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第五章第五章 桩基础桩基础Pilefoundation5.1 概述概述5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺5.3 竖向荷载作用下的桩基础竖向荷载作用下的桩基础5.4 水平荷载作用下的桩基础水平荷载作用下的桩基础5.5 桩基础设计桩基础设计当当天天然然地地基基上上采采用用浅浅基基础础，其其沉沉降降量量过过大大或或地地基基稳稳定定性性不不满满足足设设计计要要求求，而而又又不不适适合合采采取取地地基基处处理理措措施施时时，就就要要考考虑虑以以下下部部坚坚硬硬土土层层或或岩岩层层作作为为持持力力层层的的深深基基础础方方案案。桩桩基基础础是是高高层层建建筑筑、重重型型厂厂房房和和具具有有特特殊殊要求的构筑物所广泛采用的基础型式。桩基础设计可按下列步骤进行：要求的构筑物所广泛采用的基础型式。桩基础设计可按下列步骤进行：（1）收集设计资料。收集设计资料。（2）选择桩基类型、桩长和截面尺寸，初步确定承台底面高程。选择桩基类型、桩长和截面尺寸，初步确定承台底面高程。（3）确定基桩或复合基桩的承载力。确定基桩或复合基桩的承载力。（4）确定桩的数量、间距及平面布置。确定桩的数量、间距及平面布置。（5）桩基的受力验算。桩基的受力验算。（6）群桩承载力验算。群桩承载力验算。（7）软弱下卧层验算。软弱下卧层验算。（8）地基变形验算。地基变形验算。（9）承台设计与计算。承台设计与计算。上上述述设设计计步步骤骤是是相相互互关关联联的的，通通常常可可按按顺顺序序逐逐项项进进行行。当当后后面面的的计计算算出出现现不不能能满满足足设设计计要要求求的的情情况况时时，应应返返回回前前面面（1）、（2）、（3）步步骤，重新做出选择后再进行设计，直至完全满足设计要求为止。骤，重新做出选择后再进行设计，直至完全满足设计要求为止。5.1 5.1 概述概述第五章第五章 桩基础桩基础软 土 层5.1 5.1 概述概述第五章第五章 桩基础桩基础地下连续墙地下连续墙diaphragm深基深基础5.1 5.1 概述概述第五章第五章 桩基础桩基础1 1 历史十九世纪以前，木桩历史十九世纪以前，木桩历史十九世纪以前，木桩历史十九世纪以前，木桩 (1)7000-8000 (1)7000-8000年前湖上居民年前湖上居民年前湖上居民年前湖上居民,浙江河姆渡浙江河姆渡浙江河姆渡浙江河姆渡 (2)3000-4000 (2)3000-4000年前在罗马年前在罗马年前在罗马年前在罗马 (3)(3)西安灞桥西安灞桥西安灞桥西安灞桥,北京御河桥北京御河桥北京御河桥北京御河桥,隋唐建塔等都是桩基础的隋唐建塔等都是桩基础的隋唐建塔等都是桩基础的隋唐建塔等都是桩基础的典范典范典范典范2 2 十九世纪开始，材料和动力进步十九世纪开始，材料和动力进步十九世纪开始，材料和动力进步十九世纪开始，材料和动力进步 铸铁管桩，铸铁管桩，铸铁管桩，铸铁管桩，18241824年波特兰水泥注册专利蒸汽动力年波特兰水泥注册专利蒸汽动力年波特兰水泥注册专利蒸汽动力年波特兰水泥注册专利蒸汽动力 3 3 十九世纪末，现场钻孔桩十九世纪末，现场钻孔桩十九世纪末，现场钻孔桩十九世纪末，现场钻孔桩 (1897,Raymond)(1897,Raymond)目前，我国目前，我国目前，我国目前，我国桩基最大入土深度已达桩基最大入土深度已达桩基最大入土深度已达桩基最大入土深度已达107m107m，桩径已超过桩径已超过桩径已超过桩径已超过5m.5m.一一一一桩的应用（常用而古老的深基础形式）桩的应用（常用而古老的深基础形式）桩的应用（常用而古老的深基础形式）桩的应用（常用而古老的深基础形式）5.1 5.1 概述概述第五章第五章 桩基础桩基础5.1 5.1 概述概述第五章第五章 桩基础桩基础新加坡发展银行新加坡发展银行,四四墩墩,每墩直径每墩直径7.3m将荷载传递到下部将荷载传递到下部好土层好土层,承载力高承载力高大直径大直径钻孔孔桩风化砂岩及粉砂岩化砂岩及粉砂岩部分部分风化及化及不不风化泥岩化泥岩5.1 5.1 概述概述第五章第五章 桩基础桩基础新加坡发展银行新加坡发展银行,四墩四墩7.3m5.1 5.1 概述概述第五章第五章 桩基础桩基础现场灌注灌注护坡坡桩造价低造价低5.1 5.1 概述概述第五章第五章 桩基础桩基础现场灌注灌注护坡坡桩造价低造价低5.1 5.1 概述概述第五章第五章 桩基础桩基础2 2 特点特点优点优点:1.1.将荷载传递到下部好土层将荷载传递到下部好土层将荷载传递到下部好土层将荷载传递到下部好土层,承载力高承载力高承载力高承载力高.2.2.沉降量小沉降量小沉降量小沉降量小.3.3.抗震性能好抗震性能好抗震性能好抗震性能好,穿过液化层穿过液化层穿过液化层穿过液化层.4.4.