第四章-桩基础.ppt

基础工程基础工程第四章第四章 桩基础桩基础 4.1 概述4.2 桩的类型4.3 桩的竖向承载力确定4.4 桩的水平承载力确定4.5 桩身结构设计4.6 群桩基础设计4.7 计算实例4.1 概述深基础是埋深较大、以下部坚实土层或岩层作为持力层的基础，其作用是把所承受的荷载相对集中地传递到地基的深层。与浅基础不同浅基础不能满足承载力和变形要求且不宜采取地基处理措施时，考虑桩基础。深基础包括桩基础、地下连续墙和沉井等。桩基础又称桩基，由设置于岩土中的桩和与桩顶联结的承台共同组成的基础或由柱与桩直接联结的单桩基础。沉井沉井caisson工作间工作间梯子梯子支护支护通气通气桶桶沉井沉井:是井筒状的结构是井筒状的结构物。它是以井内挖土，物。它是以井内挖土，依靠自身重力克服井壁依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标摩阻力后下沉到设计标高，然后经过混凝土封高，然后经过混凝土封底并填塞井孔，使其成底并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它结构为桥梁墩台或其它结构物的基础。物的基础。沉井基础沉井基础地下连续墙施工程序示意图地下连续墙施工程序示意图a）成槽；）成槽；b）放入接头管；）放入接头管；c）放入钢筋笼；）放入钢筋笼；d）浇筑混凝土）浇筑混凝土地下连续墙地下连续墙技术起源于欧洲，是根据钻井中膨润土泥技术起源于欧洲，是根据钻井中膨润土泥浆护壁以及水下浇灌混凝土的施工技术而建立和发展浆护壁以及水下浇灌混凝土的施工技术而建立和发展起来的一种方法。起来的一种方法。地下连续墙地下连续墙diaphragm地下连续墙地下连续墙8 n基桩：指群桩基础中的单桩。基桩：指群桩基础中的单桩。n复合基桩：指单桩及其对应面积的承台底地基复合基桩：指单桩及其对应面积的承台底地基土组成复合承载基桩。土组成复合承载基桩。n组成组成：基桩和连接于桩顶的承台。基桩和连接于桩顶的承台。n作用：作用：将上部结构荷载通过将上部结构荷载通过承台承台传传 递给基桩，再由基桩传递到递给基桩，再由基桩传递到 地基土体（持力层）地基土体（持力层）。4.1.1 4.1.1 桩基础的特点与应用桩基础的特点与应用软 土 层承台承台基桩基桩上部结构荷载上部结构荷载桩间土桩间土单桩基础单桩基础群桩基础群桩基础群桩基础群桩基础桩基础的桩基础的发展历史发展历史1 1）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,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(3)(3)西安灞桥西安灞桥,北京御河桥北京御河桥,隋唐建塔隋唐建塔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 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3 3）十九世纪末，现场钻孔桩）十九世纪末，现场钻孔桩(1897,Raymond)(1897,Raymond)4）挖孔桩问世约挖孔桩问世约50年后，随着大功率钻孔机具研制年后，随着大功率钻孔机具研制成功，钻孔灌注桩也首先在美国问世。成功，钻孔灌注桩也首先在美国问世。5）现在）现在:木桩、钢筋混凝土预制桩、钻孔灌注桩、木桩、钢筋混凝土预制桩、钻孔灌注桩、钢板桩；常压灌注混凝土桩、高压灌注桩、超流态钢板桩；常压灌注混凝土桩、高压灌注桩、超流态混凝土桩等。混凝土桩等。桩基技术发展的历史阶段桩基技术发展的历史阶段阶阶段段年代年代主要主要桩桩型型特点特点初期初期阶阶段段人人类类有有历历史史记载记载以以前（我国前（我国70007000多年多年前）前）1919世世纪纪木木桩桩石石桩桩1.1.由天然材料制作而成由天然材料制作而成 ，桩桩身身较较短，短，桩桩径小；径小；2.2.桩竖桩竖直直设设置，主要用于置，主要用于传递竖传递竖向荷向荷载载；3.3.多设置于地基条件不良的河谷及洪积地区多设置于地基条件不良的河谷及洪积地区4.4.采用简单人工锤打沉桩。采用简单人工锤打沉桩。发发展展阶阶段段1919世世纪纪中中叶叶2020世世纪纪2020年代年代除天然材料做成的除天然材料做成的桩桩外，外，主要是混凝土主要是混凝土桩桩和和钢钢筋筋混凝土混凝土桩桩1.1.受水泥工受水泥工业业出出现现及其及其发发展的影响；展的影响；2.2.桩桩型不多，开始使用打型不多，开始使用打桩桩机械沉机械沉桩桩；3.3.桩基设计理论和施工技术比较简单，处于桩基设计理论和施工技术比较简单，处于“萌萌芽芽”阶段；阶段；4.4.