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南昌大学-桩基础 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望12.1 概 述12.8 桩承台的设计12.2 桩的类型12.3 桩的竖向承载力12.4 桩基础的沉降计算12.5 桩的负摩擦问题12.6 桩的水平承载力12.7 桩的平面布置原则12.9 桩基础设计的一般步骤2 一、桩基础及其应用一、桩基础及其应用桩基础（桩基础（简称简称桩基）：桩基）：桩基础由桩基础由桩桩和和承台承台两部分组成，共同承受两部分组成，共同承受静动荷载的一种深基础。静动荷载的一种深基础。桩：桩：是设置于土中的具有一定刚度和抗弯能力的竖直或倾斜的柱是设置于土中的具有一定刚度和抗弯能力的竖直或倾斜的柱型基础构件，其横截面尺寸比长度小得多，它与连接桩顶和承接型基础构件，其横截面尺寸比长度小得多，它与连接桩顶和承接上部结构的承台组成深基础。上部结构的承台组成深基础。承台：承台：把若干根桩的顶部联结成整体，把上部结构传来的荷载转把若干根桩的顶部联结成整体，把上部结构传来的荷载转换、调整分配于各桩，由穿过软弱土层或水的桩传递到深部较坚换、调整分配于各桩，由穿过软弱土层或水的桩传递到深部较坚硬的、压缩性小的土层或岩层，从而保证建筑物满足地基稳定和硬的、压缩性小的土层或岩层，从而保证建筑物满足地基稳定和变形允许值的要求。变形允许值的要求。桩基础具有桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、抗震能承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、抗震能力强、便于机械化施工、适应性强力强、便于机械化施工、适应性强等特点，在工程中得到广泛的等特点，在工程中得到广泛的应用。应用。12.1 概 述34 对下述情况，一般对下述情况，一般可考虑选用可考虑选用桩基础方案：桩基础方案：天然地基承载力和变形不能满足要求的高重建筑物；天然地基承载力和变形不能满足要求的高重建筑物；天然地基承载力基本满足要求、但沉降量过大，需利用桩基天然地基承载力基本满足要求、但沉降量过大，需利用桩基减少沉降的建筑物，如软土地基上的多层住宅建筑，或在使减少沉降的建筑物，如软土地基上的多层住宅建筑，或在使用上、生产上对沉降限制严格的建筑物；用上、生产上对沉降限制严格的建筑物；重型工业厂房和荷载很大的建筑物，如仓库、料仓等；重型工业厂房和荷载很大的建筑物，如仓库、料仓等；软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物；软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物；作用有较大水平力和力矩的高耸结构物（如烟囱、水塔等）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，或需以桩承受水平力或上拔力的其他情况；的基础，或需以桩承受水平力或上拔力的其他情况；需要减弱其振动影响的动力机器基础，或以桩基作为地震区需要减弱其振动影响的动力机器基础，或以桩基作为地震区建筑物的抗震措施；建筑物的抗震措施；地基土有可能被水流冲刷的桥梁基础；地基土有可能被水流冲刷的桥梁基础；需穿越水体和软弱土层的港湾与海洋构筑物基础，如栈桥、需穿越水体和软弱土层的港湾与海洋构筑物基础，如栈桥、码头、海上采油平台及输油、输气管道支架等。码头、海上采油平台及输油、输气管道支架等。5 6桩的应用历史桩的应用历史(1)7000-8000年前湖上居民,浙江河姆渡(2)3000-4000年前在罗马(3)西安灞桥,北京御河桥,隋唐建塔(4)明清7 二、桩基础的类型二、桩基础的类型根据承台与地面相对位根据承台与地面相对位置的高低，分为：低承置的高低，分为：低承台桩基和高承台桩基。台桩基和高承台桩基。低承台桩基低承台桩基：承台底面：承台底面位于地面以下。（工业位于地面以下。（工业民用建筑）民用建筑）高承台桩基高承台桩基：承台底面：承台底面高于地面。（桥梁、海高于地面。（桥梁、海洋构筑物）洋构筑物）8 桩基是由桩基是由桩、土、承台桩、土、承台共同组成的基础，应结合地区经验考虑共同组成的基础，应结合地区经验考虑三者的共同作用。由于桩基承载力都较高，通常大多数桩基的首要三者的共同作用。由于桩基承载力都较高，通常大多数桩基的首要问题是在于控制其沉降量，因此，桩基设计应按变形控制设计。问题是在于控制其沉降量，因此，桩基设计应按变形控制设计。