第八章 桩基础

第八章桩基础第1页/共184页

如果建筑场地浅层的土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求，而又不适于采取地基处理措施时，就要考虑以下部坚实土层或岩层作为地基持力层的深基础方案。深基础有桩基础、沉井和地下连续墙等几种类型，本章仅讲述桩基础的理论与实践，在下章介绍其它的深基础。

第2页/共184页8桩基础Pilefoundation第3页/共184页本章主要内容概述-桩的功能及类型桩的承载机理

单桩承载力capacityofsinglepile桩基础设计capacityofpilegroup第4页/共184页桩基是一种古老的基础型式。桩工技术在我国经历了几千年的发展过程。早在7000-8000年前的新石器时代，为了防止猛兽，人类祖先就在湖泊和沼泽地里栽木桩筑平台，修建居住点。我国最早的桩基是在浙江河姆渡的原始社会居住的遗址中发现的。8.1概述1.桩基础发展概况榫卯木构件（公元前5000-3300年）第5页/共184页

我国在桩基应用方面有悠久的历史，古代不少用桩基础建造的建筑物，如南京的石头城、上海的龙华塔、西安的坝桥、北京的御桥等，至今仍情况良好。随近代科学技术的发展，桩的种类、桩的型式、施工工艺和设备以及桩基础理论和设计方法都有很大的演进。桩基础已成为在土质不良地区修建各种建筑物，特别是高层建筑、重型厂房和具有特殊要求的构筑物所广泛采用的基础型式。第6页/共184页北京御桥第7页/共184页龙华塔千年木桩至今完好第8页/共184页宋代，桩基技术已经比较成熟。如建于北宋天圣年间1023-1032的山西太原晋祠圣母殿，是采用桩基的古建筑，至今保存完好。第9页/共184页2.桩基础是深基础普遍采用的重要型式

浅层地基不能满足使用功能和地基基础设计的要求

要使用特殊、专门的施工机械第10页/共184页大型专用沉槽机械第11页/共184页

桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀，能承受一定的水平荷载和上拔力、可以提高地基基础的刚度、改变其自振频率、提高建筑物的抗震能力、耗材少、便于机械化施工等优点，适应性强等突出特点。与其它深基础比较，桩基础的适用范围最广。在深水中，可避免水下作业，简化施工设备和技术要求，加速施工速度并改善劳动条件。3.桩基础的适用性第12页/共184页对下列情况可考虑选用桩基础：（1）

不允许地基有过大沉降或不均匀沉降的高层建筑或其它重要的建筑物；（2）

重型工业厂房和荷载很大的建筑物，如仓库、料仓；（3）

软弱地基或某些特殊性土的各类永久性建筑物；（4）

作用有较大水平力和力矩的高耸结构物（如烟囱、水塔等）的基础，或桩承受水平力或上拔力的其它情况；（5）

需要减弱振动影响的动力机器基础；（6）

地基存在可液化土层时以桩基作为地震区建筑物的抗震措施；（7）

建于膨胀土或季节性冻土上的建筑；（8）

在旧有建筑物附近建造新的建筑物时；（9）

当地下水位较高时，采用桩基可减小施工难度和避免水下施工。第13页/共184页右图是上海国际贸易谈判大厦，基础采用的是600mmPHC桩基础桩基础应用举例软弱地基普遍采用的一种基础型式。预应力高强混凝土管桩第14页/共184页钱塘江桥建于1937年，是我国自行建造的第一座现代化公路、铁路两用双层桁架梁桥，位于浙江杭州，由著名桥梁专家茅以升主持修建。桥全长1453米，其中正桥长1072米，由16跨65.84米的简支铆接钢桁架梁组成。正桥桥墩全部采用沉箱基础，其中6个沉箱直接沉落在岩层上，9个沉箱各坐落在160根长27-30米并打至岩层的木桩群顶上。第15页/共184页

虽然桩基础的优点较多，但不是任何条件下都能适用。当上层软弱土层很厚，桩端不能达到坚实土层时，就需要用较多、较长的桩来传递荷载，这时的桩基础沉降量较大，稳定性也较差；桩通过较好土层而将荷载传到下卧软弱层，则将使桩基沉降增加。在这些情况下不宜采用桩基。友情提示：您注意听课了吗？第16页/共184页4.桩基设计内容

选择桩的类型和几何尺寸；确定单桩竖向（和水平向）承载力设计值；确定桩的数量、间距和布置方式；验算桩基的承载力和沉降；桩身结构设计；承台设计；绘制桩基施工图；第17页/共184页5.桩基设计原则

根据规定的建筑物安全等级进行设计

采用以概率理论为基础的极限状态设计法；

极限状态设计按两类进行：承载能力极限状态；正常使用极限状态；第18页/共184页8.2桩和桩基的分类与质量检测

为满足结构物的要求，适应地基的特点，随着科学技术的发展，在工程实践中已形成了各种类型的桩基础，它在本身构造和桩土相互作用性能上都有各自的特点。为了在设计和施工时更好地发挥桩基础的特点，下面介绍桩的分类。

第19页/共184页8.2.1桩基的组成与特点

单桩基础：单根桩的形式承受和传递上部结构的荷载：群桩基础：由２根或２根以上的多根桩组成的桩基础，由承台将群桩在上部联结成一个整体，建筑物的荷载通过承台分配给各根桩，桩群再把荷载传递给地基。每根单桩称基桩。桩基由设置于土中的桩和承接上部结构的承台组成，桩顶埋入承台中。按承台与地面的相对位置不同，分为低承台桩基和高承台桩基。低承台的承台底面低于地面，而高承台桩基的承台底面位于地面以上。低承台桩比高承台桩受力性能好，桩承台周围的土体可发挥一定作用。在工业与民用建筑中多采用低承台桩，且多为竖直桩，很少采用斜桩。桥梁和港口工程中常用高承台桩，且多为斜桩，以承受水平荷载。第20页/共184页低承台桩第21页/共184页高承台桩第22页/共184页

低承台桩基础第23页/共184页

高承台桩基础第24页/共184页8.2.2桩的分类１.按承载性状分类(1).摩擦型桩：是指在竖向荷载作用下，桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力承受。根据桩侧阻力与桩端阻力所分担荷载的比例，分为：

摩擦桩：桩顶极限荷载绝大部分由桩侧阻力承担，桩端阻力可忽略不计。例如：①桩长径比很大，桩顶荷载只通过桩身压缩产生的桩侧阻力传递给桩周土，桩端土层分担荷载很小；②桩端下无较坚实的持力层③桩底残留虚土或沉渣的灌注桩④桩端出现脱空的打入桩。

端承摩擦桩：桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但桩侧阻力分担荷载较大，同时有一定的桩端阻力。第25页/共184页(2).端承型桩：是指在竖向荷载作用下,桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承受。根据桩端阻力所分担荷载的比例，分为：

端承桩：桩顶极限荷载绝大部分由桩端阻力承担，桩侧阻力可忽略不计。桩的长径比较小，桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中、微风化及新鲜基岩中。

