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1、1,桩基础,Pile Foundation,第二部分,2,内 容,2.8 桩基础设计,2.1 概 述,2.2 桩及桩基础分类,2.3 桩、土体系的荷载作用机理,2.4 单桩竖向承载力,2.5 群桩竖向承载力,2.6 桩基承载力与沉降验算,2.7 桩的水平承载力与位移,3,2.1 概 述,深基础的适用性 深基础的特点 桩基础设计的内容,Introduction,目录,4,浅层土不能满足建筑物对地基承载力和变形要求，而又不适宜采用地基处理措施时，就要考虑下部坚实土层或岩层作为持力层，采用深基础方案。桩基础-应用最广深基础 墩基础 沉井 地下连续墙,2.1.1 深基础的适用性,5,1.天然地基土质软
2、弱 浅基不能满足强度或变形要求;采用人工地基加固处理不经济;时间不允许;2.高层建筑 水平荷载大;还必须满足地基基础稳定性要求;3.重型设备 荷载很大;置于一般天然地基浅基础上，地基将发生强度破坏。,应用情况,6,2.1.2 深基础的特点,1.深基础的埋深大一般认为埋深d5m的基础称为深基础。确切理解：基础采用特殊的结构型式、特殊的施工方法完成的基础。例如：预制桩打入一定深度 地下连续墙采用标准槽段连接结构，施工必须做导墙，开挖槽段吊放笼现场浇铸等特殊施工方法.2.地基承载力高 持力层一般是坚实地层，加上土埋深大，承载力经修正后大幅度提高；而且,不仅低底具有承载能力，还有四周侧壁摩阻力，共同组
3、成承载力.,7,3.深基础施工需要专门设备。例如，沉井基础施工，需要现场浇筑混凝土的设备、井点降水、沉降观测及纠偏等一整套设备。4.深基础技术复杂。5.深基础的造价高。6.深基础的施工周期长。,8,(1)桩的类型(方案)，几何尺寸的确定(2)确定单桩竖向(和水平向)承载力(特征值)(3)确定桩的数量，间距和布置方式(4)验算桩基的承载力和沉降(5)桩身结构设计(6)桩承台设计(7)制桩基施工图,2.1.3 设计内容,9,2.2 桩及桩基础的分类,桩的类型可按桩材料、成桩工艺方法、桩径尺寸及桩头形状、荷载传递机理、成桩对地基土的影响(即成桩效应)、桩的抗力特性及使用功能进行分类。,Classif
4、ication of Pile and Pile Foundation,目录,10,1.摩擦型桩 指在竖向极限荷载作用力下,桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力承担。据桩侧摩阻承受荷载的份额，分为 a.摩擦桩 b.端承摩擦桩 2.端承型桩 指竖向荷载下,桩顶荷载全部或主要由端阻力承担。据端阻力承担荷载的份额，可分为 a.端承桩 b.摩擦端承桩,2.2.1 按承载性状分类,11,12,(钢筋)混凝土桩、钢桩、木桩、及组合桩(两种以上材料),2.2.2 按桩身材料分类,1.木桩 常用杉木、松木、柏木和橡木等坚韧耐久木材。木桩的长度一般为410m，直径约180260mm。木桩制作容易，储运方便，打桩设备简单
5、，造价低廉；但木桩承载力低，一般使用寿命不长。只有盛产木材的地区或小型工程和临时工程采用木桩。,13,由混凝土材料制成，通常混凝土的强度等级采用C15、C20和C25，其中水下灌注混凝土取高值。混凝土桩不配置受力筋，必要时可配构造钢筋。常用桩径为300500mm，长度不超过25m。适用于中小型工程承压桩，深基坑护坡桩，大多为施工期间临时性工程桩，待基础完工，基坑回填至地面后报废。混凝土桩通常在工地现场灌制。先开孔至所需的深度，随即在孔内浇灌混凝土，经捣实后即为混凝土桩。混凝土桩具有设备简单，操作方便，比较经济的优点。但单桩承载力不很高，不能做抗拔桩或承受较大的弯矩，灌注桩还可能产生“缩颈”、断
6、桩、局部夹土和混凝土离析等质量事故。,2.混凝土桩,14,适用于大中型各类建筑工程的承载桩，可抗拔和抗弯以及承受水平荷载。钢筋混凝土桩可分为预制桩和灌注桩。预制桩是在工厂预制或现场制作成型的钢筋混凝土桩，常用正方形、圆形截面。为了减小沉桩挤土效应可作成敞口预应力管桩。灌注桩是在现场采用机械或人工成孔就地灌注混凝土成桩，桩内设置钢筋笼，可用于高层建筑、重型设备的大直径承重桩。预制桩的混凝土强度要求不低于C30，预应力混凝土桩要求不低于C40。采用静压法沉桩时，可适当降低，但不低于C20。预制桩的受力主筋应按计算确定，据桩的截面大小选用；预制桩不受地下水位与土质条件限制，无缩颈等质量事故，安全可靠
