桩基础基础工程.pptx

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1、图图4.14.1桩基础的应用桩基础的应用4.1 4.1 类型及适用条件类型及适用条件第1页/共80页图图4.2 4.2 单桩、群桩基础、基桩单桩、群桩基础、基桩4.1 4.1 类型及适用条件类型及适用条件第2页/共80页组成：组成：基桩和连接于桩顶的承台。基桩和连接于桩顶的承台。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桩基础，再由桩传递到递给桩基础，再由桩传递到地基土地基土（持力层）（持力层）。特点：特点：承载力高、稳定性好、沉降承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、便于机械化施工、适量小而均匀、便于机械化施工、适应性强。应性强。4.1.1 4.1.1 组成、作用与特点组

2、成、作用与特点图图4.3 4.3 低承台桩基示意图低承台桩基示意图第3页/共80页n 按承载性状分按承载性状分(荷载传递方式荷载传递方式)：摩擦桩与端承桩摩擦桩与端承桩n 按施工方法分：按施工方法分：预制桩（混凝土预制桩、钢桩、木桩）预制桩（混凝土预制桩、钢桩、木桩）灌注桩（沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩）灌注桩（沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩）n 按桩的设置效应分：按桩的设置效应分：挤土桩、部分挤土桩、部分挤挤土桩、部分挤土桩、部分挤土桩土桩4.1.2 4.1.2 桩基的分类桩基的分类第4页/共80页按承载性状分类（荷载传递方式）按承载性状分类（荷载传递方式）摩擦型桩摩擦型桩摩摩 擦

3、擦 桩桩端承摩擦桩端承摩擦桩端承型桩端承型桩端端 承承 桩桩摩擦端承桩摩擦端承桩分类依据：根据桩侧与桩端阻力的发挥分类依据：根据桩侧与桩端阻力的发挥分类依据：根据桩侧与桩端阻力的发挥分类依据：根据桩侧与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比例的不同。程度和分担荷载比例的不同。程度和分担荷载比例的不同。程度和分担荷载比例的不同。第5页/共80页n 传力方式传力方式n 桩侧及桩端土层不同桩侧及桩端土层不同n 沉沉降降量量大大小小：一一般般摩摩擦擦型型桩桩沉沉降降较较大大，而而端端承承型型桩桩 沉降较小。沉降较小。n 群群桩桩效效应应：一一般般摩摩擦擦型型桩桩群群桩桩效效应应大大，端端承承型型桩桩群群桩效应

4、小。桩效应小。摩擦型桩和端承型桩的区别摩擦型桩和端承型桩的区别摩擦型桩和端承型桩的区别摩擦型桩和端承型桩的区别第6页/共80页分为分为预制桩预制桩和和灌注桩灌注桩两类。两类。预制桩预制桩在工厂或施工现场制成的各种形式在工厂或施工现场制成的各种形式的桩，用沉桩设备通过的桩，用沉桩设备通过锤击、振动、静压锤击、振动、静压或旋或旋入将桩打入、压入或振入土中，或有的用高压入将桩打入、压入或振入土中，或有的用高压水冲沉入土中。水冲沉入土中。灌注桩灌注桩在施工现场的桩位上用机械或人工在施工现场的桩位上用机械或人工成成孔，然后在孔内灌注混凝土而成。根据成孔方法孔，然后在孔内灌注混凝土而成。根据成孔方法的的不

5、同分为不同分为挖孔、钻孔、冲孔挖孔、钻孔、冲孔灌注桩，沉管灌注桩灌注桩，沉管灌注桩和和爆扩桩等。爆扩桩等。按施工方法分类按施工方法分类按施工方法分类按施工方法分类第7页/共80页n混凝土预制桩混凝土预制桩 要求：要求：截面边长截面边长300 500mm，分节长度，分节长度12m。预应力。预应力 管桩外径管桩外径300 600mm，每节长，每节长5 13m；优点：优点：承载力高，耐久性好，质量较易保证。承载力高，耐久性好，质量较易保证。缺点：缺点：自重大，打桩难，桩长难统一，工艺复杂。自重大，打桩难，桩长难统一，工艺复杂。n刚桩刚桩 要求：要求：直径直径250 1200mm，批量生产。，批量生产

6、。优点：优点：穿透性强，承载能力高，应用方便。穿透性强，承载能力高，应用方便。缺点：缺点：成本高，易锈蚀。成本高，易锈蚀。n木桩木桩 要求：要求：桩径桩径160 260mm，桩长，桩长4 6m。优点：优点：制作运输方便，打桩设备简单。制作运输方便，打桩设备简单。缺点：缺点：承载力低，仅在一些加固工程与临时工程中采承载力低，仅在一些加固工程与临时工程中采用用。预制桩的分类及特点预制桩的分类及特点第8页/共80页n 分类分类 沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔桩。沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔桩。n 原理原理 是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼灌注混凝土

