桩基础工程技术讲座

桩基础工程技术讲座同济大学高大钊内容桩基础概论桩基础设计桩的量测试验几种特殊桩型的承载性状桩基础概论桩基础是应用比较广泛的一种基础类型，也是最古老的基础之一。桩是将建筑物的荷载（竖向的和水平的）全部或部分传递给地基土（或岩层）的具有一定刚度和抗弯能力的传力构件，

桩基础一般由承台将若干根桩的顶部联结成整体，以共同承受荷载的一种深基础。

今天桩基础已成为高层建筑、大型桥梁、深水码头和海洋石油平台等工程最常用的基础形式。

在施工技术进步、桩型开发应用和设计理论研究等各方面至今仍然异常活跃，显示出桩基础具有强大的生命力和非常广阔的发展前景。

桩基础分为高桩承台和低桩承台两大类：在框架结构的柱下，或桥梁墩台下，通常在承台下设置若干根桩，构成独立承台的桩基础；

当荷载较大时，在框架柱列之间常联以基础梁，沿梁的轴线方向布置排桩，构成梁式的承台桩基础；

上部为剪力墙结构，则可在墙下设置排桩，但因桩径一般大于剪力墙厚度，故需要设置构造性的过渡梁；

若在筏板承台下布桩，如果桩数不多，可按柱网轴线布置，使板不承受桩的冲剪作用，只承受水的浮力和有限的土反力；

如荷载比较大需要布桩较多时，沿轴线布置桩可能有困难，则可以在筏板下满堂布桩

；

箱形基础时，可满堂布桩，或按柱网轴线布桩。

桩具有多种独特的功能

通过桩的侧面和土的接触，将荷载传递给桩周土体；或者将荷载传给深层的岩层、砂层或坚硬的粘土层；从而获得很大的承载能力以支承重型建筑物；

对于液化的地基，为了在地震时仍保持建筑物的安全，通过桩穿过液化土层，将荷载传给稳定的不液化土层；

桩基具有很大的竖向刚度，因而采用桩基础的建筑物，沉降比较小，而且比较均匀，可以满足对沉降要求特别高的上部结构的安全需要和使用要求桩具有很大的侧向刚度和抗拔能力，能抵抗台风和地震引起的巨大水平力、上拔力和倾覆力矩，保持高耸结构物和高层建筑的安全；

改变地基基础的动力特性，提高地基基础的自振频率，减小振幅，保证机械设备的正常运转。

按承载性状分类

有粗分和细分两种，粗分的方法是将桩分为摩擦桩和端承桩两种，由桩侧摩擦力支承荷载的称为摩擦桩，由桩端阻力支承荷载的称为端承桩。但实际上并不如此简单，因此就有细分的方法，将桩分为摩擦型桩和端承型桩。

按桩的使用功能分类

桩基础的承载力与沉降单桩承载力的确定是桩基设计的重要内容，而要正确地确定单桩承载力又必须了解桩－土体系的荷载传递，包括桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥性状与破坏机理。单桩承载力同时还需满足桩身强度的要求。

单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力是桩基勘察的最主要的内容，单桩竖向承载力是桩基设计的重要设计参数。单桩竖向承载力是指单桩所具有的承受竖向荷载的能力，其最大的承载能力称为单桩极限承载力，可由单桩竖向静载荷试验测定，也可用其它的方法（如规范经验参数法、静力触探法等）估算。

单桩竖向静载荷试验是确定单桩竖向承载力的最基本的一种方法。试验时对桩逐级施加竖向荷载，测定桩在各级荷载作用下不同时刻的桩顶位移，求得桩的荷载-位移-时间关系，用以分析确定单桩的极限承载力。单桩竖向静载荷试验不仅可以测定单桩在荷载作用下的桩顶变形性状曲线，还可以测定桩的轴向力随深度的变化，根据试验结果能进行单桩荷载传递的分析、单桩破坏机理的分析和单桩承载力的分析。

工程试桩分为两种，一种是用以确定单桩承载力；另一种是校核设计用的单桩承载力。前者一般用于重大工程，在设计以前进行一种规格或若干种规格桩的载荷试验，以确定设计所用的单桩承载力，每一种规格的桩通常要做若干根，以了解场地单桩承载力的变异性，避免试桩数量过少的偶然性。由于试验时尚未进行设计，因此试验桩不可能用作工程桩。

为了充分利用地基的潜力，降低工程造价，要求试验能把极限承载力做出来。由于试桩不做工程桩用，即使试验到桩身结构达到破坏也没有关系。这种类型的静载荷试验，一般的最大试验荷载要比预估的极限承载力大一些，在接近预计极限承载力时，宜将荷载级按半级加载，以有利于合理地确定极限承载力。而后者常用于校核实际采用的单桩承载力是否满足设计的要求，设计采用的承载力通常用规范经验参数法、静力触探法估算。由于此时已进行了桩的设计，故常用工程桩作试桩，以节省费用，一般工程大多采用后者。但如试验结果与设计采用的承载力有较大的出入，处理就比较麻烦。如试验求得的单桩承载力远大于设计承载力就会造成浪费；如试验结果偏小，则必须进行补桩。地基土对桩的支承作用地基土对桩的支承由两部分组成：桩端阻力和桩侧摩阻力。如果认为两者是同步增大的，那么对任何的荷载阶段，这个表达式都是正确的：而实际上，桩侧摩阻力和桩端阻力不是同步发挥的。竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力并通过它向土中扩散的过程。设桩身轴力为Q，桩身轴力是桩顶荷载N与深度Z的函数，Q＝f（N、Z）不同荷载下轴力沿深度的变化单桩荷载传递的基本规律基础的功能在于把荷载传递给地基土。作为桩基主要传力构件的桩是一种细长的杆件，它与土的界面主要为侧表面，底面只占桩与土的接触总面积的很小部分（

