桩基础ppt课件.ppt

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1、第八章 桩基础,Pile foundation,本章主要内容,概述桩的功能及类型桩的承载机理？单桩承载力capacity of single pile群桩承载力capacity of pile group桩基础设计,软 土 层,桩基础,承台,基桩,组成：基桩和连接于桩顶的承台。 作用：将上部结构荷载通过承台传递给基桩，再由基桩传递到地基土体（持力层） 。特点：历史悠久、承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、便于机械化施工、适应性强。,单桩基础,群桩基础,沉井caisson,其他深基础,沉井基础是以沉井法施工的地下结构物和深基础的一种型式。是先在地表制作成一个井筒状的结构物（沉井），然后在井壁的围

2、护下通过从井内不断挖土，使沉井在自重作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑内部结构。 广泛应用于桥梁、烟囱、水塔的基础；水泵房、地下、油库、水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的工作井。 技术上比较稳妥可靠，挖土量少，对邻近建筑物的影响比较小，沉井基础埋置较深，稳定性好，能支承较大的荷载。,地下连续墙 diaphragm,地下连续墙就是用专用设备沿着深基础或地下构筑周边采用泥浆护壁开挖出一条具有一定宽度与深度的沟槽，在槽内设置钢筋笼，采用导管法在泥浆中浇筑混凝土，筑成一单元墙段，依次顺序施工，以某种接头方法连接成的一道连续的地下钢筋混凝土墙，以便基坑开挖时防渗、挡土，作为邻近建筑物基

3、础的支护以及直接成为承受直接荷载的基础结构的一部分。,第一节 概 述,一、桩的应用1.历史十九世纪以前，木桩7000-8000年前湖上居民,浙江河姆渡西安灞桥,北京御河桥,隋唐建塔十九世纪开始，材料和动力进步 铸铁管桩，1824年波特兰水泥注册专利，蒸汽动力十九世纪末，现场钻孔桩(1897, Raymond),排 桩,带撑木桩,灞河上建桥始于春秋时期，秦穆公称霸西戎，将滋水改为灞水，并于河上建桥，故称“灞桥”，是我国最古老的石柱墩桥。,1400年前的隋代灞桥遗址,被洪水冲走的隋代灞桥上的桥桩,隋代灞桥桥墩上的龙头,隋代灞桥石料上刻有“耀州”二字证实修桥石料来源于西安以北约100公里的古耀州,青

4、岛前海栈桥,年登州镇总兵章高元奉调率兵移驻青岛后，先在青岛村（今人民会堂处）修建总兵衙门，然后在前海处搭起一座长米左右、铁木结构的简易码头，当时只供军用，故名栈桥。,新加坡发展银行,四墩, 每墩直径7.3m将荷载传递到下部好土层,承载力高,大直径钻孔桩,风化砂岩及粉砂岩,部分风化及不风化泥岩,新加坡发展银行,四墩7.3m,现场灌注护坡桩造价低,现场灌注护坡桩造价低,2.特点,优点将荷载传递到下部好土层,承载力高沉降量小抗震性能好,穿过液化层承受抗拔(抗滑桩)及横向力(如风载荷)与其他深基础比较,施工造价低,缺点施工环境影响, 预制桩施工噪音, 钻孔灌注桩的泥浆 有地下室时,有一定干扰,深基坑中

5、做桩,3. 适用条件,(1)地基的上层土质太差而下层土质较好；或地基软硬不均或荷载不均，不能满足上部结构对不均匀变形的要求；(2)地基软弱，采用地基加固措施不合适；或地基土特殊，如存在可液化土层、自重湿陷性黄土、膨胀土及季节性冻土等。(3)除承受较大垂直荷载外，尚有较大的偏心荷载、水平荷载、动力或周期性荷载作用；(4)上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感；或建筑物受到大面积地面超载的影响；（5）地下水位很高，采用其他基础型式施工困难；或位于水中的构筑物基础，如桥梁、码头、钻采平台等；（6）需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。,三、桩基设计原则,1、桩基的极限状态：桩基承载能力极限状态：对应于

6、桩基受荷达到最大承载能力导致整体失稳或发生不适于继续承载的变形；桩基正常使用极限状态：对应于桩基变形达到为保证建筑物正常使用所规定的限值或桩基达到耐久性要求的某项限值。,建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）,2、建筑桩基设计等级：根据建筑规模、功能特征、对差异变形的适应性、场地地基和建筑物体型的复杂性以及由于桩基问题可能造成建筑破坏或影响正常使用的程度，应将桩基设计分为表3.1.2 所列的三个设计等级。桩基设计时，应根据表3.1.2 确定设计等级。,3、桩基计算（验算）内容：（1）所有桩基均应进行承载能力极限状态计算 1）桩基的竖向承载力计算、群桩承载力计算； 2）桩端平面以下软弱下卧层承