桩基设计应满足下列条件：桩基设计应满足下列条件：u强度要求：强度要求：单桩单桩承受竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值；承受竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值；u变形要求：桩基础的沉降不得超过建筑物沉降允许值；变形要求：桩基础的沉降不得超过建筑物沉降允许值；u对于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。对于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。三、三、桩基设计原则桩基设计原则9四、四、桩基设计内容桩基设计内容 桩基设计包括下列基本内容：桩基设计包括下列基本内容：桩的类型和几何尺寸的选择；桩的类型和几何尺寸的选择；单桩竖向（和水平向）承载力的确定；单桩竖向（和水平向）承载力的确定；确定桩的数量、间距和平面布置；确定桩的数量、间距和平面布置；桩基承载力和沉降验算；桩基承载力和沉降验算；桩身结构设计；桩身结构设计；承台设计；承台设计；绘制桩基施工图。绘制桩基施工图。10桩的分类桩的分类按按承承载载性性状状摩摩擦擦型型桩桩端端承承型型桩桩按按施施工工方方法法预预制制桩桩灌灌注注桩桩按按桩桩成成型型效效应应挤挤土土桩桩部部分分挤挤土土桩桩按按承承台台地地面面位位置置非非挤挤土土桩桩低低承承台台桩桩高高承承台台桩桩12.2 桩的类型11 一、一、按桩的承载性状和竖向受力分类按桩的承载性状和竖向受力分类 摩擦型桩和端承型桩摩擦型桩和端承型桩摩擦型桩：摩擦型桩：桩顶竖向荷载由桩侧阻力和端阻力共同承担，但桩桩顶竖向荷载由桩侧阻力和端阻力共同承担，但桩侧阻力分担较多荷载。侧阻力分担较多荷载。当桩顶竖向荷载绝大部分由桩侧阻力承担，端阻力当桩顶竖向荷载绝大部分由桩侧阻力承担，端阻力很小时，称为很小时，称为摩擦桩摩擦桩。下列情况可按摩擦桩考虑：下列情况可按摩擦桩考虑：1、桩的长径比很大，桩端分担的荷载很小；、桩的长径比很大，桩端分担的荷载很小；2、桩端下无较坚实的土层；、桩端下无较坚实的土层；3、桩底有较厚虚土和残渣的灌注桩；、桩底有较厚虚土和残渣的灌注桩；4、打入邻桩使先前设置的桩上抬，桩端脱空。、打入邻桩使先前设置的桩上抬，桩端脱空。12 端承型桩：端承型桩：桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，但桩端阻力桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，但桩端阻力分担荷载较多的桩。分担荷载较多的桩。这类桩的侧摩阻力虽属次要，但不可忽视。主要由桩端阻力这类桩的侧摩阻力虽属次要，但不可忽视。主要由桩端阻力分担荷载，而侧阻力很小可以忽视不计时的桩称为分担荷载，而侧阻力很小可以忽视不计时的桩称为端承桩端承桩。下列情况可按端承型桩考虑：下列情况可按端承型桩考虑：1、桩的长径比较小（、桩的长径比较小（l/d10），桩穿过软土层，），桩穿过软土层，桩端位于硬土层。桩端位于硬土层。2、当桩嵌入完整或较完整岩层时称为、当桩嵌入完整或较完整岩层时称为嵌岩桩嵌岩桩。13 二、二、按桩的施工方法分类按桩的施工方法分类：预制桩和灌注桩预制桩和灌注桩（一）预制桩（一）预制桩 1、定义、定义：指借助于专用机械设备将预先制作好的具有一定形：指借助于专用机械设备将预先制作好的具有一定形状、刚度与构造的桩杆打入、压入或振入土中去的桩型。状、刚度与构造的桩杆打入、压入或振入土中去的桩型。2、预制桩的种类、预制桩的种类：据制桩材料不同，主要有木桩、混凝土预制桩和钢桩。据制桩材料不同，主要有木桩、混凝土预制桩和钢桩。1）混凝土预制桩）混凝土预制桩 一般为配筋率较低（一般为配筋率较低（0.31.0%）的钢筋混凝土桩。截面形状：）的钢筋混凝土桩。截面形状：方形、圆形等，普通实心方桩截面尺寸：方形、圆形等，普通实心方桩截面尺寸：300500 mm。制作方式：。制作方式：工厂预制，每节长度小于工厂预制，每节长度小于12m，现场预制，现场预制2530m，沉桩时现场连接，沉桩时现场连接到所需长度。特点：可方便地按所需长度、断面形状与尺寸进行制到所需长度。特点：可方便地按所需长度、断面形状与尺寸进行制作（制作方便），材料易得，质量可控制与检验，强度高、刚度大，作（制作方便），材料易得，质量可控制与检验，强度高、刚度大，采用广泛。配筋主要受起吊、运输、吊立、沉桩等各阶段的应力控采用广泛。配筋主要受起吊、运输、吊立、沉桩等各阶段的应力控制，用钢量较大。制，用钢量较大。