加变形，可认为端承型群桩基础的工作性状与单桩基本一致；同时，由于桩侧摩阻力不易发挥，桩与桩之间的干扰很小，群桩基础的承载力就等于各单桩的承载力之和；群桩的沉降量也与单桩基本相同。结论——端承型群桩基础中各基桩的工作状态接近单桩，群桩基础承载力等于各基桩相应单桩承载力之和

摩擦型群桩基础摩擦型群桩主要通过每根桩侧的摩擦阻力将上部荷载传递到桩周及桩端土层中。一般假定桩侧摩阻力在土中引起的附加应力z按某一角度沿桩长向下扩散分布。非复合桩基（承台底面脱离地面）各桩在桩端平面上附加压力分布面积的直径：D=d+2l·tanα

当桩距sa>D，桩底平面处附加压力不发生叠加，群桩中基桩的工作状态与单桩接近；当桩距sa<D

，桩底平面处的附加压力因相邻各桩附加压力的叠加而增大，使得摩擦型群桩的沉降要大于单桩。

国内外的工程实践和研究结果表明，一般情况下，桩基位于砂土和粉土中时，群桩效应使桩的侧阻力提高；而位于粘性土中时，群桩效应往往使侧阻力降低。考虑群桩效应后，桩端平面处压应力增加较多，极限桩端阻力相应提高。因此，群桩基础中桩的极限承载力问题极为复杂，其与桩的间距、土质、桩数、桩径、入土深度以及桩的类型和排列方式等因素有关。

目前工程上考虑群桩效应的方法有两种：

基于概率极限设计法的群桩分项效应系数法（旧《桩基规范》）；把承台、桩和桩间土视为一假想的实体基础的实体基础法。

复合桩基（承台底面接触地面）除了存在一般摩擦型群桩基础所具有的群桩效应外，通过承台底面土反力分担桩基荷载，使承台兼具有浅基础的作用，称复合桩基。它的基桩承载力含有承台底土阻力的贡献在内，称复合基桩，以区别于承载力仅由桩侧阻力和桩端阻力两个分量组成的非复合基桩。研究表明，桩基承台下的土反力比平板基础底面下的土反力要低（桩侧土因桩的竖向位移而发生剪切变形所致），其大小及分布型式，随桩顶荷载水平、桩径桩长、台底和桩端土质、承台刚度以及桩群的几何特征等因素而变化。通常，台底土分担荷载的比例可从百分之十几直至百分之三十。

刚性承台下土反力通常呈马鞍形分布。若以桩群外围包络线为界，将台底面分为内外两区，内区反力比外区小而且比较均匀，当桩距增大时内外区反力差明显降低。复合桩基1.台底土反力；2.上层土位移3.桩端贯入、桩基整体下沉承台底分区图Bc由桩承台贴地引起的群桩效应，可概括为以下几个方面：对桩侧阻力的削弱作用低承台限制了桩群上部的桩土相对位移，使基桩上部的侧阻力发挥值降低；承台对桩群上部桩土相对位移的制约，影响桩身荷载的传递性状，使得桩侧阻力发挥不是始于桩顶，而是始于桩身下部（短桩）或桩身中部（中、长桩）。对桩端阻力的增强作用对于低承台桩基础，当承台宽度与桩长之比Bc/L>0.5，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，导致桩端阻力的提高；承台底地基土越软弱，承台效应越小。设计复合桩基时应注意：承台分担荷载是以桩基整体下沉为前提，只有在桩基沉降不会危及建筑物的安全和正常使用，且台底与地基土能保持良好接触时，才可考虑利用承台底的土反力。因此，对于经常承受动力作用的桩基础或不能保证台底与地基土保持良好接触时，通常不能考虑承台底地基土对于荷载的分担作用补充练习：1.打入钢筋混凝土方桩，截面尺寸350mm×350mm，采用静载荷试验确定单桩承载力，试验资料如下表，试据此确定单桩极限承载力Quk（绘出Q~s曲线）竖向荷载Q(kN)020040060080010001200桩顶沉降量s(mm)00.160.330.670.951.551.801400160018002000220024002600280030002.753.284.205.357.4510.2213.6117.4521.433200340027.8647.55补充练习：2.某地基土层分布如下图，采用打入式预制桩，桩截面尺寸400mm×400mm，桩长12m，承台底面位于天然地面以下1.0m，试按经验公式方法确定单桩极限承载力Quk。（根据08《建筑桩基技术规范》推荐表格进行计算）粉质粘土ω=30.6%ωp=18.0%，ωL=36.6%粉土e=0.9中密中砂3.0m5.0m很厚4.4桩基础沉降的计算