7、载力验算； 3）桩基抗震承载力验算； 4）承台计算和桩身承载力计算；,（2）以下桩基尚应进行变形验算： 1）桩端持力层为软弱土的一、二级建筑物及桩端持力层为粘性土等的或存在软弱下卧层的一级建筑桩基的沉降验算。 2）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的水平变位验算。（3）对不允许出现裂缝或限制裂缝宽度的混凝土桩身和承台应进行抗裂或裂缝宽度验算。,4、桩基规范对荷载效应的规定桩基设计时，所采用的作用效应组合与相应的抗力应符合下列规定：,（1 ）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；相应的抗力应采用基桩或复合基桩承载力特征值。（2） 计算荷载作用下的桩基沉降和水平位

8、移时，应采用荷载效应准永久组合；计算水平地震作用、风载作用下的桩基水平位移时，应采用水平地震作用、风载效应标准组合。（3 ）验算坡地、岸边建筑桩基的整体稳定性时，应采用荷载效应标准组合；抗震设防区，应采用地震作用效应和荷载效应的标准组合。,4、桩基规范对荷载效应的规定,（4 ）在计算桩基结构承载力、确定尺寸和配筋时，应采用传至承台顶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，应分别采用荷载效应标准组合和荷载效应准永久组合。（5） 桩基结构设计安全等级、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，除临时性建筑外，重要性系数 不应小于1.0。（6 ）当桩基结构进

9、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(GB 50011)的规定采用。,桩基础的设计步骤,四、,4.2 桩的类型,承载性状施工方法成型方式效应材料形状按尺寸,按不同的分类标准，叫法不同。,4.2.1 桩 的 分 类,一、 按承载性状分类,Q = Qp+QsTip resistance, Skin friction端承型桩 主要由桩端承受极限荷载,桩不长,桩端土坚硬摩擦型桩 主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载,桩长径比很大，桩端土为粘土、粉土、砂土等,端承型桩,摩擦型桩,端承桩,摩擦端承桩,（嵌岩桩）,摩擦桩,端承摩擦桩,一、按承载性状分类,摩擦型桩,端承型桩,桩侧和

10、桩端阻力的大小以及它们分担荷载的比例有很大差异,原由,（1）端承型桩,端承桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩端阻力承受，桩侧阻力小到可忽略不计；摩擦端承桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受。称为端承桩。嵌岩桩：当桩端嵌入完整和较完整的中等风化、微风化及未风化硬质岩石一定深度以上（最小深度不小于0.5m ），称为嵌岩桩。,端承型桩,摩擦型桩,P,（2）摩擦型桩,摩擦型桩是指桩顶竖向荷载绝大部分由桩侧阻力承受，而桩端阻力很小可以忽略不计时，称为摩擦桩。摩擦桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩侧阻力承受，桩端阻力小到可忽略不计；端承摩擦桩：在承载能力极限状态下，桩顶

11、竖向荷载主要由桩侧阻力承受。例如：1）桩的长径比很大，桩顶荷载只通过桩身压缩产生的桩侧阻力传递给桩周土，因而桩端下土无论坚实与否，其分担荷载都很小；2）桩端下无较坚实的持力层；3）桩底残留土或残渣较厚的灌注桩；4）打入邻桩使先前设置的桩上抬、甚至桩端脱空等情况。,二、按材料： 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、预应力混凝土（离心预制）、高强混凝土,三 、 按形状,按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩按横断面：圆形，八边形，十字桩、X形桩,桩身,横断面,四、按尺寸,按断面(直径）的大小： 大直径桩:d800mm; 小直径

12、桩：d250mm； 中等直径桩： 2503)；短桩：L15m；中长桩：15m 80m L/ （：桩的特征长度）,五、 按施工方法,施工方法沉桩方法1 预制桩 Prefabricated pile 挤土桩，部分挤土桩2 现场灌注桩 Cast in place 非挤土桩，部分挤土桩,1.预制桩,（1）预制桩种类,（1）混凝土预制桩,（2）钢桩,（3）木桩,（2）预制桩的施工工艺,（1）锤击式,（2）静压式,（3）振动式,在工厂（或者现场）预制成桩以后再运至现场，在设计桩位处以沉桩机械沉至地基土中设计深度的施工方法的桩。,引孔,部分挤土, 大面积地面隆起不引孔,挤土桩,1.预制桩,混凝土预制桩 要求

13、：截面边长300500mm，分节长度12m。预应力 管桩外径300600mm，每节长513m； 优点：承载力高，耐久性好，质量较易保证。 缺点：自重大，打桩难，桩长难统一，工艺复杂。 钢桩 要求：直径2501200mm，批量生产。 优点：穿透性强，承载能力高，应用方便。 缺点：成本高，易锈蚀。 木桩 要求：桩径160 260mm，桩长4 6m。 优点：制作运输方便，打桩设备简单。 缺点：承载力低，仅在一些加固工程与临时工程中采用。,沉桩深度控制,以最后贯入度（指沉至某标高时，每次锤击的沉入量）和桩尖设计标高两方面控制。 要求最后两阵的平均贯入度为10-50mm/阵。 锤击法：常以10次锤击为一