桩身尺寸有所扩大，桩径约桩身尺寸有所扩大，桩径约30cm30cm，桩长，桩长9 915m15m；5.5.土力学的建立为桩基技术的发展提供了理论基土力学的建立为桩基技术的发展提供了理论基础。础。现现代代化化阶阶 段段第二次世第二次世界大界大战战后后现现在在除除钢钢筋混凝土筋混凝土桩桩外，外，发发展了一系列的展了一系列的桩桩系，如系，如钢桩钢桩系列、水泥土系列、系列、水泥土系列、特种特种桩桩（超高（超高强强度、超度、超大直径、大直径、变变截面等）系截面等）系列，以及天然材料的砂列，以及天然材料的砂桩桩、灰土、灰土桩桩和石灰和石灰桩桩等。等。1.1.发发展了众多的新型的展了众多的新型的桩桩型，形成型，形成现现代代桩桩基的各基的各种不同体系；种不同体系；2.2.桩桩基技基技术术和理和理论论引引进进了其它学科的先了其它学科的先进进的研究的研究成果，大大地拓成果，大大地拓宽宽了它的研究了它的研究领领域和深度，域和深度，桩桩的的应应用范用范围围大大大大扩扩展；展；3.3.人工沉桩被复杂的机械和专门化的工艺代替。人工沉桩被复杂的机械和专门化的工艺代替。桩基础的特点特点优点1.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2.沉降量小沉降量小3.抗震性能好抗震性能好,穿过液化层穿过液化层4.承受抗拔承受抗拔(抗滑桩抗滑桩)及横向及横向力力(如风载荷如风载荷)5.适应各种复杂地质条件；适应各种复杂地质条件；6.改变地基基础的动力特性，改变地基基础的动力特性，提高地基基础的自振频率，提高地基基础的自振频率，减小振幅，保证机器设备减小振幅，保证机器设备的正常运转的正常运转缺点缺点桩基础工程桩基础工程造价较高造价较高；桩基础的桩基础的施工施工比一般浅基础比一般浅基础复杂复杂（但（但比沉井、沉箱等深基础简单）；比沉井、沉箱等深基础简单）；以打入等方式沉桩存在以打入等方式沉桩存在振动及噪音振动及噪音等等环境问题环境问题；泥浆护壁钻孔灌注桩对场地环境泥浆护壁钻孔灌注桩对场地环境卫生卫生带来影响。带来影响。1、用于荷载大且对地基沉降要求严格的高层建筑基础；、用于荷载大且对地基沉降要求严格的高层建筑基础；2、道路、铁路、轨道交通等桥梁工程基础、道路、铁路、轨道交通等桥梁工程基础3、在水的浮力作用下，地下室或地下结构可能上浮，可采用抗浮桩；在水的浮力作用下，地下室或地下结构可能上浮，可采用抗浮桩；4、承受很大的水平荷载（如土压力、波浪力、风力、地震力、车辆制动承受很大的水平荷载（如土压力、波浪力、风力、地震力、车辆制动力、冻胀力、膨胀力等）时，可采用垂直桩、斜桩或交叉桩；力、冻胀力、膨胀力等）时，可采用垂直桩、斜桩或交叉桩；5、油罐、烟囱、塔楼等特殊建筑物基础；、油罐、烟囱、塔楼等特殊建筑物基础；6、地下水位很高，采用其它基础形式施工困难；或位于水中的构筑物基地下水位很高，采用其它基础形式施工困难；或位于水中的构筑物基础，如桥梁、码头、海上采油平台、输油或输气管道支架。础，如桥梁、码头、海上采油平台、输油或输气管道支架。；7、基础托换工程；、基础托换工程；如存在可液化土层、湿陷性黄土、膨胀土、人工填土、如存在可液化土层、湿陷性黄土、膨胀土、人工填土、垃圾土及季节性冻土等特殊性土层时，可采用桩基穿过这些土层，保证建垃圾土及季节性冻土等特殊性土层时，可采用桩基穿过这些土层，保证建筑物的稳定性。筑物的稳定性。8、工业场房基础；精密机械设备基础；、工业场房基础；精密机械设备基础；减弱动力机器的振动影响；减弱动力机器的振动影响；9、基坑的支挡结构、锚固结构、治理滑坡的抗滑桩基坑的支挡结构、锚固结构、治理滑坡的抗滑桩 桩基础的应用范围桩基础的应用范围新加坡发展银行新加坡发展银行,四墩四墩,每墩每墩直径直径7.3m7.3m将荷载传递到下部好土层将荷载传递到下部好土层,承承载力高载力高大直径钻孔桩大直径钻孔桩风化砂岩及粉砂岩风化砂岩及粉砂岩部分风化及部分风化及不风化泥岩不风化泥岩新加坡发展银行新加坡发展银行,四墩四墩7.3m现场灌注现场灌注护坡桩护坡桩造价低造价低基坑支护桩基坑支护桩现场灌注现场灌注护坡桩护坡桩造价低造价低1.1.桩基础的设计原则桩基础的设计原则2.2.建筑桩基设计等级建筑桩基设计等级3.3.桩基设计验算内容桩基设计验算内容4.4.桩基设计荷载组合取值桩基设计荷载组合取值4.1.2 基本设计规定基本设计规定1.1.桩基础的设计原则桩基础的设计原则u桩基础设计应按变形控制设计桩基础设计应按变形控制设计u建建筑筑桩桩基基技技术术规规范范规规定定，建建筑筑桩桩基基采采用用概概率率极极限限状状态设计法。态设计法。1 1）承载能力极限状态）承载能力极限状态 2 2）正常使用极限状态）正常使用极限状态2.