摩擦端承桩：桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但桩端阻力分担荷载较大，桩侧阻力不可忽略。通常桩端进入中密以上的砂类、碎石类土层中或位于中、微风化及新鲜基岩顶面。第26页/共184页端承桩PsPPs第27页/共184页

单桩类型

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２.按施工方法分类

按桩的施工方法不同，可分为预制桩和灌注桩两大类。

（1）

预制桩

预制桩桩体可用钢筋砼、钢材或木料在现场或工厂制作，然后以锤击、振动打入、静压或旋入等方式设置就位。

①混凝土预制桩

混凝土预制桩的横截面有方、圆等多种形状。一般普通实心方桩的截面边长为300～500mm，桩长在25～30m以内。工厂预制时分节长度一般小于12m，沉桩时在现场连接到所需桩长。分节接头应保证质量以满足桩身承受轴力、弯矩和剪力的要求，通常可用钢板、角钢焊接，并涂沥青以防腐蚀；法兰盘螺栓和硫磺胶泥锚固等。前两种适用于各类土层，第三种适用于软土。

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大截面实心桩自重大，用钢量大，其配筋主要受起吊、运输、吊立和沉桩等各阶段的应力控制。采用预应力混凝土桩，则可减轻自重，节约钢材、提高桩的承载力和抗裂性。预应力混凝土管桩采用先张法预应力工艺和离心成型法制作。桩的下端设置开口的钢桩尖或封口十字钢桩尖。沉桩时桩节处通过焊接端头板接长。预制桩的截面形状、尺寸和桩长可在一定范围内选择，桩尖可达坚硬粘性土或强风化基岩，具有承载能力高、耐久性好、且质量较易保证等优点。但其自重大，需大能量的打桩设备，并且由于桩端持力层起伏不平而导致桩长不一，施工工艺比较复杂。

当采用静压法沉桩时，常用空心方桩；在软土层中亦有采用三角形断面，以节省材料，增加侧面积和摩阻力。第30页/共184页第31页/共184页第32页/共184页预应力钢筋混凝土桩系将预制混凝土桩的部分或全部主筋作为预应力张拉钢筋，采用先张法、后张法对桩身混凝土施加预压应力，提高桩的抗冲（锤）击能力与抗弯能力。预应力钢筋混凝土桩简称为预应力桩。预应力钢筋混凝土桩与普通钢筋混凝土桩比较，其强度重量比大，含钢率低，耐冲击，耐久性和抗腐蚀性能增高，以及穿透能力强，因此特别适合于用作超长桩（L>50m）和需要穿越夹砂层的情况，所以它们是高层建筑的理想桩型之一，但制作工艺要求较复杂。第33页/共184页

预应力桩按其制作工艺分为两类：一类是普遍立模浇制的，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。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。

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②钢桩常用的钢桩有下端开口或闭口的钢管桩和H型钢桩等。一般钢管桩的直径为250~1200㎜。钢桩的穿透能力强，自重轻、锤击沉桩效果好，承载力高，施工方便。其缺点是耗钢量大、成本高、易锈蚀，我国只在少数重大工程中使用。

③木桩常用松木、杉木或橡木做成，桩顶锯平并加铁箍，桩尖削成棱锥形。木桩制作和运输方便、打桩设备简单，在我国使用历史悠久，但目前已很少使用。

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（2）灌注桩灌注桩是直接在设计桩位处成孔，然后在孔内下放钢筋笼再浇灌混凝土而成，其横截面呈圆形，可作成大直径和扩底桩。灌注桩按沉桩方法分为：①沉管灌注桩利用锤击或振动等方法沉管成孔，然后浇灌混凝土、拔出套管。锤击沉管灌注桩的常用桩径为300～500㎜，桩长常在20m以内，可打至硬塑粘土层或中、粗砂层。其优点是设备简单、打桩进度快、成本低。但在软、硬土层交界处或软弱土层处易发生缩颈现象，可能由于邻桩的挤压或其它振动作用等各种原因使土体上隆，引起桩身受拉而出现断桩现象，或出现局部夹土、混凝土离析及强度不足等质量事故。

第36页/共184页②钻（冲）孔灌注桩钻（冲）孔灌注桩用钻机钻土成孔，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，浇灌混凝土，有的钻机成孔后，可撑开钻头的扩孔刀刃使之旋转切土扩大成孔，浇灌混凝土后在底端形成扩大桩端，但扩底直径不宜大于3倍桩身直径。其最大优点是入土深，能进入岩层、刚度大、承载力高，桩身变形小，并可方便地进行水下施工。施工顺序主要分三大步：成孔、沉放钢筋笼、导管法浇灌水下混凝土成桩。第37页/共184页第38页/共184页螺旋钻

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③挖孔桩挖孔桩可采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达所需深度后再进行扩孔、安放钢筋笼及浇灌混凝土而成。

挖孔桩一般内径应≥800㎜，开挖直径≥1000㎜，护壁厚≥100㎜，分节支护，每节高500～1000㎜，可用混凝土浇注或砖砌筑，桩身长度宜限制在40m以内。挖孔桩可直接观察地层情况，孔底易清除干净，设备简单，噪音小，场区内各桩可同时施工，且桩径大、适应性强，比较经济，但由于挖孔时可能存在塌方、缺氧、有害气体，触电等危险，易造成安全事故，因此应严格执行有关操作规定，此外难以克服流砂现象。

第40页/共184页人工挖孔扩孔桩（芝加哥法）第41页/共184页爆破扩底桩第42页/共184页３.按成桩方法（设置效应）分类随着桩的设置方法的不同，桩周土所受的排挤作用也很不相同。排挤作用会引起桩周土天然结构、应力状态和性质的变化，从而影响土的性质和桩的承载力。

(1).非挤土桩：先钻孔后打入的预制桩和钻孔桩在成桩过程中将孔中土体清除去，故设桩时对土没有排挤作用，桩周土反而可能向桩孔内移动。因此，非挤土桩的桩侧摩阻力常有所减小。一般现场灌注的挖孔桩属于非挤土桩。(2).部分挤土桩：沉桩时对桩周土体有部分排挤作用，但土的强度和变形性质变化不大。一般底端开口的管桩、部分挤土灌注桩、预钻孔打入式预制桩属于此类桩。

第43页/共184页(3).挤土桩：采用锤击、振动等沉桩方法把桩打入土中，将桩位处的土大量的挤开，因而使桩周土的土结构受到严重扰动破坏。挤土灌注桩、挤土预制桩属于此类桩。

第44页/共184页４.按桩身材料分类(1).混凝土桩：在现场采用机械或人工成孔，就地灌注混凝土成桩，称为灌注桩。灌注桩可在桩内设置钢筋，也可不配钢筋；预制桩是在工厂或现场预制成型的混凝土桩。有实心方桩、管桩。为提高其抗裂性和节约钢材可作成预应力桩，为减小沉桩挤土效应可做成敞口预应力管桩。(2).