7、等优点，但预制桩自重大，需大型打桩机和吊桩的吊车，若桩长不够需接桩，桩太长需截桩，造价较高。,3.钢筋混凝土桩,15,钢桩可用于超重型设备基础、江河深水基础和高层建筑深基坑工程。钢桩的形式主要有钢管桩与宽翼工字形(或称H形)钢桩。钢管桩常用截面外径为4001000mm，壁厚为9、12、14、16、18mm；工字形钢桩常用截面尺寸为200mm200mm，250mm250mm，300mm300mm，350mm350mm，400mm400mm，钢桩长度据需要而定。钢桩的端部形式分敞口与闭口两种，工字形钢桩分带端板与不带端板两种。钢桩具有承载力高，材料强度均匀可靠，可重复使用的优点。而价格高、易诱蚀是
8、其主要缺点。,4.钢桩,16,指由两种不同材料组合的桩。例如钢管桩内填充混凝土，或上部为钢管桩，下部为混凝土等型式的组合桩。,5.组合材料桩,17,2.2.3 按成桩方法分类,锤击法：用桩锤把桩击入地基的沉桩方法。主要设备包括桩架、桩锤、动力设备与起吊设备等，常用的桩锤有单动汽锤、双动汽锤、柴油锤和落锤。适用于2060m长预制钢筋混凝土桩及4060m长钢管桩，且桩尖可进入硬土层一定深度。振动法：在桩顶装上振动器，使预制桩随着振动下沉至设计标高。主要设备为振动器。振动器内装置着成对的偏心块，当偏心块同步反向旋转时，产生竖向振动力使桩沉入土中。振动法适用于砂土地基，尤其在地下水位以下的砂土，受振动
9、使砂土发生液化，桩易于下沉。振动法对于桩的自重不大的钢桩的沉桩效果更好。这种方法不太适合一般的粘土地基。,1.打入桩,18,采用静力压桩机，将预制桩压入地基中，最适宜于均质软土地基。优点是：无噪音、无振动，对周围的邻近建筑物不产生不良影响。,2.静力压桩,19,钻孔灌注桩施工工艺：成孔下导管和钢筋笼 浇灌水下混凝土成桩灌注桩为在建筑工地现场成孔并在现场灌注混凝土制成的桩。根据灌注桩的成孔工艺，通常可分下列几种：*机械成孔桩*沉管灌注桩*夯压成型灌注桩,3.灌注桩,20,这种桩先用钻机钻孔，取出桩位处的土，然后灌注混凝土成桩。这种方法的优点是可以避免锤打的噪音和振动，可以是冲击钻头成孔和钻成孔。
10、常用成孔的钻机可有长螺旋钻机、潜水钻机、回旋钻机、大直径钻机。,机械成孔桩,21,施工工艺：桩孔就位，钢管底端带有混凝上预制桩尖或钢桩尖；沉管；沉管至设计标高后，立即灌注混凝土，尽量减少间隔时间；拔钢管并振捣混凝土，使桩径不断扩大；下放钢筋笼，再浇注混凝土至桩顶成桩。沉管灌注桩分为锤击沉管灌注桩和振动沉管灌注桩两种。,沉管灌注桩,22,桩管有外管与内夯管2根，同步沉入设计标高。沉管过程，外管封底可采用干硬件混凝土，经夯击形成阻水、阻泥管塞，其高度一般为100mm，内夯管比外管短100mm位于管塞上。内夯管底端可采用闭口平底或闭口锥底两种不同形式。夯击成型灌注桩可将桩底端扩大，成为夯扩桩。,夯压
11、成型灌注桩,23,采用人工成孔，每挖深0.91.0m，就浇灌或喷射混凝土护壁(上下圈之间用插筋连接)，达到所需深度时，可进行扩孔，最后在护壁内安装钢筋笼和浇灌混凝土。挖孔桩的直径不宜小于1.00m，最大桩径可达数米。人工挖孔桩具有设备简单、无噪音、适应性强、经济的优点，在我国各地应用广泛。,4.人工挖孔桩,24,2.2.4 按桩的设置效应分类,大量工程实践表明：成桩挤土效应对桩的承载力、成桩质量控制与环境等有很大影响。排挤作用会引起桩周土天然结构、应力状态和性质的变化，从而影响桩的承载力和沉降。因此，根据成桩过程的挤土效应将桩分为下列3类:*挤土桩*部分挤土桩*非挤土桩,25,1.非挤土桩成桩
12、过程对桩周围的土无挤压作用。成桩方法有干作业法、泥浆护壁法和套管护法。非挤土桩施工方法是，首先将桩位的土清除，然后在桩孔中灌注混凝土成桩。如人工挖孔扩底桩。2.部分挤土桩成桩过程对周围土产生部分挤压作用。如底端开口的钢管桩、H型桩和开口预应力混凝土管桩等打入桩，沉桩时对桩周土稍有排挤作用，但土的强度和变形性质改变不大。3.挤土桩成桩过程中桩孔中的土未取出，全部挤压到桩的四周，这类桩称为挤土桩，包括挤土灌注桩和挤土预制桩。由于挤土作用，使桩周一定范围内的土体结构受到严重扰动破坏。粘性土由于重塑作用而降低了抗剪强度；而原来处于松散状态的无粘性土则会由于振动挤密作用而使抗剪强度提高。,26,应当注意
13、：在饱和软土中设置挤土桩，如设计和施工不当，就会产生明显的不利的挤土效应，导致灌注桩桩身缩小乃至断裂，桩身上涌和移位，地面隆起，从而降低桩的承载力；桩基施工后，还可能因饱和软土的孔隙水压力消散，土层产生再固结沉降，使桩产生负摩阻力，降低桩基承载力，增大桩基的沉降。,27,按抗力特性，将桩可分为竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平受荷桩和复合受荷桩。(1)竖向抗压桩，是指主要承受竖向下压荷载的桩。大多数建筑桩基础为此种类型桩。(2)竖向抗拔桩，主要承受竖向上拔荷载的桩。例如建在山顶的高压输电塔的桩基础，受大风荷载时为抗拔桩。又如桩的静载荷试验中用作支承反力梁的桩为抗拔桩。(3)水平受荷桩，主要承受水平荷