建筑桩基设计等级设计等级建 筑 类 型甲级（1）重要的建筑；（2）30层以上或高度超过100m的高层建筑；（3）体型复杂且层数相差超过10层的高低层（含纯地下室）连体建筑；（4）20层以上框架-核心筒结构及其他对差异沉降有特殊要求的建筑；（5）场地和地基条件复杂的7层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑；（6）对相邻既有工程影响较大的建筑乙级除甲级、丙级以外的建筑丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的7层及7层以下的一般建筑3.桩基设计验算内容桩基设计主要包括承载力设计和沉降验算两个方面。n1）桩基应根据具体条件分别进行下列承载能力计算和稳定性验算：应根据桩基的使用功能和受力特征分别进行桩基的竖向承载力和水平承载力计算；应对桩身和承台结构承载力进行计算；对于桩侧土不排水抗剪强度小于10kPa且长径比大于50的桩，应进行桩身压屈验算；对于混凝土预制桩，应按吊装、运输和锤击作用进行桩身承载力验算；对于钢管桩，应进行局部压屈验算；当桩端平面以下存在软弱下卧层时，应进行软弱下卧层承载力验算；对位于坡地、岸边的桩基应进行整体稳定性验算；对于抗浮、抗拔桩基，应进行基桩和群桩的抗拔承载力计算；对于抗震设防区的桩基，应进行抗震承载力验算。n2）下列建筑桩基应进行沉降计算：设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基；设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均匀或桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基；软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础n3）对受水平荷载较大、或对水平位移有严格限制的建筑桩基，应计算其水平位移。n4）应根据桩基所处的环境类别和相应的裂缝控制等级，验算桩和承台正截面的抗裂和裂缝宽度。u1）确定桩数和布桩时，应采用传至承台底面的荷载效应标准组合；相）确定桩数和布桩时，应采用传至承台底面的荷载效应标准组合；相应的抗力采用基桩或复合基桩承载力特征值。应的抗力采用基桩或复合基桩承载力特征值。u2）计算荷载作用下的桩基沉降和水平位移时，应采用荷载效应的准永）计算荷载作用下的桩基沉降和水平位移时，应采用荷载效应的准永久组合；计算水平地震作用、风载作用下的桩基水平位移时，应采用水久组合；计算水平地震作用、风载作用下的桩基水平位移时，应采用水平地震作用、风载效应标准组合。平地震作用、风载效应标准组合。u3）验算坡地、岸边桩基的整体稳定性时，应采用传至承台底面的荷载）验算坡地、岸边桩基的整体稳定性时，应采用传至承台底面的荷载效应标准组合；抗震设防区，应采用地震作用效应和荷载效应的标准组效应标准组合；抗震设防区，应采用地震作用效应和荷载效应的标准组合。合。u4）在计算桩基结构承载力、确定尺寸和配筋时，应采用传至承台底面）在计算桩基结构承载力、确定尺寸和配筋时，应采用传至承台底面的荷载效应基本组合。当进行承台和桩身裂缝控制验算时，应分别采用的荷载效应基本组合。当进行承台和桩身裂缝控制验算时，应分别采用荷载效应标准组合和荷载效应的准永久组合。荷载效应标准组合和荷载效应的准永久组合。u5）桩基结构安全等级、结构设计使用年限和结构重要性系数应按现行）桩基结构安全等级、结构设计使用年限和结构重要性系数应按现行有关建筑结构规范的规定采用，除临时建筑外，重要性系数应不小于有关建筑结构规范的规定采用，除临时建筑外，重要性系数应不小于1.0。u6）对桩基结构进行抗震验算时，其承载力调整系数应按现行国家标准）对桩基结构进行抗震验算时，其承载力调整系数应按现行国家标准建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范GB50011的规定采用。的规定采用。4.桩基设计荷载组合取值桩基设计荷载组合取值4.2.1 按桩的承载性状分类按桩的承载性状分类4.2.2 按成桩方法分类按成桩方法分类 4.2.3 按桩径按桩径d大小分类大小分类 4.2 桩的类型低承台桩低承台桩承台底面位于地面以下承台底面位于地面以下,承承台本身承担部分荷载台本身承担部分荷载桩基础由桩和承台两部分组成 高承台桩高承台桩承台底面承台底面位于地面以上位于地面以上,桥桩桥桩,码头码头,栈桥栈桥27 n 1.按承载性状分类（荷载传递方式）按承载性状分类（荷载传递方式）摩摩 擦擦 型型 桩桩摩摩 擦擦 桩桩端端 承承 摩摩 擦擦 桩桩端端 承承 型型 桩桩端端 承承 桩桩摩摩 擦擦 端端 承承 桩桩分类依据：根据桩侧与桩端阻力的发挥程度分类依据：根据桩侧与桩端阻力的发挥程度 和分担荷载比例的不同。