7、而成。笼灌注混凝土而成。n 特点特点 能适应各种地层，无需接桩，施工时无振动、无能适应各种地层，无需接桩，施工时无振动、无挤土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。挤土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。n 施工的关键问题施工的关键问题 桩身的成型和混凝土质量。桩身的成型和混凝土质量。灌注桩的分类灌注桩的分类灌注桩的分类灌注桩的分类第9页/共80页按桩的设置效应分类按桩的设置效应分类n非挤土桩非挤土桩 这类在成桩过程中基本对桩相邻土这类在成桩过程中基本对桩相邻土不产生挤土不产生挤土效应效应的桩的桩,如钻（冲或挖）孔灌注桩及先钻孔后再如钻（冲或挖）孔灌注桩及先钻孔后再打入的预制桩；打入的预制桩；n部分

8、挤土桩部分挤土桩 对桩周土体对桩周土体稍有排挤作用稍有排挤作用，但土的强度和变形，但土的强度和变形性质变化不大。包括冲击成孔灌注桩、预钻孔打入性质变化不大。包括冲击成孔灌注桩、预钻孔打入式预制桩等。式预制桩等。n挤土桩挤土桩 设置过程中使土的结构设置过程中使土的结构严重扰动破坏严重扰动破坏，对土的对土的强度和变形性质影响较大。实心的预制桩、下端封强度和变形性质影响较大。实心的预制桩、下端封闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩等。闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩等。第10页/共80页其他分类方法其他分类方法其他分类方法其他分类方法n按桩径分：按桩径分：小桩小桩、中等直径桩、大直径桩、中等直径桩、大直径桩n按

9、功能分：按功能分：受压桩、横向受荷桩、锚桩、抗拔桩、受压桩、横向受荷桩、锚桩、抗拔桩、护坡桩护坡桩n按桩身截面形状分：按桩身截面形状分：圆桩、方桩、多边形桩、异圆桩、方桩、多边形桩、异形桩形桩n按承台位置：按承台位置：高承台桩基、低承台桩基。高承台桩基、低承台桩基。第11页/共80页4.2 4.2 桩基础的施工桩基础的施工4.2.1 4.2.1 预制桩的施工预制桩的施工图图4.4 4.4 吊点位置及桩身弯距图吊点位置及桩身弯距图a a）两吊点；）两吊点；b b）单吊点）单吊点第12页/共80页n锤击锤击n振动下沉振动下沉n静压静压预制桩的施工方法预制桩的施工方法预制桩的施工方法预制桩的施工方法

10、4.2.1 4.2.1 预制桩的施工预制桩的施工第13页/共80页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 插：FlashFlash动画动画第14页/共80页沉桩深度控制沉桩深度控制以以最后贯入度最后贯入度（指沉至某标高时，每次锤击的沉（指沉至某标高时，每次锤击的沉入量入量）和）和桩尖设计标高桩尖设计标高两方面控制。两方面控制。要求最后两阵的平均贯入度为要求最后两阵的平均贯入度为1050mm/阵。阵。锤击法：常以锤击法：常以10次锤击为一阵。次锤击为一阵。振动法：以振动法：以1min为一阵。为一阵。第15页/共80页沉管灌注桩：沉管灌注桩：利用锤击或振动等方法沉管

11、成孔，利用锤击或振动等方法沉管成孔，然后浇灌混凝土拔出套筒。可避免流砂、坍然后浇灌混凝土拔出套筒。可避免流砂、坍孔及排渣等弊病。孔及排渣等弊病。n锤击沉管灌注桩锤击沉管灌注桩n振动沉管灌注桩振动沉管灌注桩n内击式沉管灌注桩内击式沉管灌注桩4.2.2 4.2.2 灌注桩的施工灌注桩的施工第16页/共80页沉管灌注桩沉管灌注桩 图图4.54.5 沉管灌注桩的施工程序示意沉管灌注桩的施工程序示意（a a）打桩机就位；（）打桩机就位；（b b）沉管；（沉管；（c c）浇灌混凝土；（浇灌混凝土；（d d）边拔管，边拔管，边振动；（边振动；（e e）安放钢筋笼，继续浇灌混凝土；（安放钢筋笼，继续浇灌混凝土

12、；（f f）成型成型第17页/共80页 优点优点优点优点：设备简单、打桩进度快、成本低设备简单、打桩进度快、成本低。缺点：缺点：缺点：缺点：在土层软、硬交界处或软弱土层处易发生在土层软、硬交界处或软弱土层处易发生 缩颈、断桩现象。缩颈、断桩现象。克服办法：克服办法：克服办法：克服办法：n 复打复打浇灌混凝土并拔管后，立即在原位再次浇灌混凝土并拔管后，立即在原位再次沉管及浇灌混凝土；沉管及浇灌混凝土；n 反插法反插法灌满混凝土后，先振动再拔管，一般灌满混凝土后，先振动再拔管，一般拔拔0.51.0m，再反插，再反插0.30.5m。分单打、复打、反插三种施工方法。分单打、复打、反插三种施工方法。沉管

13、灌注桩特点沉管灌注桩特点沉管灌注桩特点沉管灌注桩特点第18页/共80页钻（冲）孔灌注桩钻（冲）孔灌注桩n原理原理 用钻机（如螺旋钻、振动钻、冲抓锥钻等）钻土用钻机（如螺旋钻、振动钻、冲抓锥钻等）钻土成孔（需泥浆护壁），然后清除孔底残渣，安放钢成孔（需泥浆护壁），然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，浇灌混凝土。筋笼，浇灌混凝土。n施工方法施工方法 有正循环、反循环施工法。有正循环、反循环施工法。n优缺点优缺点 优点：入土深，能进入岩层，刚度大，承载力高，优点：入土深，能进入岩层，刚度大，承载力高，桩身变形小，并可方便地进行水下施工。桩身变形小，并可方便地进行水下施工。缺点：要求有专门的设备（钻机），清