一般低于1%），这就意味着桩侧界面是桩向土传递荷载的重要的，甚至是主要的途径。

竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力并通过它向土中扩散的过程。设桩身轴力为Q，桩身轴力是桩顶荷载N与深度Z的函数，Q＝f（N、Z）桩身轴力沿深度分布的实测资料

桩身轴力Q

沿着深度而逐渐减小；在桩端处Q

则与桩底土反力Qp相平衡，同时桩端持力层土在桩底土反力Qp作用下产生压缩，使桩身下沉，桩与桩间土的相对位移又使摩阻力进一步发挥。随着桩顶荷载N

的逐级增加，对于每级荷载，上述过程周而复始地进行，直至变形稳定为止，于是荷载传递过程结束。

由于桩身压缩量的累积，上部桩身的位移总是大于下部，因此上部的摩阻力总是先于下部发挥出来；桩侧摩阻力达到极限之后就保持不变；随着荷载的增加，下部桩侧摩阻力被逐渐调动出来，直至整个桩身的摩阻力全部达到极限，继续增加的荷载就完全由桩端持力层土承受；当桩底荷载达到桩端持力层土的极限承载力时，桩便发生急剧的、不停滞的下沉而破坏。桩的长径比L/d是影响荷载传递的主要因素之一，随着长径比L/d增大，桩端土的性质对承载力的影响减小，当长径比L/d接近100时，桩端土性质的影响几乎等于零。发现这一现象的重要意义在于纠正了“桩越长，承载力越高”的片面认识。希望通过加大桩长，将桩端支承在很深的硬土层上以获得高的端阻力的方法是很不经济的，增加了工程造价但并不能提高很多的承载力。

桩越长，端阻力所占的比例越低这种现象在嵌岩桩中也可见到，一般认为，支承于岩石上的嵌岩桩是端承桩，承载力主要由端阻力提供，摩阻力的发挥很少。其实，这只适用于很短的桩，随着长径比增大，端阻力的比例也很快下降，桩侧摩阻力所占的比重增大，端阻比随长径比增大而递减,,桩的侧阻Qs大约在L/d

10～15时开始起主要作用，Qs/Qu

随L/d增大而增大，一般保持在70%以上，大部分在80%以上，不少桩在95%以上，这是因为桩身的弹性压缩变形就足以使桩侧摩阻力得到发挥。

桩的负摩阻力负摩阻力是指桩周土层由于某种原因而产生超过桩身沉降量的下沉时，作用于桩身的向下的摩阻力。作用于一根桩上的负摩阻力之和称为下拉荷载，记为Qn，由于负摩阻力的作用可能导致基础和上部结构的沉降和破坏，不少建筑物桩基因负摩阻力而产生过大的沉降、倾斜或建筑物开裂等工程事故，需要花费大量资金进行加固，甚至无法使用而拆除。负摩阻力已成为基础工程界的一个技术热点，设计时必须充分予以注意。负摩阻力产生的条件1)

桩穿过欠压密的软粘土或新填土，而支承于坚硬土层（硬粘性土、中密以上砂土、卵石层或岩层）时；2)

在桩周地面有大面积堆载或超填土时；3)

由于抽取地下水或桩周地下水位下降，使桩周土下沉时：4)

挤土桩群施工结束后，孔隙水消散，隆起的或扰动的土体逐渐固结下沉时；5)自重湿陷性黄土浸水下沉或冻土融化下沉时。

负摩阻力的发生发展的过程

桩与土的沉降相互协调的过程

桩身压缩变形随深度减小土的压缩变形也随深度变化在浅部，土的变形大于桩身变形，出现负摩阻力在两种变形相等处摩阻力为零，称为中性点，此处的桩身轴力最大中性点以下出现正摩阻力中性点特征

所在断面处桩土位移相等、摩阻力为零、轴力最大；

在桩、土沉降稳定之前，它始终处于变动中；上海宝钢支承于砂层的钢管桩，随着地面堆载从2m加到8m，中性点的深度从0.22L逐渐下移至0.85L（L为桩的入土深度）

下拉荷载桩的负摩阻力对基础是一种附加荷载，它的影响主要表现在两方面：当持力层刚硬时，它将使桩身轴力增大，甚至导致桩身压曲、断裂，这时应计算负摩阻力引起的下拉荷载，并验算桩的承载力（桩身强度和地基土对桩的支承）；当桩持力层为可压缩性土时，它将使沉降增大，这时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。产生负摩阻力的土层下拉荷载群桩效应的工程意义1.桩的平面布置对于单桩承载力发挥的作用，桩的中心距的影响；2.载荷试验的沉降在什么条件下才具有工程意义？3.有没有变形控制的单桩承载力？群桩在竖向荷载作用下，由于承台、桩、土之间相互影响和共同作用，群桩的工作性状趋于复杂，桩群中任一根桩即基桩的工作性状都不同于孤立的单桩，群桩承载力将不等于各单桩承载力之和，群桩沉降也明显地大于单桩，这种现象就是群桩效应。群桩效应可用群桩效率系数η和沉降比ζ表示。

由端承桩组成的群桩，通过承台分配到各桩桩顶的荷载，其大部或全部由桩身直接传递到桩端。因而通过承台土反力、桩侧摩阻力传递到土层中的应力较小，桩群中各桩之间以及承台、桩、土之间的相互影响较小，其工作性状与独立单桩相近。因而端承型群桩的承载力可近似取为各单桩承载力之和，即群桩效率η和沉降比

可近似取为1。

群桩效率η和沉降比

由摩擦桩组成的群桩，桩顶荷载主要通过桩侧摩阻力传递到桩周和桩端土层中，在桩端平面处产生应力重叠。承台土反力也传递到承台以下一定范围内的土层中，从而使桩侧阻力和桩端阻力受到干扰。就一般情况而言，在常规桩距（3~4d）下，粘性土中的群桩，随着桩数的增加，群桩效率明显下降，且η<1，同时沉降比迅速增大，ζ可以从2增大到10以上；砂土中的挤土桩群，有可能η>1；而沉降比则除了端承桩ζ=1外，均为ζ>1；同时承台下土反力分担上部荷载可使群桩承载力增加。

