市政工程教学课件：桩基础.ppt

1、第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 1 1、桩基设计原则桩基设计原则 2 2、桩及桩基础的分类、桩及桩基础的分类 3 3、单桩竖向荷载的传递、单桩竖向荷载的传递 4 4、单桩竖向承载力的确定、单桩竖向承载力的确定 5 5、单桩抗拔承载力及单桩水平承载力、单桩抗拔承载力及单桩水平承载力 6 6、桩基础设计、桩基础设计 本章内容简介本章内容简介 第第 8 8 章章 桩基础设计桩基础设计 1 1、桩基设计原则、桩基设计原则 识记：建筑桩基安全等级的概念。识记：建筑桩基安全等级的概念。 领会：桩基需进行的计算和验算。领会：桩基需进行的计算和验算。 2 2、桩的分类、桩的分类 2 2、领会

2、领会：端承型桩与摩擦型桩的概念。：端承型桩与摩擦型桩的概念。 1 1、识记：桩的各种分类方法。、识记：桩的各种分类方法。 3 3、领会：常用的预制桩与灌注桩的类型及特点。、领会：常用的预制桩与灌注桩的类型及特点。 2 2、领会：单桩竖向荷载的传递规律。、领会：单桩竖向荷载的传递规律。 3 3、单桩竖向荷载的传递、单桩竖向荷载的传递 1 1、识记：桩侧负摩阻力的概念。产生条件、识记：桩侧负摩阻力的概念。产生条件、 分布与确定方法分布与确定方法 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 应用：单桩竖向承载力特征值的确定应用：单桩竖向承载力特征值的确定 4 4、单桩竖向承载力的确定、单桩竖向

3、承载力的确定 识记：按静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值识记：按静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值 的方法。的方法。 识记：按土的物理指标与承载力参数之间的经验关系识记：按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的方法。确定单桩竖向极限承载力标准值的方法。 识记：按土的物理指标与承载力参数之间的经验关系识记：按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（确定大直径桩（d800mmd800mm）单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力 标准值的方法。标准值的方法。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 5 5、单桩抗拔承载力及单桩水平承载力、

4、单桩抗拔承载力及单桩水平承载力 识记：单桩抗拔极限承载力取值及计算方法。识记：单桩抗拔极限承载力取值及计算方法。 领会：影响单桩水平承载力的主要因素。领会：影响单桩水平承载力的主要因素。 6 6、桩基础设计、桩基础设计 识记：桩基础的设计步骤。识记：桩基础的设计步骤。 领会：计算桩的数量，桩的最小中心距要求，领会：计算桩的数量，桩的最小中心距要求， 进行桩基础平面布置。进行桩基础平面布置。 应用：桩基础验算，桩承台构造要求及设计计算应用：桩基础验算，桩承台构造要求及设计计算 方法，桩身设计。方法，桩身设计。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 学习目的和要求学习目的和要求 通过本

5、章的学习，了解桩的分类与选型、单桩竖向载荷通过本章的学习，了解桩的分类与选型、单桩竖向载荷 传递的特点，掌握竖向荷载作用下单桩承载力的确定方法，传递的特点，掌握竖向荷载作用下单桩承载力的确定方法， 了解桩的负摩阻力概念；熟悉桩基础设计与计算的各项内容了解桩的负摩阻力概念；熟悉桩基础设计与计算的各项内容 和方法，初步了解桩基础设计与施工技术。和方法，初步了解桩基础设计与施工技术。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 概概 述述 8.1 设置于土中的竖直或倾斜的柱型构件，设置于土中的竖直或倾斜的柱型构件， 在竖向荷载作用下，通过桩土之间的在竖向荷载作用下，通过桩土之间的 摩擦力（桩侧

6、摩阻力）和桩端土的承摩擦力（桩侧摩阻力）和桩端土的承 载力（桩端阻力）来承受和传递上部载力（桩端阻力）来承受和传递上部 结构的荷载。结构的荷载。 桩的定义桩的定义 桩基础桩基础 由设置于岩土中的桩和与桩顶连接的承台由设置于岩土中的桩和与桩顶连接的承台 共同组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩共同组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩 基础。基础。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 软 土 层 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 8.1.1桩基础的适用性桩基础的适用性 1.承载力高承载力高 2.沉降量小沉降量小 3.能承受一定的水平荷载和上拨力，稳定性好能承受一定的水平荷

7、载和上拨力，稳定性好 4.可以提高地基基础的刚度、改变其自振频率可以提高地基基础的刚度、改变其自振频率 5.可提高建筑物的抗震能力可提高建筑物的抗震能力 6.便于实现基础工程机械化和工业化便于实现基础工程机械化和工业化 一、桩基础的优点一、桩基础的优点 桩基础的突出优点：桩基础的突出优点： 承载力高、变形量小、抗液化、抗拉拔能力强。承载力高、变形量小、抗液化、抗拉拔能力强。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 二、桩基础的适用范围二、桩基础的适用范围 (1)(1)水上建筑物；水上建筑物； (2)(2)深持力层深持力层, ,高地下水位；高地下水位； (3)(3)高层建筑或其它重要的