14 2）预应力钢筋混凝土桩）预应力钢筋混凝土桩 为减少混凝土预制桩的钢筋用量、提高桩的承载力和抗裂性，为减少混凝土预制桩的钢筋用量、提高桩的承载力和抗裂性，可采用预应力混凝土桩。可采用预应力混凝土桩。预应力混凝土桩预应力混凝土桩是指将钢筋混凝土桩的部分或全部主筋作为预是指将钢筋混凝土桩的部分或全部主筋作为预应力张拉钢筋，采用先张法或后张法对桩身混凝土施加预压应力，应力张拉钢筋，采用先张法或后张法对桩身混凝土施加预压应力，以减小桩身混凝土的锤击拉应力和弯拉应力，提高桩的抗冲（锤）以减小桩身混凝土的锤击拉应力和弯拉应力，提高桩的抗冲（锤）击能与抗弯能力。其击能与抗弯能力。其特点特点为：强度高、抗裂性好。为：强度高、抗裂性好。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。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。桩的下端设置十字型桩尖、圆锥型桩尖或开口型桩尖。桩的下端设置十字型桩尖、圆锥型桩尖或开口型桩尖。153）钢桩）钢桩 工程常用的钢桩有工程常用的钢桩有H型钢桩型钢桩以及下端开口或闭口的以及下端开口或闭口的钢管桩钢管桩等。等。H型钢桩的横截面大都呈正方形，截面尺寸为型钢桩的横截面大都呈正方形，截面尺寸为200200mm 360410mm，翼缘和腹板的厚度为，翼缘和腹板的厚度为926mm。H型钢桩贯人各种型钢桩贯人各种土层的能力强，对桩周土的扰动亦较小。由于土层的能力强，对桩周土的扰动亦较小。由于H型钢桩的横截面型钢桩的横截面面积较小，因此能提供的端部承载力并不高。面积较小，因此能提供的端部承载力并不高。特点：特点：钢桩的穿透能力强，自重轻、锤击沉桩的效果好，承载能力钢桩的穿透能力强，自重轻、锤击沉桩的效果好，承载能力高，无论起吊、运输或是沉桩、接桩都很方便。但钢桩的耗钢量高，无论起吊、运输或是沉桩、接桩都很方便。但钢桩的耗钢量大，成本高，抗腐蚀性能较差，须做表面防腐蚀处理，目前我国大，成本高，抗腐蚀性能较差，须做表面防腐蚀处理，目前我国只在少数重要工程中使用。只在少数重要工程中使用。16 预制桩的沉桩方式主要有预制桩的沉桩方式主要有锤击法沉桩锤击法沉桩、振动法沉桩振动法沉桩及及静压法静压法沉桩沉桩。1）锤击法（打桩）沉桩）锤击法（打桩）沉桩 系采用蒸汽锤、柴油锤、液压锤等，依靠沉重的锤芯自由系采用蒸汽锤、柴油锤、液压锤等，依靠沉重的锤芯自由下落以及部分包含液压产生的冲击力，将桩体贯入土中，直至下落以及部分包含液压产生的冲击力，将桩体贯入土中，直至设计深度。设计深度。适用于地基土为松散的碎石土（不含大卵石或漂石）、砂土、适用于地基土为松散的碎石土（不含大卵石或漂石）、砂土、粉土以及可塑粘性土的情况。粉土以及可塑粘性土的情况。缺点：缺点：会产生较大的振动、挤土和噪声，引起邻近建筑物或会产生较大的振动、挤土和噪声，引起邻近建筑物或地下管线的附加沉降或隆起，妨碍人们的正常生活与工作。地下管线的附加沉降或隆起，妨碍人们的正常生活与工作。措施措施：施工时应加强对邻近建筑物和地下管线的变形监测与：施工时应加强对邻近建筑物和地下管线的变形监测与施工控制，并采取周密的防护措施。适用于松软土地质条件和施工控制，并采取周密的防护措施。适用于松软土地质条件和较空旷的地区。较空旷的地区。17 2）振动法沉桩）振动法沉桩 凭借放置于桩顶的凭借放置于桩顶的振动锤使桩产生振动振动锤使桩产生振动，从而使桩周土体，从而使桩周土体受扰动或液化，强度和阻力大大降低，于是桩体在自重和动力受扰动或液化，强度和阻力大大降低，于是桩体在自重和动力荷载作用下沉入土中。荷载作用下沉入土中。适用于可塑状的粘性土和砂土，对受振动时土的抗剪强度有适用于可塑状的粘性土和砂土，对受振动时土的抗剪强度有较大降低的砂土地基和自重不大的钢桩，沉桩效果更好。较大降低的砂土地基和自重不大的钢桩，沉桩效果更好。选用时应考虑其振动、噪声和挤土效应。选用时应考虑其振动、噪声和挤土效应。3）静压法沉桩）静压法沉桩 采用液压或机械方法对桩顶施加静压采用液压或机械方法对桩顶施加静压而将桩压入土中设计而将桩压入土中设计标高。施工过程中无振动和噪声。适宜在软土地带城区施工。标高。施工过程中无振动和噪声。适宜在软土地带城区施工。但应注意，其挤土效应仍不可忽略，亦应采取防挤措施。静压但应注意，其挤土效应仍不可忽略，亦应采取防挤措施。静压桩机压桩力一般约为桩机压桩力一般约为800kN至至5000kN，最大压桩力已达，最大压桩力已达8000kN。18 沉管灌注桩沉管灌注桩钻孔灌注桩钻孔灌注桩挖孔灌注桩挖孔灌注桩爆破灌注桩爆破灌注桩灌注桩灌注桩（二）灌注桩（二）灌注桩 指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成的桩孔内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。