14、载的桩。例如，深基坑护坡桩，承受水平方向土压力作用。(4)复合受荷桩，这种桩承受的竖向荷载与水平荷载均较大。,2.2.5 按桩的抗力特性分类,28,按桩的使用功能，桩可分为基础桩、支护桩、抗滑桩。(1)基础桩，是指主要用做建筑物的基础，用于支撑建筑物上部结构的荷重。(2)支护桩，主要承受水平向荷载的桩，用于建筑基坑开挖过程支挡侧向土压力。(3)抗滑桩，主要承受水平荷载的桩，用于边坡支挡。,2.2.6 按桩的使用功能分类,29,2.2.7 按桩径大小分类,据桩径D大小可将桩分为三类：D800mm 大直径桩 250mmD800mm中直径桩 D250mm 小直径桩（树根桩）,30,2.3 桩、土系荷
15、载作用机理,Load Action Mechanism between Pile and Soil,目录,31,2.3.1桩、土间的荷载传递,竖向压力（）作用下，桩身上部受到压缩()而产生相对于土的向下相对位移，与此同时，桩侧表面受到土的向上摩阻力（Qs）的作用，桩身荷载通过发挥出来的桩侧摩阻力传递到桩周土层中去，致使桩身荷载()和桩身压缩变形()随深度递减。,+Nl,Q,Q=N0=,Nl,32,随着荷载增加，桩身压缩量和位移的逐渐增加，桩身下部的摩阻力也逐渐被调动并发挥。桩身荷载传至端底，桩底土层受压缩而产生桩端阻力(Qp)，即作用荷载（Q）通过桩侧摩阻力(QS)与桩端阻力(Qp)传递到桩周
16、围土层中去。,Qp,33,荷载传递过程中，荷载与桩土位移变化的关系不同，反映出不同桩的不同工作性状。研究表明：桩的荷载传递特征与诸多因素有关地基上的天然应力状态、土层性质和分布、桩基施工引起的土的结构、相对位移和应力状态的变化、土体应力-应变-时间关系、外荷的性质，桩的材料、几何尺寸、施工质量,34,2.3.2 桩、土间力的平衡,35,微段dz力的平衡：,桩侧摩阻力z与桩身轴力Nz的关系：,由于桩顶轴力()沿桩身向下通过桩侧摩阻力逐步传给桩周土，因此轴力(Nz)就相应地随深度而递减。桩底的轴力Nl即桩端阻力Qp=Nl，而桩侧总阻力Qs=Q-Qp。,36,根据材料力学计算构件受压变形公式：桩身弹
17、性压缩量为：桩端压缩量为：桩顶沉降为：,地基基床系数,桩身弹性模量,37,例题：,某预制桩，截面为400400mm，自承台底面起算的长度为12m。场地土层的分布和平均摩阻力如下表所示。假定桩端单位面积上的压力（pl）与位移(l）成正比，桩端土基床系数ks=4104kN/m3。桩身弹模Ep=29.5kN/mm2。试计算桩顶竖向荷载为550kN时的桩顶沉降量。,38,39,桩身截面位移：为桩顶位移与深度0-z范围内的桩身压缩量之差,Ap、Ep桩身横截面积和桩身弹性模量；Nz-z深度上桩身轴力。,若取z=l（即等于桩长），则上式右边为桩端位移表达式。,40,竖向荷载逐渐施加于单桩桩顶，桩身上部受压缩
18、而产生相对于土体的向下位移，桩侧表面便有向上的摩擦阻力。桩身荷载通过桩侧摩阻力传递到桩周土层中，致使桩身荷载和压缩变形随深度的增加而减少。在桩土相对位移等于零处，摩阻力也等于零。随着桩身荷载的增大，桩身压缩变形和位移量也增大，桩身部四周土体的摩阻力也将随着增大，桩尖土层也受压缩而产生端阻力。,1、桩土荷载传递规律,41,Qp,42,桩端土层的压缩又加大了桩、土间的相对位移，这又进一步加大了桩四周的摩阻力。当桩身摩阻力到达极限后，继续增加荷载，这部分增大的荷载全部由桩端阻力来承担，此时桩端持力层的压缩位移量将迅速增大，到达某一极限，桩端土层产生塑性变形并发生塑性挤出，位移迅速增大而破坏。这时桩所
19、承受的荷载就是极限荷载。,43,桩周表面的摩阻力，实质上就是土沿着桩身的极限抗剪强度或土与桩身的粘着力。桩在极限荷载作用下:对于较软的土，剪切面一般发生在桩表面的邻近土中，极限摩擦力即为桩周土的抗剪强度。对于较硬的土，剪切面可能发生在桩、土的接触面上，摩擦力略小于土的抗剪强度。大量实验表明，当桩顶沉降510mm时，摩擦力即可达到极限值。,44,2.桩、土模量比Ep/Es Ep/Es越大，桩端阻力所分担的荷载比值也越大，桩侧摩阻力分担荷载的比例减少。对Ep/Es 10的中长柱，其端阻力接近于零。这说明对于砂桩、碎石桩、灰土桩等低刚度桩组成的”基础”，应按复合地基工作原理进行设计。,45,3.桩底