群桩应力的重叠作用桩土共同作用（复合桩基）设计

高层建筑桩箱和桩筏基础共同作用的研究在最近20多年来取得了很大的进展，主要反映在原型实测研究、模型试验、沉降计算、共同作用分析方法等方面。变刚度设计的思想可能列入修订后的建筑桩基技术规范中。共同作用设计的研究20世纪80年代，同济大学等前后进行了6幢高层建筑的原型实测研究，除沉降观测外还布置了桩顶传感器以量测桩顶反力，在基础底板布置了土压力盒以量测基底反力分布，有的项目还量测基坑开挖的回弹、基础底板钢筋应力和桩身轴力分布。观测的数据具体揭示了桩和土分担荷载的规律，不同桩位的桩顶荷载分布，桩顶荷载随层数增加的变化，基础板钢筋应力的变化，特别珍贵的是实测群桩的桩端阻力和桩侧摩阻力的变化。

中国建筑科学研究院在对高层建筑进行原型实测的同时进行了室内模型试验以研究共同作用的基本规律。现场实测的高层建筑在武汉市，埋设了25个压力盒和35个桩顶传感器以及桩和土的分担作用。模型试验是在中国建筑科学研究院地基研究所的大型试验坑中进行的，基础模型长3.4m，宽1.0m，厚40cm，承台上用5台千斤顶协同施加竖直荷载。模型桩用114mm直径的无缝钢管制成，长度2m，承台下布置27根模型桩，桩距40cm，沉桩方法是用千斤顶压入土中的。承台板下埋设26个压力盒测量基底反力。

在90年代，中国建筑科学研究院进行了4组大型模型试验，模拟框架结构与筏形基础的共同作用，模型比例为1:12，筏板的长度为4140mm，宽度为2370mm，厚度为90mm，混凝土用C30，截面配筋率0.87%。埋设45个压力盒，用39个电子百分表量测筏板的变形，筏板及上部结构的内力用320片电阻应变片量测。刘金砺提出了“变刚度调平设计”的概念与设计方法，由于上部结构受到使用功能的制约，一般很难对其进行刚度调整，对基础结构进行调整的费用比较高，因此变刚度调平设计主要是针对桩基或地基处理。调整地基或桩基的刚度分布不仅是可行的，而且调平效应显著，变刚度调平设计时需进行共同作用分析绘制沉降等值线，当总沉降量不大而局部沉降过大时，可对过大部分采用桩基或复合地基处理；在沉降较小的部位应抽掉一部分桩，对沉降较大的部位，适当加密布桩，或适当调整桩径、桩长，重新形成桩－土刚度矩阵。关于复合桩基将桩、土和基础共同作用的研究成果推广应用于桩基础设计，考虑群桩的效应和承台的作用，或同时考虑桩数、桩位对桩基沉降的影响，从控制桩基沉降出发，提出了复合桩基的设计思想，是近年来桩基础设计理论进展的一个重要方面。

承台下地基土的承载作用考虑土抗力的条件；1.桩顶有充分的位移条件2.地基土不存在欠固结、湿陷、融沉等因素3.环境不存在使地基土再固结的因素4.有足够大的桩间距桩基变形计算桩基沉降计算时，一般将群桩所包围的土体作为实体深基础计算。对于附加压力的作用面位置和分布范围，国外常采用将作用面取在2/3桩长深度处，并以内摩擦角为扩散角计算分布范围内的附加压力。这是一种经验处理的方法，其目的是使计算结果接近于实际。附加应力计算的假定1.压力分布面积按

/4扩散的假定2.压力分布面积不扩散的假定3.压力分布面积不扩散但扣除侧面的摩阻力4.按Boussinesq理论计算应力5.按Mindlin理论计算应力沉降计算结果的修正1.按压缩模量的大小修正2.按桩长修正3.按不同应力计算假定的等效修正不同计算方法修正结果的比较建筑桩基规范的假定将附加压力作用面的位置放在桩端标高处，附加压力的分布不扩散，即直接按群桩外围面积分布附加压力。采用按Boussinesq理论计算应力用等效修正的方法折算为Mindlin理论的结果再进行按桩长的修正建筑地基基础设计规范的假定1.基底压力分布两种假定，分别采用扩散压力和扣除侧摩阻力；2.附加应力计算采用两种假定，分别按Boussinesq

理论和按Mindlin理论；3.对计算结果按照压缩模量进行修正；其实，修正系数的取用与假定密切相关。桩基础的沉降观测1.总结和制订桩基沉降的修正系数2.总结桩基持力层压缩模量的经验值影响桩基沉降的因素主要因素是桩端持力层的性质以及下卧层的情况，桩基的面积和桩数对沉降也有一定的影响。

桩端持力层选择深层的粉细砂，沉降一般小于50mm，最终沉降速率也比较小，不超过0.003mm/d,支承在浅层粉细砂上的桩基沉降就比较大，这是因为浅层砂的年代比较新，结构性差，下卧层为淤泥质粘土层，压缩变形很大，导致建筑物的沉降超过了300mm，但平均沉降与最大沉降之比不大，说明采用桩基的建筑物沉降比较均匀，没有给建筑物带来损害。

以褐黄色粉质粘土为桩端持力层的建筑物桩基的沉降一般在100mm左右，最终沉降速率也不大；但支承在灰色土层上的建筑物的沉降明显地大于褐黄色粉质粘土，最终沉降速率也相当大，这是因为褐黄色土层是在上更新世形成的，年代久远，土的结构性强，其下卧层是粉土和砂土，故沉降比较小；而灰色土层是全新世形成的土层，年代比较新，这些地区的褐黄色土层一般已被古河道切割，沉积比较厚的全新世土层，故沉降量和沉降速率一般都比较大；