14、孔较难彻缺点：要求有专门的设备（钻机），清孔较难彻底。底。第19页/共80页钻孔灌注桩钻孔灌注桩-护筒埋设护筒埋设护筒的作用护筒的作用1 1）固定桩位，并作钻孔导向；）固定桩位，并作钻孔导向；2 2）保护孔口，防止孔内土层坍塌）保护孔口，防止孔内土层坍塌3 3）隔水，稳固孔壁。）隔水，稳固孔壁。第20页/共80页泥浆制备与运输泥浆制备与运输基本要求基本要求基本要求基本要求：膨胀土或高塑性粘土现场加水搅拌，比重膨胀土或高塑性粘土现场加水搅拌，比重1.11.15，粘度为，粘度为1025s，含砂率小于，含砂率小于6，胶体率大于，胶体率大于95。主要作用主要作用主要作用主要作用：a)产生悬浮液压力，防

15、止坍孔；产生悬浮液压力，防止坍孔；b)在孔壁形成一层胶泥，护壁，并切断孔内外水位，稳定孔在孔壁形成一层胶泥，护壁，并切断孔内外水位，稳定孔内水位；内水位；c)具有浮渣作具有浮渣作用。用。第21页/共80页钻进机械钻进机械图图 4.6 4.6 冲击钻机示意图冲击钻机示意图1 1滑轮；滑轮；2 2主杆；主杆；3 3拉索；拉索；4 4斜斜撑；撑；5 5卷扬机；卷扬机；6 6垫木；垫木；7 7钻头钻头n 旋转钻进旋转钻进n 冲击钻进冲击钻进n 冲抓钻进冲抓钻进第22页/共80页图图4.84.8反循环泥浆循环成孔工艺反循环泥浆循环成孔工艺1 1钻头；钻头；2 2泥浆循环方向；泥浆循环方向；3 3沉淀池；

16、沉淀池；4 4泥浆池；泥浆池；5 5泥浆泵；泥浆泵；6 6砂石泵；砂石泵；7 7水龙水龙头；头；8 8钻杆；钻杆；9 9钻机回转装置钻机回转装置钻进方法钻进方法图图图图4.74.74.74.7 1 1钻头；钻头；2 2泥浆循环方向；泥浆循环方向；3 3沉淀池；沉淀池；4 4泥浆池；泥浆池；5 5泥浆泵；泥浆泵；6 6砂石泵；砂石泵；7 7水龙水龙头；头；8 8钻杆；钻杆；9 9钻机回转装置钻机回转装置第23页/共80页清孔清孔目的目的除去孔底沉渣，保证孔底砼质量及桩的承载力除去孔底沉渣，保证孔底砼质量及桩的承载力。方法方法n 抽浆清孔：抽浆清孔：用空气吸泥机吸出含铅渣的泥浆。用空气吸泥机吸出含

17、铅渣的泥浆。n 换浆清孔：换浆清孔：正、反循环在钻孔完成后不停钻、不进尺。正、反循环在钻孔完成后不停钻、不进尺。n 掏渣清：掏渣清：孔用掏渣筒掏清孔内粗粒铅渣。孔用掏渣筒掏清孔内粗粒铅渣。继续循环换浆清渣。继续循环换浆清渣。要求：要求：孔底孔底0.5m内；内；1.25；含砂率；含砂率8；粘度；粘度28s。第24页/共80页n将导管居中插入，将导管居中插入，上接漏斗，设隔水上接漏斗，设隔水栓；栓；n放开隔水栓使混凝放开隔水栓使混凝土向孔底猛落，将土向孔底猛落，将水挤出，并使导管水挤出，并使导管始终埋在混凝土内，始终埋在混凝土内，此后连续灌注混凝此后连续灌注混凝土；土；n不断提升导管，直不断提升导

18、管，直至灌注完毕。至灌注完毕。水下混凝土灌注水下混凝土灌注直升导管法直升导管法施工步骤施工步骤图图图图4.9 4.9 4.9 4.9 灌注水下混凝土灌注水下混凝土灌注水下混凝土灌注水下混凝土1-1-1-1-通混凝土储料槽；通混凝土储料槽；通混凝土储料槽；通混凝土储料槽；2-2-2-2-漏斗漏斗漏斗漏斗 3-3-3-3-隔水栓；隔水栓；隔水栓；隔水栓；4-4-4-4-导管导管导管导管第25页/共80页n混凝土搅拌必须均匀；防止混凝土搅拌必须均匀；防止卡管卡管事故；事故；n必须连续作业，避免中断灌注，并防止混凝必须连续作业，避免中断灌注，并防止混凝土上升顶起钢筋笼；土上升顶起钢筋笼；n随时记录孔内