承受抗拔承受抗拔承受抗拔承受抗拔(抗滑桩抗滑桩抗滑桩抗滑桩)及横向力及横向力及横向力及横向力(如风载荷如风载荷如风载荷如风载荷).).5.5.与其他深基础比较与其他深基础比较与其他深基础比较与其他深基础比较,施工造施工造施工造施工造价低价低价低价低.缺点缺点:施工施工施工施工环环境影响境影响境影响境影响,预预制制制制桩桩施工噪音施工噪音施工噪音施工噪音,钻钻孔灌注孔灌注孔灌注孔灌注桩桩的泥的泥的泥的泥浆浆有地下室有地下室有地下室有地下室时时,有一定干有一定干有一定干有一定干扰扰,深深深深基坑中做基坑中做基坑中做基坑中做桩桩5.1 5.1 概述概述第五章第五章 桩基础桩基础3 适用条件(1)(1)水上建筑物水上建筑物水上建筑物水上建筑物(2)(2)深持力层深持力层深持力层深持力层,高地下水位高地下水位高地下水位高地下水位(3)(3)抗震地基抗震地基抗震地基抗震地基(4)(4)对沉降非常敏感的建筑对沉降非常敏感的建筑对沉降非常敏感的建筑对沉降非常敏感的建筑,如精密仪器如精密仪器如精密仪器如精密仪器5.1 5.1 概述概述第五章第五章 桩基础桩基础桩基的分类：桩基的分类：单桩基基础和群和群桩基基础单桩基基础：采用单桩承受和传递上部结构荷载。群群桩基基础：由2根或2根以上组成的桩基础。基基桩：群桩基础中的单桩称为基桩。软土层5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础桩的分类：不同的分类标准桩的分类：不同的分类标准(一一)按承台按承台承台承台承台承台:将几个将几个将几个将几个桩结桩结合起合起合起合起来来来来传递传递荷荷荷荷载载（二）材料（二）材料（二）材料（二）材料（三）形状（三）形状（三）形状（三）形状（四）承（四）承（四）承（四）承载载机理机理机理机理（五）按尺寸（五）按尺寸（五）按尺寸（五）按尺寸（六）施工方法（六）施工方法（六）施工方法（六）施工方法软土层5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础高承台桩高承台桩 承台在地面以上,桥桩,码头,栈桥低承台桩低承台桩 承台在地面以下,承台本身承担部分荷载软土层(一一)按承台按承台承台承台承台承台:将几个桩结合起将几个桩结合起将几个桩结合起将几个桩结合起来传递荷载来传递荷载来传递荷载来传递荷载5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础低承台低承台桩桩5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础高承台高承台桩5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础（二）（二）按材料：按材料：木桩、混凝土、钢筋混凝土、木桩、混凝土、钢筋混凝土、木桩、混凝土、钢筋混凝土、木桩、混凝土、钢筋混凝土、钢管（型钢）桩、复合桩钢管（型钢）桩、复合桩钢管（型钢）桩、复合桩钢管（型钢）桩、复合桩 钢筋混凝土：钢筋混凝土：钢筋混凝土：钢筋混凝土：普通混凝土、预普通混凝土、预普通混凝土、预普通混凝土、预应力混凝土（离心预制）、高强应力混凝土（离心预制）、高强应力混凝土（离心预制）、高强应力混凝土（离心预制）、高强混凝土混凝土混凝土混凝土5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础（三）按形状n n按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节（分按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节（分按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节（分按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩n n按横断面：圆形，八边形，十字桩、按横断面：圆形，八边形，十字桩、按横断面：圆形，八边形，十字桩、按横断面：圆形，八边形，十字桩、X X X X形桩形桩形桩形桩5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础桩身身5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础横断面横断面5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础（四）按尺寸n n按断面按断面按断面按断面(直径）的大小：直径）的大小：直径）的大小：直径）的大小：大直径大直径大直径大直径:d80cm;:d80cm;小直径小直径小直径小直径d40d60mL60m（3)3):长桩；长桩；长桩；长桩；L10mL=800mm，开挖直径开挖直径=1000mm，护壁厚度护壁厚度=100mm，分节支护，每节高分节支护，每节高5001000mm，可用混凝土预制，可用混凝土预制块或砖砌筑，桩身长度在块或砖砌筑，桩身长度在40m以内。