在地基土中形成的桩孔内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。灌注桩的横截面呈圆形，可以做成大直径和扩底桩。灌注桩的横截面呈圆形，可以做成大直径和扩底桩。优点优点：省去了预制桩的制作、运输、吊装和打入等工序，桩不：省去了预制桩的制作、运输、吊装和打入等工序，桩不承受这些过程中的弯折和锤击应力，节省了钢材和造价。同时承受这些过程中的弯折和锤击应力，节省了钢材和造价。同时更能适应基岩起伏变化剧烈的地质条件（适应性强）。更能适应基岩起伏变化剧烈的地质条件（适应性强）。缺点缺点：成桩过程完全在地下：成桩过程完全在地下“隐蔽隐蔽”完成。施工过程中的许多完成。施工过程中的许多环节把握不当则会影响成桩质量。环节把握不当则会影响成桩质量。19 1、沉管灌注桩、沉管灌注桩 沉管灌注桩是指采用锤击沉管打桩机或振动沉管打桩机，将套上预沉管灌注桩是指采用锤击沉管打桩机或振动沉管打桩机，将套上预制钢筋混凝土桩尖或带有活瓣桩尖（沉管时桩尖闭合，拔管时活瓣张开以制钢筋混凝土桩尖或带有活瓣桩尖（沉管时桩尖闭合，拔管时活瓣张开以便浇灌混凝土）的钢管沉入土层中成孔，然后边灌注混凝土、边锤击或边便浇灌混凝土）的钢管沉入土层中成孔，然后边灌注混凝土、边锤击或边振动边拔出钢管并安放钢筋笼而形成的灌注桩。锤击沉管灌注桩的常用直振动边拔出钢管并安放钢筋笼而形成的灌注桩。锤击沉管灌注桩的常用直径（指预制桩尖的直径）为径（指预制桩尖的直径）为300500mm，振动沉管灌注桩的直径一般为，振动沉管灌注桩的直径一般为400500mm。沉管灌注桩桩长常在。沉管灌注桩桩长常在20m以内，可打至硬塑粘土层或中、粗以内，可打至硬塑粘土层或中、粗砂层。砂层。u优点优点：在钢管内无水环境中沉放钢筋笼和浇灌混凝土，为桩身混凝土的：在钢管内无水环境中沉放钢筋笼和浇灌混凝土，为桩身混凝土的质量提供了保障。质量提供了保障。u缺点缺点：一是提管速度过快会造成缩颈、夹泥、甚至断桩；二是沉管过程：一是提管速度过快会造成缩颈、夹泥、甚至断桩；二是沉管过程中产生挤土效应除产生与预制桩类似的影响处，还可能使混凝土尚未结硬中产生挤土效应除产生与预制桩类似的影响处，还可能使混凝土尚未结硬的邻桩被剪断。的邻桩被剪断。u对策对策：控制提管速度，并振动桩管，不让管内产生负压，控制提管速度，并振动桩管，不让管内产生负压，提高桩身混凝土提高桩身混凝土的密实度并保持其连续性；的密实度并保持其连续性；采用采用“跳打跳打”顺序施工，待混凝土强度足够时再在它的近旁施打相邻桩。顺序施工，待混凝土强度足够时再在它的近旁施打相邻桩。20 机器就位沉管浇混凝土拨管、振动机器就位安钢筋笼，浇混凝土成型21 2、钻孔灌注桩：、钻孔灌注桩：指各种在地面用机械方法取土成孔的灌注桩。目前，桩径为指各种在地面用机械方法取土成孔的灌注桩。目前，桩径为600或或650mm的钻孔灌注桩，国内常用回转机具成孔，桩长的钻孔灌注桩，国内常用回转机具成孔，桩长1030m；1200mm以下的钻（冲）孔灌注桩在钻进时不下钢套筒，以下的钻（冲）孔灌注桩在钻进时不下钢套筒，而是采用泥浆保护孔壁以防塌孔，清孔（排走孔底沉渣）后，在而是采用泥浆保护孔壁以防塌孔，清孔（排走孔底沉渣）后，在水下浇灌混凝土。更大直径（水下浇灌混凝土。更大直径（1500-3000mm）的钻（冲）孔桩一）的钻（冲）孔桩一般用钢套筒护壁，所用钻机具有回旋钻进、冲击、磨头磨碎岩石般用钢套筒护壁，所用钻机具有回旋钻进、冲击、磨头磨碎岩石和扩大桩底等多种功能，钻进速度快，深度可达和扩大桩底等多种功能，钻进速度快，深度可达80m。步骤步骤：成孔、沉放导管和钢筋笼、浇灌水下混凝土成桩。：成孔、沉放导管和钢筋笼、浇灌水下混凝土成桩。优点优点：施工过程无挤土、无振动、噪声小，对邻近建筑物及地下：施工过程无挤土、无振动、噪声小，对邻近建筑物及地下管线危害较小，且桩径不受限制，是城区高层建筑常用桩型。管线危害较小，且桩径不受限制，是城区高层建筑常用桩型。缺点缺点：泥浆沉淀不易清除，以至使其端部承载力不能充分发挥，：泥浆沉淀不易清除，以至使其端部承载力不能充分发挥，并造成较大沉降。并造成较大沉降。措施措施：孔底夯填碎石消除淤泥沉淀或桩底注浆，置换与加固沉淀：孔底夯填碎石消除淤泥沉淀或桩底注浆，置换与加固沉淀泥浆。泥浆。22 3、挖孔灌注桩、挖孔灌注桩 挖孔桩可采用人工或机械挖掘成孔，每挖深挖孔桩可采用人工或机械挖掘成孔，每挖深0.91.0m，就现浇或喷射，就现浇或喷射一圈混凝土护壁（上下圈之间用插筋连接），然后安放钢筋笼，灌注混凝一圈混凝土护壁（上下圈之间用插筋连接），然后安放钢筋笼，灌注混凝土而成。