桩基沉降量的组成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。对群桩基础的最终沉降量，工程上实用的计算方法是基于单向固结理论的分层压缩总和法，该法把地基看作是各向同性均质线弹性体，地基内的应力分布采用Boussinesq

应力解和Mindlin

应力解

桩基沉降验算范围及允许沉降量《建筑地基基础设计规范》

地基基础设计等级为甲级的建筑物桩基；体形复杂、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；摩擦型桩基。桩基础的允许沉降量根据p.26表2-6采用地基土类别按中、低压缩性土取值；高耸结构基础的变形允许值改变为：350mm、250mm、150mm。《建筑桩基础技术规范》

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，荷载分布显著不均匀或桩端平面以下存在软弱下卧层的建筑桩基；软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础。

桩基沉降量计算方法不考虑桩间土的压缩变形对桩基沉降的影响，按分层总和法的概念计算桩端平面以下土层的压缩变形量。《建筑地基基础设计规范》

按实体深基础计算桩基沉降量（sa≤6d的群桩基础）ψp：沉降计算经验系数，可以按p.143表4-3确定。

将桩基看成天然地基上的实体深基础，假想实体深基础底面取桩端平面，算出作用在假想基础底面的附加压力，按浅基础地基沉降计算方法计算桩基础沉降量。确定假想实体深基础底面面积时，有两种方法，一种是不考虑扩散作用的方法，另一种是考虑一定的扩散作用的方法。

考虑扩散作用不考虑扩散作用假定：Gfk=γm（d+l）a0b0式中各项指标的物理意义见p.143~144说明。dla0+2l·tanαθ=j/4Gk’Fkb0+2l·tanαb0a0dlGkFkb0a0Gfk

按明德林应力公式计算βQ（1-α-β）QQαQ桩顶荷载：桩端阻力：桩侧摩阻力Qs由沿桩身均布荷载βQ及沿桩身线性分布荷载（1-α-β）Q两部分组成α：桩端阻力比第k根桩的端阻力在深度z处产生的附加应力：第k根桩的侧阻力在深度z处产生的附加应力：对于一般的摩擦型桩，可假定桩侧摩阻力沿桩身线性增长（β=0），上式可进一步简化为：附加应力影响系数可查《建筑地基基础设计规范》附表，最终得到p.145公式（4-33）的沉降计算公式。《建筑桩基技术规范》

桩中心距不大于6d的桩基础按实体深基础模式计算桩基沉降量，称为等效作用分层总和法，等效作用面积采用承台底面积，按浅基础相同的计算方法和步骤计算桩端平面以下由附加应力引起的压缩层范围内地基的变形量，等效基底附加压力近似取承台底平均附加应力，引入桩基等效沉降系数ψe对计算结果进行修正。沉降计算公式为：s’：按分层总和法计算的桩基沉降量，沉降计算深度zn按应力比法确定：桩基沉降计算简图ψ：桩基沉降经验系数按下表取值：≤10152035≥50ψ1.20.90.650.500.40采用后注浆工艺的灌注桩，桩基沉降经验系数应根据桩端持力土层类别，乘以0.7（砂、砾、卵石）~0.8（粘性土、粉土）的折减系数；饱和土中采用预制桩（不含复打、复压、引孔成桩）时，应根据桩距、土质、沉桩速率和顺序等因素，乘以1.3~1.8的挤土效应系数，土的渗透性低，桩数多，沉降速率快时取大值。按角点法计算得到的桩基沉降计算公式：ψe：桩基等效沉降系数：nb：矩形布桩时短边布桩数，当不规则布桩时可按上式计算，nb>1；nb=1时，可按单排桩或疏桩基础的沉降计算公式计算。m：角点法计算点对应的矩形分块数；p0j：第j块矩形底面在荷载效应准永久组合下的附加压力；n：桩基沉降计算深度范围内所划分的土层数；C0、C1、C2：回归系数，查《桩基规范》附录E。方形桩的等效桩径：de=1.128b