以内。5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础振动沉桩振动沉桩预制桩预制桩113mPilePoint5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础离心预应力预制钢筋混凝土离心预应力预制钢筋混凝土5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础人工挖孔桩人工挖孔桩5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础广州市亚洲大酒店广州市亚洲大酒店人工挖孔桩人工挖孔桩5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础螺旋螺旋钻 5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础 2.2扩底底桩人工挖孔人工挖孔扩孔孔桩（芝加哥法）（芝加哥法）5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础UK英国英国1.0-3.0m0.6-0.9m5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础爆破扩底桩爆破扩底桩5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础桩的分类总结桩的分类总结n n挤土桩挤土桩挤土桩挤土桩 （打入预制桩）（打入预制桩）（打入预制桩）（打入预制桩）挤挤挤挤土土土土桩桩桩桩：在在在在成成成成桩桩桩桩过过过过程程程程中中中中，造造造造成成成成大大大大量量量量挤挤挤挤土土土土，使使使使桩桩桩桩周周周周围围围围土土土土体体体体受受受受到到到到严严严严重重重重扰扰扰扰动动动动，土土土土的的的的工工工工程程程程性性性性质质质质发发发发生生生生较较较较大大大大改改改改变变变变。主主主主要要要要有有有有打打打打入入入入或或或或静静静静压压压压成成成成桩桩桩桩的的的的实实实实心心心心桩桩桩桩和和和和闭口预制混凝土桩、闭口钢管桩及沉管灌注桩等。闭口预制混凝土桩、闭口钢管桩及沉管灌注桩等。闭口预制混凝土桩、闭口钢管桩及沉管灌注桩等。闭口预制混凝土桩、闭口钢管桩及沉管灌注桩等。部部部部分分分分挤挤挤挤土土土土桩桩桩桩：在在在在成成成成桩桩桩桩过过过过程程程程中中中中，引引引引起起起起部部部部分分分分挤挤挤挤土土土土效效效效应应应应、桩桩桩桩周周周周围围围围土土土土体体体体受受受受到到到到一一一一定定定定程程程程度度度度的的的的扰扰扰扰动动动动。主主主主要要要要有有有有：H HH H型型型型钢钢钢钢桩桩桩桩、开开开开口口口口管管管管桩桩桩桩及及及及长长长长螺螺螺螺旋旋旋旋钻钻钻钻孔孔孔孔、旋旋旋旋挖挖挖挖灌灌灌灌注桩。注桩。注桩。注桩。n n 非挤土桩非挤土桩非挤土桩非挤土桩 （现场钻孔）（现场钻孔）（现场钻孔）（现场钻孔）非挤土桩：一般采用人工或机械的方式在桩位开挖桩孔，在孔内灌非挤土桩：一般采用人工或机械的方式在桩位开挖桩孔，在孔内灌非挤土桩：一般采用人工或机械的方式在桩位开挖桩孔，在孔内灌非挤土桩：一般采用人工或机械的方式在桩位开挖桩孔，在孔内灌注混凝土而成的桩，对周围土体基本没有扰动。主要有钻、挖孔灌注注混凝土而成的桩，对周围土体基本没有扰动。主要有钻、挖孔灌注注混凝土而成的桩，对周围土体基本没有扰动。主要有钻、挖孔灌注注混凝土而成的桩，对周围土体基本没有扰动。主要有钻、挖孔灌注桩、旋挖灌注桩等桩、旋挖灌注桩等桩、旋挖灌注桩等桩、旋挖灌注桩等。n n摩擦桩摩擦桩摩擦桩摩擦桩n n端承桩端承桩端承桩端承桩 Q=Q Q=Qp p+Q+Qs s（七（七)桩的质量检测桩的质量检测 5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础1 开挖检测开挖检测2 抽芯法抽芯法3 声波透射法声波透射法4 动测法动测法（七（七)桩的质量检测桩的质量检测 5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础1 开挖检测开挖检测只限于对所暴露的桩身进行检查。只限于对所暴露的桩身进行检查。