20、扩大头与桩身直径之比D/d D/d比值越大，桩端阻力承受的荷载比值越大。4.桩长径比l/d l/d值对荷载的传递影响较大，均质土中的钢筋混凝桩，其荷载传递的状态主要受l/d 的影响。当l/d100时，桩端土的性质对荷载传递无任何影响。可见l/d 很大的桩属于摩擦桩或纯摩擦桩。此时无需采用扩底桩。,46,2.3.4 侧摩阻力及端阻力,桩在打入土的过程中向四周挤土，当桩身未受荷载Q作用之前，桩身四周便有垂直于桩身表面正压力的作用。施加荷载Q之后，桩身下沉，因此在桩、土接触面上便有摩擦力q(z)作用。,单桩的承载力应等于桩身表面摩擦力与端阻力之和。,桩、土接触面摩擦系数,Q,47,1.上部土层很软、
21、摩擦力很小可以略去不计；下部土层很硬，桩的位移很小，此时桩的荷载主要由端阻力承担，这就是端承桩。若持力层较弱，端阻力较小，上部土层较硬，上部结构的荷载主要由摩擦力来平衡，这就是摩擦桩。介于上述两者之间，则荷载由桩摩擦力及端阻力共同承担。,两部分力的大小取决于桩四周及桩端土的物理和力学特性，桩的类型及截面尺寸，桩所受荷载大小及性质。,48,3.桩承受向上的拔力 桩周有土的侧向压力作用，桩周摩阻力q向下，形成一个向下的合力p，属抗拨桩。,2.作用于桩顶荷载除轴力N之外，还有横向力T、弯矩M。横向力T及弯矩M使桩产生侧向位移而发生弯曲。,桩身受力不对称，属横向受力桩,49,4.负摩擦桩 一般说来桩受
22、荷后向下移，作用在桩周的摩擦力是向上的(正摩擦力)。但如：a.在地面有大面积堆载；b.打桩时土层尚未固结完毕；c.大量抽取地下水造成上层下沉；d.因湿陷性黄土因浸水湿陷等桩周有向下的摩擦力负摩擦力。这个负摩擦力不但不是桩承载力的一部分，反而变成施加在桩上的外荷载。,50,51,承受竖向压力的桩，桩上部的摩阻力首先发挥，随时间或荷载的增加，摩阻力逐渐向下转移，桩端阻力也逐渐发挥。在粘性土中的桩，桩侧摩阻的分布随时间由桩身上部承担逐渐向桩下转移，桩端阻力随时间逐渐增大。,单桩受竖向荷载作用的规律,52,(2)发挥极限侧摩阻力所需的位移su。对于粘性土一般约为510mm，对于砂土一般约为1020 m
23、m，但并非定值。粘性土中所需位移一般为桩端直径1025%。硬粘土中取较小值，在砂性土中为810%。对孔底有虚土、沉渣等的孔，发挥极限端阻，位移更大。与持力层性质，上额荷载大小及桩径也有关。另外，它与桩径大小、桩长、桩的施工工艺、土层性质与分布位置、成桩质量等有关。如挤土桩与非挤土桩的su值不同；大直径桩(钻孔灌注)的su比小直径钻孔灌注桩大。加工软化型土(密实砂，粉土，超固结粘性土)的su较小，而加工硬化型土的su较大。对同一施工类型桩，一般按摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩的顺序，应依次增大；,53,(3)桩端土与桩周土的刚度比(Eb/Es)愈小，桩身轴力沿深度衰减愈快；当Eb/Es增至100
24、时，端阻力荷载约为60%，桩身下部侧阻的发挥相应降低；Eb/Es再继续增大，对端阻分担荷载比的影响不大。(4)随桩的长径(l/d)的增大，传递至桩端的荷载减小，桩身下部侧阻发挥值也相应降低。(5)随桩端扩径比(D/d)的增大，桩端阻力分担的荷载比则愈大。,54,2.3.5单桩的破坏模式,竖向抗压桩主要有地基土强度破坏和桩身材料强度破坏两种破坏模式，以第一种破坏较普遍。单桩破坏的特征往往是由侧阻和端阻的荷载沉降关系(Qs曲线)反映出来。由于一般桩侧阻先于端阻发挥，Qs曲线前段基本能反映侧阻的发挥性状，而后段主要反映端阻的发挥性状。,55,(1)桩身材料破坏,地基承载力超过桩材料强度所能承受的荷载
25、，桩先于土发生曲折破坏(嵌岩端承桩)或超长摩擦桩顶压屈而破坏，Qs曲线无明显转折点。,56,(2)桩端土整体剪切破坏,桩端压力超过桩端土的承载力，桩端土中形成完整的剪切滑动面，土体向上挤出而破坏其Qs曲线有明显的转折点。,57,(3)刺入剪切破坏,在均质土层中的摩擦桩，其Qs曲线无明显的转折点。桩沿桩侧及桩端发生剪切与刺入破坏。,58,(4)桩侧纯剪切破坏,对于孔底沉积淤泥(沉渣)较厚的钻(冲)孔灌注桩，其桩端几乎不能提供反力，桩沿桩侧面发生纯剪切破坏。,59,2.4 单桩承载力确定,Determination for Bearing Capacity of Single Pile,目录,60