桩基设计桩基础方案的比较一旦确定采用桩基础方案后，合理地选择桩型和桩端持力层是桩基设计的重要环节。选择桩型包括选择桩的材料、成桩和沉桩工艺、桩的长度（结合持力层选择）、桩的截面尺寸等内容，选择桩型时应考虑上部结构的要求、地质条件、环境要求、施工条件及质量控制以及工程造价等因素。

桩型选择

主要依据是上部结构的型式、荷载、地质条件和环境条件以及当地的桩基施工技术能力与经验等。一般高层建筑荷载大而集中，对控制沉降要求较严，水平荷载（风荷载或地震荷载）很大，故应采用大直径桩，且支承于岩层（嵌岩桩）或坚实而稳定的砂层、卵砾石层或硬粘土层（端承桩或摩擦端承桩）。

可根据环境条件和技术条件选用钢筋混凝土预制桩、大直径预应力混凝土管桩；亦可选用钻孔桩或人工挖孔桩，特别是周围环境不允许打桩时；当要穿过较厚砂层时则宜选用钢桩。又如多层建筑，只能选用较短的小直径桩，且宜选用廉价的桩型，如小桩、沉管灌注桩。当浅层有较好持力层时，夯扩桩则更优越。对于基岩面起伏变化的地质条件，各种灌注桩则应是首先考虑的桩型。桩基类型的选择

主要根据地质条件、上部结构的型式和对基础刚度的要求来决定；对沉降敏感的框架结构，当由摩擦桩支承时，则应采用刚度较大的筏板将桩群连成一个刚度较大的基础，甚至采用箱型承台来弥补上部结构刚度的不足；

上部为刚度很大的剪力墙结构，则筏板的厚度可适当减小；当由端承桩支承时，则基础承台可简化为由连系梁拉结的独立承台，甚至可采用一柱一桩亦能满足要求。

桩基方案的经济分析

桩基持力层的选择和桩长的确定是密切相关的，选择桩基持力层必须满足承载力和沉降两方面的要求。就承载力而言，应既考虑单桩又考虑群桩，例如，倘若存在软弱下卧层，可能单桩承载力满足了，而群桩承载力不一定能满足，这时往往必须向深部寻找新的持力层。从沉降的角度看，一般情况下，在所选持力层和压缩层范围内不宜存在高压缩性土层；当存在可压缩性土层时，则应验算群桩基础的沉降。

松软土覆盖层不很深厚，例如H<30~50m，则可选择基岩作为桩基的持力层。桩可根据需要和施工能力，确定支承于岩层的强风化层、中风化层或微风化层以及嵌岩的深度；中等强度的第四纪沉积层土深厚且土层构造较均匀，随深度变化不大，这时桩长可根据单桩承载力的要求，通过计算确定。这种桩的持力层土与桩周土性质相近，没有明确的层面；软硬交互沉积层状构造，第四纪覆盖层深厚，这是沿海地区最常见的地质构造。基岩的埋藏深度甚至可达300m以上。因此，桩基只能在各层沉积土中选择满足承载力与沉降要求的硬土层、砂层或比较好的土层作为持力层；在深厚软土地区可能面临这样的情况：在满足技术与经济要求的深度范围内不存在合适的桩基持力层。这时，则宜按照复合桩基的原理进行设计。

一般来说，同一个基础或同一幢建筑物常选用相同的桩基持力层，以求沉降均匀。但有两点应当指出：一是同一幢建筑如有高层与低层两部分，合理的设计应是按沉降协调的原则，选用不同深度的桩端持力层；或选用同一持力层，但所用荷载水平不同，以使它们的沉降接近。例如高层建筑的塔楼与裙房，前者数十层，后者仅三、五层，二者荷载悬殊，若用同样持力层和一样的桩长，势必加剧不均匀沉降或结构内力，除非采用刚度极大的箱基或厚筏强制调整不均匀沉降；反之，若裙房改用短桩或较小直径的桩或减少其桩数，使其沉降量与塔楼接近，则底板内力会大大减小，造价大幅度下降。因此，持力层的合理选用是很重要的；在同一个较大的基础下采用不同长度的桩，以使基础各点沉降均匀。桩的布置桩的布置包括桩的中心距、桩的合理排列以及桩端进入持力层的深度等内容。

桩的中心距为了避免桩基施工可能引起土的松弛效应和挤土效应对相邻桩基的不利影响，以及群桩效应对桩基承载力的不利影响，布桩时应该根据土类、成桩工艺和桩端排列按表7和8确定桩的最小中心距。布置过密的桩群，施工时相互干扰很大，灌注桩成孔可能会相互打通，锤击法打预制桩时会使相邻桩上抬。当荷载比较大而单桩承载力不足时，可采用放大底板尺寸的方法布桩，例如上海商城采用了扩大底板面积的方法以使用较短的桩，取得很好的效果。

桩的排列

布桩时，尽量使群桩合力点与长期荷载重心重合，并使桩基受水平力和力矩较大方向有较大的截面模量；

对于箱形承台基础，宜将桩布置的墙下；对于带梁或肋的筏板承台基础，宜将桩布置在梁和肋的下面；对于大直径桩，宜将桩布置在柱下，一柱一桩。

桩进入持力层的深度一般应选择较硬土层作为桩端持力层，桩端全截面进入持力层的深度应按不同土层采用不同的深度规定。对于粘性土、粉土进入持力层的深度不宜小于2d，对于砂土，不宜小于1.5d，对于碎石类土，不宜小于1d。