（七（七)桩的质量检测桩的质量检测 5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础1 开挖检测开挖检测2 抽芯法抽芯法 检测混凝土桩的桩长、桩身强度、桩底沉渣厚度和持检测混凝土桩的桩长、桩身强度、桩底沉渣厚度和持力层岩土形状，可判别桩身的完整性。力层岩土形状，可判别桩身的完整性。钻孔取混凝土芯，属于有损检测。钻孔取混凝土芯，属于有损检测。（七（七)桩的质量检测桩的质量检测 5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础1 开挖检测开挖检测2 抽芯法抽芯法3 声波透射法声波透射法 可检测桩身缺陷程度及位置，判别桩身完整性类别。可检测桩身缺陷程度及位置，判别桩身完整性类别。预先在装中埋入预先在装中埋入34根金属管，利用超声波在不同强根金属管，利用超声波在不同强度（或不同弹性模量）的混凝土中传播速度的变化来检度（或不同弹性模量）的混凝土中传播速度的变化来检测桩身质量的。测桩身质量的。（七（七)桩的质量检测桩的质量检测 5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础1 开挖检测开挖检测2 抽芯法抽芯法3 声波透射法声波透射法4 动测法动测法 包括锤击激振、机械阻抗、水电效应、共振等小应变包括锤击激振、机械阻抗、水电效应、共振等小应变动测，动测，PDA（打桩分析仪）等大应变动测及（打桩分析仪）等大应变动测及PIT（桩身（桩身结构完整性分析仪）等。对于等截面、质地均匀的预制结构完整性分析仪）等。对于等截面、质地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，目前已有相当多的经验，具有一定的可靠性。有相当多的经验，具有一定的可靠性。（八（八)桩基设计原则桩基设计原则 5.2 5.2 桩的类型及施工工艺桩的类型及施工工艺第五章第五章 桩基础桩基础建筑桩基规范的相关内容。建筑桩基规范的相关内容。一一一一 意义意义意义意义意义：意义：单桩工作性能研究是单桩承载力分析的理论单桩工作性能研究是单桩承载力分析的理论基础。基础。通过桩土相互作用分析，了解桩间土的传力途径和通过桩土相互作用分析，了解桩间土的传力途径和单桩承载力的构造及其发展过程，以及单桩的破坏机理单桩承载力的构造及其发展过程，以及单桩的破坏机理等，对正确评价单桩轴向承载力设计值具有一定的指导等，对正确评价单桩轴向承载力设计值具有一定的指导意义。意义。5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能第五章第五章 桩基础桩基础 桩的荷载传递机理研究揭示的是桩桩的荷载传递机理研究揭示的是桩土之间力土之间力的传递与变形协调的规律，因而它是桩的承载力机的传递与变形协调的规律，因而它是桩的承载力机理和桩理和桩土共同作用分析的重要理论依据。土共同作用分析的重要理论依据。第五章第五章 桩基础桩基础二二二二 桩的荷载传递桩的荷载传递桩的荷载传递桩的荷载传递5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能(a)轴向受压的桩 (b)截面位移 (c)摩阻力分布 (d)轴力分布 桩土体系荷载传递分析桩土体系荷载传递分析 第五章第五章 桩基础桩基础当桩顶荷载达到极限值时：5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能 桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程就是桩桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程就是桩土体系荷载的土体系荷载的传递过程。传递过程。桩顶受竖向荷载后，桩身压缩而向下位移，桩侧表面受桩顶受竖向荷载后，桩身压缩而向下位移，桩侧表面受到土的向上摩阻力，桩侧土体产生剪切变形，并使桩身荷到土的向上摩阻力，桩侧土体产生剪切变形，并使桩身荷载传递到桩周土层中去，从而使桩身荷载与桩身压缩变形载传递到桩周土层中去，从而使桩身荷载与桩身压缩变形随深度递减。随深度递减。随着荷载增加，桩端出现竖向位移和桩端反力。桩端位随着荷载增加，桩端出现竖向位移和桩端反力。桩端位移加大了桩身各截面的位移，并促使桩侧阻力进一步发挥。移加大了桩身各截面的位移，并促使桩侧阻力进一步发挥。一般说来，靠近桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发一般说来，靠近桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥，而侧阻力先于端阻力发挥出来。挥，而侧阻力先于端阻力发挥出来。