和分担荷载比例的不同。l摩擦桩：摩擦桩：当软土层很厚，桩端达不到坚硬土层或岩层当软土层很厚，桩端达不到坚硬土层或岩层上时，则桩顶的极限荷载主要靠桩身与周围土层之间上时，则桩顶的极限荷载主要靠桩身与周围土层之间的摩擦力来支承，桩尖处土层反力很小，可忽略不计。的摩擦力来支承，桩尖处土层反力很小，可忽略不计。l端承摩擦桩：端承摩擦桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承担，桩端阻力占少量比例。主要由桩侧阻力承担，桩端阻力占少量比例。l端承桩：端承桩：桩穿过软弱土层，桩端支承在坚硬土层或岩桩穿过软弱土层，桩端支承在坚硬土层或岩层上时，则桩顶极限荷载主要靠桩尖处坚硬岩土层提层上时，则桩顶极限荷载主要靠桩尖处坚硬岩土层提供的反力来支承，桩侧摩擦力很小，可以忽略不计。供的反力来支承，桩侧摩擦力很小，可以忽略不计。l摩擦端承桩：摩擦端承桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承担。主要由桩端阻力承担。a）摩擦型桩）摩擦型桩 b）端承型桩）端承型桩 1）摩擦桩）摩擦桩桩长径比很大，桩顶荷载只通过桩身压桩长径比很大，桩顶荷载只通过桩身压缩产生的桩侧阻力传递给桩周土，桩端土层缩产生的桩侧阻力传递给桩周土，桩端土层分担荷载很小；桩端下无较坚实的持力层；分担荷载很小；桩端下无较坚实的持力层；桩底残留虚土或沉渣的灌注桩；桩端出现脱桩底残留虚土或沉渣的灌注桩；桩端出现脱空的打入桩等。空的打入桩等。2）端承摩擦桩）端承摩擦桩置于软塑状态粘土中的长桩。置于软塑状态粘土中的长桩。桩的长桩的长径比不很大，桩端持力层为较坚实的黏性土、径比不很大，桩端持力层为较坚实的黏性土、粉土和砂类土时，除桩侧阻力外，还有一定粉土和砂类土时，除桩侧阻力外，还有一定的桩端阻力。的桩端阻力。3 3）端承桩）端承桩 长径比较小长径比较小(小于小于10)10)，桩端设置在，桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中、微密实砂类、碎石类土层中或位于中、微风化及新鲜基岩中。风化及新鲜基岩中。4 4）摩擦端承桩）摩擦端承桩 桩端为中密以上的砂类、碎石类土桩端为中密以上的砂类、碎石类土层中或位于中、微风化及新鲜基岩顶面。层中或位于中、微风化及新鲜基岩顶面。2按成桩方式分类按成桩方式分类1）非挤土桩）非挤土桩2）部分挤土桩）部分挤土桩 3）挤土桩）挤土桩 人工挖孔桩人工挖孔桩 冲孔灌注桩冲孔灌注桩 静压预制桩静压预制桩 1）非挤土桩）非挤土桩 其特点是预先取土成孔（钻机钻孔或人工挖孔），其特点是预先取土成孔（钻机钻孔或人工挖孔），因成孔过程中清除孔中土体，桩周土不受排挤作用，因成孔过程中清除孔中土体，桩周土不受排挤作用，随着孔壁侧向应力的解除，桩周土将出现侧向松弛变随着孔壁侧向应力的解除，桩周土将出现侧向松弛变形，可能向桩孔内移动，导致桩周土的抗剪强度降低，形，可能向桩孔内移动，导致桩周土的抗剪强度降低，桩侧摩阻力有所减小。桩侧摩阻力有所减小。干作业法钻（挖）孔灌注桩、泥浆护壁法钻干作业法钻（挖）孔灌注桩、泥浆护壁法钻（挖）灌注桩、套管护壁法钻（挖）灌注桩都属于非（挖）灌注桩、套管护壁法钻（挖）灌注桩都属于非挤土桩。挤土桩。粘性土粘性土砂性土砂性土螺旋钻孔灌注桩螺旋钻孔灌注桩螺旋钻 钻扩桩钻扩桩2）部分挤土桩）部分挤土桩 其特点是在成桩过程中对桩周土体稍有排挤作用，其特点是在成桩过程中对桩周土体稍有排挤作用，但土的原状结构和工程性质变化不大，一般可用原状但土的原状结构和工程性质变化不大，一般可用原状土测得的物理力学性质指标来估算桩的承载力和沉降土测得的物理力学性质指标来估算桩的承载力和沉降量。量。冲孔灌注桩、钻孔挤扩灌注桩、搅拌劲芯桩、预冲孔灌注桩、钻孔挤扩灌注桩、搅拌劲芯桩、预钻孔打入（静压）预制桩、打入（静压）式敞口钢管钻孔打入（静压）预制桩、打入（静压）式敞口钢管桩、桩、H型钢桩和敞口预应力混凝土空心桩都属于部分型钢桩和敞口预应力混凝土空心桩都属于部分挤土桩。挤土桩。3）挤土桩）挤土桩 其特点是预制桩（沉管灌注桩）在锤击、振动贯入其特点是预制桩（沉管灌注桩）在锤击、振动贯入或压入过程中，都要将桩位处的土大量排挤开，使桩或压入过程中，都要将桩位处的土大量排挤开，使桩周土的结构严重扰动破坏，土的原状结构遭到破坏，周土的结构严重扰动破坏，土的原状结构遭到破坏，土的工程性质发生很大变化。土的工程性质发生很大变化。