计算矩形桩基中点沉降量时，可按下式简化计算：查表确定回归系数时，当布桩不规则，群桩的等效距径比可按下式计算：圆形桩：方形桩：桩身压缩系数：端承型桩ξe=1.0；摩擦型桩，ξe=2/3（l/d≤30），ξe=1/2（l/d≥50）m：以沉降计算点为圆心，0.6倍桩长为半径的水平面影响范围内的基桩数

单桩、单排桩、疏桩基础（桩中心距>6d）

1）承台底地基土不分担荷载的桩基（非复合基桩）

桩端平面以下地基中由基桩引起的附加应力，按考虑桩径影响的明德林解计算确定，将沉降计算点水平面影响范围内各基桩对应力计算点产生的附加应力叠加，采用单向压缩分层总和法计算土层的沉降量，并计入桩身压缩变形se。第j桩桩顶附加荷载αj：第j桩总桩端阻力与桩顶荷载比值，近似取极限总端阻力与单桩极限承载力之比；ψ：沉降计算经验系数，无当地经验时取1.0；其余各参数见《桩基规范》5.5.14条说明。

2）承台底地基土分担荷载的桩基（复合基桩）将承台底基底附加压力对地基中某点产生的附加应力按Boussinesq解计算，与基桩产生的附加应力叠加，采用与前述非复合基桩相同的方法计算。沉降计算深度按应力比控制桩引起的附加应力承台底压力引起的附加应力自重应力

软土地基减沉复合疏桩基础

1）确定桩承台底面积和桩数ξ：承台面积控制系数，ξ≥0.60ηc：桩基承台效应系数（见复合基桩承载力验算部分）

2）减沉复合疏桩基础中点沉降量计算ss：由承台底面附加压力作用产生的中点沉降量；ssp：由桩土相互作用产生的沉降量；：桩身范围内按厚度加权的平均桩侧极限摩阻力、平均压缩模量；d：桩身直径；F：荷载效应准永久组合下，作用于承台底面的总附加荷载；ηp：基桩刺入变形影响系数，按桩端持力层土质条件确定，砂土1.0；粉土1.15；粘性土1.30；ψ：沉降计算经验系数，无当地经验时取1.0。沉降计算深度按确定4.5桩的负摩擦问题

产生负摩擦的条件和原因

当桩周土体沉降速率（或沉降量）大于桩截面的下沉速率（或沉降量）时，桩侧土体将对桩产生与桩的位移方向一致的摩擦力，即负摩阻力。工程中常见下列情形：桩侧土层的大面积地下水位下降使土层产生固结下沉；桩侧附近大面积堆载使桩侧土层压缩；桩侧有较厚的欠固结土层或新填土因固结产生下沉；在饱和软土中打下密集的桩群，产生超孔隙水压力，随后因超孔隙水压力消散而重新固结引起桩侧土体下沉；位于湿陷性黄土、季节性冻土或可液化土层的桩，因黄土湿陷、冻土融化或受地震自或其他动力荷载作用而液化的土因重新固结引起的下沉。

负摩阻力的分布特性中性点的概念——在ln深度处，桩与桩侧土的相对位移为零，正负摩阻力变换的位置，称中性点。中性点截面处桩身轴力最大。影响中性点深度ln的因素：桩端持力层的刚度；桩周土层的变形性质和应力历史；桩的长径比愈小、截面刚度愈大，则ln愈大；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。

负摩阻力的计算中性点的位置中性点的位置通常采用经验方法确定，《建筑桩基技术规范》推荐的ln值见p.148表4-4。负摩阻力的计算软土或中等强度粘土砂类土《建筑桩基技术规范》推荐采用有效应力法计算单桩负摩阻力标准值。桩周负摩阻力系数β可按p.148表4-5取值。

