《基础工程教学》桩基础

桩基技术现状与发展趋势单桩设计承载力越来越大向小桩发展复合地基理论、疏桩理论、桩基与上部结构共同作用理论等新品种、新工艺不断发展111:17:28编辑ppt桩的竖向承载力单桩轴向荷载传递机理孤立的一根桩称为单桩群桩中性能不受邻影响的一根桩可视为单桩。单桩工作性能的研究是单桩承载力分析理论的基础。211:17:28编辑ppt桩顶沉降＝桩端沉降＋桩身压缩量桩顶轴力Q＝桩侧总阻力Qs+桩端总阻力Qp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。侧阻的深度效应FACTS单桩轴向荷载的传递机理311:17:28编辑ppt桩侧(端)阻力与桩体位移的关系（1）411:17:28直径0.8m,桩长20m极限荷载：7MN工作荷载：3.5MN6mm100mm编辑ppt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。桩侧阻力发挥先于桩端阻力。工作状态下，摩擦桩的位移远小于端承桩的位移。511:17:28编辑ppt桩侧(端)阻力与桩体位移的关系（2）极限桩侧阻力对应的δu数值：粘性土4~6mm;砂类土6~10mm极限桩端阻力对应的δu数值：粘性土d/10~d/4（d为桩径）；砂类土d/12~d/10611:17:28编辑ppt桩的长径比l/d(1)

影响荷载传递的另一个主要因素短桩<10中长桩10~40长桩40~100超长桩>100长径比很大的桩都属于摩擦桩。711:17:28编辑ppt桩的长径比l/d(2)8桩越长，端阻力所占的比例越低11:17:28编辑ppt影响荷载传递的因素

基于Mattes－Poulos线弹性理论Eb/Es愈大，传到桩端荷载愈大

Ep/Es愈大，传到桩端荷载愈大D/d愈大，传到桩端荷载愈大l/d愈大，传到桩端荷载愈小911:17:28Es:桩周土层的刚度Eb:桩端土层的刚度Ep:桩身材料的刚度D:桩端的直径d:桩身的直径l:桩长编辑ppt单桩受力

的控制方程10?11:17:28编辑ppt11

极限摩阻力可用类似于土的抗剪强度的库伦表达式：

式中ca和a为桩侧表面与土之间的附着力和摩擦角，x为深度z处作用于桩侧表面的法向压力，它与桩侧土的竖向有效应力成正比例，即：桩侧摩阻力

桩截面位移桩侧摩阻力OCDAB11:17:28编辑ppt桩侧摩阻力计算深度z处的单位侧阻时，如取则侧阻将随深度线性增大。然而砂土中的模型桩试验表明，当桩入土深度达到某一临界值后，侧阻就不随深度增加了，这个现象称为侧阻的深度效应。综上所述，桩侧极限摩阻力与所在的深度、土的类别和性质、成桩方法等许多因素有关。1211:17:28编辑ppt桩端阻力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。可统一表达为端阻的深度效应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。1311:17:28编辑ppt桩侧阻和端阻的安全储备通常情况下，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得多。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。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，桩端阻力的安全储备一般大于桩侧摩阻力的安全储备。规范采用单一的安全系数是否合理？1411:17:28编辑ppt15

单桩静载荷试验所得的荷载—沉降（Q~s）关系曲线可大体分为陡降型（A）和缓变型（B）两类形态。陡降型缓变型（变形控制）11:17:28编辑ppt单桩承载力的确定决定因素桩身材料强度地层的支承力方法：理论计算，按土的抗剪强度指标确定静载荷试验规范公式1611:17:28编辑ppt按土的抗剪强度指标确定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，分别对桩侧阻力和桩端阻力进行计算。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，往往只用于一般工程或重要工程的初步设计阶段，或与其他方法综合比较来确定承载力。1711:17:28编辑ppt按土的抗剪强度指标确定一般的表达式1811:17:28编辑ppt静载荷试验法静载荷试验是评价单桩承载力诸法中可靠性较高的一种方法。缺点：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11:17:28编辑ppt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

11:17:28编辑ppt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

11:17:28编辑ppt地锚方式22

伞形地锚装置示意图

拉杆

立柱

横梁

千斤顶

地

锚

试桩

11:17:28编辑ppt锚桩斜拉方式2311:17:28编辑ppt锚桩斜拉方式2411:17:28编辑ppt试验加荷分级要求及数据处理加荷分级不应少于8级，每级加载量宜为预估极限荷载的1/8~1/10。25025507510012515017520003672108144180s(mm)