26、,桩的承载力是设计桩基础的关键。单桩竖向极限承载力是指桩基达到最大承载能力或整体失稳或发生不适于继续承载的变形时所对应的最大承载力值。单桩竖向承载力取决于桩本身的材料强度和地层的支承能力。桩基极限状态分两类：承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态对应于桩基达到最大承载能力或整体失稳或发生不适于继续承载的变形；正常使用极限状态对应于桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值。,61,我国确定桩的承载力主要依据：建筑地基基础设计规范和建筑桩基技术规范。在建筑桩基技术规范(JGJ94-94)中，确定单桩竖向极限承载力标准值按如下规定：(1)一级建筑桩基应采用现场静
27、载荷试验确定，并结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定。(2)二级建筑桩基应根据（采用）静力触探、标准贯入等、经验参数等估算，并参照地质条件相同的土工试验资料，综合确定。当缺乏可参照的试桩资料或地质条件复杂时，应由现场静载荷试验确定。(3)三级建筑桩基，如无原位测试资料时，可利用各类岩土承载力经验参数估算。,62,确定单桩竖向极限承载力的方法：静载荷试验原位触探试验按静力学公式计算按岩土工程性质试验资料估算,63,2.4.1 根据静载荷试验确定单桩竖向极限承载力,1.单桩静载荷试验,(1)试验目的 确定单桩竖向极限承载力，作为桩基设计的依据。当埋设有桩底反力和桩身应力、应变测量元件时，尚
28、可直接测定桩周各土层的极限侧阻力和极限端阻力。(2)试验装置加荷装置：油压千斤顶等反力装置：锚桩横梁反力装置、压重平台反力装置、锚桩压重联合反力装置）变形测量装置：,64,(a)锚桩法,65,(3)荷载与沉降的量测桩顶荷载可在千斤顶上放置应力环、应变式压力传感器直接测定，或采用连接在千斤顶的压力表测定油压，根据千斤顶的率定曲线换算荷载。试桩沉降通常采用百分表或电子位移计量测。对于大直径桩，应在其2个正交直径方向对称安置4个位移测试仪表；中等和小直径桩径可安置2个或3个位移测试仪表。沉降测定平面离桩顶距离不应小于0.5倍桩径。固定和支承百分表的夹具和基准梁在构造上应确保不受气温、振动及其它外界因
29、素的影响而发生竖向变位。,66,(4)静载荷试验技术要点,试验加载方式采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷载达到沉降变形相对稳定后加下一级荷载，直到试桩破坏，然后分级卸载到零。当考虑结合工程桩的荷载特征可采用多循环加、卸载法。当考虑缩短试验时间，对于工程桩的检验性试验，可采用快速维持荷载法，即一般每隔1小时加一级荷载。加载分级每级荷载为预估极限荷载的1/101/15，第一级荷载可按2倍分级荷载加荷。,67,桩顶沉降观测每级加荷后间隔5、10、15min各测读一次，以后每隔15min测读一次，累计1小时后每隔30min测读一次，每次测读值记入试验表。沉降相对稳定标准每一小时的沉降不超过0.1m
30、m，并连续出现两次，认为已达相对稳定，可加下一级荷载。,68,终止加载条件当出现下列情况之一时，即可终止加载：a.某级荷载作用下，桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5倍；b.某级荷载作用下，桩的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定；c.已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量时（即已最大反力）。d.当荷载沉降曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量40mm；e.25m以上的非嵌岩桩，Qs曲线呈缓变型时，桩顶总沉降量大于6080mm；,69,卸载与卸载沉降观测每级卸载值为每级加载值的2倍。每级卸载后间隔15、15、30分钟测记一次变形后即可卸下一级荷载。全
31、部卸载后，间隔34小时再测读一次。,70,2.单桩竖向极限承载力的确定,slgt曲线,Qs曲线,71,单桩竖向极限承载力确定方法一、由实测资料绘制Q-s、s-lgt曲线以及其它辅助分析所需曲线，据Q-s曲线的特征，按下列方法确定实测值：,a.Q-s曲线有明显的陡降段，取陡降段起点相应的荷载值；对缓变型Q-s曲线一般可取s=40-60mm对应的荷载。对于大直径桩可取(0.03-0.06）D。D为桩端直径，大桩径取低值，小桩径取高值;对细长桩(l/d80)可取s=60-80mm对应的荷载；,c.根据沉降随时间变化特征确定极限承载力：取s-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值。,72,取参与