沉管灌注桩、沉管夯（扩）灌注桩、打入（静压）沉管灌注桩、沉管夯（扩）灌注桩、打入（静压）实心的预制桩、下端封闭的预应力混凝土空心桩、木实心的预制桩、下端封闭的预应力混凝土空心桩、木桩以及闭口钢管桩都属于挤土桩。桩以及闭口钢管桩都属于挤土桩。离心预应力预制钢筋混凝土离心预应力预制钢筋混凝土静压桩机静压桩机柴油打桩机柴油打桩机39 打入第一节桩体打入第一节桩体电焊接桩电焊接桩打入末节桩体打入末节桩体n 锤击预制桩锤击预制桩 3按桩径大小分类（小、中、大）按桩径大小分类（小、中、大）1）小直径桩（d250mm）由于桩径小，沉桩的施工机械、施工场地与施工方法都比较简单。适用于中小型工程和基础加固，如虎丘塔倾斜加固的树根桩，桩径仅为90mm。2）中等直径桩（250mmd800mm）承载力较大，有多种成桩方法和施工工艺，是大量使用的桩型。3）大直径桩（d800mm）桩径大，且桩端还可以扩大，因此单桩承载力高。大直径桩多为端承型桩。通常用于高层建筑、重型设备的基础。如北京图书馆采用的人工挖孔扩底桩为大直径桩。4.3 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定4.3.1 竖向荷载下单桩的工作性能4.3.2 单桩竖向承载力特征值的确定4.3.3 桩侧负摩阻力4.3.4 桩的抗拔承载力确定4.3.1 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)微桩段的受力情况；微桩段的受力情况；(b)轴向受压的单桩；轴向受压的单桩；(c)截面位移；截面位移；(d)侧摩阻力分布；侧摩阻力分布；(e)轴力分布轴力分布荷载传递机理荷载传递机理 1）桩身上部先受到压缩，并产生相对于土体的向下位移，而桩侧表面）桩身上部先受到压缩，并产生相对于土体的向下位移，而桩侧表面将受到桩周土体的向上摩阻力。将受到桩周土体的向上摩阻力。2）随荷载逐步增大，桩身的压缩变形与桩侧摩阻力，将由桩顶向下逐）随荷载逐步增大，桩身的压缩变形与桩侧摩阻力，将由桩顶向下逐渐扩展或延深；桩身截面上的荷载、变形与侧摩阻力均随桩深度而递减，渐扩展或延深；桩身截面上的荷载、变形与侧摩阻力均随桩深度而递减，存在位移零点，零点以下无荷载（或称内力）、变形与侧摩阻力。存在位移零点，零点以下无荷载（或称内力）、变形与侧摩阻力。3）荷载继续增大，零点下移直至桩底端，即桩身下部摩阻力得以发挥；）荷载继续增大，零点下移直至桩底端，即桩身下部摩阻力得以发挥；但某一断面处存在极值，极值点之下，摩阻力将逐步变小。但某一断面处存在极值，极值点之下，摩阻力将逐步变小。4）当桩端产生压缩位移时，桩端阻力才发生作用，并随变形加大而增）当桩端产生压缩位移时，桩端阻力才发生作用，并随变形加大而增大；此时，桩侧摩阻力将进一步发挥，并随桩身位移变化而重新分布。大；此时，桩侧摩阻力将进一步发挥，并随桩身位移变化而重新分布。5）当桩身侧摩阻力全部发挥出来后，再增加荷载，荷载增量将全部由）当桩身侧摩阻力全部发挥出来后，再增加荷载，荷载增量将全部由桩端阻力来承担；荷载加大会使桩底端下移，桩底土体压缩过大或发生塑桩端阻力来承担；荷载加大会使桩底端下移，桩底土体压缩过大或发生塑性挤出。性挤出。桩侧摩阻力分布桩侧摩阻力分布根据桩段的桩身压缩变形与桩身轴力之间的关系根据桩段的桩身压缩变形与桩身轴力之间的关系单桩轴向荷载传递的单桩轴向荷载传递的基本微分方程基本微分方程桩侧摩阻力桩侧摩阻力极限摩阻力可用类似极限摩阻力可用类似于土的抗剪强度的于土的抗剪强度的库库伦表达伦表达Ca和和a为桩侧表面与土之间的附着力和摩擦角为桩侧表面与土之间的附着力和摩擦角 为深度为深度z处作用于桩侧表面的法向应力，它与桩侧土的竖向处作用于桩侧表面的法向应力，它与桩侧土的竖向 有效应力成正比例，即：有效应力成正比例，即：Ks为侧压力系数，与桩的设置效应有关。为侧压力系数，与桩的设置效应有关。2.单位侧阻力的单位侧阻力的主要影响因素主要影响因素u最主要取决于土的类别和土性。砂土的单位侧摩阻力比粘土的大；密实土的比松散土的大。u另一个重要影响因素是成桩工艺。u单位侧阻力还与桩径和桩的入土深度有关。桩的极限侧阻力标准值应根据当地的静力现场载荷试验资料统计分析得到，当缺乏地区经验时，可参考表4-2。3.侧阻力的侧阻力的深度效应深度效应桩侧阻力有明显的深度效应u当桩端进入均匀持力层的深度小于临界深度时，其极限侧阻力随深度增加而增大；u当超过临界深度时，极限侧阻力基本不再增加，趋于一个常数桩端阻力桩端阻力采用基于土为采用基于土为刚塑性刚塑性假设的经典承载力理论分析，假设的经典承载力理论分析，将桩视为宽度为将桩视为宽度为 b（相当于桩径（相当于桩径d），埋深为桩入土），埋深为桩入土深度深度 的基础进行计算。