14、阵。 振动法：以1min为一阵。,振动沉桩,Pile Point,1.普通实心方桩的截面边长一般为300500mm；2.现场预制桩长度2530m； 工厂预制长度小于等于12m；3.连接方法：焊接接桩、法兰接桩、硫磺胶泥锚接桩,离心预应力预制钢筋混凝土,预应力钢筋混凝土管桩PHC、PC，外径300600mm，分节长度为713m。,2 现场灌注桩,成孔方法,人工挖孔螺旋钻正反循环地下水以下泥浆护壁冲击,夯扩,爆破沉管灌注,浇注法,省,易泥皮,虚土,断桩,水上水下其他,在施工现场的桩位上用机械或人工成孔，然后在孔内灌注混凝土而成。如挖孔、钻孔、冲孔及爆扩成孔灌注桩。,2.灌注桩,分类：沉管灌注桩、钻

15、孔灌注桩、挖孔桩。 原理：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而成。 特点：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。 施工关键：桩身的成型和混凝土质量。,2.灌注桩,沉管灌注桩,图8.5 沉管灌注桩的施工程序示意,（a）打桩机就位；（b） 沉管；（c） 浇灌混凝土；（d） 边拔管，边振动；（e） 安放钢筋笼，继续浇灌混凝土；（f） 成型。,沉管灌注桩特点,优点：设备简单、打桩进度快、成本低。 缺点：在土层软、硬交界处或软弱土层处易发 生缩颈、断桩现象。（缩颈桩的形成） 克服办法： 复打浇灌混凝土并拔管后，立即在原位再次 沉管及浇灌混凝土；

16、（沉管灌注桩复打） 反插法灌满混凝土后，先振动再拔管，一般 拔0.51.0m，再反插0.30.5m。 分单打、复打、反插三种施工方法。,钻（冲）孔灌注桩特点,原理：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，安放钢筋笼，浇灌混凝土。 施工方法：有正循环、反循环施工法。 优缺点 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。 缺点：要求有专门的设备（钻机），清孔较难彻底。,钻（冲）孔灌注桩,钻（冲）孔灌注桩,挖孔桩,原理：采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达所需深度后再进行扩孔，利用钻（冲）孔机具钻土成孔，然后清除孔底

17、残渣，安装钢筋笼，浇灌混凝土。 基本要求：内径800mm，开挖直径1000mm，护壁厚100mm，分节支护，每节高5001000mm，桩长小于40m。 优点：符合国情，经济，设备简单，噪音小，场区内各桩可同时施工，可直接观察地层情况，孔底易清除干净，且桩径大、适应性强。 缺点：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。,人工挖孔桩,人工挖孔桩的桩身直径：一般8002000mm，最大可达3500mm,挖孔桩的桩身长度宜限制在30m内。当桩长L8m时，桩身直径（不含护壁）不宜小于0.8m；当8mL 15m时，桩身直径不宜小于1.0m；当15mL 20m时，桩身直径不

18、宜小于1.2m；当桩长L20m时，桩身直径应适当加大。,广州市亚洲大酒店人工挖孔桩,螺旋钻,扩底桩：当持力层承载力低于桩身受压承载力时桩端可扩底。,人工挖孔扩孔桩（芝加哥法）,扩底直径与桩身直径之比D/d不宜超过3，最大扩底直径可达4500mm。,UK英国,1.0-3.0 m,0.6-0.9 m,英国是近代工业革命的发源地，正式名称“联合王国”，全称“大不列颠及北爱尔兰联合王国（the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland）”,爆破扩底桩,爆扩灌注桩是指就地成孔后，在孔底放入炸药包并灌注适量混凝土后，用炸药爆炸扩大孔底，再安放

19、钢筋笼，灌注桩身混凝土而成的桩。,桩身直径200350mm，扩大头直径一般取桩身直径的23倍，桩长一般为46m，最深不超过10m。,挤扩桩（支盘桩）,六、按桩的成桩方式效应分类：非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩1）挤土桩：实心预制桩、下端封闭的管桩、以及沉管灌注桩。 设置过程中使土的结构严重扰动破坏，对土的强度和变形性质影响较大 。2）部分挤土桩：H型钢桩、开口的钢管桩、开口预制管桩。 对桩周土体稍有排挤，但土的强度和变形性质变化不大。 3）非挤土桩：钻孔灌注桩、先钻孔再打入的预制桩 成桩过程中对桩相邻土基本不产生挤土效应的桩 。,承台:将几个桩结合起来传递荷载。1.低承台桩基 承台底面位于地面以