钢桩：主要有钢管桩、H型钢桩以及使用量小的钢轨桩。(3).组合材料桩：是指用两种材料组合的桩，例如钢管桩内填充混凝土，或上部为钢管桩下部为混凝土等型式的组合桩。

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钢桩常用的钢桩有下端开口或闭口的钢管桩和H型钢桩等。一般钢管桩的直径为250～1200㎜。钢桩的穿透能力强，自重轻、锤击沉桩效果好，承载力高，施工方便。其缺点是耗钢量大、成本高、易锈蚀，我国只在少数重大工程中使用。钢桩有两种：钢管桩和H形桩。钢管桩系由钢板卷焊而成，常见直径有406mm、609mm、914mm和1200mm几种，壁厚通常是按使用阶段应力设计的，约10mm左右。钢管桩具有强度高、抗冲击疲劳性能好、贯入能力强、抗弯曲的刚度大，单桩承载力高，便于割接、质量可靠、便于运输、沉桩速度快以及挤土影响小等优点；但它抗腐蚀性能较差，须做表面防腐蚀处理，且价格昂贵。因此，在我国一般只在必须穿越砂层或其它桩型无法施工和质量难以保证、或必须控制挤土影响、或工期紧迫等情况下及重要工程才选用。

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H型钢桩系一次轧制成型，与钢管桩相比，其挤土效应更弱，割焊与沉桩更便捷、穿透性能更强。

H型钢桩的不足之处是侧向刚度较弱，打桩时桩身易向刚度较弱的一侧倾斜，甚至产生施工弯曲。在这种情况下，采用钢筋混凝土或预应力混凝土桩身加H型钢桩尖的组合桩则是一种性能优越的桩型。实践证明这种组合桩能顺利穿过夹块石的土层，亦能嵌入N63.5>50的风化岩层。第47页/共184页５.按桩径大小分类(1).小桩：d≤250mm，小桩多用于基础加固和复合桩基础。(2).中等直径桩：250mm＜d＜800mm，此类桩在工业与民用建筑物中大量使用。(3).大直径桩：d≥800mm，通常用于高重型建筑物基础。6.按形状分类按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩按横断面：圆形，八边形，十字桩、X形桩第48页/共184页横断面第49页/共184页３.桩基础采用类型：柱下独立承台桩基础结合上部结构和建设场地的情况，桩基础可采用以下各种类型；第50页/共184页墙下承台桩基础第51页/共184页柱下条形承台桩基础第52页/共184页井格承台桩基础第53页/共184页筏板承台桩基础第54页/共184页环形承台桩基础第55页/共184页箱形承台桩基础第56页/共184页

４.桩的质量检验

桩基础属于地下隐蔽工程，尤其是灌注桩，很易出现缩颈、夹泥、断桩或沉渣过厚等多种形式的质量缺陷，影响桩身结构完整性和单桩承载力，因此必须进行施工监督、现场记录和质量检测，以保证质量，减少隐患。对于柱下单桩或大直径灌注桩工程，保证桩身质量就更为重要。目前已有多种桩身结构完整性的检测技术，下列几种较为常用。

第57页/共184页(1)开挖检查：只限于对所暴露的桩身进行观察检查。(2)抽芯法：在灌注桩桩身内钻孔（直径100～150mm），取混凝土芯样进行观察和单轴抗压试验，了解混凝土有无离析、空洞、桩底沉渣和夹泥等现象。有条件时也可采用钻孔电视直接观察孔壁孔底质量。(3)声波检测法：预先在桩中埋入3～4根金属管，利用超声波在不同强度的混凝土传播速度的变化来检测桩身质量。试验时在其中一根管内放入发射器，而在其它管中放入接收器，通过测读并记录不同深度处声波的传递时间来分析桩身质量。(4)动测法：包括锤击激振、机械阻抗、水电效应等。对于等截面、质地较均匀的预制桩测试效果较可靠；而对于灌注桩的动测检验，目前已有相当多的实践经验，具有一定的可靠性。第58页/共184页

8.3竖向荷载下单桩的工作性能孤立的一根桩称为单桩，群桩中性能不受邻桩影响的一根桩可视为单桩。桩的承载力和沉降机制取决于桩与土之间的相互作用的应力应变性状。1.桩的荷载传递当竖向荷载施加于单桩桩顶时，桩身受到压缩而产生相对于土的向下位移，与此同时桩侧表面受到土的向上摩阻力。桩身荷载通过所发挥出来的桩侧摩阻力传递至桩周土层中，致使桩身荷载和压缩变形随深度递减。随着作用荷载的增加，桩身压缩量和位移量增大，桩身下部的摩阻力随之逐步调动起来，桩底土层也因受到压缩而产生桩端阻力。而桩端土层的压缩加大了桩土相对位移，从而使桩身摩阻力进一步发挥出来。

第59页/共184页图8.8中长度为L的竖直单桩在桩顶轴向力的作用下，于桩身任一深度处横截面上所引起的轴力将使截面下桩身压缩、桩端下沉，致使该截面向下位移了。这种位移会造成桩身侧面与桩周土之间的相对滑移，其大小则制约着土对桩侧表面向上作用的正摩阻力的发挥程度。从作用于桩上的力平衡条件：见P.216页公式：8.1、8.2、8.3第60页/共184页

（a）（b）（c）（d）（e）图8-8单桩轴向荷载传递（a）微桩段的作用力；（b）轴向受力的单桩；（c）截面位移曲线（d）摩阻力分布曲线；（e）轴力分布曲线第61页/共184页

2.桩侧摩阻力和桩端阻力桩侧摩阻力τ是桩截面对桩周土相对位移δ的函数，如图中曲线OCD所示，但通常可简化为折线OAB。其极限值τu可用类似于土的抗剪强度的库仑公式表达：(见P216

公式：8.4、8.5)第62页/共184页摩阻力的分布qs摩阻力u为桩的周长S0Sp各点位移Q轴向力NS0Sp第63页/共184页

桩的侧阻力随深度呈线性增大。但砂土中模型试验表明，当桩入土深度达某一临界值后，侧阻就不再随深度增加。这种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深度、土的类别、成桩方法等因素有关。随着桩顶荷载的逐级增加，桩截面的轴力、位移和桩侧摩阻力不断变化。起初Q值较小，桩身截面位移主要发生在桩身上段，Q主要由上段桩侧阻力承担。当Q增大到一定数量时桩端产生位移，桩端阻力开始发挥直到桩底持力层破坏，此时桩处于承载力极限状态。第64页/共184页

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值比桩侧摩阻力到达极限所需的桩身截面位移值大得多。根据试验结果，砂类土的桩底极限位移约为（0.08～0.1）d，一般粘性土为0.25d，硬粘土为0.1d。因此，在正常工作状态下，桩端阻力的安全储备一般大于桩侧阻力的安全储备。桩长对荷载的传递也有重要的影响。当桩长较大（l/d＞25）时，因桩身压缩变形大，桩端反力尚未发挥，桩顶位移已超过实用所要求的范围，此时传递到桩端的荷载极为微小。因此，很长的桩实际上总是摩擦桩，用扩大桩端直径来提高承载力是无用的。

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3.单桩的破坏模式单桩在轴向荷载作用下，其破坏模式主要取决于桩周土的抗剪强度、桩端支承情况、桩的尺寸以及桩的类型等条件。轴向荷载下基桩的破坏模式