的基础进行计算。太沙基极限承载力理论太沙基极限承载力理论、承载力系数，其值与土的内摩擦角有关；土的黏聚力，kPa；桩底标高处土中的竖向应力，kPa桩的宽度或直径，mm；土的内摩擦角5.端阻力的端阻力的主要影响因素主要影响因素u主要取决于土的桩端土类别和土性。粗粒土的比细粒土的大；密实土的比松散土的大。u另一个重要影响因素是成桩工艺。桩的极限端阻力标准值可参考表4-3。6.端阻力的端阻力的深度效应深度效应u桩端阻力有明显的深度效应当桩端进入均匀持力层的深度小于临界深度时，其极限端阻力随深度基本上是线性增加；当超过临界深度时，极限端阻力基本不再增加，趋于一个常数。4.3.2 单桩竖向承载力特征值的确定1.按单桩竖向按单桩竖向静载荷试验静载荷试验法确定法确定静载荷试验既可在施工前进行，用以测定单桩的承载力；也可用于对施工后的工程桩进行检测。静载荷试验是评价单桩承载力最为直观和可靠的方法，其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。2.按按经验参数法经验参数法确定确定根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值 3.按按静力触探法静力触探法确定确定静力触探与桩的静载荷试验虽有很大区别，但与桩打入土中的过程基本相似，所以可把静力触探近似看成是小尺寸打入桩的现场模拟试验，且由于其设备简单，自动化程度高等优点，被认为是一种很有发展前途的确定单桩承载力的方法。建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范设计采用的单桩竖向极限承载设计采用的单桩竖向极限承载力标准值应符合下列规定：力标准值应符合下列规定：1 1、设计等级为、设计等级为甲级甲级的建筑桩基，应采用的建筑桩基，应采用现场静载荷试验现场静载荷试验，并给合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定；并给合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定；2 2、设计等级为、设计等级为乙级乙级的建筑桩基，当地质条件简单时，可的建筑桩基，当地质条件简单时，可参照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试参照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试和和经验参数经验参数综合确定；当缺乏可参照的试桩资料或地质条综合确定；当缺乏可参照的试桩资料或地质条件复杂时，仍应由件复杂时，仍应由现场静载试验现场静载试验确定；确定；3 3、设计等级为、设计等级为丙级丙级的建筑桩基，可根据原位测试和的建筑桩基，可根据原位测试和经验经验参数参数确定。确定。上述规定明确了静载试验是确定单桩竖向承载力的基本标准，上述规定明确了静载试验是确定单桩竖向承载力的基本标准，其他方法是静载试验的补充。其他方法是静载试验的补充。1、静载荷试验（1）试验装置及方法）试验装置及方法加荷稳压部分、提供反力部分和沉降观测部分 锚桩 桁架法,2400吨堆载堆载 (2)(2)开始试验时间开始试验时间 在桩身材料强度达到设计要求的前提下，在桩身材料强度达到设计要求的前提下，应满足以下以下时间要求：应满足以下以下时间要求：预制桩预制桩在砂性土不少于在砂性土不少于7d7d；粉土、粘性；粉土、粘性土土不少于不少于15d15d；饱和软粘土；饱和软粘土不少于不少于25d25d。灌注桩灌注桩在桩身混凝土达到设计强度后，在桩身混凝土达到设计强度后，才能进行。才能进行。(3)(3)试桩数量试桩数量 同一条件下的试桩数量不宜少于总同一条件下的试桩数量不宜少于总桩数的桩数的1%1%，且不应少于，且不应少于3 3根。工程总桩根。工程总桩数在数在5050根以内时不应少于根以内时不应少于2 2根。根。(4)(4)加荷方法及终止加荷条件加荷方法及终止加荷条件 a.a.分级加荷分级加荷 施加在桩上的每一步荷载大约为预估荷载的施加在桩上的每一步荷载大约为预估荷载的1/101/10-1/81/8，且总的荷载至少加至拟定工作荷载的，且总的荷载至少加至拟定工作荷载的2 2倍。达倍。达到预定荷载后，开始逐渐卸载到预定荷载后，开始逐渐卸载 b.b.稳定标准稳定标准 在每级荷载作用下，桩的沉降量连续两次在每小在每级荷载作用下，桩的沉降量连续两次在每小时内小于时内小于0.1mm0.1mm。c.终止加荷终止加荷（1）当荷载）当荷载-桩顶沉降曲线上有可判断极限承载力的桩顶沉降曲线上有可判断极限承载力的陡降段，且桩顶的总沉降量超过陡降段，且桩顶的总沉降量超过40mm。