20、下，其受力能好，具有较强的抵抗水平荷载的能力，施工不方便。 2.高承台桩基 承台底面位于地面以上，且常处于水上，水平受力性能差，但施工方便。可避免水下施工及节省基础材料，多用于桥梁及港口工程。,七、按承台位置分类,低承台桩基,高承台桩基,七、桩的质量检验,可能存在的质量问题 预制桩：桩位偏差、桩身裂缝过大、断桩等 灌注桩：缩颈、夹泥、断桩、沉渣过厚等。 常用质量检测方法 开挖检查：只限于对所暴露的桩身进行观察检查。 抽芯检查：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。 反射波法：测砼的连续性，是否存在孔洞、断桩等。 动测法：高应变测桩承载力，低应变只能测砼质量。,8.3 竖向荷载

21、下单桩的工作性能 Bearing capacity of a single pile,8.3.1 单桩轴向荷载的传递机理（单桩的工作性能）,桩顶荷载一般为：轴向力、水平力、弯矩,1. 桩身轴力和截面位移（桩的荷载传递）,在外载作用下，土对桩的支承力由桩侧阻力和桩端阻力两部分组成。,在外力作用下，桩侧摩阻力开始抵抗打桩时的荷载，桩工作状态时随着外载的作用，开始摩阻力发挥作用，只有当桩端产生位移，端阻力才逐渐开始作用。,2.桩、土间力的平衡,设桩身周长为up，从深度z处取一dz微段，由力的平衡条件有：,设桩身横截面面积为Ap，弹性模量为Ep，dz微段的变形为dz，据虎克定律有：,桩身截面位移；,桩

22、顶位移。,Z深度范围内的桩身压缩量,2.影响荷载传递的因素,（1）桩端土与桩周土的刚度比Eb/Es Eb/Es愈小，桩身轴力沿深度衰减愈快，即传递到桩端的荷载愈小。对于中长桩： Eb/Es=1，摩擦桩，摩阻力几乎承担全部荷载。 Eb/Es=100，端承型桩，桩身轴力上段随深度减 小，下段近乎沿深度不变。,（2）桩土刚度比Ep/Es 对于中长桩： Ep/Es增大，桩端分担荷载的比例增加。 Ep/Es超过1000后，对桩端阻力分担荷载比的影响不大。 当Ep/Es10端阻接近零，因此：对于砂桩、碎石桩、灰土桩等，应按复合地基设计。,（3）桩端扩底直径与桩身直径比D/d D/d增大，桩端分担荷载的比例

23、增加。 对于均匀土层中的中长桩：D/d=3 D/d=1时，桩端阻力分担的荷载比由35% 5%。,当桩长增大(例如ld25)时，桩端分担荷载减少。因桩身压缩变形大，桩端反力尚未发挥，桩顶位移已超过实用所要求的范围，此时传递到桩端的荷载极为微小。因此，很长的桩实际上总是摩擦桩，用扩大桩端直径来提高承载力是徒劳的。,(4)长径比 l/d,8.3.2 桩侧摩阻力和桩端阻力,由上可见，桩的侧阻随深度呈线性增大。但砂土中模型桩试验表明， 当桩入土深达某一临界值(约为5-10倍桩径)后侧阻就不再随深度增加。该现象称为侧阻的深度效应。维西克(vesie，1967)认为：桩周竖向有效应力不一定等于覆盖应力，其线

24、性增加到临界深度(zc)时达到某一限值，其原因是土的“拱作用”。 综上所述，桩侧极限摩阻力与所在的深度、土的类别和性质，成桩方法等多种因素有关。而桩侧阻力u达到所需的桩-土相对滑移极限值久则基本上只与土的类别有关根据试验资料，一般粘性土约为4-6mm砂土约为6-10mm。,桩的端承力常作为基础承载力问题(太沙基解),太沙基,梅耶霍夫型,(1)很难达到整体破坏(2)端承力与深度有关(3)存在临界深度,桩端阻力的发挥不仅滞后于桩侧阻力，而且其充分发挥所需的桩底位移值比桩侧摩阻力到达极限所需的桩身截面位移值大得多。根据小型桩试验结果，砂类土的桩底极限位移约为(1/121/10)d，一般粘性土为1/4

25、d；硬粘土为1/10d。因此，在工作状态下，单桩桩端阻力的安全储备一般大于桩侧阻力的安全储备。,模型和原型桩试验研究均表明，与侧阻的深度效应类似，当桩端人土深度小于某一临界深度时，极限端阻随深度线性增加，而大于该深度后则保持不变。不同资料表明，侧阻与端阻的临界深度之比约为0.3-1.0。关于侧阻和端阻的深度效应问题有待进一步研究。,8.3.3单桩的破坏形式,8.3.3.1屈曲破坏取决于桩身的材料强度8.3.3.2整体剪切破坏-取决于桩端土的支承力8.3.3.3刺入破坏-取决于桩周土强度,8.3.3.1屈曲破坏取决于桩身的材料强度,当桩底支承在坚硬的土层或岩层上，桩周土极为软弱，桩周无约束或侧向