人工挖孔桩的桩身直径一般为土而成。人工挖孔桩的桩身直径一般为8002000mm，最大可达，最大可达3500mm。当持力层承载力低于桩身混凝土受压承载力时，桩端可扩底，视扩底端部当持力层承载力低于桩身混凝土受压承载力时，桩端可扩底，视扩底端部侧面和桩端持力层土性情况，扩底端直径与桩身直径之比侧面和桩端持力层土性情况，扩底端直径与桩身直径之比D/d不宜超过不宜超过3，最大扩底直径可达最大扩底直径可达4500mm。挖孔桩的桩身长度宜限制在挖孔桩的桩身长度宜限制在30m内。当桩长内。当桩长L8m时，桩身直径（不时，桩身直径（不含护壁）不宜小于含护壁）不宜小于0.8m；当；当8mL15m时，桩身直径不宜小于时，桩身直径不宜小于1.0m；当；当15mL20m时，桩身直径不宜小于时，桩身直径不宜小于1.2m;当桩长当桩长L20m时，桩身直径应时，桩身直径应适当加大。适当加大。工艺特点工艺特点：现多用现浇混凝土护壁。：现多用现浇混凝土护壁。适用环境适用环境：适用于粘性土和地下水位较低，含水砂层易引起流砂坍孔；：适用于粘性土和地下水位较低，含水砂层易引起流砂坍孔；优点优点：一是直观性，可在开挖面直接鉴别和检验孔壁和孔底的土质情况；：一是直观性，可在开挖面直接鉴别和检验孔壁和孔底的土质情况；二是能直能测定与控制桩身与桩底的直径及形状等，克服二是能直能测定与控制桩身与桩底的直径及形状等，克服“隐蔽性隐蔽性”；三；三是干作业，挖土和浇灌混凝土都是在无水环境下进行，避免了泥水对桩身是干作业，挖土和浇灌混凝土都是在无水环境下进行，避免了泥水对桩身质量和承载力的影响；四是施工过程对周围没有挤土影响；五是不必采用质量和承载力的影响；四是施工过程对周围没有挤土影响；五是不必采用大型机械、造价低，但需注意安全。大型机械、造价低，但需注意安全。23244、爆扩灌注桩、爆扩灌注桩 爆扩灌注桩是指就地成孔后，在孔底放人炸药包并灌爆扩灌注桩是指就地成孔后，在孔底放人炸药包并灌注适量混凝土后，用炸药爆炸扩大孔底，再安放钢筋笼，注适量混凝土后，用炸药爆炸扩大孔底，再安放钢筋笼，灌注桩身混凝土而成的桩。爆扩桩的桩身直径一般为灌注桩身混凝土而成的桩。爆扩桩的桩身直径一般为200350 mm，扩大头直径一般取桩身直径的，扩大头直径一般取桩身直径的23倍，桩长倍，桩长一般为一般为46m，最深不超过，最深不超过10m。这种桩的适应性强，除软。这种桩的适应性强，除软土的新填土外，其他各种地层均可用，最适宜在粘土中成土的新填土外，其他各种地层均可用，最适宜在粘土中成型并支承在坚硬密实土层上的情况。型并支承在坚硬密实土层上的情况。我国常用灌注桩的适用范围见下页表我国常用灌注桩的适用范围见下页表2526 （三）（三）按桩的成型方式效应分类按桩的成型方式效应分类：挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩 桩的成型方式（打入或钻孔成桩等）不同，桩周土受到的桩的成型方式（打入或钻孔成桩等）不同，桩周土受到的挤土作用也很不相同。挤土作用会引起桩周土的天然结构、应挤土作用也很不相同。挤土作用会引起桩周土的天然结构、应力状态和性质产生变化，从而影响桩的承载力，这种变化与土力状态和性质产生变化，从而影响桩的承载力，这种变化与土的类别、性质特别是土的灵敏度、密实度和饱和度有密切关系。的类别、性质特别是土的灵敏度、密实度和饱和度有密切关系。对摩擦型桩，成桩后的承载力还随时间呈一定程式的增长，一对摩擦型桩，成桩后的承载力还随时间呈一定程式的增长，一般来说，初期增长速度较快，随后逐级变缓，一段时间后则趋般来说，初期增长速度较快，随后逐级变缓，一段时间后则趋于某一极限值。于某一极限值。根据成桩方法对桩周土层的影响，桩可分为挤土桩、部分根据成桩方法对桩周土层的影响，桩可分为挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩三类。挤土桩和非挤土桩三类。27（1）挤土桩）挤土桩(也称排土桩也称排土桩)：这类桩在设置过程中，桩周土被挤开，使土的工程性质这类桩在设置过程中，桩周土被挤开，使土的工程性质与天然状态比较，发生较大变化。挤土桩主要包括与天然状态比较，发生较大变化。挤土桩主要包括打入或压打入或压入预制混凝土桩入预制混凝土桩、封底钢管桩和混凝土管桩和沉管式的灌注、封底钢管桩和混凝土管桩和沉管式的灌注桩等；桩等；挤土桩的成桩效应挤土桩的成桩效应:粘性土：表现为桩侧土受到挤压、扰动、重塑，产生超孔粘性土：表现为桩侧土受到挤压、扰动、重塑，产生超孔隙水压力，饱和粘性土中，可能会因邻近土体产生横向位移隙水压力，饱和粘性土中，可能会因邻近土体产生横向位移和竖向隆起而使临近先打入的桩被推移或被抬起，或对邻近和竖向隆起而使临近先打入的桩被推移或被抬起，或对邻近的结构物造成重大影响。