19、混凝土灌注标高和导管入孔长随时记录孔内混凝土灌注标高和导管入孔长度，防止导管提升过猛，形成度，防止导管提升过猛，形成断桩断桩；n桩顶标高应比设计值愈加一定高度，以确保桩顶标高应比设计值愈加一定高度，以确保混凝土质量。一般取混凝土质量。一般取0.5m。注意事项注意事项第26页/共80页基本要求基本要求 内径内径800mm，开挖直径，开挖直径1000mm，护壁厚，护壁厚100mm分节支护，每节高分节支护，每节高5001000mm桩长小于桩长小于40m。优缺点优缺点 优点：优点：符合国情，经济，设备简单，噪音小，场区内符合国情，经济，设备简单，噪音小，场区内各桩可同时施工，可直接凭肉眼观察地层情况，

20、孔底易各桩可同时施工，可直接凭肉眼观察地层情况，孔底易清除干净，且桩径大、适应性强。清除干净，且桩径大、适应性强。缺点：缺点：可能遇到流砂、塌孔、缺氧、有害气体、触电可能遇到流砂、塌孔、缺氧、有害气体、触电和地面掉重物等危险而造成伤亡事故。和地面掉重物等危险而造成伤亡事故。原理原理采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达所需深度后采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达所需深度后再进行扩孔，利用钻（冲）孔机具钻土成孔，然后清除孔底残再进行扩孔，利用钻（冲）孔机具钻土成孔，然后清除孔底残渣，安装钢筋笼，浇灌混凝土。渣，安装钢筋笼，浇灌混凝土。4-2-3 4-2-3 人工挖孔桩人工挖孔桩第

21、27页/共80页图图4.10 4.10 人工挖孔桩示例人工挖孔桩示例第28页/共80页人工挖孔桩人工挖孔桩第29页/共80页4.2.5 4.2.5 桩基的质量检测桩基的质量检测可能存在的质量问题可能存在的质量问题n 预制桩：预制桩：桩位偏差、桩身裂缝过大、断桩等桩位偏差、桩身裂缝过大、断桩等 n 灌注桩：灌注桩：缩颈、夹泥、断桩、沉渣过厚等。缩颈、夹泥、断桩、沉渣过厚等。质量检测质量检测n 开挖检查：开挖检查：只限于对所暴露的桩身进行观察检查。只限于对所暴露的桩身进行观察检查。n 抽芯检查：抽芯检查：在灌注桩桩身内钻孔，取混凝土芯样在灌注桩桩身内钻孔，取混凝土芯样进行观察，看它的连续性。进行观

22、察，看它的连续性。n 反射波法：反射波法：测砼的连续性，是否存在孔洞、断桩测砼的连续性，是否存在孔洞、断桩等。等。n 动测法：动测法：高应变测桩承载力，低应变只能测砼质量。高应变测桩承载力，低应变只能测砼质量。第30页/共80页4.2.6 4.2.6 桩基设计原则桩基设计原则nGB500072002：基于基于正常使用极限状态正常使用极限状态的概率设计原则的概率设计原则nJGJ9494：采用以概率理论为基础的采用以概率理论为基础的极限状态设计法极限状态设计法，并按极限状态设计表达，并按极限状态设计表达式计算，考虑桩基的两种极限状态，即承载能力、正常使用。并根据桩基损坏所式计算，考虑桩基的两种极限

23、状态，即承载能力、正常使用。并根据桩基损坏所造成的后果的严重性分为造成的后果的严重性分为3个个等级。第31页/共80页 桩基的竖向承载力（抗压和抗拔）、水平承载桩基的竖向承载力（抗压和抗拔）、水平承载力计算力计算 桩端平面以下的软弱下卧层验算桩端平面以下的软弱下卧层验算 桩基抗震承载力计算桩基抗震承载力计算 承载及桩身结构计算（承载及桩身结构计算（包括预制桩吊运和锤击过程包括预制桩吊运和锤击过程中的强度验算、桩身屈曲稳定计算中的强度验算、桩身屈曲稳定计算）所有桩基均应进行承载能力极限状态计算所有桩基均应进行承载能力极限状态计算 桩基尚应进行变形验算桩基尚应进行变形验算 桩端持力层为软弱土的一、

24、二级建筑物（竖向沉降）桩端持力层为软弱土的一、二级建筑物（竖向沉降）桩端持力层为粘性土、粉土或存在软弱下卧层的一级建桩端持力层为粘性土、粉土或存在软弱下卧层的一级建 筑桩基（竖向沉降）筑桩基（竖向沉降）承受较大水平荷载或对水平变位要求严格的一级建筑桩承受较大水平荷载或对水平变位要求严格的一级建筑桩 基（水平变位）基（水平变位）第32页/共80页4.3 4.3 单桩承载力单桩承载力n机理机理：荷载荷载桩压缩桩压缩侧摩阻消耗荷载侧摩阻消耗荷载桩底桩底阻力。阻力。n土对桩的支撑力土对桩的支撑力 ：桩侧摩阻力和桩底阻力：何桩侧摩阻力和桩底阻力：何种为主，与桩身压缩量有关。种为主，与桩身压缩量有关。n桩