临界深度

从进入持力层的深度对承载力的影响来看，进入持力层的深度愈深，桩端阻力愈大。但受两个条件的制约，一是施工条件的限制，进入持力层过深，将给施工带来困难；二是临界深度的限制。所谓临界深度是指端阻力随深度增加的界限深度值，当桩端进入持力层的深度超过临界深度以后，桩端阻力则不再显著增加或不再增加。

砂与碎石类土的临界深度为（3～10）d，随其密度提高而增大粉土、粘性土的临界深度为（2～6）d，随土的孔隙比和液性指数的减少而增大。当在桩端持力层以下存在软弱下卧层时，桩端距软弱下卧层的距离不宜小于4d。否则，桩端阻力将随着进入持力层深度增大而降低。桩的量测试验

桩的静载试验技术

桩基承载力的静载荷试验是研究桩的荷载传递机理、研究桩土共同作用规律、测定单桩承载力的重要方法。通常以单桩试验为主，但也有群桩的足尺试验或现场模型试验，尤以群桩的足尺试验最为珍贵。

桩的静载荷试验常用以确定工程设计所需的单桩极限承载力，在早期主要对比较重要的工程才进行静载荷试验，从20世纪80年代开始，桩的静载荷试验在更大的范围内推广使用，成为确定单桩极限承载力的主要手段；在90年代后期，随着对建筑工程质量检测工作的不断加强，单桩静载荷试验已被一些地方和部门的质量监督站确定为必须进行的法定的检测内容。

在20世纪70～80年代，我国曾经进行过许多研究型的桩静载荷试验、包括竖向承载力和水平承载力，在桩身埋设了量测元件测定桩身轴力的变化和土层的变形，以研究荷载的传递规律；还进行过现场的大比例尺群桩的模型试验。至90年代，这种研究型的静载荷试验开展得就比较少了。

钢筋混凝土预制桩的试验研究在上海石油化工总厂的三个厂区进行了6组钢筋混凝土预制桩的静载荷试验。桩的截面是450mm

450mm，采用两种长度分别进入两种不同深度的持力层。试桩结果表明，进入第7层砂层的桩长比进入第6层粘性土层的桩只长4m，但单桩极限承载力却可以提高70％～130％，这不仅为该工程的桩基设计提供了依据，节省了大量造价，而且也充分说明了合理选择桩基持力层的经济意义，丰富了人们对于桩基承载力的认识。

上海宝山钢铁总厂于1978年做过7组钢筋混凝土桩的静载荷试验

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，其中桩径为400mm的闭口预应力管桩一组，桩径为550mm四组，其中两组闭口，两组开口，桩长32m左右和桩长60m左右各两组，截面500mm

500mm的焊接方桩和胶接方桩各一组。各试验桩的数据见表，在相同桩长和桩径的条件下，闭口管桩的承载力高于开口管桩，桩顶位移小于开口管桩；钢管桩的承载力试验研究

在上海宝钢的建设中进行了多次钢管桩的静载荷试验研究，1978年上半年进行了3组钢管桩的试验，钢管桩的桩径分别为406.4mm、609.6mm和914.4mm，试桩的入土深度在60.4~63.0m之间，均为无加强箍开口钢管桩。钢管桩试桩的数据见表。由于钢管桩的承载力很高，当施加最大试验荷载时远未达到极限承载力，钢管桩的桩径越大，土塞长度与桩的入土长度之比越大。

北仑港进行了钢管桩桩端管口类型对承载力的影响的对比试验研究，其结果见表11，桩的直径均为1200mm，试验时对桩的轴向力进行了电测。从试验结果可以看出，半封闭和封闭式的桩端标高均为－49.7m，极限承载力均为7100kN，开口式桩端标高为－56.6m，比前者入土深度增加了近7m，而承载力却只有4200kN。从最后平均贯入度的数据也可以看出两者的差别比较大。半封闭式与封闭式桩端的承载力比敞口式高得多的原因是桩端阻力得到了充分的发挥，同时因挤土的作用，使桩侧摩阻力也比敞口式有所提高。陈山码头钢管桩的对比试验结果见表12，钢管桩的直径也为1200mm，桩长44m，桩端进入硬粘性土层，做了两根试桩以比较敞口式和加隔板的半封闭式桩的差别，试验结果表明，设置弧形隔板的钢管桩，极限承载力可提高22%左右。

钻孔灌注桩的试验研究

1975～1976年间，北京市机械施工公司和北京市地质地形勘测处等单位在北京天坛小区和前三门高层建筑工程，开展了钻孔灌注桩的一系列试验研究工作，共做了64根桩的静载荷试验。其中，直径500mm的3根，400mm的41根，300mm的20根（包括两组由3根桩组成的群桩试验），试验桩的长度从3.36m~11.14m，大部分集中在3～4m和7～9m之间。

试验的目的是研究不同地层土质条件对承载力的影响、不同桩长和桩径与承载力的关系、孔底不同处理方法对承载力的影响、试验加荷不同稳定标准对承载力的影响。为了求得桩侧摩阻力，在有些孔底投放了稻草笼或在孔底埋设压力盒。

试验揭示了钻孔灌注桩承载性能的一些基本规律，如桩侧极限摩阻力占单桩极限承载力的80％左右；桩侧摩阻力在桩顶沉降量为3.2mm~10mm时就达到极限值，纯摩擦桩的沉降一般为9mm，支撑摩擦桩的沉降量要小一些；同样长的桩，直径小的桩比直径大的桩每一立方米的混凝土能提供更大的承载力；承台下掏空的群桩承载力比承台与土接触的群桩低20％左右等。

20世纪70年代末，江苏省电力设计院、南京工学院和同济大学等单位在唐念慈教授指导下在江苏南通对灌注桩的承载力进行了大规模的现场试验研究，共试验了12根单桩和两组双桩抗拔试验，试验桩的直径为600mm和450mm两种，桩长为4.5m、6.0m、9.0m和12.0m等四种。