第66页/共184页屈曲破坏当桩底支承在坚硬的土层或岩层上，桩周土层极为软弱，桩身无约束或侧向抵抗力。桩在轴向荷载作用下，如同一细长压杆出现纵向挠曲破坏，荷载—沉降（Q－s）关系曲线为“急剧破坏”的陡降型，其沉降量很小，有明确的破坏荷载，桩的承载力取决于桩身的材料强度。如穿越深厚淤泥质土层中的小直径端承桩或嵌岩桩，细长的木桩等多属于此种破坏。整体剪切破坏当具有足够强度的桩穿过抗剪强度较低的土层，达到强度较高的土层，且桩的长度不大时，桩在轴向荷载作用下由于桩底上部土层不能阻止滑动土楔的形成，桩底土体形成滑动面而出现整体剪切破坏。此时桩的沉降量较小，桩侧摩阻力难以充分发挥，主要荷载由桩端阻力承受，Q—s曲线也为陡降型，呈现明确的破坏荷载。桩的承载力主要取决于桩端土的支承力。一般打入式短桩、钻孔短桩等均属此种破坏。第67页/共184页刺入破坏当桩的入土深度较大或桩周土层抗剪强度较均匀时，桩在轴向荷载作用下将出现刺入破坏，此时桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承受，桩端阻力极微，桩的沉降量较大。一般桩周土质较软弱时，Q—s曲线为“渐进破坏”的缓变型，无明显拐点，极限荷载难以判断，桩的承载力主要由上部结构所能承受的极限沉降确定；当桩周土的抗剪强度较高时，Q—s曲线可能为陡降型，有明显拐点，桩的承载力主要取决于桩周土的强度。一般情况下的钻孔灌注桩多属此种情况。第68页/共184页

4.桩侧负摩阻力

桩土之间的相对位移的方向决定了桩侧摩阻力的方向，当桩周土层相对于桩侧向下位移时桩侧摩阻力方向向下，称为负摩阻力。通常，在下列情况下应考虑桩侧负摩阻力作用。（1）桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层时；（2）桩周存在软弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载时；（3）由于降低地下水位，使桩周土中有效应力增大，并产生显著压缩沉降时。

(4)冻土地区,由于温度升高而引起桩侧土的融陷。

(5)桩侧有较厚的欠固结土或新填土，这些土层在自重下沉降。

引起条件：桩周围的土体下沉必须大于桩的沉降。第69页/共184页正摩阻负摩阻第70页/共184页

要确定桩侧负摩阻力的大小，首先就得确定产生负摩阻力的深度及其强度大小。桩身负摩阻力并不一定发生于整个软弱压缩土层中，而是在桩周土相对于桩产生下沉的范围内，它与桩周土的压缩、固结、桩身压缩及桩底沉降等直接有关。中性点在ln深度内桩周土相对于桩侧向下位移，桩侧摩阻力朝下，为负摩阻力；在ln深度以下，桩截面相对于桩周土向下位移，桩侧摩阻力向上，为正摩阻力；而在ln深度处桩周土与桩截面沉降相等，两者无相对位移发生，其摩阻力为零，这种摩阻力为零的点称为中性点。第71页/共184页lnNegative土位移Ss桩位移Sp-+摩阻力轴向力N第72页/共184页单桩在产生负摩阻力时的荷载传递

b、c分别为桩侧摩阻力和桩身轴力的分布曲线，其中Qn为负摩阻力引起的桩身最大轴力，或称为下拉荷载，Qs为总的正摩阻力。且在中性点处桩的轴力达到最大值(Q+Qn)，而桩端总阻力则等于Q+(Qn-Qs).第73页/共184页

桩周土层的固结随时间而变化，故土层的竖向位移和桩身截面都是时间的函数。因此，在桩顶荷载Q的作用下，中性点位置、摩阻力以及轴力等也都相应发生变化。当桩截面位移在桩顶荷载作用下稳定后，则土层固结的程度和速率是影响Qn大小和分布的主要因素。固结程度高、地面沉降大，则中性点往下移；固结速率大，则Qn增长快。但Qn的增长需经过一定的时间才能达到极限值。在该过程中，桩身在Qn作用下产生压缩，随着Qn的产生和增大，桩端处轴力增加，沉降也相应增大，由此导致桩土相对位移减少，Qn降低，而逐渐达到稳定状态。负摩阻力的确定：影响因素有桩侧与桩端土的变形与强度性质、土层的应力历史、桩侧土发生沉降的原因和范围以及桩的类型和成桩工艺，故精确的理论计算是复杂而困难的，多使用带有经验性质的近似公式，如贝伦的“有效应力法”，或根据土的类别的经验公式。第74页/共184页消除或减小负摩阻力的措施：对填土建筑场地，填筑时要保证填土的密实度符合要求，尽量在填土沉降稳定后成桩；当建筑场地有大面积堆载时，成桩前采取预压措施，减小堆载时引起的桩侧土沉降；对湿陷性黄土地基，先进行夯实、素土或灰土挤密桩等方法处理，消除或减轻湿陷性；在预制桩中性点以上表面涂一层沥青，或者对钢桩再加一层厚度为3mm的塑料薄膜（兼作防锈作用），对现场灌注桩也可在桩与土之间灌注斑脱土浆等方法，来消除或降低负阻力的影响。第75页/共184页就沥青涂层法这一问题进行过有趣的试验：将直径50cm和长度大于50m的三根桩配有应变传感器并沉到岩石上，在饱和软粘土层上面填加15m高的土层，由填土重量引起地基土表面沉降速率为10～15cm/月，制作两根钢管扩底桩，其扩底直径为70cm，两根桩侧面涂一层沥青涂料。实验结果表明：把渗透率为80～100的沥青喷施1mm厚，就可以减少90%以上的下拉荷载，达到这一效果的重要因素是确保沥青涂层无破坏，在沥青涂层受到破坏的情况下，甚至在桩扩底端部负摩阻力也不会降低。(确保沥青无破坏的方法:当桩穿过填石，砂和砾石、地表硬壳或地表面冻结时可采用预钻孔；当桩用膨润土层所保护时，则可采用端部扩大的桩)第76页/共184页8.4单桩竖向承载力的确定

单桩承载力是指单桩在外荷作用下,不丧失稳定性、不产生过大变形时的承载能力。单桩竖向极限承载力是指单桩在竖向荷载作用下达到破坏状态前或出现不适宜继续承载的变形时所对应的最大荷载。

桩丧失承载力表现为两种形式：①桩周土岩的阻力不足，桩发生急剧且量大的竖向位移；或者虽然位移不急剧增加，但因位移量过大而不适宜继续承载；②桩身材料的强度不足，桩身被压坏或拉坏。因此，单桩竖向承载力主要取决于二方面：其一，桩身的材料强度；其二，地基的承载力。设计时应分别按这两方面确定后取其中的较小值。

第77页/共184页按材料强度确定按材料强度计算低承台桩基的单桩承载力时，可把桩视作轴心受压构件，而且不考虑纵向压屈的影响，这是由于桩周存在土的约束作用之故。对于通过很厚的软弱粘土层而支撑在岩层上的端承桩或承台底面以下存在可液化土层的桩以及高承台桩基，则应考虑压屈的影响。（见P219