25、的桩的荷载传递过程荷载传递过程实质上就是实质上就是桩侧摩阻力与桩端桩侧摩阻力与桩端阻力逐步发挥的过程。阻力逐步发挥的过程。4.3.1 4.3.1 桩的荷载传递过程桩的荷载传递过程第33页/共80页 桩侧阻力先于桩端阻力发挥，桩侧阻力先于桩端阻力发挥，发发挥程度与桩土相对位移相关；挥程度与桩土相对位移相关；n侧阻充分发挥桩土相对位移值：侧阻充分发挥桩土相对位移值：粘性土：粘性土：46mm；砂土：砂土：610mm；n端阻充分发挥桩底极限位移值：端阻充分发挥桩底极限位移值：砂类土砂类土:(0.080.1)d；粘性土粘性土 0.25d，硬粘土，硬粘土 0.1d。n桩侧阻与桩端阻存在深度效应。桩侧阻与桩

26、端阻存在深度效应。4.3.1 4.3.1 桩的荷载传递过程桩的荷载传递过程 图图4.114.11a.a.摩擦桩；摩擦桩；b.b.端承桩端承桩第34页/共80页桩侧摩阻力影响因素桩侧摩阻力影响因素n 土的性质：土的性质：如抗剪强度（如抗剪强度（c,j j）决定摩阻力的可能决定摩阻力的可能最大值最大值n桩土相对位移桩土相对位移 决定摩阻力的发挥程度决定摩阻力的发挥程度n时间因素：时间因素：土的固结随土的固结随t增加向下部转移。增加向下部转移。决定摩阻决定摩阻力发挥的时间力发挥的时间n桩的刚度：桩的刚度：影响桩周应力的分布。影响桩周应力的分布。n土中的应力状态：土中的应力状态：主要指侧向压力主要指侧

27、向压力n施工方法：施工方法：a)挤土桩；挤土桩；b)非挤土桩。非挤土桩。第35页/共80页图图4.124.12压曲破坏压曲破坏图图4.134.13整体剪切破坏整体剪切破坏图图4.144.14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，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；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、钻孔短承载力，打入式短桩、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

28、，桩顶容许沉降控制沉降量大，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。承载力，一般情况下的钻孔灌注桩属于此类。4.3.2 4.3.2 单桩的破坏模式单桩的破坏模式第36页/共80页定义定义定义定义：当桩周土相对于桩身下沉时产生的摩阻力为负摩阻力。当桩周土相对于桩身下沉时产生的摩阻力为负摩阻力。4.3.3 4.3.3 桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力正摩擦负摩擦图图4.15 4.15 摩阻力示意图摩阻力示意图第37页/共80页 桩侧大范围降低地下水，桩侧大范围降低地下水，如大面积抽水，基坑降水如大面积抽水，基坑降水等等 桩侧地面大面积堆载；桩侧地面大面积堆载；桩身穿越较厚松散填

29、土、桩身穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结自重湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层；土层进入相对较硬土层；冻土区升温引起桩侧土沉冻土区升温引起桩侧土沉陷。陷。产生负摩阻力的条件产生负摩阻力的条件图图4.4.6 6 住宅楼建于有新填土的住宅楼建于有新填土的斜坡上斜坡上 第38页/共80页中性点中性点 定义：定义：桩土相对位移为零处桩侧摩阻力为零处。桩土相对位移为零处桩侧摩阻力为零处。在某深度处桩周土与桩截面沉降相等；在某深度处桩周土与桩截面沉降相等；或两者无相对位移发生；或两者无相对位移发生；或其摩阻力为零。或其摩阻力为零。n 在中性点处桩身轴力达到最大值。在中性点处桩身轴力达到最大值。

30、第39页/共80页n中性点位置还与时间因素、环境因素、地质条件等有关，中性点位置还与时间因素、环境因素、地质条件等有关，精确计算有困难，目前采用经验估算法精确计算有困难，目前采用经验估算法：（：（0.51.0l0）nl0桩周变形土层下限深度，即软弱压缩层厚度。桩周变形土层下限深度，即软弱压缩层厚度。中性点位置的确定中性点位置的确定中性点的位置取决于中性点的位置取决于桩桩土间的相对位移土间的相对位移：当桩侧压缩变形大，桩当桩侧压缩变形大，桩地下土层坚硬，抗下沉量地下土层坚硬，抗下沉量小，小，下移；下移；反之，中性点位置上移。反之，中性点位置上移。图图4.17 4.17 单桩在产生负摩阻力单桩在产

31、生负摩阻力时的荷载传递时的荷载传递第40页/共80页n涂层法；涂层法；n塑料薄膜隔离层法；塑料薄膜隔离层法；n桩土之间灌注斑脱土浆法；桩土之间灌注斑脱土浆法；n插入变径预制桩法插入变径预制桩法钻孔桩；钻孔桩；n群桩：设内外围保护桩法群桩：设内外围保护桩法减小负摩阻力的措施减小负摩阻力的措施第41页/共80页n 按桩材强度确定按桩材强度确定n 按静载试验确定按静载试验确定n 按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定n 按静力触探法确定按静力触探法确定n 按经验公式确定按经验公式确定 国标国标：路桥路桥：n 按动力试桩法确定按动力试桩法确定4.3.4 4.3.4 单桩承载力确定单桩承载力确定第