单桩试验内容有抗压承载力试验、抗拔承载力试验和横向承载力试验三种。对其中4根桩埋设了电阻应变片式钢筋计实测钢筋应力，在2根桩中埋设了应变杆测量桩身变形，对横向承载力试验还量测了桩顶水平位移和桩顶转角。

试验场地的地质条件比较单一和均匀，第1层为厚度4m左右的砂质粉土，第2层为巨厚层的中密饱和粉砂，这两层土的室内试验结果比较接近，但原位测试的结果相差比较大，可能在沉积年代上有较大的差别。

90年代末，陕西省建筑科学研究院等单位在陕西信息大厦进行了超长桩的试验研究，陕西信息大厦地上51层，总高度191m，地下3层，深17.6m，基础采用桩－筏基础，桩为泥浆护壁钻孔灌注桩，直径1.0m，桩长75m。

场地内第四系土层厚度700～800m，勘探深度150m，在地面下30m范围内为黄土和古土壤，在30m至54m范围内为可塑状态的粉质粘土，在54m以下为含钙质结核的硬塑粉质粘土层。试桩直径1.0m，桩长82.2m，进行了单桩竖向承载力及桩身荷载传递机理的测试与研究，还作了压浆前后的承载性状的对比试验研究。

研究成果不仅对黄土地区的桩基础设计有指导的意义，而且对其他地区的桩也有参考作用。实测荷载传递资料表明，黄土地区的超长桩没有测到桩端阻力，在桩长60~70m处桩身轴力已经趋于零，说明在这个深度以下的桩侧阻力也得不到发挥；在压浆以后，由于提高了浅层土的侧摩阻力，轴力为零的深度明显减小。上述三次大规模的试桩，在试验量测的基础上进行了非常全面的分析计算，得出了许多规律性的认识，不仅指导了工程设计，而且丰富了对于灌注桩承载性状的认识，代表了我国单桩试验研究的水平。群桩试验

在20世纪80年代初，中国建筑科学研究院地基研究所在山东济南市进行了粉土中的钻孔群桩工作性能的试验研究，试验取得了很高水平的研究成果。桩径为125mm~350mm，桩的长度为2m~5.75m，桩距为500mm~1500mm，进行了高、低承台的对比以及不同桩径、不同桩长、不同桩距的对比试验，还进行了不同排列和不同桩数的对比试验，长期荷载试验与浸水湿化试验等七大组的群桩试验，在单桩、双桩和群桩试验中都采用多种量测元件进行了承台底土反力和桩底土反力的测定、桩顶荷载和桩身轴力的测定和地基土竖向变形的测定，其规模之大，试验类型之全，在国际上也是不多见的。根据对试验资料的分析，提出了在桩距较小且桩长大于承台宽度1.5倍条件下，由于桩土的相互作用而产生的侧摩阻力“沉降硬化”的概念；桩长小于承台宽度时，由于承台的作用而产生的侧摩阻力“沉降软化”的概念和承台对侧摩阻力的“削弱效应”概念；同时还提出了承台对端阻力的“增强效应”。通过分析，提出低桩台群桩的“非整体破坏”的计算模式，引入考虑承台-桩-土相互作用的群桩侧阻效率和端阻效率，计算大小桩距和高低承台群桩的极限承载力，可以使群桩的设计计算趋于合理。目前，我国单桩静载试验的最大荷载已达30000kN。福建、浙江等地常利用工地施工用砂以编织袋装成砂包，作为堆载，最大堆载达到2500吨。然而，由于长期以来静载试验的装置，一直停留在压重平台和锚桩反力架两种形式，试验工作费时、费力、费钱，致使人们常力图回避做这种试验。Osterberg试桩法

美国西北大学教授Jorj

O.Osterberg于20世纪80年代中期研究成功了一种与传统方法截然不同的静载试桩法，通常称为Osterberg试桩法。由于其加压装置简单，不需压重平台，不需锚桩反力架，不占用施工场地，试验方便，费用低廉，能节省试验时间，能直接测出桩的侧阻力和端阻力，10余年来已在美、英、日、加拿大、菲律宾、新加坡等10余国及我国香港、台湾等地400余项工程中应用。该法的主要装置是一种经特别设计的液压千斤顶式的“荷载箱”，试验时每桩设一“箱”，是一次性投入器件。最初它被设置于桩底，故日本人将该试桩法称为“桩底加载法”。随着该法的推广应用和试验的不同需要，近年也将“荷载箱”设置于桩身中部的不同部位。载荷试验异常情况的分析与处理

异常情况一般是指在试验过程中，当试验荷载远小于试验的预计最大荷载时就出现破坏的迹象，在Q~s曲线上出现明显的陡降，或沉降速率不能满足稳定的要求；有时在同一场地的试桩中仅个别桩出现这种异常现象，有时可能许多桩都出现异常情况。分析异常情况时需要掌握场地的工程地质条件和施工的工艺和施工顺序，调阅有关施工记录和施工质量验收的文件，也需要查阅桩身材料的质量保证单。在调查研究的基础上，根据试桩的具体性状分析其原因，判断对工程质量的影响程度，从而提出处理的意见。出现异常情况时一般应首先检查试桩的设备是否处于正常工作的条件，加荷装置和荷载的量测仪表是否异常，是否与标定时的状态一致。在排除了试验装备问题以后，可以检查勘察报告的地层划分和持力层的选择是否有问题，如果没有发现问题，则进一步检查施工中可能产生的问题。1．如判断为地质资料不充分，应进行补充勘察以获取必要的分析依据；2．如判断为个别桩的问题，则应再补做几组试桩，以增加试桩的代表性，对试桩结果提出合理的评价；3．如发现断桩，则需分析造成断桩的原因及其影响桩数的多少，据以分析对整个工程影响的严重程度，决策采取何种工程措施；4．如预制桩接头断开的桩数比较多，则需采取复打或复压的方法将拉开的接头复位。从断桩的复位压力与下沉量的关系曲线判断克服上段桩的阻力使上段桩下沉的力即为复位压力，其值在800~1000kN之间，这些桩的预估极限承载力为1500kN；5．如因桩侧摩阻力不足而承载力过低，可采用注浆补强的措施以增强桩侧的摩阻力；6．如为高灵敏度土，成桩时扰动的土体结构尚未恢复的原因，可在较长的休止期后再进行试桩，以获得较高的单桩承载力。7．对判断为个别原因引起的异常，可采取个别补桩，或者采取其他结构措施加强。几种特殊桩型的承载性状灌注桩的后注浆技术