随后超孔隙水压力消散、产生再固的结构物造成重大影响。随后超孔隙水压力消散、产生再固结和触变恢复。挤土效应将使桩周土产生压缩增强效应，使结和触变恢复。挤土效应将使桩周土产生压缩增强效应，使侧阻力提高。但压缩增强效应有限，与土的强度、模量、泊侧阻力提高。但压缩增强效应有限，与土的强度、模量、泊松比有关。松比有关。28砂土：非密实砂土中的挤土桩，桩周土因侧向挤压而趋于砂土：非密实砂土中的挤土桩，桩周土因侧向挤压而趋于密实，土的相对密实度提高。挤密范围桩侧可达密实，土的相对密实度提高。挤密范围桩侧可达35.5倍桩径，倍桩径，桩端可达桩端可达2.54.5倍桩径。桩群的桩周土挤密效应更为显著。倍桩径。桩群的桩周土挤密效应更为显著。从而使桩的承载力提高。从而使桩的承载力提高。（2）部分挤土桩）部分挤土桩(也称少量排土桩也称少量排土桩)：这类桩在设置过程中，由于挤土作用轻微，故桩周土的这类桩在设置过程中，由于挤土作用轻微，故桩周土的工程性质变化不大。这类桩主要有打入的截面厚度不大的工工程性质变化不大。这类桩主要有打入的截面厚度不大的工字型和字型和H型钢桩、开口钢管桩、开口的预应力混凝土管桩等；型钢桩、开口钢管桩、开口的预应力混凝土管桩等；29（3）非挤土桩）非挤土桩(也称非排土桩也称非排土桩)：这类桩在设置过程中将相应于桩身体积的土挖出，因而桩周这类桩在设置过程中将相应于桩身体积的土挖出，因而桩周及桩底土有应力松弛现象。这类桩主要是各种型式的钻挖孔灌注及桩底土有应力松弛现象。这类桩主要是各种型式的钻挖孔灌注桩以及预钻孔埋桩等。桩以及预钻孔埋桩等。成桩效应：成桩效应：粘性土：干作业无护壁条件下，孔壁土处于自由状态，产生向粘性土：干作业无护壁条件下，孔壁土处于自由状态，产生向孔内的径向位移，虽然浇注混凝土后径向位移会有所恢复，但桩孔内的径向位移，虽然浇注混凝土后径向位移会有所恢复，但桩周土仍处于一定的松弛状态周土仍处于一定的松弛状态 泥浆护壁条件下，孔壁侧向变形受到泥浆护壁条件下，孔壁侧向变形受到约束，松弛效应不明显，但桩侧阻力受泥浆稠度、混凝土浇注等约束，松弛效应不明显，但桩侧阻力受泥浆稠度、混凝土浇注等影响较大，桩侧阻力多少有所下降；桩端下土会受扰动与发生软影响较大，桩侧阻力多少有所下降；桩端下土会受扰动与发生软化，孔底残留虚土和沉渣，导致桩端阻力降低、沉降量增大。化，孔底残留虚土和沉渣，导致桩端阻力降低、沉降量增大。砂土：砂土中的大直径钻（挖）孔桩一般需用钢套管或泥浆护砂土：砂土中的大直径钻（挖）孔桩一般需用钢套管或泥浆护壁，刚套管护壁时，套管沉拔、摇动使孔壁砂土松动，减小了桩壁，刚套管护壁时，套管沉拔、摇动使孔壁砂土松动，减小了桩侧阻力。侧阻力。30 （四）（四）按按承台与地面相对位置高低：承台与地面相对位置高低：低承台桩基（承台位于地面以下）和低承台桩基（承台位于地面以下）和 高承台桩基（承台位于地面以上）高承台桩基（承台位于地面以上）。31 木桩、混凝土、钢筋混凝土、钢管（型钢）桩、复合桩。钢筋混凝土：普通混凝土、预应力（离心预制）混凝土、高强混凝土。（五）（五）按桩身材料分按桩身材料分：32（六）（六）按桩身形状分按桩身形状分：33横断面34 按断面按断面(直径）的大小：直径）的大小：大直径桩大直径桩：d 800mm；用作大型桥梁、超高层建筑的基础。；用作大型桥梁、超高层建筑的基础。中等直径桩中等直径桩（最常用）：（最常用）：250mmd800mm；小直径桩小直径桩：dKp单一安全系数法：单一安全系数法：分项安全系数法：分项安全系数法：46 单桩竖向承载力的确定方法：单桩竖向承载力的确定方法：静载荷试验法静载荷试验法静力触探法标准贯入法动力分析法经验分析法（按规范经验参数法按规范经验参数法)建筑桩基技术规范对单桩竖向承载力的确定有如下规定：一级建筑桩基：现场静载荷实验，结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定；二级建筑桩基：静力触探、标准贯入、经验参数估算，并参照地质条件相同的试桩资料，当缺乏可参照的试桩资料或地质条件复杂，应由现场静载荷试验确定；三级建筑桩基：如无原位测试资料时，利用承载力经验参数估算。47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。试验要求：成桩后间歇时间：挤土桩在设置后须隔一段时间才开始载荷试验。