32、统计的实测值的平均值，极差不超过平均值的30%;对桩数3的柱下承台，取最小值;,单桩竖向承载力标准值 Rk=Quk/K(K-安全系数，取2.0),二、建筑地基基础设计规范 GB50007-2002 确定单桩竖向承载力,73,计算n根试桩极限承载力平均值Qum;（试桩数量不宜小于总桩数的1，且不应少于3根；总桩数在50根之内时不应少于2根。）计算每根桩实测值与平均值之比 计算i的Sn标准差;确定单桩竖向极限承载力标准值Quk：当Sn0.15,取Quk=Qum;当Sn0.15,取Quk=Qum;,三、建筑桩基技术规范 JGJ94-94 确定单桩竖向承载力,单桩竖向极限承载力标准值折减系数,实测值,
33、74,单桩竖向极限承载力标准值折减系数（）n=2时用表：,n=3时用表：,当n4时，按下式计算：A0+A1+A2+A31+A4=0,75,取m=1、2、.，直到满足下式：A0+A1+A2+A31+A4=0,76,2.4.2 根据静力触探资料关于预制桩单桩竖向极限承载力标准值的确定,一、单桥静力触探资料,qsik比贯阻力估算的桩周第i层土的极限侧阻力标准值；psk桩端附近的静力触探比贯阻力标准值(平均值)；桩端阻力修正系数,桩入土深度（h）：指桩端平面至地表面的距离。,h,地表面,77,关于qsik应考虑土工试验资料,78,二、双桥静力触探资料对粘性土、粉土和砂土，如无当地经验时，按下式计算,f
34、si 探头平均侧阻力；qc 桩端平面上、下，探头的锥尖阻力，取桩端平面以上4d范围内按土层厚度的探头锥尖阻力加权平均值，然后再和桩端平面以下1d范围内的探头锥尖阻力进行平均。桩端阻力修正系数；粘性土、粉土取2/3,饱和砂土取1/2;i 第i层土桩侧阻力综合修正系数，按下式计算,粘性土、粉土砂土,79,根据承载桩的工作原理，单桩承载力包括：桩端土对桩的支承作用即端阻力 对桩的摩擦作用即侧阻力即单桩的承载力等于桩身表面侧阻力与端阻力之和。,2.4.3 按静力学公式计算,80,初步设计时，可用下列公式估算单桩竖向承载力特征值：,一、建筑地基基础设计规范法,Ra单桩的竖向承载力特征值，kN；qp桩端的
35、承载力标准值，kPa，(查表)可按地区经验确定；Ap桩身的横截面面积，m2；up桩身的周边长度，m；qsi桩周土的摩擦力标准值，kPa，(查表)可按地区经验确定；li按土层划分的各段桩长，m。,摩擦桩：,端承桩：,81,例题1,承台底面下长度12.5m的预制桩截面为350mm350mm，打穿厚度5m的淤泥质土，进入可塑偏硬粘土(IL=0.40)的长度7.5m，计算单桩承载力。,解：以下查表参见土力学地基基础清华大学陈希哲第1层淤泥质土，l1=5m,查表 qs1=12kPa第2层可塑偏硬粘土，l2=7.5m,查表qs2=33kPa qp=1680kPa单桩承载力标准值（特征值）：,82,(1)据
36、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宜按下式计算：,桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；如无当地经验值时，可按表2-3取值；,单桩总极限侧阻力标准值,单桩总极限端阻力标准值,极限端阻力标准值，kPa；如无当地经验时，可按表2-4取值。,二、建筑桩基技术规范法,83,例题2,沉管灌注桩，桩长12.5m的，直径为600mm。打穿厚度5m的淤泥质土和厚度为5m的可塑粘土(IL=0.50)，进入密实的细砂层。计算单桩极限承载力。,解：第1层淤泥质土，l1=5m,查表(见建筑地基基础p315)qs1k=18kPa(15-22)第2层可塑粘土，l2=5m,查表 qs2k=55k
37、Pa（52-63）第3层密实细砂，l3=2.5m,查表qs3k=65kPa（50-67）查表(见建筑地基基础p317)qpk=3650kPa（3000-3900）单桩极限承载力标准值：,84,85,86,87,过！,88,大直径桩QS曲线一般呈缓变型，桩端以压密为主，呈渐进型破坏，与常规桩型800的桩的特征不同，主要表现为钻,挖,冲孔大直径非嵌岩灌注桩的侧阻松弛效应,端阻的尺寸效应.,侧阻力、端阻力尺寸效应系数,(2)根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定大直径桩(d800mm)单桩竖向极限承载力标准值,89,干作业桩（清底干净，D=800mm）极限端阻力标准值qpk,密实状态可由标