第五章第五章 桩基础桩基础5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能任一深度z桩身截面的荷载为：竖向位移为：由微分段dz的竖向平衡可求得为：微分段dz的压缩量为：就是桩土体系荷载传递分析计算的基本微分方程。通过在桩身埋设应力或位移测试元件，即可求得轴力和侧阻力沿桩身的变化曲线。第五章第五章 桩基础桩基础5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能 桩侧阻力与桩端阻力相对大小与桩径、桩长、桩侧阻力与桩端阻力相对大小与桩径、桩长、桩身的压缩性、桩间距，以及桩侧土体性状、桩桩身的压缩性、桩间距，以及桩侧土体性状、桩端土体性状、成桩方式、荷载水平等因素有关，端土体性状、成桩方式、荷载水平等因素有关，。根据力的竖向平衡，有：根据力的竖向平衡，有：桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律(自学自学自学自学)第五章第五章 桩基础桩基础5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能从从桩桩的的承承载载机机理理来来看看，桩桩土土间间的的相相对对位位移移是是侧侧摩摩阻阻力力发发挥挥的的必必要要条条件件，但但不不同同类类型型的的土土，发发挥挥其其最最大大摩摩阻阻力力所所需需位位移移是是不不一一样样的的，如粘性土为510mm，砂类土为1020mm等等。大大量量实实验验结结果果表表明明，发发挥挥侧侧阻阻所所需需相相对对位位移移并并非非定定值值，桩桩径径大小、施工工艺和土层的分布状况都是影响位移量的主要因素。大小、施工工艺和土层的分布状况都是影响位移量的主要因素。（1）成成桩桩效效应应也也会会影影响响到到侧侧摩摩阻阻力力，因因为为不不同同的的施施工工工工艺艺都都会改变桩周土体内应力应变场的原始分布。会改变桩周土体内应力应变场的原始分布。如如挤挤土土桩桩对对桩桩周周土土的的挤挤密密和和重重塑塑作作用用，非非挤挤土土桩桩因因孔孔壁壁侧侧向向应应力力解解除除出出现现的的应应力力松松弛弛等等等等；这这些些都都会会不不同同程程度度的的提提高高或或降降低低侧侧摩摩阻阻力力的的大大小小，而而这这种种改改变变又又与与土土的的性性质质、类类别别，特特别别是是土土的的灵灵敏敏度度、密密实实度度和和饱饱和和度度密密切切相相关关。一一般般来来说说，饱饱和和土土中中的成桩效应大于非饱和土的，群桩的大于单桩的的成桩效应大于非饱和土的，群桩的大于单桩的。桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析第五章第五章 桩基础桩基础5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能（3）随随桩桩入入土土深深度度的的增增加加，作作用用在在桩桩身身的的水水平平有有效效应应力力成成比比例例增增大大。按按照照土土力力学学理理论论，桩桩的的侧侧摩摩阻阻力力也也应应逐逐渐渐增增大大；但但实实验验表表明明，在在均均质质土土中中，当当桩桩的的入入土土超超过过一一定定深深度度后后，桩桩侧侧摩摩阻阻力力不不再再随随深深度度的的增增加加而而变变大大，而而是趋于定值，该深度被称为侧摩阻力的临界深度。是趋于定值，该深度被称为侧摩阻力的临界深度。（4 4）对于在饱和粘性土中施工的挤土桩，要考虑时间）对于在饱和粘性土中施工的挤土桩，要考虑时间效应对土阻力的影响。效应对土阻力的影响。桩在施工过程中对土的扰动会产生桩在施工过程中对土的扰动会产生超孔隙水压力，它会使桩侧向有效应力降低，导致在桩形超孔隙水压力，它会使桩侧向有效应力降低，导致在桩形成的初期侧摩阻力偏小；随时间的增长，超孔隙水压力逐成的初期侧摩阻力偏小；随时间的增长，超孔隙水压力逐渐沿径向消散，扰动区土的强度慢慢得到恢复，桩侧摩阻渐沿径向消散，扰动区土的强度慢慢得到恢复，桩侧摩阻力得到提高力得到提高。桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析第五章第五章 桩基础桩基础5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能 （2 2）桩桩材材和和桩桩的的几几何何外外形形也也是是影影响响侧侧阻阻力力大大小小的的因因素素之之一一。同同样样的的土土，桩桩土土界界面面的的外外摩摩擦擦角角会会因因桩桩材表面的粗糙程度不同而差别较大材表面的粗糙程度不同而差别较大.如如预预制制桩桩和和钢钢桩桩，侧侧表表面面光光滑滑，一一般般为为1/31/2（为为土土的的内内摩摩擦擦角角），而而对对不不带带套套管管的的钻钻孔孔灌灌注注桩桩、木桩，侧表面非常粗糙，木桩，侧表面非常粗糙，可取可取2/3。