26、抵抗力。穿越深厚淤泥质土层的小直径端承桩或嵌岩桩，细长的木桩。,Q-S曲线（荷载-沉降）出现急剧破坏的陡降段，其沉降量很小，有明确的破坏荷载。 桩的承载力取决于桩身材料强度。,8.3.3.2整体剪切破坏-取决于桩端土的支承力,Q-S曲线有明显的拐点，有陡降段，有明显的破坏荷载。 桩的承载力主要取决于桩端土的支承力。 一般打入式短桩、钻扩短桩属于本情况。,当具有足够强度的桩穿过抗剪强度较低的土层，达到强度较高的土层，且桩的长度不大时，桩在轴向荷载作用下，由于桩底上部土层不能阻止滑动土契的形成，桩底土体形成滑动面而出现整体剪切破坏。,8.3.3.3刺入破坏-取决于桩周土强度,当桩的入土深度较大或桩

27、周土层抗剪强度较均匀时，桩在轴向荷载作用将出现刺入破坏。此时桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承受，桩端阻力极微，桩的沉降量较大。一般当桩周土质较软弱时，Q-s曲线为“渐进破坏”的缓变型，无明显拐点，荷载难以判断，桩的承载力主要由上部荷载所能承受的极限荷载确定；,当桩周土的抗剪强度较高时，Q-s曲线可能为陡降型，有明显拐点，桩的承载力主要取决于桩周土的强度。一般情况下的钻孔灌注桩多属于此类。,两类单桩荷载-沉降曲线 A陡降型 B缓变型,正摩阻,正摩阻力：在桩顶竖向荷载作用下，当桩相对于桩侧土体向下位移时，土对桩产生的向上作用的摩阻力。,负摩阻力：当桩侧土体因某种原因而下沉，且其下沉量大于桩的沉降（即桩侧

28、土体相对于桩向下位移）时，土对桩产生向下作用的摩阻力。,8.3.4 负摩擦的产生条件,(1)桩周附近地面大面积堆载；(2)大面积降低地下水位；(3)欠固结土,新填土；(4)湿陷性黄土遇水湿陷；(5)砂土液化、冻土融解。,8.3.4 负摩擦的产生条件,引起桩侧负摩阻力的条件是：桩侧土体下沉必须大 于桩的下沉。,O1中性点：曲线1和曲线2的交点，即桩土之间不产生 相对位移的截面位置，其摩阻力为零。Fn下拉荷载，负摩阻力的累计值。,单桩产生负摩阻力时的荷载传递,曲线1土层不同深度位移,曲线2桩的截面位移曲线,4.5.2 负摩擦力的计算,在中性点处桩身轴力达到最大值 ，而桩端总阻力则等于 。,桩的负摩

29、阻力非但不能成为桩承载力的一部分，反而相当于是施加于桩上的外荷载，这就必然导致桩的承载力相对降低、桩基沉降增大。,随着负摩阻力的产生和增大，桩端处轴力增加，桩端沉降也增大，必然带来桩土相对位移的减小和负摩阻力的降低，而逐渐达到稳定状态。,外部荷载；,总的正摩阻力。,为负摩阻力引起的桩身最大轴力。,（1）中性点的位置,影响因素：与桩周土的性质和外界条件(堆载、降水、浸水等）变化有关。,一般，桩周土欠固结土层越厚、欠固结程度越大、桩底持力层越硬，中性点位置越深。,在可压缩土层 的范围内，中性点的稳定深度 是随着桩端持力层的强度和刚度的增大而增大的。,单桩负摩阻力标准值；,桩周负摩阻力系数；,桩周第

30、i层土平均竖向有效上覆压力。,（2）负摩阻力强度,（3）下拉荷载计算,2）砂类土也可按下式估算负摩阻力标准值,3）当填土、自重湿陷性黄土湿陷、欠固结土层产生固结和地下水降低时：,式中： 第i 层土桩侧负摩阻力标准值；当按式（5.4.4-1）计算值大于正摩阻力标准 值时，取正摩阻力标准值进行设计； 桩周第i 层土负摩阻力系数； 由土自重引起的桩周第i 层土平均竖向有效应力；桩群外围桩自地面算起， 桩群内部桩自承台底算起； 桩周第i层土平均竖向有效应力； 分别为第i 计算土层和其上第m 土层的重度，地下水位以下取浮重度； 第i层土、第m层土的厚度； 地面均布荷载。,3）当填土、自重湿陷性黄土湿陷、