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部分恢复。所需的间歇时间：预制桩在砂类土中不得少于7天；粉土和粘性土不得少于15天；饱和软粘土不得少于25天。应在桩身混凝土达到设计强度后才能进行。测桩数：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，且不应少于3根。试验装置：主要包括加荷稳压部分、提供反力部分和沉降观测部分。静荷载一般由安装在桩顶的油压千斤顶提供。千斤顶的反力可通过锚桩承担，或借压重平台上的重物来平衡。量测桩顶沉降的仪表主要有百分表或电子位移计等。1、静载荷试验法、静载荷试验法48加荷装置：加荷装置：49试验方法、终止加载条件：（1）加载 逐级等量加载，分级荷载宜为最大加载量或预估极限承载力的1/10，其中第一级可取分级荷载的2倍。为设计提供依据的竖向抗压试验测试应采用慢速荷载维持法（满足连续两小时内每小时的桩顶沉降量不超过0.1mm的相对稳定标准时，施加下一级荷载）。每级荷载施加后按第5，15，30，45，60min测读桩顶沉降量（及桩侧阻力与桩端阻力），以后每隔30min测读一次。工程桩验收检测宜采用慢速荷载维持法。当有成熟的地区经验时，也可采用快速荷载维持法（每级荷载至少维持1h，是否延长维持荷载时间应根据桩顶沉降收敛情况确定）。(2）卸载分级卸载，每级卸载量取分级加载量的2倍。每级荷载维持1h,按第15，30，60min测读测试值。卸载至零后，测读桩顶残余沉降量，维持3h，测读时间为第15，30min，以后每隔30min测读一次。50（3)终止加荷条件 某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍。（注：当桩顶沉降能相对稳定且总沉降量小于40mm时，宜加载至桩顶总沉降超过40mm。）某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到稳定标准。已达到设计要求的最大加载量。工程桩做锚桩时，锚桩上拔量已达到允许值。当荷载一沉降曲线呈缓变型时，加载至桩顶总沉降量达6080mm；特殊情况下，根据具体要求加载至桩顶总沉降量超过80mm。51单桩承载力确定（1)试验成果：竖向荷载一沉降（Q-s）曲线；沉降一时间对数（s-logt)曲线。(2)单桩竖向抗压极限承载力Q。按下列方法综合确定：根据沉降随荷载变化特征确定。对于陡降型Q-s曲线，其发生明显陡降的起始点对应的荷载值。根据沉降随时间变化的特征值确定。取s-logt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。根据相对稳定标准确定。某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到稳定标准时，取前一级荷载值。52根据沉降量确定。对于缓变型Q-s曲线，一般取：s=40 60mm 对应的荷载值（当桩长大于40m时，宜考虑桩身弹性压缩量）；对于大直径桩可取：s（0.030.06)D（D为桩端直径，大直径取低值，小直径取高值）所对应的荷载值；对于细长桩(l/d80)可取，s=6080mm对应的荷载值。按上述四款判定桩的竖向抗压承载力未达到极限时，取最大试验荷载值。(3)确定竖向抗压极限承载力的统计值的要求：参加统计的试桩结果，当满足其极差不超过平均值的30时，取其平均值；极差超过平均值的30时，应分析极差过大的原因，综合工程具体情况确定，必要时可增加试桩数量；对桩数为3根或3根以下的柱下承台，或工程桩抽检数量少于3根时，应取低值。(4)单位工程同一条件下的单桩竖向抗压承载力特征值R。应按单桩竖向抗压极限承载力统计值的一半取值。53试验成果：试验成果：542.静力触探、：修正系数qc,fsi：探头的端阻与侧阻Electric static cone55三、经验方法三、经验方法 建筑地基基础设计规范中的单桩竖向承载力特征值按下建筑地基基础设计规范中的单桩竖向承载力特征值按下式计算：式计算：式中 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，也可查规范给出的参考值；桩底端横截面面积；桩身周边长度；第i层岩土的厚度。56 当桩端嵌入完整及较完整的硬质岩中时，可按下式估算单桩竖向承载力特征值：式中 桩端岩石承载力特征值。可按GB50007-2002附录H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：57 建筑桩基技术规范中的单桩竖向承载力设计值按下式计算：建筑桩基技术规范中的单桩竖向承载力设计值按下式计算：附5859附（1）一般预制桩及灌注桩）一般预制桩及灌注桩60效应系数：与土性有关附（2）大直径桩）大直径桩61（3）嵌验桩）嵌验桩附62 同时，桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求。