（2），且，且24小时尚未达到稳定。小时尚未达到稳定。（3）桩长）桩长25m以上的非嵌岩桩，以上的非嵌岩桩，-曲线呈缓变形时，曲线呈缓变形时，桩顶的总沉降量大于桩顶的总沉降量大于60 mm-80mm，特殊情况下可，特殊情况下可按具体要求加载至桩顶沉降量超过按具体要求加载至桩顶沉降量超过80mm。（4）已达到设计要求的最大加载量时。）已达到设计要求的最大加载量时。(5)按试验成果确定极限承载力的实测值按试验成果确定极限承载力的实测值Qua.a.陡降型曲线陡降型曲线取曲线发生明显陡降的起始点对应的取曲线发生明显陡降的起始点对应的荷载值荷载值 b.b.缓变型曲线缓变型曲线取桩顶沉降为一定值所对应的荷载值取桩顶沉降为一定值所对应的荷载值 一般取一般取 s s0 0=40-60mm =40-60mm 对大直径桩对大直径桩 s s0 0=(0.03-0.06)d=(0.03-0.06)d 细长桩细长桩(l/dl/d80)s80)s0 0=60-80mm=60-80mm如且24小时尚未达到稳定时，所对应的荷载值 取 取取s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值为为Qu。(6)极限承载力标准值极限承载力标准值Quk的确定的确定a、对试验数据进行统计，计算出平均值、对试验数据进行统计，计算出平均值Qumc、当、当Sn0.15时，取时，取Quk=Qum 当当Sn0.15时，取时，取Quk=Qum 为折减系数为折减系数，可查表，可查表b、确定试验结果的离散程度、确定试验结果的离散程度Sn(7)单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值Ra的确定的确定计算参加统计的极限承载力的平均值，当满足其极差不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超过平均值的30%30%，可取其平均值为单桩竖向极限承载力，可取其平均值为单桩竖向极限承载力 ；当极差超过平均值的；当极差超过平均值的30%30%，增加桩数分析原因，对，增加桩数分析原因，对桩数为桩数为3 3根及根及3 3根以下的柱下桩台，取其最小值为根以下的柱下桩台，取其最小值为2、按经验参数法确定单桩竖向承载力特征值、按经验参数法确定单桩竖向承载力特征值1）一般预制桩及直径）一般预制桩及直径d800 mm的灌注桩：的灌注桩：2）桩径）桩径d800 mm的大直径灌注桩的大直径灌注桩桩侧第i层土的极限侧阻力标准值 桩径d=800 mm时的极限端阻力标准值 分别为大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数 桩身周长 3）钢管桩桩端土塞效应系数，对于闭口钢管桩对于敞口钢管桩桩端进入持力层深度；d钢管桩外径 当2m）1.5 D或D+1.5m（当D2m）沉管夯扩、钻孔挤扩桩非饱和土2.2D且4.0d2.0D且3.5d饱和黏性土2.5D且4.5d2.2D且4.0d桩的平面布置一般原则桩的平面布置一般原则2.2.桩桩基基中中各各桩桩受受力力应应比比较较均均匀匀，布布桩桩时时应应尽尽可可能能使使上上部部荷荷载载的的中中心心与与群群桩桩的的横横截截面面形形心心重重合合或接近；或接近；1.1.当当承承台台承承受受偏偏心心作作用用时时，应应增增加加桩桩基基横横截截面面的的惯惯性性矩矩，对对群群桩桩基基础础，宜宜采采用用外外密密内内疏疏的的布置方式；布置方式；桩的平面布置桩的平面布置 桩在平面内可布置成桩在平面内可布置成方形方形或或矩形矩形、三角形三角形和和梅花形梅花形，条形基础，条形基础下的桩，可采用单排或双排布置。下的桩，可采用单排或双排布置。为了使桩基中各桩受力比较均匀，布置时应尽可能使上部荷载为了使桩基中各桩受力比较均匀，布置时应尽可能使上部荷载的重心与桩群的形心重合或接近。的重心与桩群的形心重合或接近。对横墙下桩基，可在外纵墙之外设一至二根对横墙下桩基，可在外纵墙之外设一至二根“探头探头”桩。桩。在有门洞口的墙下布桩应将桩设置在门洞的两侧。在有门洞口的墙下布桩应将桩设置在门洞的两侧。外纵墙下外纵墙下 探头探头 桩桩 探头探头 桩桩架式承台架式承台重墙下重墙下架式承台架式承台桩桩桩的平面布置实例桩的平面布置实例4.6.5 4.6.5 桩基承台设计桩基承台设计类类型型：柱柱下下独独立立承承台台、柱柱下下或或墙墙下下条条形承台梁、筏板承台和箱形承台。形承台梁、筏板承台和箱形承台。作作用用：是是将将桩桩联联结结成成一一个个整整体体，并并把把建建筑筑物物的的荷荷载载传传到到桩桩上上，因因而而承承台台应应具有足够的强度、刚度。具有足够的强度、刚度。