31、欠固结土层产生固结和地下水降低时：,当地面分布大面积荷载时：,填土,淤泥,淤泥质粘土,粘土,2m,2m,3m,3m,砂卵石,（3）下拉荷载计算,2m,中性点,例：某灌注桩，桩径0.8m，桩顶位于地面以下2m，桩长8m，土层参数见图，当水位从-2m降至-7m后，求单桩负摩阻力引起的下拉荷载。,解：见公式（8-6）,中性点深度为7.2m,查表8-4，饱和软土 ，粘性土,24m淤泥,47m淤泥质粘土,79.2m粘土,下拉荷载,例题,某钻孔灌注桩，桩径0.8m，桩长10m，穿过软土层，桩端持力层为砾石，桩四周有大面积填土，p=10kPa，计算因填土产生的负摩阻力的下拉荷载（ ）。,解：,查表8-3,中

32、性点深度为9m,下拉荷载,（3）下拉荷载计算,2. 群桩负摩阻力计算,群桩中任一基桩的下拉荷载,4.5.3 减小负摩阻力的工程措施 1.预制混凝土桩和钢桩 一般采用涂以软沥青涂层，涂层施工时应注意不要将涂层扩展到需利用桩侧正摩阻力的桩身部分。 2.灌注桩 （1）在沉降土层范围内插入比钻孔直径小50100mm的预制混凝土桩段，然后用高稠度膨润泥浆填充预制桩段外围形成隔离层。 对泥浆护壁成孔的灌注桩，可在浇注完下段混凝土后，填入高稠度膨润泥浆，然后再插入预制混凝土桩段。 （2）对干作业成孔灌注桩，可在沉降土层范围内的孔壁先铺设双层筒形塑料薄膜，然后再浇注混凝土，从而在桩身与孔壁之间形成可自由滑动的

33、塑料薄膜隔离层。,3.设置消减负摩阻桩群法： 即在群桩周围设置一排桩，用以承受负摩阻力，从而达到消减负摩阻力的方法。 4.地基处理法： 对于松散填土、欠固结土层，如采用预固结法、强夯法等使土层密实、充分固结；对于湿陷性黄土采用浸水、强夯等方法消除湿陷，从而达到消减与避免负摩阻力产生的方法。 5.其他方法： 在饱和软土地区，可选择非挤土桩或部分挤土桩，对挤土型桩，可适当增加桩距，选择合理的打桩流程，控制沉桩速率及打桩根数，打桩后休止一段时间后再施工基础及上部结构；对于周边有大面积抽吸地下水或降水情况时，在桩群周围采取回灌等方法来达到消减或避免负摩阻力的产生。,8.4 单桩竖向承载力的确定,取决于

34、两个方面：,桩身材料强度,地基土对桩的支承力,单桩承载力：是指单桩在外荷作用下，不丧失稳定性、不产生过大的变形时的承载能力。,单桩竖向极限承载力：单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形所对应的最大荷载。,港口桩基规范,港口桩基规范,港口桩基规范,8.4.1按桩身材料确定,混凝土 R = cfcAp钢筋混凝土 R = （cfcAp+fyAg）,钢筋抗压强度设计值,单桩竖向承载力设计值（kN ）；,混凝土的轴心抗压强度设计值（kPa）；,纵向钢筋的抗压强度设计值（kPa）；,桩身的截面面积（m2）；,纵向钢筋的横截面面积（m2）；,桩的稳定系数；,工作条件系数，预制桩取0.8

35、5。,8.4.2静载荷试验,8.4.3按土的抗剪强度指标确定,8.4.5按经验公式确定,8.4.4按静力触探法确定,8.4.2 静载荷试验,获得单桩承载力最可靠的方法,锚桩 桁架法,2400吨,压重平台反力装置,桩顶试验中,1、进行静载试验的工程： 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。 对于地基基础设计等级：甲、乙级建筑物必须通过静载荷试验。 对于地基条件复杂，桩施工质量可靠性低等建筑桩基必须通过载荷试验。,2、试验数量：在同一条件下的试验数量，不宜少于总数的1%，并不少于3根。工程总桩数在50根以内时不应少于2

36、根。3、对于预制桩，由于打桩时土中产生的空隙水压力有待消散，土体因打桩扰动而降低的强度随时间逐渐恢复，因此，为了使试验能真实反映桩的承受力，要求在桩身强度满足设计要求前提下，预制桩完成后的间歇时间：时间要求：砂类土间歇时间不少于7天；粉土不少于10天；饱和粘性土不少于25天；非饱和粘土不少于15天；原因：对于预制桩，由于打桩时土中产生的孔隙水压力有待消散，土体因打桩扰动而降低的强度随时间逐渐恢复，为了使试验能真实反映桩的承载力。,4、试验：（1）静载荷试验装置及方法装置：加荷稳压、提供反力、沉降观测加荷稳压：由桩顶的油压千斤顶对桩顶施加压力。提供反力：千斤顶的反力由锚桩、压重平台的重力或若干根