公式8.10)2.按单桩竖向抗压静载荷试验确定静载荷试验是评价单桩承载力诸法中最直观和可靠的一种方法，除了考虑到地基土的支承能力外，也计入了桩身材料强度对于承载力的影响。对于一级建筑物必须通过静载荷试验确定单桩承载力。对于地基条件复杂，桩施工质量较难保证等情况下的二级建筑桩基也须通过静载荷试验确定单桩承载力。第78页/共184页

在同一条件下，进行静载荷试验的桩数不宜少于总桩数的1%，工程桩总数在50根以内时不应少于2根，其它情况不应少于3根。挤土桩在设置后须间隔一段时间再开始载荷试验。这是由于打桩时土中产生的孔隙水压力有待消散，且土体因打桩扰动而降低的强度也有待随时间而逐渐恢复。所需的间歇时间：在桩身强度达到设计要求的前提下，对于砂类土不得少于10天；粉土和粘土不得少于25天。第79页/共184页

（1）静载荷试验装置及方法

试验装置包括加荷稳压部分、提供反力部分和荷载与沉降的量测仪表部分。静载荷一般由安装在桩顶的油压千斤顶提供，其反力可通过锚桩承担，或借压重平台上的重物来平衡。荷载可用放置于千顶上的应力环、应变式传感器直接测定。量测桩顶沉降的仪表主要有百分表或电子位移计等。（ａ）锚桩横梁反力装置（ｂ）压重平台反力装置第80页/共184页

加载方式试桩时加载方式采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载，直到试桩破坏。然后分级卸载到零。当考虑缩短试验时间，可采用快速维持荷载法，即每隔一小时加一级荷载。每级加载为预估极限荷载的1/10~1/15。第一级可按2倍分级荷载加荷。还有快速维持荷载法、等贯入速率法、等时间间隔加载法以及循环加载法等。沉降观测每级加载后，隔5、10、15min各测读一次，以后每隔15min测读一次，累计1h之后每隔30min测读一次。稳定标准在每级荷载作用下，每一小时的沉降量不超过0.1㎜，并连续出现两次，认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。

卸载与卸载沉降观测卸载时，每级卸载值为加载值的两倍。每级卸载后，隔15min测读一次残余沉降，读两次后，隔30min再读一次，即可卸下一级荷载。全部卸载后隔3~4h再测读一次。第81页/共184页

(2)终止加荷条件

桩的破坏状态的出现有时不是十分的明显，当出现下列情况之一时，即可终止加载：①某级荷载作用下，桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5倍；

②某级荷载作用下，桩的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定；③已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量时。第82页/共184页

（3）确定单桩竖向极限承载力的方法

确定单桩竖向极限承载力的方法，一般应绘制Q－s曲线。对于陡降型Q—s曲线单桩竖向极限承载力取Q—s曲线发生明显陡降的起始点。对于缓变型Q—s曲线一般可取s＝40～60mm对应的荷载，对于大直径桩可取s＝0.03～0.06D（D为桩端直径，大桩径取低值，小桩径取高值）所对应的荷载值；对于细长桩（l/d＞80）可取s＝60～80mm对应的荷载。此外，还可以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

；也可根据终止加载条件②中的前一级荷载值作为Qu。第83页/共184页（ａ）（ｂ）

图8-13单桩静载荷试验曲线（ａ）单桩Ｑ-ｓ曲线；（ｂ）单桩ｓ-ｌｏｇｔ曲线

第84页/共184页

3.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。这类公式在土的抗剪强度指标的取值上考虑了理论公式所无法概括的某些影响因素，例如：土的类别和排水条件、桩的类型和设计效应等，所以仍是带经验性的。以下简介由朴罗斯等综合有关学者研究成果而推荐的计算公式以供参考。单桩承载力的一般表达式

单桩极限承载力Qu一般表达式：

（见P221

公式：8.14、8.15）粘性土中单桩的承载力

粘性土中的桩一般以短期承载力控制设计。因为在桩设置和受荷初期，桩周土来不及排水固结，故宜按总应力分析法取不排水强度cu估算承载力，这样表达为：

（见P221

公式：8.16

）第85页/共184页4.按静力触探法确定（1）一级建筑桩基应采用现场静载荷试验，并结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定；（2）二级建筑桩基应根据静力触探、标准贯入、经验公式等估算，并参照地质条件相同的试桩资料综合确定。当缺乏可参照的试桩资料或地质条件复杂时，应由现场静载荷试验确定；（3）对三级建筑桩基，如无原位测试资料时，可利用承载力经验公式估算。

第86页/共184页

5.按经验公式法确定根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，《桩基规范》在大量经验及资料积累的基础上，推荐如下单桩竖向极限承载力的估算公式。（1）当桩径d＜0.8m时（中、小直径桩）：（见P222

公式：8.20）

（2）当桩径d≥0.8m时（大直径桩）：大直径的桩底持力层一般都呈渐进破坏，使其具有缓变型的曲线，因此其极限端阻随桩径的增大而减小，且以持力层为无粘性土时为甚；至于其极限侧阻本来与桩径无关，但因大直径桩一般为钻、冲、挖孔灌注桩，在无粘性土中成孔时，孔壁因应力解除而松弛，致使侧阻的降幅随孔径的增大而增大。大直径桩的极限承载力标准值计算：（见P224