由由于于桩桩的的总总侧侧阻阻力力与与桩桩的的表表面面积积成成正正比比，因因此此采采用用较较大大比比表表面面积积（桩桩的的表表面面积积与与桩桩身身体体积积之之比比）的的桩桩身身几何外形可提高桩的承载力。几何外形可提高桩的承载力。桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析第五章第五章 桩基础桩基础5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能桩桩端端进进入入持持力力层层的的深深度度也也是是桩桩基基设设计计时时主主要要考考虑虑的的问问题题，一一般般认认为为，桩桩端端进进入入持持力力层层越越深深，端端阻阻力力越越大大；但大量实验表明，但大量实验表明，超过一定深度后，端阻力基本恒定。超过一定深度后，端阻力基本恒定。关关于于端端阻阻的的尺尺寸寸效效应应问问题题，一一般般认认为为随随桩桩尺尺寸寸的的增大，桩端阻力的极限值变小。增大，桩端阻力的极限值变小。实实际际上上，桩桩在在外外部部荷荷载载作作用用下下，侧侧阻阻和和端端阻阻的的发发挥挥和和分分布布是是较较复复杂杂的的，二二者者是是相相互互作作用用、相相互互制制约约的的，如如因因端端阻阻降降低低的的影影响响，靠靠近近桩桩端端附附近近的的侧侧阻阻会会有有所所降降低低等等等。等。桩的荷载传递的一般规律端阻分析桩的荷载传递的一般规律端阻分析桩的荷载传递的一般规律端阻分析桩的荷载传递的一般规律端阻分析第五章第五章 桩基础桩基础5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能第五章第五章 桩基础桩基础桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能 桩端土与桩侧土的模量比桩端土与桩侧土的模量比 愈小，桩身轴力沿深度愈小，桩身轴力沿深度衰减愈快，即传递到桩端的荷载愈小衰减愈快，即传递到桩端的荷载愈小。桩身轴向力 桩身轴向力 桩端土性对荷载传递的影响 超长桩荷载传递特性 试验研究与理论分析表明，桩的荷载传递的一般规律如下：试验研究与理论分析表明，桩的荷载传递的一般规律如下：第五章第五章 桩基础桩基础桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能 随桩土刚度比 （桩身刚度与桩侧土刚度之比）的增大，传递到桩端的荷载增加；但当 1 000后，的变化不明显。桩身轴向力 桩身轴向力 桩端土性对荷载传递的影响 超长桩荷载传递特性 第五章第五章 桩基础桩基础桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能随随桩桩的的长长径径比比l/d（l为为桩桩长长，d为为桩桩径径）增增大大，传传递递到到桩桩端端的的荷荷载载减减小小，桩桩身身下下侧侧阻阻发发挥挥值值相相应应降降低低；当当l/d40时时，在在均均匀匀土土层层中中，趋趋于于零零；当当l/d100时时，不不论论桩桩端端土土刚刚度度多多大大，其其值值小到可忽略不计。小到可忽略不计。工作荷载下的与L/D的关系 第五章第五章 桩基础桩基础桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能 （5 5）.扩大桩端面积，桩端传递荷载的比率增大扩大桩端面积，桩端传递荷载的比率增大。(4)(4)下图是桩径下图是桩径1m1m、嵌入风化泥质砂岩、嵌入风化泥质砂岩3.7m 3.7m 和新鲜泥质和新鲜泥质砂岩砂岩2.0m2.0m的灌注桩的实测荷载传递曲线。可见，即使对于长的灌注桩的实测荷载传递曲线。可见，即使对于长径比径比l/d151520 20 的嵌岩桩，也属于摩擦型桩，其桩端总阻的嵌岩桩，也属于摩擦型桩，其桩端总阻力也较小。力也较小。嵌岩灌注桩荷载传递曲线 第五章第五章 桩基础桩基础桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能单桩在轴向荷载作用下，其破坏模式主要取决于桩周土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、桩尺寸以及桩的类型等条件。的抗剪强度、桩端支承情况、桩尺寸以及桩的类型等条件。可能破坏模式：可能破坏模式：压曲破坏、整体剪切破坏和刺入破坏。压曲破坏、整体剪切破坏和刺入破坏。