当降低地下水位时，位于降水后地下水位以下第i层土平均竖向有效压力：当降低地下水位时，位于降水后地下水位以上第i层土平均竖向有效压力：当地面作用满布均布荷载时：下拉荷载的计算

群桩负摩阻力的计算对于桩距较小的群桩，群桩所发生的负摩阻力因群桩效应而降低，考虑群桩效应的负摩阻力可用等效圆法进行计算。假定单桩单位长度的负摩阻力τn由相应长度范围内半径re形成的土体重量与之等效：群桩效应系数：式中各项参数见p.150说明。ArAesaxsaxsaxsaysaysayre群桩中任一单桩的极限负摩阻力：群桩中任一单桩的下拉荷载：

消减与避免负摩阻力的技术措施主要有降低摩擦法、隔离法、预处理等方法。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，从而消减负摩阻力的方法称为涂层法；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：即在桩外侧设置套管，用套管承受负摩阻力的方法；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：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；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。4.7桩的平面布置

一般原则桩在平面内可布置成方形(或矩形)、三角形和梅花形，条形基础下的桩，可采用单排或双排布置，也可采用不等距布置；为了使桩基中各桩受力比较均匀，布置时应尽可能使上部荷载的中心与桩群的横截面形心重合或接近；当作用在承台底面的弯矩较大时，应增加桩基横截面的惯性矩；对柱下单独桩基和整片式桩基，宜采用外密内疏的布置方式；

对横墙下桩基，可在外纵墙外布设一至二根‘探头’桩；在有门洞的墙下布桩时应将桩设置在门洞的两侧；梁式或板式基础下的群桩，布置时应注意使梁板中的弯矩尽量减小，即多在柱、墙下布桩，以减少梁和板跨中的桩数；一般桩的最小中心距应符合下表规定。对于大面积桩群，尤其是挤土桩，桩的最小中心距还应按表列数值适当加大。土类与成桩工艺排数不少于3排且根数不少于9根的摩擦型桩桩基其它情况非挤土灌注桩3.0d3.0d部分挤土桩非饱和土饱和非粘性土3.5d3.0d饱和粘性土4.0d3.5d挤土桩非饱和土饱和非粘性土4.0d3.5d饱和粘性土4.5d4.0d钻、挖孔扩底桩2D或D+2.0m（当D>2.0m）1.5D或D+1.5m（当D>2.0m）沉管夯扩、钻孔挤扩桩非饱和土饱和非粘性土2.2D且4.0d2.0D且3.5d饱和粘性土2.5D且4.5d2.2D且4.0d基桩最小中心距《桩基规范》

桩的平面布置示例横墙下“探头”桩的布置(a)柱下桩基；(b)墙下桩基

布桩举例4.8桩承台的设计

桩基承台可分为柱下独立承台、柱下或墙下条形承台（梁式承台），以及筏板承台和箱形承台等。承台的作用是将桩联结成一个整体，并把建筑物的荷载传到桩上，因而承台应有足够的强度和刚度。构造要求承台类型承台的平面尺寸一般由上部结构、桩数及布桩形式决定。通常，墙下桩基做成条形承台，即梁式承台；柱下桩基宜采用板式承台（矩形或三角形）。承台的剖面形状可作成锥形、台阶形或平板形。

承台的构造要求承台的平面尺寸承台的最小宽度不小于500mm；边桩中心至承台边缘的距离不小于桩的直径或边长，且桩的外缘至承台边缘的距离不小于150mm，对于墙下条形承台，桩的外缘至承台边缘的距离不小于75mm；承台的立面尺寸承台厚度不小于300mm，最小埋深500mm；筏形、箱形承台的厚度应满足整体刚度、施工条件及防水要求；墙下或基础梁下的承台厚度不小于250mm。

钢筋及材料要求混凝土强度等级不低于C20；纵向钢筋混凝土保护层厚度不小于70mm，有混凝土垫层时不小于50mm；承台受力钢筋直径不小于12mm，间距不大于200mm。承台与承台及与桩的连接承台间应用联系梁连接，单桩承台应在两个方向联系，两桩承台在短向设置；联系梁顶面与承台顶面位于同一标高，梁宽≥200mm，梁高可取承台中心距的1/10~1/15；