公式：8.21）（3）嵌岩桩：（见P224

公式：8.22）第87页/共184页6.按动力试桩法确定

高应变动力检测法和低应变动力检测法。

7.桩的抗拔承载力

《桩基规范》规定，对于二、三级建筑物，可按8.23式估算。

8.单桩竖向承载力设计值

《地基规范》指出，单桩竖向承载力特征值的确定值的确定

应符合下列规定：

（1）应通过单桩竖向静载荷试验确定。

（2）地基基础设计等级为丙级的建筑物，可采用静力触探

及标准贯入试验参数确定。

（3）初步设计时单桩竖向承载力特征值可按8.24估算。

（4）嵌岩灌注桩。

第88页/共184页

8.5桩的水平承载力与位移土木工程中的桩基大多以承受竖向荷载为主，但在风荷载、地震荷载、机械振动荷载或土压力、水压力等作用下，也将承受一定的水平荷载，尤其是桥梁工程中的桩基，除了满足桩基的竖向承载力要求外，还必须对桩基的水平承载力进行验算。桩的水平承载力是指与桩轴方向垂直的承载力。作用在桩基上的水平荷载有长期作用的水平荷载和反复作用的水平荷载（如风荷载）。以承受水平荷载为主的桩基，可考虑采用斜桩。即使采用斜桩更有利，但常受施工条件的限制而难以实现，不得不采用竖直桩。一般工业与民用建筑中的基础，常以承受竖向荷载为主，但在桩基上作用有较大水平荷载时还必须对桩的水平承载力进行验算。一般来说当水平荷载和竖向荷载合力与竖直线的夹角不超过5度时，竖直桩的水平承载力不难满足设计要求，更应采用竖直桩。因此下面的讨论仅限于竖直桩的水平承载力。第89页/共184页１.单桩的水平承载力桩的水平荷载作用的特征桩在水平荷载作用下，桩身产生挠曲变形，变形的形式与桩和地基的刚度有关。桩身变形挤压侧土体，而土体对桩侧产生水平抗力，其大小和分布与桩的变形、地基条件和桩的入土深度有关。桩在破坏之前，桩身与地基的变形是协调的，相应地桩身产生了内力。随着桩身变形和内力的增大，对于低配筋率的灌注桩来说常是桩身首先出现裂缝，然后断裂破坏；对于抗弯性能好的钢筋混凝土预制桩，桩身虽然未断裂，但桩侧土体已明显开裂和隆起，桩的水平位移一般已超过建筑物的允许值，也应认为已破坏。第90页/共184页影响桩水平承载力的因素影响桩水平承载力的因素较多，主要有以下几种：①桩的截面尺寸和材料强度桩的截面尺寸越大，材料强度越高，桩的抗弯刚度越大；反之，桩的抗弯刚度就小。对于抗弯刚度较大的桩，在水平位移较大时仍不折断，但已超过建筑物的允许位移值。所以，桩的水平承载力常常不是由桩的强度确定，而是由桩的允许水平位移值控制。②地基土的强度地基土的强度越高，抵抗水平位移的能力就越大，桩的水平承载力也就越大。所以，地基强度高的比地基强度低的桩的水平承载力大。③桩头嵌固条件桩头嵌固于承台中的桩，其抗弯刚度大于桩头自由的桩。所以，桩头嵌固提高了桩抵抗横向弯曲的能力，使桩的水平承载力增大。第91页/共184页④桩的入土深度桩随着入土浓度增加，水平承载力就逐渐提高，当达到某一深度后，继续增加入土深度，承载力将不起变化，桩抵抗水平荷载作用所需的入土深度，称为有效长度，在水平荷载作用下，有效长度以下部分，桩没有显著的水平变位。桩的入土深度小于有效长度时，则不能充分发挥地基的水平抗力，荷载达到一定值后，桩就会倾倒而被拔出；而当桩的入土深度大于有效长度时，桩嵌固在土中某一深度处，地基的水平抗力得不到充分发挥，桩不致倾倒或被拔出，而是产生弯曲变形。⑤桩的间距当桩距较小（小于3d）时，桩前区土中应力将发生重迭,地基变形大，桩的水平承载力下降；当桩距大时，应力重迭的影响小。但桩距大，承台尺寸也随之增大，因此，设计必须进行经济比较，全面加以考虑。第92页/共184页确定水平承载力的方法单桩的水平承载力与竖向承载力一样，不仅取决于地基土的阻力而且也决定于桩身材料强度。设计时，仍然是先根据地基土的阻力确定单桩的水平承载力，再据此承载力考虑一定的安全度，按桩身材料验算并选定其材料强度。根据地基土对桩的侧向阻力确定单桩水平承载力的方法，通常有以下几种：

①水平静载荷试验法：桩的水平静载荷试验是在现场条件下进行的，影响桩的水平承载力的各种因素都得到比较真实的反映，因此试验测得的承载力和地基水平抗力系数最附合实际情况。如果预先在桩身埋设测试原件，则试验资料还能反映出加载过程中桩身截面的内力和位移，按加荷方式的不同，试验方法有多循环加卸载法和分级连续加载法两种，前者用于承受反复作用水平荷载的桩基，后者用于承受长期水平荷载的桩基。详见《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）。第93页/共184页②理论计算取值法：根据桩顶的水平位移容许值，用理论公式进行计算，从而确定单桩的水平承载力。③经验取值法：根据当地桩基的使用经验取值，确定单桩的水平承载力设计值，如北京地区400mm直径灌注桩，水平承载力取40～60kPa。根据桩身材料确定单桩水平承载力，是从桩身材料的强度、抗裂度验算出发加以确定的。第94页/共184页２.单桩在水平荷载作用下的计算方法单桩在水平荷载作用下的变形和内力计算，通常采用按文克勒假定的弹性地基上梁的计算方法，即把承受水平荷载的单桩视为文克尔地基上的竖直梁，通过梁的挠曲微分方程解答，计算桩身的弯矩和剪力，并考虑由桩顶竖向荷载产生的轴力，进行桩的强度计算。基本假定单桩受水平荷载时，可把土体视为直线变形体，假定深度z处的水平抗力σx等于该点的水平抗力系数kh与该点的水平位移的乘积。即此时忽略桩土之间的摩阻力对水平抗力的影响以及邻桩的影响。

第95页/共184页

地基水平抗力系数kh的分布和大小，将直接影响挠曲微分方程的求解和桩身截面内力的变化。各种计算理论假定的kh分布图式不同。较为常用的有下列四种计算方法。

①常数法：假定沿深度为均匀分布即kh=k。这是我国学者张有龄在三十年代提出的方法。②

k法：假定在桩身第一挠曲零点以上按直线分布即kh=kz；以下段为常数，即kh=k。③

m法：假定kh沿深度z成正比增加，即kh=mz。④

c值法：假定kh沿深度z按cz1/2的规律分布，即kh=cz1/2。实测资料表明：m法（当桩的水平位移较大时）和c值法（当桩的水平位移较小时）比较接近实际。

第96页/共184页8.6群桩基础计算

为了正确设计群桩基础，就必须了解群桩的工作特性，（群桩与单桩承载力关系如何？群桩承载力和沉降等如何确定？）这就是“群桩理论”所研究的课题。

群桩效应系数：

概念如何？第97页/共184页8.6.1群桩的工作特点1.端承型群桩基础桩顶荷栽基本上通过桩身直接传递到桩端处地基持力层，各桩在桩端处的压力分布无明显的应力迭加现象，故①群桩基础中各基桩的工作性状与单桩基本一致；②群桩基础承载力等于各单桩承载力之和；③群桩的沉降量几乎等于单桩的沉降量；

端承型群桩基础

当各桩的荷载相同、沉降相等、且桩距大于3～3.5倍桩径时，群桩的沉降量几乎等于单桩的沉降量。

第98页/共184页

2.摩擦型群桩基础摩擦桩在竖向荷载作用下群桩的作用与孤立单桩是有显著差别的。作用在摩擦桩上的荷载是通过桩侧阻力传递的。由于摩擦阻力的扩散作用，群桩中各桩传递的应力互相重迭，以致桩端平面处的附加应力大大超过孤立的单桩，且附加应力影响的深度和范围也比孤立的单桩大得多，群桩的桩数越多，这种影响越显著。因此摩擦桩中各桩所受荷载与孤立单桩相同时，群桩的沉降量比单桩要大。如果不允许群桩的沉降量大于单桩的沉降量，则群桩中的每一根桩的平均承载力将小于单桩的承载力。这种基桩的承载力和沉降性状与相同地质条件和设置方法同样的单桩有明显差别的现象称为群桩效应。由上述可见，群桩效应主要针对摩擦桩而言。

