桩基础xin基础工程.pptx

当天然地基上采用浅基础，其沉降量过大或地基稳定性不满足设计要求，而又不适合采取地基处理措施时，就要考虑以下部坚硬土层或岩层作为持力层的深基础方案。桩基础是高层建筑、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。桩基础设计可按下列步骤进行：（1）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。（3）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。（5）桩基的受力验算。（6）群桩承载力验算。（7）软弱下卧层验算。（8）地基变形验算。（9）承台设计与计算。上述设计步骤是相互关联的，通常可按顺序逐项进行。当后面的计算出现不能满足设计要求的情况时，应返回前面（1）、（2）、（3）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。5.1 5.1 概述概述第五章 桩基础第1页/共195页软 土 层5.1 5.1 概述概述第五章 桩基础第2页/共195页地下连续墙地下连续墙diaphragm深基础深基础5.1 5.1 概述概述第五章 桩基础第3页/共195页1 历史十九世纪以前，木桩历史十九世纪以前，木桩 (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年前在罗马年前在罗马 (3)西安灞桥西安灞桥,北京御河桥北京御河桥,隋唐建塔等都是桩隋唐建塔等都是桩基础的典范基础的典范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，1824年波特兰水泥注册专利蒸汽年波特兰水泥注册专利蒸汽动力动力 3 十九世纪末，现场钻孔桩十九世纪末，现场钻孔桩 (1897,Raymond)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107m，桩径已超桩径已超过过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 桩基础第4页/共195页5.1 5.1 概述概述第五章 桩基础第5页/共195页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5.1 5.1 概述概述第五章 桩基础第6页/共195页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 桩基础第7页/共195页现场灌注现场灌注护坡桩护坡桩造价低造价低5.1 5.1 概述概述第五章 桩基础第8页/共195页现场灌注现场灌注护坡桩护坡桩造价低造价低5.1 5.1 概述概述第五章 桩基础第9页/共195页2 2 特点特点优点优点: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.与其他深基础比较与其他深基础比较,施工造施工造价低价低.缺点缺点:施工环境影响施工环境影响施工环境影响施工环境影响,预制桩施工噪音预制桩施工噪音预制桩施工噪音预制桩施工噪音,钻孔灌注桩的泥浆钻孔灌注桩的泥浆钻孔灌注桩的泥浆钻孔灌注桩的泥浆有地下室时有地下室时有地下室时有地下室时,有一定干扰有一定干扰有一定干扰有一定干扰,深深深深基坑中做桩基坑中做桩基坑中做桩基坑中做桩5.1 5.1 概述概述第五章 桩基础第10页/共195页3 适用条件(1)水上建筑物水上建筑物(2)深持力层深持力层,高地下水位高地下水位(3)抗震地基抗震地基(4)对沉降非常敏感的建对沉降非常敏感的建筑筑,如精密仪器如精密仪器5.1 5.1 概述概述第五章 桩基础第11页/共195页桩基的分类：桩基的分类：单桩基础和群桩基单桩基础和群桩基础础单桩基础：单桩基础：采用单桩承受和传递上部结构荷载。群桩基础：群桩基础：由2根或2根以上组成的桩基础。基桩：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 桩基础第12页/共195页桩的分类：不同的分类标准桩的分类：不同的分类标准(一)按承台 承台承台:将几个桩结合起将几个桩结合起来传递荷载来传递荷载（二）材料（二）材料（三）形状（三）形状（四）承载机理（四）承载机理（五）按尺寸（五）按尺寸（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 桩基础第13页/共195页高承台桩高承台桩 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)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 桩基础第14页/共195页低承台低承台桩桩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 桩基础第15页/共195页高承台桩高承台桩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 桩基础第16页/共195页（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、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：普通混凝土、普通混凝土、预应力混凝土（离心预制）、预应力混凝土（离心预制）、高强混凝土高强混凝土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 桩基础第17页/共195页（三）按形状按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩按横断面：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 桩基础第18页/共195页桩身桩身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 桩基础第19页/共195页横断面横断面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 桩基础第20页/共195页（四）按尺寸按断面按断面(直径）的大小：直径）的大小：大直径大直径:d80cm;小直径小直径d60m（3):长桩；长桩；L=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 桩基础第31页/共195页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 桩基础第32页/共195页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 