桩基承台设计内容：桩基承台设计内容：构造；构造；计算：受弯、受冲切、受剪、计算：受弯、受冲切、受剪、局压承载力，局压承载力，桩基承台构造要求桩基承台构造要求1.承台的平面尺寸和厚度：承台的平面尺寸和厚度：厚度厚度300，宽度，宽度500500。平平面面尺尺寸寸：承承台台边边缘缘至至边边桩桩中中心心距距离离不不应应小小于于桩桩的的直直径径或或边边长长，且且边边缘缘挑挑出出部部分分应应150150，对对于于条条形形承承台台梁梁应应7575。筏形、箱形承台：筏形、箱形承台：承台板厚度：宜承台板厚度：宜250，且板厚，且板厚与计算区段最小跨度之比不宜小与计算区段最小跨度之比不宜小于于1/20。2.混凝土：混凝土：C20。3.钢筋保护层厚度：台底钢筋的钢筋保护层厚度：台底钢筋的混凝土保护层厚度宜混凝土保护层厚度宜70。当。当有混凝土垫层时不应小于有混凝土垫层时不应小于40，4.钢筋配置：钢筋配置：承承台台的的配配筋筋按按计计算算确确定定，对对于于矩矩形形承承台台板板，宜宜双双向向均均匀匀配配置置，钢钢筋筋直直径径宜宜1010，间间距距应应满满足足100100200200；对对于于三三桩桩承承台台，应应按按三三向向板板带带均均匀匀配配置置，最最里里面面3 3根根钢钢筋筋相相交交围围成成的的三三角角形形，应应位位于于柱柱截截面面范范围围以以内内 见图见图。承台梁的纵向主筋应承台梁的纵向主筋应1212，架立筋，架立筋1010，箍筋直径，箍筋直径66。筏形、箱形承台配筋与筏基、箱基相同。筏形、箱形承台配筋与筏基、箱基相同。5.桩顶与承台的连接构造桩顶与承台的连接构造桩顶嵌入长度：为保证群桩与承台之间连桩顶嵌入长度：为保证群桩与承台之间连接的整体性，桩顶应嵌入承台一定长度，接的整体性，桩顶应嵌入承台一定长度，对大直径桩宜对大直径桩宜100；对中等直径桩宜；对中等直径桩宜50。桩顶主筋锚固长度：混凝土桩的桩顶主筋桩顶主筋锚固长度：混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度宜应伸入承台内，其锚固长度宜30d（级）级）,35d（、级）级）对于抗拔桩基应对于抗拔桩基应40d。6.承台之间的连接构造承台之间的连接构造单桩桩基承台宜在双向设置联系梁。单桩桩基承台宜在双向设置联系梁。两桩桩基承台：宜在其短向设置联系梁。两桩桩基承台：宜在其短向设置联系梁。有抗震要求的柱下独立承台：宜在双向设置联系梁。有抗震要求的柱下独立承台：宜在双向设置联系梁。联系梁顶面宜与承台顶位于同一标高，梁宽应联系梁顶面宜与承台顶位于同一标高，梁宽应250，梁高可取承台中心距的梁高可取承台中心距的1/101/15。配筋：计算、构造。配筋：计算、构造。7.7.承台埋深：承台埋深：应应600600；在季节性冻土等地区在季节性冻土等地区10001000。保证承台周围填土质量、密实性。保证承台周围填土质量、密实性。d柱下桩基独立承台柱下桩基独立承台1.1.受弯计算受弯计算（1 1）柱下多桩矩形承台）柱下多桩矩形承台其破坏特征呈梁式破坏：其破坏特征呈梁式破坏：挠曲裂缝在平行于柱边两个方挠曲裂缝在平行于柱边两个方向交替出现，承台在两个方向向交替出现，承台在两个方向交替呈梁式承担荷载。最大弯交替呈梁式承担荷载。最大弯矩产生在矩产生在平行于柱边两个方向平行于柱边两个方向的屈服线处。的屈服线处。多桩矩形承台计算截面取在多桩矩形承台计算截面取在柱边和承台高度变化处柱边和承台高度变化处。垂直于垂直于x x、y y轴方向计算截面弯矩设计值；轴方向计算截面弯矩设计值；垂直垂直y y轴和轴和x x轴方向自桩轴线到相应计算截面的轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离；距离；扣除承台和承台上土重设扣除承台和承台上土重设计值后计值后 i i 桩竖向净反力设计值；桩竖向净反力设计值；当当不考虑承台效应时，则为第不考虑承台效应时，则为第i i 根桩根桩的竖向总反力设计值。的竖向总反力设计值。（2 2）柱下三桩三角形承台）柱下三桩三角形承台等边三角形承台破坏形式：等边三角形承台破坏形式：等腰三角形承台破坏形式：等腰三角形承台破坏形式：柱下三桩三角形承台受弯计算柱下三桩三角形承台受弯计算1)1)等边三桩承台：等边三桩承台：s式中：式中：M M由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯距设计值；由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯距设计值；N Nmaxmax扣除承合和其上填土自重后的三桩中相应于荷载效应基本扣除承合和其上填土自重后的三桩中相应