第99页/共184页

当桩数少，桩中心距较大，时，桩端平面处各桩传来的压力互不重叠或重叠不多，群桩中基桩的工作状态与单桩一致，故群桩的承载力等于各单桩承载力之和。

摩擦型群桩桩端平面上的压力分布（a）单桩第100页/共184页当桩数较多，时，桩端平面处各桩传来的压力相互重叠而增大，以致桩端平面处的附加应力大大超过独立的单桩，且附加应力影响的深度和范围也比独立的单桩大得多，群桩的桩数越多，这种影响越显著。因此，群桩的承载力小于各单桩承载力之和（）；群桩的沉降量大于单桩的沉降量。摩擦型群桩桩端平面上的压力分布

（b）群桩

每根桩的承载力比单桩高还是低？第101页/共184页群桩与群桩效应岩石土>6d压力扩散深度

桩底应力增加，使承载力不足，总的沉降增加。第102页/共184页

η值可用来评价群桩中单桩的承载力是否充分发挥,国内外通过群桩模型试验和群桩野外荷载试验，对群桩进行了许多研究，初步可以得出下列几点看法:在产生群桩效应的前提下，当桩距增大时，效应系数η提高。当桩距相同时，桩数越多，效应系数η越低。当桩距增大至一定值后，效应系数η值增加不显著；当承台面积保持不变时，增加桩数(桩距同时减少)，效应系数η显著下降。

群桩效应系数能否大于1?第103页/共184页

国内外大量的工程实践和试验研究结果表明,采用单一的群桩效应系数不能正确地反映群桩基础的工作状况，其低估了群桩基础的承载能力。其原因是：①群桩基础的沉降量只需满足建筑物桩基变形允许值的要求，无需按单桩的沉降量控制；②群桩基础中的每一根桩与单桩的工作条件不同，其极限承载能力也不一样。由于群桩基础成桩时桩侧土体受挤密的程度高，潜在的侧阻大，桩间土的竖向变形量比单桩时大，故桩与土的相对位移减小，影响侧阻力的发挥。第104页/共184页

多年来，国内外考虑群桩效应基本上采取两种方法：a.一种是以概率极限状态设计为指导，通过实测资料的统计分析对群桩内每根桩的侧阻力和端阻力分别乘以群桩效应系数，称群桩分项效应系数法；b.另一种是把承台、桩和桩间土视为一假想的实体深基础进行地基强度和变形验算，称实体基础法。第105页/共184页

复合桩基

考虑桩和承台下土的共同工作，使承台兼有浅基础的作用，组成复合桩基。

承台底分担荷载的作用是随着桩群相对于基土向下位移幅度的加大而增强的。研究表明，承台底土反力比平板基础底面下的土反力要低，其大小和分布形式，与桩顶荷载大小、桩的长径比、台底和桩端土质、承台刚度以及桩群的几何特征有关。通常台底分担荷载的比例可从百分之十几直至百分之五十以上。8.6.2.承台下土对荷载的分担作用

1-台底土反力；2-上层土位移；

3-桩端贯入（桩基整体下沉）第106页/共184页设计复合桩基时应注意

在桩基沉降不会危及建筑物的安全和正常使用、且台底不与软土直接接触时，才宜于开发利用承台底土反力的潜力。下列情况下，通常不考虑承台的荷载分担效应：①承受经常出现的动力作用，如铁路桥梁桩基；②承台下存在可能产生负摩擦力的土层，如湿陷性黄土、欠固结土、新填土、高灵敏度软土以及可液化土，或由于降水地基土固结而与承台脱开；③在饱和软土中沉入密集桩群，引起超静孔隙水压力和土体隆起，随着时间推移，桩间土逐渐固结下沉而与承台脱离等。第107页/共184页8.6.3群桩的竖向承载力设计值

《桩基规范》提出了桩基竖向承载力设计值经验公式：

(1)对于桩数超过3根的非端承桩复合桩基，宜考虑桩群、土、承台的相互作用效应，其复合基桩竖向承载力设计值(R)为：

当根据静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值时，按下式计算基桩竖向承载力设计值：第108页/共184页式中：

—单桩总极限侧阻力和总极限端阻力标准值；

—相应于任一复合基桩的承台底地基土的总极限阻力标准值；

—承台底下等于承台半宽的深度（≤5m）范围内地基土极限阻力标准值；

—承台底地基土的净面积；

—桩侧阻、桩端阻、桩侧阻端阻综合抗力及承台底地基土的抗力分项系数，表8-16值；

—桩侧阻、桩端阻、桩侧阻端阻综合群桩效应系数。

—承台底土阻力群桩效应系数。第109页/共184页第110页/共184页

式中:

、—承台内区（外围桩边包络线以内的区域）和外区的净面积，

、

—承台内外区土阻力群桩效应系数，按表8.18取值；当承台下存在高压缩性软弱土层时，均按取值。第111页/共184页(2)对端承桩基或桩数不超过3根的非端承桩基，不考虑群桩效应，其基桩的竖向承载力设计值按下式计算：

式中：ηc=0,ηs=ηp=

ηsp

=1

当根据静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值时，基桩的竖向承载力设计值为：当承台底面与土脱开（非复合桩基）时，即取

ηc=0；（不考虑承台效应）第112页/共184页

对于一般建筑物和受水平力较小的高大建筑物，当桩基中桩径相同时，通常可假定：①承台是刚性的；②各桩刚度相同；③x、y是桩基平面的惯性主轴。因此以承受竖向力为主的群桩基础的基桩桩顶荷载效应可按下列公式计算：

8.6.4桩顶作用效应简化计算

１.基桩桩顶荷载效应计算

轴心荷载下的轴向力：

实际分布假设的分布FG第113页/共184页偏心荷载下的轴向力：

水平力：987216345XYx7y7MyMx第114页/共184页

桩顶荷载的计算简图

第115页/共184页2.地震作用效应

对于抗震设防区主要承受竖向荷载的低承台桩基，当同时满足下列条件时，桩顶作用效应计算可不考虑地震作用：

(a）按《建筑抗震设计规范》规定可不进行天然地基和基础抗震承载力计算的建筑物；

(b）不位于斜坡地带或地震可能导致滑移、地裂地段的建筑物；

(c）桩端及桩身周围无液化土层；

(d）承台周围无液化土、淤泥、淤泥质土。

第116页/共184页8.6.5基桩竖向承载力验算

1．荷载效应基本组合承受轴心荷载的桩基，其基桩承载力设计值R应符合下列极限状态计算表达式的要求：

偏心竖向力作用下，除应满足式上式外，尚应满足下式的要求：

式中:R——复合基桩或基桩的竖向承载力设计值；

γ0——建筑桩基重要性系数，按《规范》表根据建筑桩基安全等级确定。一级r0=1.1二级r0=1.0三级r0=0.9第117页/共184页2.地震作用效应组合

从地震震害调查结果得知，不论桩周土的类别如何，基桩的竖向抗震承载力均可提高25％。因此，对于抗震设防区必须进行抗震验算的桩基，可按下列公式验算基桩的竖向承载力：

轴心竖向力作用下：偏心竖向力作用下，除应满足上式外，尚应满足下式：

第118页/共184页8.6.6

桩基软弱下卧层承载力验算

桩基软弱下卧层承载力验算图式

(a)整体冲剪破坏（b）基桩冲剪破坏

整体冲剪破坏是指桩、土形成整体，如同实体基础那样，桩侧阻力的破坏面发生于桩群的外围；基桩冲剪破坏是指各桩的桩土之间产生相对位移，侧阻力的破坏面发生于各桩的侧面。第119页/共184页