38、贯击数确定:N10为松散 10N 15为稍密15N 30为中密 N30为密实,90,大直径灌注桩侧阻力尺寸效应系数si、端阻力尺寸效应p,注意：D为桩端直径,91,例题3,干作业钻孔桩，桩长12.5m，直径1000mm，桩穿越厚度5m的粉质粘土（IL=0.75）和厚度为5m的可塑粘土(IL=0.50)，进入密实的细砂层。计算单桩极限承载力。,解：第1层粉质粘土，l1=5m,查表 qs1k=48kPa第2层可塑粘土，l2=5m,查表 qs2k=76kPa 第3层密实细砂，l3=2.5m,查表 qs3k=70kPa qpk=2250kPa查表：,92,单桩极限承载力标准值：,93,对大直径钢管桩,
39、预应力管桩,考虑闭塞效应与侧阻挤土效应,承载力为:Quk=Qsk+Qpk=suqsikli+pqpkAp,侧阻挤土效应系数,闭口桩s=1,敞口查表;桩端闭塞效应系数,闭口桩p=1,敞口取取值如下:hb/ds5,p=0.16hb/dsshb/ds5,p=0.8s,hd-桩端入持力层深度;ds-钢管桩外径,对于带隔板的半敞口钢管桩,以等效直径de代替ds,钢管桩（简介）,n=2,94,嵌岩桩（简介）,嵌岩桩特别是大直径嵌岩桩，由于具有承载力大，单桩沉降及群桩沉降小，建筑物沉降一般在施工过程中即可完成，抗震性能好，并能充分利用基岩承载能力及桩身混凝土抗压强度等特点。实际应用过程中对嵌岩桩承载特性与传
40、递机理缺乏足够的了解,导致在嵌岩桩设计与承载力取值方面存在一些误差,即 不管嵌岩桩长径比大小,上覆土性,有无沉渣一律视为端承桩进行设计;不适合地增加嵌岩深度或不考虑基岩软硬程度而采用扩底,从而造成工期延长,施工难度增加及不必要的浪费.,95,嵌岩桩承载力由桩周总侧阻,嵌岩段总侧阻和总端阻组成:Quk=Qsk+Qrk+QpkQsk=usiqsikliQpk=pfrcApQrk=u sfrchrc,嵌固深度,当hr5d时,取5d,si 覆盖土层第i层土的侧阻力发挥系数;当桩的长径比(l/d30),桩端置于新鲜或微风化硬质岩中且桩底无沉渣 时,对于粘性土,粉土,取0.8;对于砂土及碎石土取0.7;对
41、其它情况,取1;s嵌岩桩段侧阻力修正系数;p端阻力修正系数.,岩石饱和单轴抗压强度标准值,96,过！,97,98,99,按土的抗剪强度指标计算（简介）,以土力学原理为基础，采用抗剪强度指标计算单桩承载力1.单桩极限承载力的一般表达式,G-桩的重力,100,任意深度处的摩阻力极限值u,侧压力系数,桩端水平面上土的竖向压力,承载力系数,桩,Ksv,水平围压,101,2.粘性土中的单桩在粘性土和粉土中考虑短期承载力，抗剪强度指标应采用不排水剪强度指标0，承载力系数N=0，Nq=1。a=0,并假定AbvbG,桩端平面上的竖向压力,桩土附着力,根据土的不排水抗剪强度Cu按下表8-7确定而Nc=9,102
42、,103,3.砂土按有效应力计算,砂土c=0,有ca=0、cNc=0,略去用有效应力代换：,简式,注意：有效应力的临界深度(Zc)；系数。,104,105,例题某混凝土预制桩截面350350mm，桩长12.5m（自承台底面起算）。该桩打穿淤泥层（厚度l1=5m，其重塑土样的不排水抗剪强度cu=16kPa，后进入粘土层（l2=7.5m，cu=130kPa），试计算单桩承载力。（注意”涂抹作用”：在打桩过程中，上层软土被带入下层硬土而改变其摩阻力。这种影响与上覆土的类别和贯入下层的长度有关。）,106,2.5 群桩竖向承载力,Vertical Bearing Capacity of Pile Gr
43、oup,目录,107,群桩：共用一个承台，承受荷载的多根（基）桩集合体。桩承台：建造在单桩或群桩顶部，用以联接上部结构和传递荷载的钢筋混凝土板、块。（高桩承台与低桩承台）,108,2.5.1 群桩效应,概念：竖向荷载下的群桩基础，由于承台、桩与地基土的相互作用，使桩侧阻力、端阻力、基础沉降等性状发生变化，而明显不同于单桩，表现为:群桩承载力往往不等于各单桩承载力之和;（即1+12）群桩基础沉降不等于平均荷载作用下的单桩所对应的沉降。（即1+12）,109,110,影响因素：群桩效应受土性、桩距、桩数、桩的长细比、桩长与承台宽度比、承台刚度、桩端持力层及成桩方法等因素的影响,相关概念基桩:群桩基
44、础中的一根单桩。桩基础:由基桩和连接于桩顶的承台共同构成。分低承台桩基和高承台桩基。复合基桩:低承台群桩基础中包含承台底土阻力（作用）的基桩。复合桩基:考虑承台底地基土与桩共同承担荷载的桩基础。高桩承台：桩承台底面高出地面或水面的桩承台。低桩承台：桩承台底面低于地面的桩承台。,111,端承型群桩基础端承型桩基的桩底持力层坚硬；由桩身压缩引起的桩顶沉降也不大，因而承台底面土反力(接触应力)很小。,之下产生应力重叠，但并不足以引起坚实持力层明显的附加变形。,2.5.1.1 端承型群桩基础,桩顶荷载基本上集中通过桩端传给桩底持力层，并近似地按某一压力扩散角向下扩散，且在距桩底深度为,112,端承型群