后压浆技术是在灌注桩浇注混凝土以后，通过预埋的管子将水泥砂浆注入桩端以下，以挤压桩底的沉渣，压密桩端土层，从而提高端承力，也可以将水泥砂浆注入桩侧土层中以提高桩侧摩阻力的一种技术。

根据注浆的目的，可以分成如下不同的压浆类型：1）桩内预设构件进行压浆加固2）桩端压浆3）桩侧压浆4）压浆修补桩的缺损部位后压浆具有如下的作用：1）胶结孔底沉渣，提高单桩承载力，消除桩的过大沉降；2）增强桩身混凝土与桩侧土的结合，提高侧摩阻力；3）修补桩身缺陷部位，保证设计承载力；减少桩基的不均匀沉降。

根据一些试验的结果，认为后压浆处理后可以达到比较好的效果，对细粒土中的桩，单桩承载力可提高30％～70％；对粗粒土中的桩，增幅可达60％～120％。压浆后的侧摩阻效应表现为侧摩阻力提高和桩侧土的剪切刚度提高；从而使摩阻力充分发挥时的位移值移后，这就意味着桩的韧性增大。桩端条件对试桩曲线的影响压浆对侧摩阻力的影响常规桩的曲线压浆桩的曲线1）在事故处理、补强中的应用；单桩承载力不足时的补强；此时只能在桩体外下管注浆。2）设计时承载力不能满足要求，事先在桩体中预设压浆管的加强措施。后压浆技术推广应用中的问题主要是如何控制压浆的均匀性和如何实现注浆的技术要求。压浆后单桩承载力的提高幅度与压浆工艺密切相关，而均匀性和稳定性是在工程中应用的关键；后压浆技术推广应用中的问题主要是如何控制压浆的均匀性和如何实现注浆的技术要求。压浆后单桩承载力的提高幅度与压浆工艺密切相关，而均匀性和稳定性是在工程中应用的关键；嵌岩桩嵌岩桩是在端承桩的基础上发展起来的，在基岩埋藏深度不深的地区，常将桩嵌入基岩一定的深度，在计算嵌岩桩承载力时，过去常忽略覆盖层的侧阻力，将嵌岩桩作为直接传递荷载给基岩的受压柱看待，荷载全部由桩端承担。但是，大量实测资料表明，嵌岩桩的端阻力与侧阻力之比并不接近于1.0，如嵌岩桩端超过5倍桩径后，端阻力反而趋近于零，但嵌岩桩又显然不同于摩擦桩。

嵌岩桩可采用机械钻孔或人工挖孔方法成孔，将桩嵌入岩体内一定的深度。嵌岩部分的嵌固力是嵌岩桩的承载力高于端承桩的主要原因，是研究嵌岩桩的核心问题。嵌入基岩部分的桩与基岩的相互作用比较复杂，嵌岩段的嵌固力与底部的端阻力发挥的过程是不同的。实测资料说明，当嵌岩深度为3倍桩径时，桩的嵌固力与端阻力可以得到很好的配合，嵌固力占总承载力的75%以上，可以用最少的工程量获得最佳的承载效果，因此称为最佳嵌岩深度。

在嵌岩桩承载力计算时，如何考虑桩侧摩阻力是一个有争议的问题。一种意见认为嵌岩桩的端阻力很小，构成嵌岩桩承载力的主要是侧摩阻力，认为嵌岩桩是摩擦桩；另一种意见认为桩侧土的摩阻力在总承载力中所占的比例较小，一般不超过10%左右，在大约10m厚的土层中，桩侧土的摩阻力所占的比例更低，因此没有必要计入。

上述分歧的主要原因一是所依据的资料代表性不同，二是对桩侧摩阻力的理解不同，如将嵌岩部分的阻力定义为嵌固力而不是摩阻力，则将摩阻力限制在覆盖层土的作用，则土的摩阻力所占的比例就不一定很高，也不会将嵌岩桩作为摩擦桩来研究，两种意见也就可以统一。

嵌岩桩的端阻力在总承载力中所占的比例不高这是已为大量实测阻力所证明了的，也是得到公认的事实。但分析的角度不同，得到的观点也会有差异。根据国内外150根嵌岩桩的实测资料（其中国内39根，国外111根；无覆盖层20根，有覆盖层130根，长度L=3.0～55.0m，直径d=0.5～8.0m，=1～63.7），给出了嵌岩桩在竖向荷载下端阻分担荷载比与桩的长径比之间的关系。

当从1增加至20时，自100%随增大而递减至大约30%；当从20增大至63.7时，一般不会超过30％，其中大部分桩在20％以下，不少桩在5％以下。与此相对应，桩的侧阻力（严格地说应包括侧阻力和嵌固力）大约在

10～20时开始起主要作用，随增大而增大，一般保持在70％以上，大部分在以上80%，不少桩在95%以上。

嵌岩桩的长度也越来越长，长径比越来越大，嵌岩桩的性状离端承桩也越来越远；

嵌入基岩部分的桩与基岩的相互作用比较复杂，嵌岩段的侧阻力与底部的端阻力发挥的过程是不同的。

嵌岩桩的端阻力在总承载力中所占的比例不高这是已为大量实测阻力所证明了的，也是得到公认的事实。

包括嵌固力在内的侧阻力占很大比例的原因有三点:1)