37、地锚组成。沉降观测：安装在基准梁上的百分表或电子位移计用于量测桩顶位移。试桩与锚桩（或与压重平台的支墩、地锚等）之间、试桩与支承基准梁之间以及锚桩与基准桩之间，都应有一定的间距。见下表。,加载方法：采用连续加载法：即慢速维持荷载法，逐级加载，每级荷载为单桩承载力设计值的1/81/5，当每级荷载下桩顶的沉降量小于0.1mm/h，则认为已稳定，然后加下一级荷载，依次进行直到试桩破坏。再分级卸载到零。也可以采用快速维持荷载法，即一般每隔1h加一级荷载。沉降观测：第一小时内每隔5、10、15、15、15分钟读一次，然后每30分钟测读一次，直至稳定。,（2）终止加载条件当出现下列情况支一时即终止加载：某

38、级荷载下，桩顶沉降量为前一级荷载下沉降量的5倍；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24h尚未达到相对稳定；已达到设计要求的最大加载量或达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大质量时。 当荷载沉降曲线为缓变型时，可加载至桩顶总沉降量60-80mm，特殊情况下可按具体要求加载至桩顶累计沉降量超过80mm。,（3）按试验结果确定单桩承载力 一般认为，当桩顶发生剧烈或不停滞的沉降时，桩处于破坏状态，相应的荷载称为极限荷载。用QU表示。 用Q-S曲线确定单桩承载力：图中的曲线所示，对于陡降型Q-S曲线，可取曲线发生明显陡降的起始点所对应的荷载为QU。 绘图比例：横：竖=2：3,根据沉降量

39、确定Qu对于缓变型Q-S曲线（图），一般可取S=4060对应的荷载值为Qu。 对于大直径桩可取S=（0.030.06）D(D为桩端直径)所对应的荷载值(大桩径取低值,小桩径取高值)。 对于细长桩（l/d80)，可取S=6080对应的荷载。,根据沉降随时间的变化特征确定Qu取S- 曲线（图）尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值作为Qu。也可根据终止加载条件第条中的前一级荷载值作为Qu。,【例8-1】根据静载荷试验结果确定单桩的竖向承载力条件：某工程为混凝土灌注桩在建筑场地现场已进行的3根桩的静载荷试验（377的振动沉管灌注桩），其报告提供根据有关曲线确定桩的极限承载力标准值分别为590kN、605

40、kN、620kN。要求：确定单桩竖向极限承载力特征值Ra。,解由静载荷试验得出单桩的竖向极限承载力，三次试验的平均值为：,故取：,8.4.3 按土的抗剪强度指标确定,公式：,式中：cu桩底以上3d至桩底以下1d范围内土的不排水抗剪强度平均值；对裂隙粘土宜用含裂隙的大试样测定；对钻孔桩取三轴不排水抗剪强度的0.75倍； Nc 地基承载力系数，当桩的长径比 l/d5时， Nc=9 ； ca 桩土之间的附着力，ca=cu 。 对粘性土 =1或更大，且随 cu 的增大而迅速降低。 对硬粘土中的桩，当 l/d20时，取1.25； 当上部为软土时取=0.4 ； 其他情况 =0.7 。 对打入桩，ca 10

41、0KPa； 对钻孔桩的取值不成熟，平均值约为0.45； 对扩底桩，桩底以上2d范围内的ca不予考虑，即取=0 。,例题,解：根据公式8-16,对硬粘土,故取,5,所以,20d=7.0m,100kPa,取安全系数为2，则单桩承载力特征值为：,5m,0.00,7.5m,粘性土,硬粘土,8.4.4 按静力触探法确定,公式：式中： 桩端平面上、下探头阻力（KPa），取桩端平面以上4d范围内探头阻力加权平均值，再与桩端平面以下1d范围内的探头阻力进行平均； 桩端阻力修正系数，对粘性土、粉土取2/3，饱和砂土取1/2； 第i层土的探头平均侧阻力（KPa）； 桩的周长； 第i层土桩侧阻力综合修正系数，按下式

42、计算：,粘性土：,砂性土：,双桥,补充：,单桥探头,当根据单桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，如无当地经验可按下式计算：Quk= Qsk+ Qpk= uqsikli+pskAp式中u桩身周长； Ap-桩端面积； qsik-用静力触探比贯入阻力值估算的桩周第i层土的极限侧阻力标准值（值应结合土工试验资料，依据土的类别、埋藏深度、排列顺序，按图折线取值；并注意修正）； li桩穿越第i层土的厚度； 桩端阻力修正系数。,注：图中，直线A（线段gh）适用于地表下6m 范围内的土层；折线B（线段oabc）适用于粉土及砂土土层以上（或无粉土及砂土土层地区）的粘性土；折线C（线段o