45、桩基础中各基桩的工作性状接近于单桩群桩基础承载力等于各基桩的相应单桩承载力之和群桩效应系数1,应力扩散角,113,1.承台底面脱地的情况(非复合桩基，即没有承台效应),底面离地的承台下各基桩如同单桩那样受荷。桩顶荷载(Q)主要通过桩侧阻力引起压力扩散角范围内桩周土中的附加压力。各桩在桩端平面上的附加压力分布面积的直径为,时，群桩桩端平面上的应力因各邻桩桩周扩散应力的相互重叠而增大。所以，摩擦型群桩的沉降大于单桩。,2.5.1.2 摩擦型群桩基础,当,114,影响因素,(1)承台刚度的影响中心荷载作用下的刚性承台使各基桩同步均匀沉降，也使基桩桩顶荷载发生由承台中部向外围转移的过程。刚性承台下的桩
46、顶荷载分配一般是角桩最大、中心桩最小、边桩居中，而且桩数愈多，桩顶荷载配额的差异愈大。随着承台柔度的增加，基桩的桩顶荷载分配将逐渐与承台上荷载的分布一致。,115,(2)地基土性质的影响对打入较疏松的砂类土和粉土(摩擦性土)中的挤土群桩，其桩间土被明显挤密，致使桩侧和桩端阻力都因而提高；同类土中的非挤土桩群在受荷沉降过程中，桩间土会随之增密、桩侧法向应力增大，而使桩侧摩阻力有所提高。由这两种原因引起的摩阻力增值都以中间桩为大，边桩、角桩相对较小，其分配趋势恰与承台刚度的影响相反（互补），致使桩顶荷载分布趋于均匀。,116,(3)基桩间距的影响以上两项影响都是针对常用桩距(Sa=3-4d)而言的
47、。若桩距过小(SaD，一般大于6d)，以上各项影响都将趋于消失，而基桩的工作性状就接近于单桩。桩距是影响摩擦型群桩基础群桩效应的主导因素。,117,承台底面贴地的桩基，除了也呈现承台脱地情况下的各种群桩效应外，还通过承台底面土反力分担桩基荷载，使承台兼有浅基础的作用，而被称为复合桩基。其基桩，因其承载力含有承台底土阻力的贡献在内，特称为复合基桩。,2承台底面贴地的情况(复合桩基承台效应),台底土反力马鞍形分布,桩端贯入、桩基整体下沉,上层土位移,118,对发挥台底土反力有利的因素是：桩顶荷载大桩端持力层可压缩承台底面下土质好桩身细而短布桩少而疏刚性承台底面土反力呈马鞍形分布。以桩群外围包络线为
48、界，将台底面积分为内外两区，内区反力比外区小而且比较均匀，桩距增大时内外区反力差明显降低。台底分担的荷载总值增加时，反力的塑性重分布不显著而保持反力图式基本不变。利用台底反力分布的上述特征，可以通过加大外区与内区的面积比 来提高承台分担荷载的份额。,119,(1)对桩侧阻力的削弱作用 桩-台整体沉降时，贴地承台迫使上部桩间土压缩而下移，减少了上部的桩-土相对滑移，从而削弱上段桩侧摩阻力的发挥，甚至会改变侧摩阻的方向。(2)对桩端阻力的增强作用 当承台宽度与桩长之比（Bc/l）0.5时，由台底扩散传至桩端平面的竖向压力可以提高对桩底土侧方挤出的约束能力，从而增强桩端极限承载力。此外，台底压力在桩
49、间土中引起的桩侧法向应力，可以增强摩擦性土(砂类土、粉土)中的桩侧摩阻力。(3)对基土侧移的阻挡作用 承台下压时，群桩的存在以及台土接触面摩阻力都对上部桩间土的侧向挤动产生阻挡作用，同时也引起桩身的附加弯矩。,承台贴地引起的群桩效应,120,2.5.2 基桩竖向承载力设计值,桩基的群桩效应难以通过承台-桩-土相互作用分析的理论方法求解。实用方法：建筑桩基技术规范(JGJ 94-94)引用构成基桩(包括复合基桩)极限承载力诸分量的平均值与其相应单桩各分量(与复合基桩极限承载力分量中的承台底土阻力相应的，则是承台底地基土的极限承载力)的平均值之比为该分量的群桩效应系数。,121,侧阻群桩效应系数,
50、端阻群桩效应系数,侧阻端阻综合群桩效应系数,承台土阻力群桩效应系数,其值是据基桩侧阻、端阻、承台土阻力的大量测试结果、及其随有关因素(包括基土类别、桩距-桩径比、台宽-桩长比)而变化的规律给出的。,122,Bc/l,123,124,承台内、外区土阻力群桩效应系数表2-11,3 4 5 6 3 4 5 6,返回,125,1.桩数3的桩基，其基桩的竖向承载力设计值 由静载荷试验确定时,桩侧阻抗力分项系数,桩端阻抗力分项系数,桩侧阻端阻综合抗力分项系数,126,2.桩数3的非端承桩基，宜考虑群桩土承台的相互作用效应，其复合基桩的竖向承载力设计值为 由静载荷试验确定时,当承台底面以下存在可液化土、湿陷