验算时要求:

式中：

—作用于软弱下卧层顶面的附加应力；

—软弱层顶面以上各土层重度加权平均设计值；

—地面至软弱层顶面的深度；

—软弱下卧层经深度修正的地基极限承载力标准值；

—地基承载力分项系数，可取1.65。第120页/共184页(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的附加应力σz：

式中:F—作用于承台顶面的竖向力设计值；

G—承台及其上土重设计值；、—桩群外围桩边包络线内矩形面积的长、短边长；

θ—桩端硬持力层压力扩散角，查表取值。

第121页/共184页桩端硬持力层压力扩散角表Es1/Es2t=0.25b0t≥0.25b014º12º36º23º510º25º1020º30º注：1.Es1和ES2分别为硬持力层、软弱下卧层的压缩模量；

2.当t<0.25b0时，降低取值。第122页/共184页(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，可导得下卧层顶面σz的表达式为：

式中:—桩端等代直径，圆形桩的；方形桩（b为桩边长）;

按上表确定θ时，取b０=deN—桩顶轴向压力设计值；

第123页/共184页8.6.7桩基沉降验算

群桩沉降一般包括：①桩身弹性压缩引起的桩顶沉降②桩侧应力传递到桩端平面引起的桩端沉降③桩端应力引起的桩端沉降④各桩相互影响引起的桩端附加沉降上述沉降可以笼统划分为桩间土的压缩变形和桩端平面以下地基土的整体压缩变形。第124页/共184页桩基变形验算：桩基变形的特征值：沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜砌体承重结构框架结构和单层排架结构多层或高层建筑和高耸结构倾斜：建筑物桩基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。局部倾斜：墙下条形承台沿纵向某一长度范围内桩基础两点的沉降差与其距离的比值。第125页/共184页l0为相邻柱基的中心距离(mm)；Ｈg为自室外地面起算的建筑物高度（m)。第126页/共184页需要进行沉降计算：甲级建筑物的桩基对沉降有严格要求的建筑物桩基体型复杂或桩端以下存在软弱土层的建筑物桩基乙级建筑物的桩基不需沉降计算的情况丙级建筑物桩基

s>6d桩距大于6倍桩径

n>9独立基础

m2条基础某些单层工业厂房桩基第127页/共184页柱下独立承台桩基础第128页/共184页墙下承台桩基础第129页/共184页柱下条形承台桩基础第130页/共184页井格承台桩基础第131页/共184页筏板承台桩基础第132页/共184页环形承台桩基础第133页/共184页箱形承台桩基础第134页/共184页群桩沉降计算方法群桩沉降计算方法有等代实体墩基法、等效作用法、整体分析法、经验法。等代实体墩基法和等效作用法由于计算简单，因此在实际中应用较多；如国家《建筑桩基技术规范》采用等效作用法，上海地基基础设计规范采用等代实体墩基法。整体分析法包括弹性理论法、边界元法、有限元法等，计算十分复杂，且土性参数难以确定，在工程实际中应用较少。经验法是基于地区的经验，在大量调查统计基础上提出的经验公式。目前在工程中计算桩基沉降量,仍假定桩群为假想的实体深基础，按浅基础的计算方法和步骤计算桩尖平面以下由附加应力引起的压缩层范围内地基的变形量。第135页/共184页《建筑桩基技术规范》规定：对于桩中心距小于或等于6倍桩径的桩基，其最终沉降量计算采用等效作用分层总和法。等效作用面位于桩端平面，等效作用面积为桩承台投影面积，等效作用附加应力近似取承台底平均附加压力。等效作用面以下的应力分布采用各向同性均质直线变形体理论。第136页/共184页桩基内任意点的最终沉降量可用角点法按下式计算：S为桩基最终沉降量；S´为按分层总和法计算出的桩基沉降量；m为角点法计算点对应的矩形荷载分块数；P0j为角点法计算点对应的第j块矩形底面长期效应组合的附加压力；n为桩基沉降计算范围内所划分的土层数；Esi为等效作用底面以下第i层土的压缩模量，采用地基土在自重压力至自重压力加附加压力作用时的压缩模量；Zij、Z(i-1)j为桩端平面第j块荷载至第i层土、第i-1层土底面的距离；αij、α(i-1)j为桩端平面第j块荷载计算点至第i层土、第i-1层土底面深度范围内平均附加应力系数;ψe

为桩基等效沉降系数。Ψ为桩基沉降计算经验系数；按照国家规范的应力分布计算的压缩模量显然偏大。因为此时相同自重应力下，附加应力偏大，导致了压缩模量偏大。从压缩模量角度出发，这样计算的沉降偏小。采用相应应力水平确定压缩模量的前提是能够获得可靠的压缩曲线。当桩很长时，如深厚软弱地基中的群桩桩长往往超过40m～50m，甚至达到70m，相应的地基自重应力达到700kPa，自重应力加附加应力往往超过了常规压缩试验的应力范围，还需要进行高压固结实验，然后按照实际应力水平确定附加应力作用下的压缩性。目前大部分地质报告仅仅提供E1-2即100～200kPa应力水平下的压缩模量，只能够反映约l0m深度处土的压缩性。当土层深度超过l0m时，E1-2已经小于实际土层的应力范围，此时实际应力水平下的压缩模量和E1-2的差距随着深度的增加而增加。第137页/共184页

对于矩形布置的桩基，在计算变形时可以简化：矩形基础中点沉降：

矩形基础角点沉降：

第138页/共184页上部结构的竖向荷载通过承台分配给其下部的土体和桩群，然后往地基的深处和水平向扩散传递。因此传到桩端的附加应力远远小于承台底面的平均附加应力P0。一些工程实践和实验表明：传到桩端平面的附加应力随着桩长径比的增加而减小；由于桩的刚度远大于地基土体的刚度，桩端平面的附加应力主要集中在群桩作用位置，群桩范围以外的附加应力很小。持力层和桩侧土层的模量之比对桩端位置的附加系数有显著的影响，持力层刚度越大，往桩端传递的荷载也越大，当两者模量之比大于10以后，桩端荷载传递系数逐渐趋于一个定值。第139页/共184页确定地基沉降计算深度确定地基沉降计算深度，有应力比法和应变比法两种。而应力比法是我国工程设计人员十分熟悉的计算方法，因此《建筑桩基技术规范》规定按应力比法确定，即处的附加应力σz与土的自重应力σc应符合下式要求：式中：附加应力系数根据角点法划分的矩形长宽比及深宽比查《桩基规范》。规范对于Zn的确定与实际情况相比，偏大还是偏小？第140页/共184页说明：①在计算桩基沉降时，应考虑相邻基础的影响，采用叠加原理计算；桩基等效沉降系数可按独立基础计算。②当桩基形状不规则时