压曲破坏压曲破坏整体剪切破坏整体剪切破坏刺入破坏刺入破坏第五章第五章 桩基础桩基础三三 单桩的破坏模式单桩的破坏模式5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能压曲破坏压曲破坏整体剪切破坏整体剪切破坏刺入破坏刺入破坏压曲破坏：压曲破坏：沉降量很小，桩端阻为主，桩材控制承载力，穿越软弱沉降量很小，桩端阻为主，桩材控制承载力，穿越软弱 土层的小直径桩和嵌岩桩属于此类；土层的小直径桩和嵌岩桩属于此类；整体剪切：整体剪切：沉降量较大，桩端阻为主，桩端桩侧土控制承载力，打沉降量较大，桩端阻为主，桩端桩侧土控制承载力，打 入式短桩、钻孔短入式短桩、钻孔短 桩属于此类；桩属于此类；刺入破坏：刺入破坏：沉降量大，桩侧阻为主，桩顶容许沉降控制承载力，一沉降量大，桩侧阻为主，桩顶容许沉降控制承载力，一 般情况下的钻孔灌注桩属于此类。般情况下的钻孔灌注桩属于此类。第五章第五章 桩基础桩基础三三 单单桩破坏模式桩破坏模式桩破坏模式桩破坏模式5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能正摩阻正摩阻负摩阻摩阻当土体相对于桩身向下位移当土体相对于桩身向下位移时，土体不仅不能起扩散桩身轴时，土体不仅不能起扩散桩身轴向力的作用，反而会产生下拉的向力的作用，反而会产生下拉的摩阻力，使桩身的轴力增大。摩阻力，使桩身的轴力增大。如如图图所所示示。该该下下拉拉的的摩摩阻阻力力称称为为负负摩摩阻阻力力。负负摩摩阻阻力力的的存存在在，增大了桩身荷载和桩基的沉降。增大了桩身荷载和桩基的沉降。第五章第五章 桩基础桩基础四四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力产生原因：桩侧负摩阻力产生原因：5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能正摩阻正摩阻负摩阻摩阻引起负摩擦力的条件：引起负摩擦力的条件：桩周围桩周围的土体下沉必须大于桩的沉降。的土体下沉必须大于桩的沉降。第五章第五章 桩基础桩基础四四 桩侧负摩阻力负摩擦的产生桩侧负摩阻力负摩擦的产生桩侧负摩阻力负摩擦的产生桩侧负摩阻力负摩擦的产生 (1)(1)桩周附近地面大面积堆载桩周附近地面大面积堆载桩周附近地面大面积堆载桩周附近地面大面积堆载 (2)(2)大面积降低地下水位大面积降低地下水位大面积降低地下水位大面积降低地下水位 (3)(3)欠固结土欠固结土欠固结土欠固结土,新填土新填土新填土新填土 (4)(4)湿陷性黄土遇水湿陷湿陷性黄土遇水湿陷湿陷性黄土遇水湿陷湿陷性黄土遇水湿陷 (5)(5)砂土液化、冻土融解砂土液化、冻土融解砂土液化、冻土融解砂土液化、冻土融解5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能lnNegative土位移土位移Ss桩位移Sp+摩阻力轴向力N中性点：中性点：正负摩擦力分界的地方。正负摩擦力分界的地方。第五章第五章 桩基础桩基础四四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力负摩擦力的分布负摩擦力的分布负摩擦力的分布负摩擦力的分布,负摩阻力成为荷载的一部分负摩阻力成为荷载的一部分负摩阻力成为荷载的一部分负摩阻力成为荷载的一部分对于下部为岩石的端承桩对于下部为岩石的端承桩对于下部为岩石的端承桩对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻力可能全桩为负阻力可能全桩为负阻力可能全桩为负阻力,对于一般桩对于一般桩对于一般桩对于一般桩,因为桩土都有变形因为桩土都有变形因为桩土都有变形因为桩土都有变形,视二者的相对位移量和方向视二者的相对位移量和方向视二者的相对位移量和方向视二者的相对位移量和方向5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能lnNegative土位移土位移Ss桩位移Sp-+摩阻力轴向力N第五章第五章 桩基础桩基础四四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力第i层土桩侧平均负摩阻力土的侧压力系数第i层土桩侧平均竖向有效应力桩周负摩阻力系数，查表4-6。5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能lnNegative土位移Ss桩位移Sp-+摩阻力轴向力N中性点处：中性点处：摩擦力为零，桩对土的相对位移也是零。摩擦力为零，桩对土的相对位移也是零。下拉荷载在中性点处达最大值，即在中性点截面桩身轴力达最大值下拉荷载在中性点处达最大值，即在中性点截面桩身轴力达最大值（QQn）。）。第五章第五章 桩基础桩基础四四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能lnNegative土位移Ss桩位移Sp-+摩阻力轴向力N中性点的深度中性点的深度(ln)：与桩周土的压缩性和变形条件以及持力层土的与桩周土的压缩性和变形条件以及持力层土的刚度等因素有关。