桩基础第33页/共195页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 桩基础第34页/共195页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 桩基础第35页/共195页螺旋钻螺旋钻 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 桩基础第36页/共195页 2.2扩底桩扩底桩人工挖孔扩孔桩人工挖孔扩孔桩（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 桩基础第37页/共195页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 桩基础第38页/共195页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 桩基础第39页/共195页桩的分类总结桩的分类总结挤土桩挤土桩 （打入预制桩）（打入预制桩）挤土桩：在成桩过程中，造成大量挤土，使桩周围土体受到严重扰动，土的工程性质发生较大改变。主要有打入或静压成桩的实心桩和闭口预制混凝土桩、闭口钢管桩及沉管灌注桩等。部分挤土桩：在成桩过程中，引起部分挤土效应、桩周围土体受到一定程度的扰动。主要有：H H型钢桩、开口管桩及长螺旋钻孔、旋挖灌注桩。非挤土桩非挤土桩 （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。摩擦桩摩擦桩端承桩端承桩 Q=Qp+Qs第40页/共195页（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 桩基础1 开挖检测2 抽芯法3 声波透射法4 动测法第41页/共195页（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 桩基础1 开挖检测只限于对所暴露的桩身进行检查。第42页/共195页（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 桩基础1 开挖检测2 抽芯法 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。钻孔取混凝土芯，属于有损检测。第43页/共195页（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 桩基础1 开挖检测2 抽芯法3 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。预先在装中埋入34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测桩身质量的。第44页/共195页（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 桩基础1 开挖检测2 抽芯法3 声波透射法4 动测法 包括锤击激振、机械阻抗、水电效应、共振等小应变动测，PDA（打桩分析仪）等大应变动测及PIT（桩身结构完整性分析仪）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，目前已有相当多的经验，具有一定的可靠性。第45页/共195页（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 桩基础建筑桩基规范的相关内容。第46页/共195页一一 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 桩基础第47页/共195页 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 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第48页/共195页(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 第五章 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第49页/共195页 桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程就是桩土体系荷载的传递过程。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挥，而侧阻力先于端阻力发挥出来。第五章 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50页/共195页任一深度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 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51页/共195页 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：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 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52页/共195页从桩的承载机理来看，桩土间的相对位移是侧摩阻力发挥的必要条件，但不同类型的土，发挥其最大摩阻力所需位移是不一样的，如粘性土为510mm，砂类土为1020mm等等。大量实验结果表明，发挥侧阻所需相对位移并非定值，桩径大小、施工工艺和土层的分布状况都是影响位移量的主要因素。（1）成桩效应也会影响到侧摩阻力，因为不同的施工工艺都会改变桩周土体内应力应变场的原始分布。如挤土桩对桩周土的挤密和重塑作用，非挤土桩因孔壁侧向应力解除出现的应力松弛等等；这些都会不同程度的提高或降低侧摩阻力的大小，而这种改变又与土的性质、类别，特别是土的灵敏度、密实度和饱和度密切相关。一般来说，饱和土中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 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53页/共195页（3）随桩入土深度的增加，作用在桩身的水平有效应力成比例增大。按照土力学理论，桩的侧摩阻力也应逐渐增大；但实验表明，在均质土中，当桩的入土超过一定深度后，桩侧摩阻力不再随深度的增加而变大，而是趋于定值，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，要考虑时间效应对土阻力的影响。