32、42页/共80页工民建专业工民建专业路桥专业路桥专业按桩材强度确定按桩材强度确定 fcd 砼轴心抗压强度设计值；砼轴心抗压强度设计值；fsd纵向钢筋抗压强度设计值；纵向钢筋抗压强度设计值；A桩身截面积，当纵向筋的配筋率大于桩身截面积，当纵向筋的配筋率大于3%时，时，A应改为应改为An=AAs；As全部纵向钢筋的截面积；全部纵向钢筋的截面积；第43页/共80页按经验公式确定按经验公式确定 一般预制桩与一般预制桩与中小直径灌注桩中小直径灌注桩大直径桩大直径桩嵌岩桩嵌岩桩800mm为界为界 工民建专业工民建专业第44页/共80页路桥专业路桥专业摩擦桩摩擦桩n 打入桩打入桩 li承台底面或局部（最大）

33、冲刷线以下各土层的厚度；承台底面或局部（最大）冲刷线以下各土层的厚度；i与与li对应的桩侧各土层的单位面积极限摩阻力；对应的桩侧各土层的单位面积极限摩阻力；A桩底面积；桩底面积；R桩底处土的极限承载力；桩底处土的极限承载力；i、振动下沉对桩侧摩阻力与桩端阻力的影响系数。振动下沉对桩侧摩阻力与桩端阻力的影响系数。按经验公式确定按经验公式确定第45页/共80页钻孔灌注桩钻孔灌注桩 u桩周长，桩周长，(旋转钻增大旋转钻增大35cm；冲击钻增大；冲击钻增大510cm；冲抓钻增大；冲抓钻增大1020cm)；考虑基桩长径比的修正系数；考虑基桩长径比的修正系数；清底系数；清底系数；桩端处土的容许承载力；桩端

34、处土的容许承载力；h桩底埋深，有冲刷时从一般冲刷线算起，取值应桩底埋深，有冲刷时从一般冲刷线算起，取值应40m；A按按设计直径设计直径计算。计算。第46页/共80页柱桩：柱桩：c1,c2视清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的系数；视清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的系数；U桩身嵌入基岩部分的截面周长，对于钻孔桩和管柱按桩身嵌入基岩部分的截面周长，对于钻孔桩和管柱按设计设计直径直径采用；采用；Ra天然湿度岩石单轴极限抗压强度天然湿度岩石单轴极限抗压强度(试件高径比相等，直径试件高径比相等，直径710cm)。路桥专业路桥专业按经验公式确定按经验公式确定 第47页/共80页由竖向抗压静载试验确定由竖向

35、抗压静载试验确定是评价单桩承载力是评价单桩承载力最为直观最为直观和和可靠可靠的方法。的方法。基本原则基本原则 桩数：桩数：不宜小于不宜小于总数总数1，不少于，不少于3根；根；对于预制桩，桩设置后开始载荷试验所需的对于预制桩，桩设置后开始载荷试验所需的间间歇时间：歇时间：对于对于砂类土砂类土不得少于不得少于10天天；粉土和粘粉土和粘性土性土不得少于不得少于15天天，饱和软粘土饱和软粘土不得少于不得少于25天天。第48页/共80页试验装置及方法试验装置及方法n试验装置试验装置：加荷系统：包括加力装置和反力加荷系统：包括加力装置和反力装置、装置、位移观测系统位移观测系统n测试方法：测试方法：分级（分

36、级（1/51/8倍预估破坏荷载，终倍预估破坏荷载，终了阶段了阶段1/101/15）慢速维持荷载法。）慢速维持荷载法。图图4.18 静载实验装置静载实验装置第49页/共80页直接堆载直接堆载锚桩反力梁法锚桩反力梁法锚桩：d=1.8m横梁：1.7m2.7m第50页/共80页n每级荷载大小每级荷载大小 分级（每级分级（每级 荷载为荷载为1/51/8倍预估破坏荷载，终倍预估破坏荷载，终了阶段了阶段1/101/15）。）。n测读沉降时间测读沉降时间 在每级荷载施加后第一个小时内，按在每级荷载施加后第一个小时内，按2、5、15、30、45、60min测读一次，以后每隔测读一次，以后每隔30min测读测读一

37、次，直至沉降稳定为止。一次，直至沉降稳定为止。n稳定标准稳定标准 每级荷载下桩顶沉降量小于每级荷载下桩顶沉降量小于0.1mm/h，并连续出，并连续出现两次现两次。慢速维持荷载法慢速维持荷载法第51页/共80页n某级荷载下，某级荷载下，桩顶沉降量桩顶沉降量为前一级荷载下沉降量的为前一级荷载下沉降量的5倍；n某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的2倍倍，且经，且经24h尚未达到相对稳定；尚未达到相对稳定；n 已达到锚桩已达到锚桩最大抗拔力最大抗拔力或压重平台的或压重平台的最大重量时最大重量时。终止条件终止条件n每级卸载为加载时的两倍。每级卸载为

38、加载时的两倍。n卸载时，每级荷载维持卸载时，每级荷载维持1h，按第，按第15、30、60min测读桩测读桩顶沉降量；卸载至零后测读桩顶残余沉降量，维持顶沉降量；卸载至零后测读桩顶残余沉降量，维持3h，测读时间为第，测读时间为第15、30min，以后每隔，以后每隔30min测读一次。测读一次。卸载观测卸载观测第52页/共80页试验成果处理：试验成果处理：极限荷载确定极限荷载确定1）根据沉降随荷载的变化特）根据沉降随荷载的变化特征确定征确定对于陡降型对于陡降型Qs曲线，可取曲线发曲线，可取曲线发生明显陡降的起始点所对应的荷载生明显陡降的起始点所对应的荷载为为Qu 2）根据沉降量确定）根据沉降量确定