较长的桩受荷后桩身的弹性压缩量比较大，桩土之间相对位移也比较大，足以使侧阻得以发挥；2)

由于施工工艺的限制，桩底沉渣很难清除干净，桩愈长，沉渣愈难清除，沉渣的压实使桩身位移，提供了侧阻发挥的条件；3)

由于岩石与桩的连接是脆性的，在比较小的位移条件下嵌固段的阻力就可以达到峰值，而且先于土的侧阻力得到发挥，嵌固深度愈深，端阻力的比例愈低。嵌岩桩的承载性状通过对比试验和对桩端阻力所占比例的分析可以得到嵌岩桩不一定是端承桩的概念，从而改变了人们对嵌岩桩承载性状的认识；

其实质是认识嵌岩桩的侧摩阻力的存在和作用的问题，也是研究侧摩阻力的发挥条件的问题。嵌岩桩与非嵌岩桩的试验结果A2和A3进入中风化泥岩2.2m，B3和B4进入中风化泥岩0.4m。桩身轴力随深度变化曲线比较嵌岩与非嵌岩桩的

荷载传递规律惊人地相似增加了桩长，嵌入了岩石，但承载力并没有显著提高；桩身轴力随深度明显地减小；说明侧摩阻力得到了比较充分地发挥；嵌岩与不嵌岩的条件并不影响侧摩阻力的发挥；进入新鲜岩石和强风化岩的比较嵌入新鲜岩石和强风化岩石的桩的荷载传递规律也惊人地相似；嵌入强风化岩5d，d＝0.6m；

嵌入风化泥质砂岩3.7m、新鲜泥质砂岩2.0m，d＝1.0m；

两者的轴力都随深度递减；其端阻力都比较小；嵌岩桩荷载传递的特点1.大量资料表明，桩的侧摩阻力和端阻力之比都超过了60％，大部分在80％以上；2.桩侧摩阻力的分担比例随长径比（l/d）的增大而增大；3.当桩的长径比较大（l/d

35），而覆盖层又不太软弱的情况下，端阻力分担荷载的比例很小（<5％），且桩的破坏常因桩身破坏而引起。发挥桩侧摩阻力的相对位移条件嵌岩桩侧摩阻力的发挥侧摩阻力在几个毫米时就可以发挥；桩身的压缩量很容易达到毫米级，就足以发挥侧摩阻力；因此，荷载是从桩顶依次向下传递；桩顶的荷载大部分被侧摩阻力所平衡；传给桩端的荷载就剩下不多了。嵌岩段的侧阻力嵌岩段的侧阻力是构成嵌岩桩竖向承载力的重要因素；嵌岩段的侧阻力在很小的相对位移时就能被调动起来；嵌岩段的侧阻力与桩－嵌岩段岩石之间的粗糙程度有关。嵌岩段粗糙程度比较A3桩，直径315mm，砂岩，7.5mm槽；S3桩，直径1170mm，泥岩，粗糙嵌岩段；S12桩，直径335mm，泥岩，3mm蚀坑；C2桩，直径160mm，砂岩，光滑嵌岩段。嵌岩段粗糙程度对侧阻的影响嵌岩段侧阻发挥的相对位移条件嵌岩深度与端阻的关系嵌岩桩的端阻与桩的极限承载力之比随嵌岩深度与桩的半径之比增大而急剧减小；桩嵌岩越深，端阻的贡献越小；与一般的观念正好相反。嵌岩桩承载力的组成嵌岩桩的承载力由3个部分组成，即土层的侧阻力、端阻力和嵌岩段的侧阻力；端阻力和嵌岩段的侧阻力都和岩石的饱和单轴抗压强度建立联系，用经验的计算系数表示。深径比的影响侧阻力与深径比的关系不大；随着深径比的增大，端阻力急剧地减小。嵌岩桩突然破坏的原因灌注型的嵌岩桩在静载荷试验时，有时发生突然破坏的现象；其原因主要是由于嵌岩段侧阻的脆性破坏所引起的；嵌岩桩的设置灌注桩和预制桩都可以嵌岩；但不同的桩型，嵌岩的工艺是不同的；在基岩起伏比较大的场地，用预制桩作嵌岩桩，很难控制桩长；尤其是预应力管桩，截桩会造成预应力的破坏，需要加以处理。灌注型嵌岩桩预制型嵌岩桩静力压桩静力压桩法是以设备本身自重（包括配重）作反力，液压驱动，用静压力将桩压入地基土中的一种沉桩工艺。这种施工工艺具有无震动、无噪声、无污染、无冲击力和施工应力小等特点。有利于沉桩震动对邻近建筑物和精密设备的影响，避免对桩头的冲击损坏，降低用钢量。在沉桩过程中还可以测定沉桩阻力，为设计和施工提供参数，预估和验证单桩极限承载力，检验桩的工程质量。近年来，由于大吨位压桩机的出现，提高了静力压桩法施工的适用范围，能将长桩压入砂层，可适用于对单桩极限承载力设计要求超过5000kN的超高层建筑。例如在上海地区，曾使用800t压桩机，将0.50m×0.50m×38.5m的预制方桩压进中密砂层（此层的静力触探比贯入阻力为12.5MPa）2.4m，至设计标高时的压桩阻力为4778kN～5868kN，静载荷试验测定的单桩极限承载力为6750kN。压桩的优缺点静力压桩的优点是没有噪声、没有震动，不会对环境造成危害；但静力压桩需要大量的配重，对场地的要求比较高，如果场地土非常软弱，无法承受配重的过大压力，就不能采用；静力压桩的挤土作用还是相当大的，孔隙水压力比较高，采用静力压桩的建筑物，其沉降一