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 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54页/共195页 （2 2）桩材和桩的几何外形也是影响侧阻力大小的因素之一。同样的土，桩土界面的外摩擦角会因桩材表面的粗糙程度不同而差别较大.如预制桩和钢桩，侧表面光滑，一般为1/31/2（为土的内摩擦角），而对不带套管的钻孔灌注桩、木桩，侧表面非常粗糙，可取2/3。由于桩的总侧阻力与桩的表面积成正比，因此采用较大比表面积（桩的表面积与桩身体积之比）的桩身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 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55页/共195页桩端进入持力层的深度也是桩基设计时主要考虑的问题，一般认为，桩端进入持力层越深，端阻力越大；但大量实验表明，超过一定深度后，端阻力基本恒定。关于端阻的尺寸效应问题，一般认为随桩尺寸的增大，桩端阻力的极限值变小。实际上，桩在外部荷载作用下，侧阻和端阻的发挥和分布是较复杂的，二者是相互作用、相互制约的，如因端阻降低的影响，靠近桩端附近的侧阻会有所降低等等。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 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56页/共195页第五章 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第57页/共195页 桩端土与桩侧土的模量比 愈小，桩身轴力沿深度衰减愈快，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：第五章 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第58页/共195页 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 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第59页/共195页随桩的长径比l/d（l为桩长，d为桩径）增大，传递到桩端的荷载减小，桩身下侧阻发挥值相应降低；当l/d40时，在均匀土层中，趋于零；当l/d100时，不论桩端土刚度多大，其值小到可忽略不计。工作荷载下的与L/D的关系 第五章 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第60页/共195页 （5 5）.扩大桩端面积，桩端传递荷载的比率增大。(4)(4)下图是桩径1m1m、嵌入风化泥质砂岩3.7m 3.7m 和新鲜泥质砂岩2.0m2.0m的灌注桩的实测荷载传递曲线。可见，即使对于长径比l/d151520 20 的嵌岩桩，也属于摩擦型桩，其桩端总阻力也较小。嵌岩灌注桩荷载传递曲线 第五章 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第61页/共195页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。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 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第62页/共195页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 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 入式短桩、钻孔短 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 般情况下的钻孔灌注桩属于此类。第五章 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第63页/共195页正摩阻正摩阻负摩阻负摩阻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向力的作用，反而会产生下拉的摩阻力，使桩身的轴力增大。如图所示。该下拉的摩阻力称为负摩阻力。负摩阻力的存在，增大了桩身荷载和桩基的沉降。第五章 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：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64页/共195页正摩阻正摩阻负摩阻负摩阻引起负摩擦力的条件：桩周围的土体下沉必须大于桩的沉降。第五章 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 (2)(2)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,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 (5)(5)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第65页/共195页lnNegative土位移Ss桩位移Sp+摩阻力轴向力N中性点：正负摩擦力分界的地方。第五章 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,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,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66页/共195页lnNegative土位移Ss桩位移Sp-+摩阻力轴向力N第五章 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第67页/共195页lnNegative土位移Ss桩位移Sp-+摩阻力轴向力N中性点处：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（QQn）。第五章 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第68页/共195页lnNegative土位移Ss桩位移Sp-+摩阻力轴向力N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。（P113表43）第五章 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第69页/共195页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、摩阻力以及轴力等也都相应地发生变化。