R:混凝土桩的单轴轴向承载力设计值（kN）；c：施工工艺系数；c：桩的稳定系数；fc:混凝土轴心抗压强度,kPa;fy:纵向钢筋抗压强度,kPa；Ap，Ag：桩身截面和纵向钢筋横截面面积（m2）。混凝土钢筋混凝土附63Pile Cap Fug三、竖向荷载下的群桩基础三、竖向荷载下的群桩基础及群桩效应及群桩效应（一）群桩基础（一）群桩基础 由多根桩在上部通过承台由多根桩在上部通过承台联结而成的桩基础称为群联结而成的桩基础称为群桩基础。桩基础。群桩效应群桩效应:由于承台、桩、土相互作用由于承台、桩、土相互作用,群桩基础中的单根桩群桩基础中的单根桩（基桩）单独受荷时的（基桩）单独受荷时的承载力承载力和和沉降性状沉降性状，往往与相同地质条，往往与相同地质条件和设置方法的同样独立单桩有显著差别，这种现象称为群桩件和设置方法的同样独立单桩有显著差别，这种现象称为群桩效应。效应。（二）群桩效应（二）群桩效应1、端承型群桩基础的群桩效应、端承型群桩基础的群桩效应 桩底持力层较硬，桩身下沉量小，桩侧摩阻力不易发挥，上部荷载通过桩身直接传到桩端土层，而桩端处承压面积小，各桩端的压力彼此互不影响。因此，有：端承群桩中各桩的工作特点与 单桩工作情况基本一致；群桩承载力=各单桩承载力之和；群桩沉降量=单桩沉降量。岩石土65 2、摩檫型群桩基础的群桩效应、摩檫型群桩基础的群桩效应（1）群桩的工作特点：摩擦桩的侧摩阻力在土中引起的附加压）群桩的工作特点：摩擦桩的侧摩阻力在土中引起的附加压力一般假定为按某一角度沿桩长向下扩散分布至桩端平面处。力一般假定为按某一角度沿桩长向下扩散分布至桩端平面处。66如果sD（如s=(34)d）,摩擦群桩工作性状存在群桩效应，因桩端平面各基桩的应力互相叠加，使桩底压力增加，影响深度和范围增加。此时，摩擦群桩承载力不等于各单桩承载力之和，对于粘土尤其是软土地基，群桩承载力小于各单桩承载力之和群桩沉降量大于单桩沉降量；砂土地基由于群桩产生挤密效应,桩侧摩阻力会增加，其中，中间桩增值大些，边桩和角桩小些，群桩承载力可能大于各单桩承载力之和。如果s6d）,摩擦群桩各基桩的工作性状与单桩工作性状基本相同，因桩端平面各基桩的应力不存在互相叠加现象，此时，摩擦群桩承载力等于各单桩承载力之和，摩擦群桩沉降等于单桩沉降；67压力扩散深度68（2）承台的影响）承台的影响高承台：由于承台底面与土脱开，荷载全部由桩承担。承台主要是通过承台刚度对桩顶位移和荷载施加影响，类似于刚性浅基础基底反力问题。中心荷载作用下的刚性承台在迫使各桩同时均匀沉降的同时，也使各桩桩顶荷载分配有别,其中角桩最大、边桩次之，中间桩最小，桩数越多，差异越明显。随着承台柔度增加，各桩桩顶荷载的分配将逐渐与承台上的荷载分布一致。69低承台：除了具有高承台的影响外，但由于低承台底面与土接触，承台底面通过桩间土反力分担荷载，使承台兼有浅基础作用，低承台桩基础也称为“复合桩基”。由于承台底可分担一部分荷载（从百分之十几到百分之五十以上），使桩基承载力随之提高。对发挥承台底桩间土反力的有利因素是：桩顶荷载水平高、桩端持力层可压缩、承台底面下土质好、桩身细而短、布桩少而疏。但下列情况下的低承台桩基在建成后，承台底面仍可能会与基土脱开：承台下为可液化土、湿陷性黄土、高灵敏度粘土、欠固结土、新近填土、可出现震陷、降水、沉桩过程产生高超静水压力及地面隆起的地基土。70群桩效应群桩效应挤密效应扰动与超静孔压力地面与桩的侧移与上浮约束效应荷载的调节作用应力叠加沉降增加承台承担部分荷载71（三）群桩效应系数（三）群桩效应系数72 国内外的大量工程实践和试验研究证明：用单一的群桩效应系数不能正确反映群桩基础的工作状态，原因是：群桩基础的沉降量只要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；群桩基础的基桩与单桩的工作条件不同，其极限承载力也不一样。目前工程上考虑群桩效应的方法有两种：群桩分项效率系数法：以概率极限设计为指导，通过实测资料的统计分析对群桩内每一基桩的侧阻力和端阻力分别乘以群桩效应系数。建筑桩基础技术规范（JG94-2008）等代实体基础法：把承台、桩、桩间土当成一个整体埋置于桩端平面深度的深基础，进行承载力和变形验算。建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）73四、群桩基础基桩竖向承载力的确定四、群桩基