为保证群桩与承台之间连接的整体性，桩顶应嵌入承台一定长度，预制桩的桩顶伸入承台，灌注桩的主筋伸入承台，对于大直径桩≥100mm，中等直径桩≥50mm，桩内主筋伸入承台内长度≥35dg。其余的详细构造要求参见p.162~164内容柱下独立桩基承台配筋示意(a)矩形承台；(b)三桩承台

柱下桩基独立承台受弯计算模型试验研究表明，柱下独立桩基承台（四桩及三桩承台）在配筋不足的情况下将产生弯曲破坏，其破坏特征呈梁式破坏，破坏时屈服线如p.163图4-31所示，最大弯矩产生于屈服线处。柱下多桩矩形承台计算截面取在柱边和承台高度变化处（杯口外侧或台阶边缘），按下式计算：Mx

∑Ni

yi

My

∑Ni

xi式中各符号的含义见p.165说明。四桩承台弯曲破坏模式矩形承台计算模式cac1aαsc2c1aαs(a)(b)(c)(d)(e)

柱下三桩三角形承台柱下三桩承台的受弯破坏模式与承台形状有关，分等边和等腰两种形式。等边三桩承台

取(a)、(b)两种破坏模式所确定的弯矩平均值作为截面弯矩设计值：式中各项参数的物理意义见p.164说明。等腰三桩承台式中各项参数的物理意义见p.165~166说明

柱下或墙下条形承台梁承台梁的正截面弯矩一般可按弹性地基梁进行分析，地基的计算模型应根据地基土层的特性选取。通常可采用文克尔假定，将基桩视为弹簧支承，其刚度系数可由静载荷试验的Q～s曲线确定，具体可参见有关文献。当桩端持力层较硬且桩柱轴线不重合时，可视桩为不动支座，按连续梁计算。

受冲切验算承台厚度一般按抗冲切和抗剪切条件确定，通常可先按抗冲切计算，再按抗剪切复核（类似于基础底板）。承台的冲切破坏方式可分为沿柱（墙）边的破坏和单一基桩对承台的冲切破坏两类。柱边冲切破坏锥体斜面与承台底面的夹角大于或等于45，该斜面的上边界位于柱与承台交接处或承台变阶处，下边界位于相应的桩顶内边缘处。矩形承台的柱边冲切承载力验算

Fl≤2[βox(bc

aoy)

βoy(hc

aox)]βhpft

hoFl

F

∑Ni（净反力）λ0x、λ0y：0.25~1.0对于圆柱及圆桩，计算时应将截面换算成方柱或方桩，取换算柱或桩截面边宽bp0.866d≥45°≥45°

角桩冲切承载力验算

多桩矩形承台三桩三角形承台底部角桩：顶部角桩：λ1x、λ1y：0.25~1.0λ11、λ12：0.25~1.0≥45°h0bchca1xc1c2a1ya1xc1c2a1y≥45°c1a12c2a11θ2θ1

对于箱形、筏形承台，可按以下公式验算承台受内部基桩的冲切承载力。

受基桩冲切验算受群桩冲切验算

ΣNli≤2[βox(by

aoy)

βoy(bx

aox)]βhpft

hoNl、ΣNli：不计承台和其上土重，在荷载效应基本组合下，基桩或复合基桩的净反力设计值、冲切锥体内各基桩或复合基桩反力设计值之和。bph0冲切破坏锥体受基桩冲切45°bph0冲切破坏锥体受群桩冲切bxa0xa0xabcda0ya0ybysa

受剪切验算桩基承台斜截面受剪承载力计算同一般的钢筋混凝土梁板结构，但桩基承台多属小剪跨比（<1.40）情况，故需将混凝土结构所限制的剪跨比（1.40～3.00）延伸到0.3的范围。桩基承台的剪切破坏面为一通过柱（墙）边与桩边连线所形成的斜截面。当柱（墙）外有多排桩形成多个剪切斜截面时，对每一个斜截面都应进行受剪承载力计算。等厚度承台式中各符号的含义见p.168。剪跨比λ：0.25~3.0承台斜截面受剪计算