第五章 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第70页/共195页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，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。由此导致土相对于桩的向下位移减少，Qn降低，而逐渐达到稳定状态。第五章 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第71页/共195页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：方法直接可靠，但需要时间过长，常以年计，费用也大。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第五章 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第72页/共195页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(Bjerrum)提出的“有效应力法”叫接近实际，其计算公式为：公式说明P95第五章 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第73页/共195页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：软土或中等强度粘土：砂类土：第五章 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第74页/共195页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）：第五章 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第75页/共195页qs摩阻力分布u为桩的周长S0Sp各点位移Q轴向力N分布S0Sp第五章 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摩阻力及其分布桩侧摩阻力及其分布桩侧摩阻力及其分布桩侧摩阻力及其分布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76页/共195页 土的极限摩阻力影响因素土的极限摩阻力影响因素 随着深度增加,砂土中存在临界深度 超静孔隙水压力消散,土的触变性打入预制桩,挤土使qs增加(1)挤密(2)残余应力钻孔预制桩,常使qs减少(1)泥皮(2)应力松弛但是也有水泥浆渗入土中使表面粗糙其他施工因素粘性土的摩阻力有时效,第五章 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摩阻力及其分布桩侧摩阻力及其分布桩侧摩阻力及其分布桩侧摩阻力及其分布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77页/共195页太沙基梅耶霍夫型很小(1)(1)很难达到整体破坏很难达到整体破坏(2)(2)端承力与深度有关端承力与深度有关(3)(3)存在临界深度存在临界深度第五章 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端阻力桩端阻力桩端阻力桩端阻力(1)(1)常作为基础承载力问题常作为基础承载力问题(太沙基解太沙基解)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第78页/共195页与施工方法有关桩端充填粉土桩端充填粉土问题：侧摩阻力的方向？问题：侧摩阻力的方向？第五章 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端阻力桩端阻力桩端阻力桩端阻力土的极限端阻力影响因素土的极限端阻力影响因素与土性有关与土性有关与土性有关与土性有关,存在临界深度存在临界深度存在临界深度存在临界深度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79页/共195页5.4 5.4 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定第五章 桩基础单桩竖向承载力：指单桩在外荷载作用下，不丧失单桩竖向承载力：指单桩在外荷载作用下，不丧失稳定性、不产生过大变形时的承载能力。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：单桩在竖向荷载作用下，到单桩竖向极限承载力：单桩在竖向荷载作用下，到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载。大荷载。无论受压还是受拉，桩丧失承载力一般表现：无论受压还是受拉，桩丧失承载力一般表现：（1）桩周土岩的阻力不足，桩发生急剧且量大的竖）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，但因位移过大而不适向位移；或者虽然位移不急剧增加，但因位移过大而不适用于继续承载。用于继续承载。（2）桩身材料不够，桩身被压破或拉坏。）桩身材料不够，桩身被压破或拉坏。第80页/共195页5.4 5.4 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定第五章 桩基础1 按桩身材料强度按桩身材料强度2 静载荷试验静载荷试验3 按抗剪强度指标按抗剪强度指标4 按静力触探法按静力触探法5经验方法经验方法6按动力试验法按动力试验法7桩的抗拔承载力桩的抗拔承载力第81页/共195页第五章 桩基础二二 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定1 按桩身材料强度P109 公式说明。荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值，kN。混凝土轴心抗压强度设计值，kPa。基桩成桩工艺 系数桩身截面面积纵向主筋截面面积混凝土轴心抗压强度设计值，kPa。