43、def）适用于粉土及砂土土层以下的粘性土；折线D（线段oef）适用于粉土、 粉砂、 细砂及中砂。当桩端穿越粉土、粉砂、细砂及中砂层底面时，折线D估算的值需乘以下表系数值；,qsk-ps曲线,系数值,注： 为桩端穿越的中密-密实砂土、粉土的比贯入阻力平均值； 为砂土、粉土的下卧软土层的比贯入阻力平均值； 采用的单桥探头，圆锥底面积为15 ，底部带7cm高滑套，锥角 。,系数值,注：桩入土深度15h30m时，值按 h值线内插；h为基底至桩端全断面的距离（不包括桩间高度）。psk桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值（平均值），见下式：,当 时当 时 式中 桩端全截面以上8倍桩径范围内的比贯入阻力平均值

44、； 桩端全截面以下4倍桩径范围内的比贯入阻力平均值 ，如桩端持力层为密实的砂土层，其比贯入阻力平均值 超过20MPa时，则需乘以系数C予以折减后，再计算 及 值； 折减系数，按 值从表选用。,（1）一般预制桩及中小直径灌注桩对直径800的预制桩和灌注桩，单桩竖向极限承载力标准值 ：式中： 单桩总极限侧阻力标准值（KN）； 单桩总极限端阻力标准值（KN）； 桩侧第层土的极限侧阻力标准值（KPa），当无当地经验值时，可按表8-6取值； 桩端极限端阻力标准值（KPa），当无当地经验值时，可按表8-7取值；,8.4.5 按经验参数确定,表8-6,表8-6,（2）大直径桩（d800）公式：式中： 桩侧第

45、层土的极限侧阻力标准值，当地经验值时，可按表8-6取值，对于扩底桩变截面以上2d范围内不计侧阻力； 桩径为0.8m的极限端阻力标准值，当无当地经验时，对于干作业（清底干净）可按表8-8取值，对于其他成桩工艺可按表8-7取值； 大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，按表8-9取值。,表8-8,表8-9,（3）嵌岩桩,桩端置于完整、较完整基岩的嵌岩桩单桩竖向极限承载力，由桩周土总极限侧阻力和嵌岩段总极限阻力组成。当根据岩石单轴抗压强度确定单桩竖向极限承载力标准值时，可按下列公式计算：,嵌岩段侧阻和端阻综合系数，与嵌岩深径比 、岩石软硬程度和成桩工艺有关，可按表5.3.9 采用；表中数值适用于泥浆护壁成桩

46、，对于干作业成桩（清底干净）和泥浆护壁成桩后注浆， 应取表列数值的1.2 倍。,（3）嵌岩桩嵌岩单桩的极限承载力标准值 是由桩周土总侧阻力 、嵌岩段总侧阻力 两部分组成。公式：式中： 桩周第层土的极限侧阻力标准值，根据成桩工艺按表8-6取值；,岩石饱和单轴抗压强度标准值，黏土岩取天然湿度单轴抗压强度标准值；,表8-10,（4）桩基规范规定，确定单桩竖向极限承载力标准值尚需满足以下规定：甲级建筑桩基应通过单桩静载荷确定；乙级建筑桩基应应通过单桩静载荷确定，仅当地质条件简单时，可参照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原味测试和经验参数综合确定；丙级建筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定。,8.

47、4.6 按动力试桩法确定,高应变（大应变）：测定桩的极限承载力。低应变（小应变）：测定桩的质量和完整率。 此方法现阶段只起检测和检验作用，确定桩的承载力是一个发展方向。,群桩基础及其基桩的抗拔极限承载力的确定应符合下列规定：1 对于设计等级为甲级和乙级建筑桩基，基桩的抗拔极限承载力应通过现场单桩上拔静载荷试验确定。单桩上拔静载荷试验及抗拔极限承载力标准值取值可按现行行业标准建筑基桩检测技术规范（JGJ 106）进行。2 如无当地经验时，群桩基础及设计等级为丙级建筑桩基，基桩的抗拔极限载力取值可按下列规定计算：1) 群桩呈非整体破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值可按下式计算：,8.4.7 桩的抗

48、拔承载力（高耸建筑物）,8.11,8.4.7 桩的抗拔承载力（高耸建筑物）,8.11,8.4.8 单桩竖向承载力特征值,建筑地基基础设计规范指出，单桩竖向承载力特征值的确定应符合下列规定：（1）单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷实验确定。在同一条件下的试桩数量，不宜少于总桩数的1%，且不应少于3根。单桩竖向承载力特征值取单桩竖向静载荷实验所得单桩竖向极限承载力除以安全系数2。（2）地基基础设计等级为丙级的建筑物，可采用静力触探及标贯实验参数确定Ra值。,8.4.8 单桩竖向承载力特征值,（3）初步设计时单桩竖向承载力特征值Ra可按下式估算： 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：（4）嵌岩灌注桩桩端以下3倍桩径范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布；并在桩底应力扩散范围内无岩体临空面。,8.4.8 单桩竖向承载力特征值,桩基规范规定：单桩竖向承载力特征值Ra取其极限承载力标准值Quk的一半，即：式中：K安全系数，取K=2。,