不等厚度承台不等厚承台的斜截面计算宽度b0的计算与等厚承台有所区别。阶梯形承台应分别在变阶处及柱边进行斜截面受剪计算。变阶处（A1-A1、B1-B1

）：h0=h01，bx0=bx1，by0=by1柱边（A2-A2、B2-B2

）：h01ay2bx2bx1ax1ax2by1h02by2ay1A1A1A2A2B1B1B2B2h0h1by1by2ay2bx2ax2bx1AABB

锥形承台分别对两个方向的柱边截面进行受剪计算。

局部受压计算承台混凝土强度等级低于柱或桩的混凝土强度等级时，可按《钢筋混凝土结构计算》验算局部受压承载力。4.9桩基础设计的一般步骤①收集有关资料，进行调查研究，场地勘察；②确定桩基持力层；③选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造；④确定单桩承载力；⑤初步拟定桩的数量和平面布置；⑥初步拟定承台轮廓尺寸及承台底标高；⑦验算作用于单桩上的荷载；⑧验算承台尺寸及结构强度；⑨必要时验算桩基整体承载力和沉降量，当持力层下有软弱下卧层时，验算软弱下卧层的地基承载力；⑩单桩设计，绘制桩和承台的结构及施工图。

资料准备上部构造类型，平面布置，使用要求；荷载的大小与性质；工程地质资料，勘察报告；材料供应情况；施工机具和条件；现场周围环境条件（临近建筑物，交通及其他）。

选定桩型、确定单桩承载力桩的类型、截面和桩长的选择桩基础设计的第一步即是选择桩型（灌注桩或预制桩），桩的截面尺寸和长度，桩端持力层，确定桩是属于端承桩或摩擦桩。桩材：大部分还是使用钢筋混凝土桩。预制桩的混凝土强度≥C30，灌注桩的混凝土强度≥C20，钢筋有Ⅰ~Ⅲ级，一般按规范选用；桩型：主要与上部荷载，地质条件，施工条件等有关。在土层比较均匀，采用预应力高强度混凝土桩比较合理。土层分布不均匀，或存在坚硬的岩石，预制桩难于穿透，需改变桩型，如冲扩灌注桩等。

桩长：确定桩长的关键在于选择合适的桩端持力层。坚实土（岩）层适宜作为桩端持力层，如桩深度范围内无坚硬土层时，也可选择中等强度的土层作为持力层。桩端进入持力层的深度，对于粘性土，粉土不小于2d，砂土不小于1.5d，碎石类土不小于1d，端承桩嵌入微风化或中等风化岩体的最小深度不小于0.5m。嵌岩桩或端承桩下3d范围内应无软弱夹层，断裂带，空洞或大的裂隙。摩擦桩的桩长也与桩基的承载力和沉降量有关。实际桩长应包括桩顶嵌入承台的深度和桩尖的长度。（临界深度：砂土3~10d；粉土、粘性土2~6d）。

确定单桩承载力确定桩长后，即可定出桩的截面几何尺寸，初步确定承台底标高，根据桩的类型，桩长，截面几何尺寸可以通过前面介绍的用试验或计算的方法确定单桩承载力。

桩的平面布置及承载力验算桩的根数和布置初步估算桩数时，先不考虑群桩效应，根据单桩竖向承载力，桩数n可按下式初步估算：中心荷载：偏心荷载：中心荷载：偏心荷载：：桩基偏心影响系数。《建筑地基基础设计规范》《建筑桩基技术规范》注意事项：当桩的布置使得群桩截面的重心与荷载合力作用点重合时，可以按中心受压进行计算；桩数超过3根的摩擦型群桩，最后还要通过求出考虑群桩效应后的基桩承载力设计值后重新估算（桩基规范）；有软弱下卧层的地基，还要验算软弱下卧层承载力及桩基沉降验算；承受水平荷载的桩基，应满足对桩的水平承载力要求；在高灵敏度的流塑性粘性土地基，不宜采用间距小，桩数多的打入式桩基；桩数少，桩长大的桩基要优于桩数多，桩长小的桩基。

桩基承载力验算（《建筑地基基础设计规范》）桩顶荷载计算轴心竖向力作用：偏心竖向力作用：水平力作用：式中各符号的含义见p.172（注