桩的稳定系数5.4 5.4 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定第82页/共195页第五章 桩基础二二 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定2 静载荷试验5.4 5.4 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定第83页/共195页锚桩 桁架法,2400吨第五章 桩基础5.4 5.4 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定第84页/共195页桩顶试验中桩顶试验中第五章 桩基础5.4 5.4 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定第85页/共195页第五章 桩基础终止条件：当出现下列情况之一时即可终止加载：（1）在某级荷载下，桩顶沉降量为前一级荷载下沉降量的5倍；（2）某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的2倍，且经24小时商未达到相对稳定；（3）已经达到设计要求的最大加载量时；（4）当荷载沉降曲线呈缓变型时。可加载至总沉降量的6080mm，特殊情况下可按要求加载至桩顶累计沉降量超过80mm。5.4 5.4 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定第86页/共195页(2)通过静力载荷试验确定极限承载力通过静力载荷试验确定极限承载力Qu判断单桩竖向极限承载力Qu(各规范不同)如果有陡降点,取为Qu缓变曲线,取一定沉降 s=40mm(40-60mm)24小时未稳定,Sn对应的荷载确定平均值 (极限承载力标准值),如离散太大,加一折减系数特征值 R=第五章 桩基础5.4 5.4 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定第87页/共195页3.抗剪强度指标第五章 桩基础 国外广泛采用。该类公式在土的抗剪强度指标的取值上考虑理论公式无法概括的某些影响因素，例如：土的类别和排水条件、桩的类型和设置效应等，因此是经验性的。一般表示为：因桩的设置而附加于地基的重力。桩重-与桩同体积的土重。一般近似为0.5.4 5.4 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定第88页/共195页4.静力触探、：修正系数qc,fsi：探头的端阻与侧阻Electricstaticcone第五章 桩基础5.4 5.4 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定圆锥形金属探头将圆锥形的金属探头，以静力方式按一定的速率均匀压入土中。借助探头的传感器，测出探头的侧阻和端阻。静力触探与桩打入土中的过程基本相似，可以近似看成小尺寸打入桩的现场模拟试验。第89页/共195页4.静力触探Electricstaticcone第五章 桩基础5.4 5.4 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定圆锥形金属探头探头：单桥探头和双桥探头。双桥探头：圆锥面积15cm2.锥角60，摩擦套筒218.5mm，侧面积30103mm2对于粘性土、粉土和砂土，如无当地经验时：桩端阻修正系数，对于粘性土、粉土取2/3，饱和砂土取1/2桩侧阻综合修正系数第90页/共195页第五章 桩基础5.经验公式5.4 5.4 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定一般预制桩及中小直径的灌注桩：d800mmP114表4-6P116表4-7第91页/共195页第五章 桩基础5.经验公式5.4 5.4 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定一般预制桩及中小直径的灌注桩：d800mm大直径灌注桩直径的灌注桩：d800mm侧阻力尺寸效应端阻力尺寸效应侧阻尺寸效应主要发生砂、碎石类土中。大直径钻、挖、冲孔灌注桩，在无粘性土中的成孔过程中将会出现孔壁土的松弛效应，从而导致侧阻力降低。孔径越大，降幅越大。第92页/共195页第五章 桩基础5.经验公式5.4 5.4 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定一般预制桩及中小直径的灌注桩：d6d第五章 桩基础1.群桩效应的概念5.6 5.6 群桩基础群桩基础第131页/共195页应力叠加应力叠加 桩底应力增加桩底应力增加,使承载力不足使承载力不足;总的沉降增加总的沉降增加第五章 桩基础1.群桩效应的概念5.6 5.6 群桩基础群桩基础第132页/共195页第五章 桩基础1.群桩效应的概念群桩的破坏模式群桩破坏模式是决定群桩的极限承载力计算方法繁荣主要依据。不同的破坏模式对应的承载力计算方法和数值会有所不同，有时甚至得出差别很大的计算结果。破坏模式分为：破坏模式分为：桩土整体破坏模式和单独破坏模式。整体破坏模式：整体破坏模式：指桩、土形成整体，如向实体深基础那样承受和传递荷载并产生变形，侧阻力的破坏面发生于群桩外围。单独破坏模式：单独破坏模式：指各桩的桩土界面处产生较大的相对位移，各桩在桩土界面剪切破坏产生滑移破坏。5.6 5.6 群桩基础群桩基础第133页/共195页对于砂土 sp 1.0,粘性土 sp 1.0第五章 桩基础1.群桩效应的概念5.6 5.6 群桩基础群桩基础第134页/共195页第五章 桩基础1.群桩效应的概念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。5.6 5.6 群桩基础群桩基础第135页/共195页第五章 桩基础1.群桩效应的概念 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（34d）下，粘性土中的群桩，随着桩数的增加，群桩效应系数明显下降，且 ，同时沉降比迅速增大，由2增加到10以上。砂土中的挤土桩，有可能 ，而沉降比处理端承桩等于1外，均大于1；同时底承台土反力分担上部荷载可使群桩承载力增加。5.6 5.6 群桩基础群桩基础第136页/共195页第五章 桩基础1.群桩效应的概念 预制桩沉桩：预制桩沉桩：砂土砂土,非饱和土和一般粘性土非饱和土和一般粘性土,填土有挤填土有挤密作用密作用,使承载力增加。使承载力增加。饱和粘土饱和粘土,超静孔压积累超静孔压积累,地面上浮地面上浮,先入桩上浮先入桩上浮,土层土层扰动扰动,使承载力降低。使承载力降低。应力叠加：应力叠加：桩底应力增加桩底应力增加,使承载力不足使承载力不足;总的沉降增总的沉降增加加 桩之间互相调节：桩之间互相调节：个别桩承载力低总体上可互补个别桩承载力低总体上可互补;个个别桩受荷别桩受荷,其他桩帮助传递荷载其他桩帮助传递荷载 承台可部分承受荷载承台可部分承受荷载5.6 5.6 群桩基础群桩基础第137页/共195页第五章 桩基础2.承台下土对荷载的分担作用5.6 5.6 群桩基础群桩基础台底反力承台底分区图第138页/共195页第五章 桩基础2.承台下土对荷载的分担作用5.6 5.6 群桩基础群桩基础在下列情况下不考虑承台的荷载分担效应：（1）承受经常出现的动力作用，如铁路桥梁基础；（2）承台下存在肯产生负摩擦力的土层；如失陷性黄土、欠固结土、新填土、高灵敏软土以及可液化土，或由于降水地基土固结而与承台脱