Q(kN)×100第二拐点Qu

第一拐点

0510152025303540455055606570110100100010000lgt

(min)300kN400kN500kN600kN700kN800kNY0

(mm)11:17:28编辑ppt试验中止条件符合下列条件之一时可终止加载：当荷载～沉降(Q~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;

Δsn+1/Δsn≥2，且经24h尚未达到稳定；25m以上的非嵌岩桩，Q~s曲线呈缓变型时，桩顶总沉降量大于60~80mm；在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大于100mm。2611:17:28编辑ppt单桩竖向极限承载力Qu的确定作荷载～沉降(Q~s)曲线和其他辅助分析所需的曲线。当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载值。当出现终止加载条件第二款的情况，取前一级荷载值。Q~s曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40mm所对应的荷载值，当桩长大于40m时，宜考虑桩身的弹性压缩。2711:17:28编辑ppt检测桩数及数据统计检测数量在同一条件下不应少于3根，且不宜少于总桩数的1%；当工程桩总数在50根以内时，不应少于2根。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值的30%时，可取其平均值为单桩竖向极限承载力Qu；当极差超过平均值的30%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Qu。对桩数为3根及3根以下的柱下桩台，则取最小值为单桩竖向极限承载力Qu。单桩竖向承载力特征值

Ra=Qu/22811:17:28编辑ppt挤土桩试验的休止时间

土的类别

休止时间（d）砂土7粉土10粘性土非饱和15饱和252911:17:28编辑ppt规范经验公式(1)式中Ra——单桩竖向承载力特征值；qpa、qsia——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）；Ap——桩底横截面面积；up——桩身周边长度；li——第i层岩土的厚度。3011:17:28编辑ppt规范经验公式(2)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：

Ra=qpaAp（4-23）式中qpa为桩端岩石承载力特征值,可按《建筑地基基础设计规范》附录H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计算：

qpa=ψrfrk（4-24）式中frk——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》附录J确定；ψr——折减系数。3111:17:28编辑ppt例题某承台下设置了3根直径为480mm的灌注桩，桩长10.5m，桩侧土层自上而下依次为：淤泥，厚6m，qsia=7kPa；粉土，厚2.5m，qsia=28kPa；粘土，很厚（桩端进入该层2m），qsia=35kPa，qpa=1800kPa。试计算单桩竖向承载力特征值。3211:17:28编辑ppt竖向荷载作用下群桩效应群桩效应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。问题：单桩承载力加起来等于群桩承载力？群桩效应系数η：33>1=1<111:17:28编辑ppt端承型群桩基础端承型群桩中基桩（桩群中的单桩）与（独立）单桩相近，桩与桩的相互作用、承台与土的相互作用，都小到可忽略不计，端承型群桩的承载力可近似取为各单桩承载力之和。η＝1。

34岩石土11:17:28编辑ppt摩擦型群桩基础

承台底面脱离地面的情况

（非复合桩基）当桩距小于3d（d为桩径）时，桩端处应力重叠现象严重；当桩距大于6d时，应力重叠现象较小。对打入较疏松的砂类土和粉土中的挤土群桩，其桩间土和桩端土被明显挤密，所以群桩效应系数η常大于1。35应力重叠沉降增加单桩承载力下降，η<1。

11:17:28编辑ppt摩擦型群桩基础

承台底面贴地的情况（复合桩基）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紧密接触，因此承台底面必产生土反力，从而分担了一部分荷载，使桩基承载力随之提高。考虑到一些因素可能会导致承台底面与基土脱开（例如挤土桩施工时产生的孔隙水压力会在承台修筑后继续消散而引起地基土固结下沉），为了保证安全可靠，设计时一般不考虑承台贴地时承台底反力对桩基承载力的贡献。

3611:17:28编辑ppt经验总结设计群桩基础时，一般可不考虑群桩效应对单桩竖向承载力的影响，即取群桩效应系数η＝1，但对摩擦型桩基、设计等级为甲级以及部分乙级的建筑物桩基，必须进行沉降验算，以确保桩基沉降不超过允许值。3711:17:28编辑ppt减沉桩基

按浅基础设计时，若地基强度足够或略差一些，但地基变形不满足要求，这时