39、Qu 对于缓变型对于缓变型Qs曲线，可取曲线，可取s 4060mm对应的荷载值为对应的荷载值为Qu。对于大。对于大直径桩可取直径桩可取s 0.030.06d（所对（所对应的荷载值（大桩径取低值，小桩应的荷载值（大桩径取低值，小桩径取高值），对于细长桩（径取高值），对于细长桩（l/d 80）可取可取s 6080mm对应的对应的荷载。荷载。3）沉降速率法）沉降速率法SLgt法法4)取破坏荷载的前一级荷载取破坏荷载的前一级荷载图图4.19 4.19 单桩单桩Q-sQ-s曲线曲线第53页/共80页n原理：原理：在桩顶施加动荷载，使桩身产生加速在桩顶施加动荷载，使桩身产生加速度和土阻尼等效应，通过设置于

40、桩顶的传感度和土阻尼等效应，通过设置于桩顶的传感器量测此动力响应信号，如位移、速度或加器量测此动力响应信号，如位移、速度或加速度信号，据此分析确定桩身完整性或承载速度信号，据此分析确定桩身完整性或承载力。力。n高应变法：高应变法：一般以重锤敲击桩顶，使桩贯入，一般以重锤敲击桩顶，使桩贯入，桩土间产生相对位移，从而分析对桩的外来桩土间产生相对位移，从而分析对桩的外来抗力，测定桩的承载力。抗力，测定桩的承载力。n低应变法：低应变法：施加的荷载远小于桩的使用荷载，施加的荷载远小于桩的使用荷载，不足以使桩产生相对位移，而只通过应力波不足以使桩产生相对位移，而只通过应力波的反射和传播，检测砼质量。的反射

41、和传播，检测砼质量。按动力试桩法确定按动力试桩法确定 第54页/共80页水平承载力水平承载力n 基本概念基本概念 刚性短桩刚性短桩刚性短桩刚性短桩(h h 2.5),2.5),桩侧土体水平抗力不够桩侧土体水平抗力不够桩侧土体水平抗力不够桩侧土体水平抗力不够(土体屈服土体屈服土体屈服土体屈服)破坏。破坏。破坏。破坏。弹性桩弹性桩弹性桩弹性桩(h h2.5),2.5),地表土体屈服地表土体屈服地表土体屈服地表土体屈服,桩材强度不够桩材强度不够桩材强度不够桩材强度不够(屈服屈服屈服屈服)而破坏。而破坏。而破坏。而破坏。n 计算公式计算公式 位移：位移：位移：位移：弯矩：弯矩：弯矩：弯矩：第55页/共

42、80页单桩水平静载荷试验单桩水平静载荷试验试验装置：试验装置：加荷系统：加荷系统：千斤顶、试桩千斤顶、试桩位移观测系统：位移观测系统：百分表百分表单桩水平承载力确定单桩水平承载力确定图图4.4.0 0 单桩水平静载单桩水平静载荷实验装置荷实验装置第56页/共80页n每级荷载大小每级荷载大小 约为预估水平极限承载力的（约为预估水平极限承载力的（1/101/15）。）。n读数方法读数方法 每级荷载施加后，恒载每级荷载施加后，恒载4min测读桩顶水平位移，测读桩顶水平位移，然然 后卸载至零，停后卸载至零，停2min测读残余水平位移，如此测读残余水平位移，如此循环循环5次，再施加下一级荷载。次，再施加

43、下一级荷载。n终止加载条件终止加载条件 桩身折断桩身折断 桩顶水平位移超过桩顶水平位移超过3040mm 桩侧地表出现明显裂缝或隆起。桩侧地表出现明显裂缝或隆起。水平静载荷试验方法水平静载荷试验方法第57页/共80页水平极限承载力的确定水平极限承载力的确定两个特征点对应的桩顶水平荷载称为两个特征点对应的桩顶水平荷载称为临界荷载临界荷载Hcr和和极限荷载极限荷载Hu图图4.21 4.21 单桩单桩H H0 0 xx0 0/H/H0 0曲线曲线图图4.22 4.22 单桩单桩H H0 0g g曲线曲线第58页/共80页4.44.4基桩的内力及位移计算基桩的内力及位移计算我国多采用线弹性地基反力法。假

44、设我国多采用线弹性地基反力法。假设x与桩的水平位移与桩的水平位移x成正比。成正比。关键在于如何假定土体的抗力系数沿深度的关键在于如何假定土体的抗力系数沿深度的变化规律，可分为变化规律，可分为：(a)常数法；常数法；(b)k法；法；(c)m法；法；(d)c法法图图4.23 4.23 地基水平抗力稀疏的分布图示地基水平抗力稀疏的分布图示第59页/共80页简化为平面受力，计算宽度：简化为平面受力，计算宽度：n 计算桩身抗弯刚度计算桩身抗弯刚度EI时，对于钢筋混凝土桩，可取时，对于钢筋混凝土桩，可取EI 0.67EcIo，其中其中Ec为混凝土的弹性模量；为混凝土的弹性模量；Io为桩身换为桩身换算截面惯