刚度等因素有关。准确确定较为困难，一般根据现场试验所得的经验数据近似确定。准确确定较为困难，一般根据现场试验所得的经验数据近似确定。（P113表表43）第五章第五章 桩基础桩基础四四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能lnNegative土位移Ss桩位移Sp-+摩阻力轴向力N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位移都是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位移都是时间的函数。因此，在桩顶荷载时间的函数。因此，在桩顶荷载Q的作用下，中性点的位置、摩阻力以及轴力的作用下，中性点的位置、摩阻力以及轴力等也都相应地发生变化。等也都相应地发生变化。第五章第五章 桩基础桩基础四四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能lnNegative土位移Ss桩位移Sp-+摩阻力轴向力N单桩截面位移在桩顶荷载作用稳定后，土层固结的程度和速率是影响下拉单桩截面位移在桩顶荷载作用稳定后，土层固结的程度和速率是影响下拉荷载荷载Qn的主要因素。固结程度高，底面沉降大，中性点往下移；固结速率快，的主要因素。固结程度高，底面沉降大，中性点往下移；固结速率快，Qn增长快。但其增长需要经过一定的时间才能达到极限值。在该过程中，桩增长快。但其增长需要经过一定的时间才能达到极限值。在该过程中，桩身身Qn在作用下，产生压缩，桩端处轴力增加，沉降也相应增加。由此导致土在作用下，产生压缩，桩端处轴力增加，沉降也相应增加。由此导致土相对于桩的向下位移减少，相对于桩的向下位移减少，Qn降低，而逐渐达到稳定状态。降低，而逐渐达到稳定状态。第五章第五章 桩基础桩基础四四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能lnNegative土位移Ss桩位移Sp-+摩阻力轴向力N在现场进行桩的负摩擦力试验：在现场进行桩的负摩擦力试验：方法直接可靠，但需要时间过长，方法直接可靠，但需要时间过长，常以年计，费用也大。常以年计，费用也大。经验公式：经验公式：影响负摩擦阻力的因素较多，如桩侧桩端土的变形与强影响负摩擦阻力的因素较多，如桩侧桩端土的变形与强度性质、特曾的应力历史、桩侧土发生沉降的原因和范围以及桩的类型度性质、特曾的应力历史、桩侧土发生沉降的原因和范围以及桩的类型与成桩工艺等，理论计算是复杂的，常采用带经验性的近似公式与成桩工艺等，理论计算是复杂的，常采用带经验性的近似公式第五章第五章 桩基础桩基础4 4 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力负摩擦力的的确定负摩擦力的的确定负摩擦力的的确定负摩擦力的的确定5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能lnNegative土位移Ss桩位移Sp-+摩阻力轴向力N根据大量试验与工程实测结果表明，贝伦根据大量试验与工程实测结果表明，贝伦(Bjerrum)提出的提出的“有效应力法有效应力法”叫接近实际，其计算公式为：叫接近实际，其计算公式为：公式说明P95第五章第五章 桩基础桩基础四四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力负摩擦力的确定负摩擦力的确定负摩擦力的确定负摩擦力的确定5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能lnNegative土位移Ss桩位移Sp-+摩阻力轴向力N按土的类别的经验公式：按土的类别的经验公式：软土或中等强度粘土：砂类土：第五章第五章 桩基础桩基础四四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力负摩擦力的确定负摩擦力的确定负摩擦力的确定负摩擦力的确定5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能lnNegative土位移Ss桩位移Sp-+摩阻力轴向力N单桩桩侧总的负摩阻力（下拉荷载）：单桩桩侧总的负摩阻力（下拉荷载）：第五章第五章 桩基础桩基础四四 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力负摩擦力的确定负摩擦力的确定负摩擦力的确定负摩擦力的确定5.3 5.3 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能qs摩阻力分布u为桩的周长S0Sp各