45、性矩。算截面惯性矩。n 如无试验资料时，地基水平抗力系数的比例系数如无试验资料时，地基水平抗力系数的比例系数m值可参考表值可参考表4.12选取。选取。第60页/共80页微分方程的建立微分方程的建立在基桩中取一微元体，通在基桩中取一微元体，通过平衡方程，可得到挠曲过平衡方程，可得到挠曲微分方程微分方程：采用幂级数求解采用幂级数求解：图图4.24 4.24 微元体受力示意图微元体受力示意图 相关系数查表可得。相关系数查表可得。第61页/共80页4.5 4.5 群桩基础的竖向分群桩基础的竖向分析及其验算析及其验算 岩石岩石土图图4.25 4.25 群桩效应群桩效应 4.5.1 4.5.1 群桩效应群

46、桩效应第62页/共80页n 端承桩型的荷载传递端承桩型的荷载传递桩底持力层刚硬，桩的贯入量小。桩底持力层刚硬，桩的贯入量小。群桩的承载力单群桩的承载力单桩承载力之和桩承载力之和，不必考虑群桩效应。，不必考虑群桩效应。n 摩擦桩型的荷载传递摩擦桩型的荷载传递 桩顶上的作用荷载通过桩侧阻传递到桩周土体。桩周桩顶上的作用荷载通过桩侧阻传递到桩周土体。桩周摩阻力扩散使桩底处的压力分布范围比桩身截面大很摩阻力扩散使桩底处的压力分布范围比桩身截面大很多。当桩距小于某距离多。当桩距小于某距离时（一般认为时（一般认为6d），桩底处），桩底处应力扩散面积交叉重叠，与原来单桩端应力叠加，使应力扩散面积交叉重叠，与

47、原来单桩端应力叠加，使群桩桩底地基受到的压力比单桩时要大。于是群桩桩底地基受到的压力比单桩时要大。于是群桩承群桩承载力小于单桩承载力之和。载力小于单桩承载力之和。4.5.2 4.5.2 4.5.2 4.5.2 群桩的荷载传递特性群桩的荷载传递特性群桩的荷载传递特性群桩的荷载传递特性第63页/共80页群桩基础计算群桩基础计算群桩的工作特点群桩的工作特点 应力迭加应力迭加 群桩效应群桩效应承台下土对荷载的分担作用承台下土对荷载的分担作用复合桩基复合桩基:由桩和承台底地基土共同承担荷载的桩基。由桩和承台底地基土共同承担荷载的桩基。条条 件件:桩及桩间土整体下沉，保证承台底不脱空。桩及桩间土整体下沉，

48、保证承台底不脱空。特特 性性:承台底分担荷载的作用随桩群相对于地基土向下承台底分担荷载的作用随桩群相对于地基土向下位移幅度的加大而增强，桩身弹性压缩产生桩土相位移幅度的加大而增强，桩身弹性压缩产生桩土相对位移也使承台底反力增加。通常，台底分担荷载对位移也使承台底反力增加。通常，台底分担荷载的比例可从百分之十几直至百分之三十。的比例可从百分之十几直至百分之三十。第64页/共80页群桩的竖向承载力设计值群桩的竖向承载力设计值n桩基规桩基规经统计分析，考虑了土类别、桩距经统计分析，考虑了土类别、桩距-桩桩径比、承台宽径比、承台宽-桩长比等因素，通过引进侧阻群桩效桩长比等因素，通过引进侧阻群桩效应系数

49、、端桩群桩效应系数应系数、端桩群桩效应系数 、侧阻端阻综合群桩效、侧阻端阻综合群桩效应系数等，从而建立应系数等，从而建立群桩竖向承载力群桩竖向承载力与与单桩侧阻、单桩侧阻、端阻之间端阻之间的关系式：的关系式：n当根据静载荷试验确定基桩竖向极限承载力标准值当根据静载荷试验确定基桩竖向极限承载力标准值时时，桩侧摩阻力和桩端阻力已同时综合考虑桩侧摩阻力和桩端阻力已同时综合考虑，故基故基桩的竖向承载力设计值为：桩的竖向承载力设计值为：第65页/共80页n 竖向承载力验算竖向承载力验算n 软弱下卧层承载力验算软弱下卧层承载力验算n 竖向抗拔承载力及负摩阻力验算竖向抗拔承载力及负摩阻力验算n 水平承载力验

50、算水平承载力验算n 沉降验算沉降验算桩基础验算内容桩基础验算内容第66页/共80页 和和浅浅基基础础一一样样，桩桩基基的的设设计计也也应应符符合合安安全全、合合理和经济理和经济的要求。的要求。4.6 4.6 桩基础设计桩基础设计基本原则基本原则n 对桩和承台对桩和承台有足够的强度、刚度和耐久性；有足够的强度、刚度和耐久性；n 对地基（主要是桩端持力层）对地基（主要是桩端持力层）有足够的承载有足够的承载力和不产生过量的变形。力和不产生过量的变形。第67页/共80页设计内容和步骤设计内容和步骤 n 收集有关资料；收集有关资料；n 确定桩基持力层；确定桩基持力层；n 选择桩材，确定桩型、外形尺寸和构