8、建筑高层建筑或其它重要的建筑 物物抗震地基；抗震地基； (4)(4)对沉降非常敏感的建筑对沉降非常敏感的建筑, ,如如 精密仪器。精密仪器。 （5 5）地震区，以桩基作为结构）地震区，以桩基作为结构 抗震措施时。抗震措施时。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 4.1.24.1.2桩基设计原则桩基设计原则 1.桩基必须是桩基必须是安全适用安全适用的。的。 2.桩基设计必须是桩基设计必须是合理合理的。的。 3.桩基设计必须是桩基设计必须是经济经济的。的。 1.1.承载能力极限状态承载能力极限状态 ：对应于桩基达到最大承载力导致整体：对应于桩基达到最大承载力导致整体 失稳或发生不适于

9、继续承载的变形。失稳或发生不适于继续承载的变形。 2.2.正常使用极限状态：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的变形限值或达到耐久性要求的某项 限值。限值。 一、桩基设计的基本要求一、桩基设计的基本要求 （一）桩基的极限状态（一）桩基的极限状态 二、桩基设计原则二、桩基设计原则 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 设计设计 等级等级 建筑类型建筑类型 甲级甲级 （1 1）重要建筑物；）重要建筑物； （2 2）3030层以上或高度超过层以上或高度超过100m100m的高层建筑；的高层建筑； （3

10、3）体型复杂）体型复杂, ,层数相差超过层数相差超过1010层的高低层层的高低层( (含纯地下室含纯地下室) )连体建筑；连体建筑； （4 4）2020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；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 5）场地和地基条件复杂的七层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑；）场地和地基条件复杂的七层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑； （6 6）对相邻既有工程影响较大的建筑）对相邻既有工程影响较大的建筑 乙级乙级 甲级、丙级以外的建筑；甲级、丙级以外的建筑； 丙级丙级 场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以的一般建筑场地和地基条件简单、

11、荷载分布均匀的七层及七层以的一般建筑 。 （二）建筑桩基设计等级划分（二）建筑桩基设计等级划分 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 （三）桩基计算规定（三）桩基计算规定 应根据桩基的使用功能和受理特征分别进行桩基的应根据桩基的使用功能和受理特征分别进行桩基的 竖向承载力竖向承载力和和水平承载力水平承载力计算；计算； 3 3、软弱下卧层软弱下卧层验算；验算； 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 2 2、设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均匀、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；或桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基；

12、 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 对于标准组合，荷载效应组合的设计值对于标准组合，荷载效应组合的设计值 S S 应按下式采用：应按下式采用： 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 对于准永久组合，荷载效应组合的设计值对于准永久组合，荷载效应组合的设计值 S S 应按下式采用：应按下式采用： 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 桩和桩基的分类桩和桩基的分类8.2 不同的分类标准不同的分类标准 桩桩 基基 的的 分分 类类 单桩基础单桩基础采用一根桩（通常为大直径桩）采用一根桩（通常为大直径桩） 以承受和传递上部结构荷载的基础。以承受和传递上部结构荷载的

13、基础。 群桩基础群桩基础由两根及以上的基桩组成的桩基础由两根及以上的基桩组成的桩基础 。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 1、按承台与地面的相对位置分类、按承台与地面的相对位置分类 高承台桩高承台桩 承台在地面以上承台在地面以上, , 桥桩桥桩, ,码头码头, ,栈桥。栈桥。 低承台桩：低承台桩： 承台在地面以下承台在地面以下, , 承台本身承担承台本身承担 部分荷载部分荷载 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 2 2、按承载性状分类、按承载性状分类 端承型桩端承型桩 摩擦型桩摩擦型桩 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 3 3、按桩的施工方法分类

14、、按桩的施工方法分类 （1 1）预制桩）预制桩 在施工前预先制作成型，再用各种机械设备把它沉入地基至设计在施工前预先制作成型，再用各种机械设备把它沉入地基至设计 标高的桩，称为预制桩。标高的桩，称为预制桩。 预制桩可以是木桩、钢桩或钢筋混凝土桩等。预制桩可以是木桩、钢桩或钢筋混凝土桩等。 （）灌注桩（）灌注桩 灌注桩为在建筑工地现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段灌注桩为在建筑工地现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段 在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。 依照成孔方法不同，灌注桩可分为钻（冲）孔

15、灌注桩、沉管灌注桩和依照成孔方法不同，灌注桩可分为钻（冲）孔灌注桩、沉管灌注桩和 挖孔灌注桩等几大类。挖孔灌注桩等几大类。 沉桩方法有气锤打入、振动沉桩、静压桩等。沉桩方法有气锤打入、振动沉桩、静压桩等。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 振动沉桩振动沉桩 预制桩预制桩1 113m13m 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 优点：施工过程中无挤土、优点：施工过程中无挤土、 无振动、噪音小，无振动、噪音小， 且桩径不受限制。且桩径不受限制。 缺点：泥浆沉淀不易清除，缺点：泥浆沉淀不易清除， 影响端部承载力的影响端部承载力的 充分发挥，并造成充分发挥，并造成 较大沉降

16、。较大沉降。 钻（冲）孔灌注桩：钻（冲）孔灌注桩： 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 优点：优点：在钢管内无水环境中沉放钢筋和浇灌混凝土，从而为桩身混凝土的在钢管内无水环境中沉放钢筋和浇灌混凝土，从而为桩身混凝土的 质量供了保障。质量供了保障。 缺点：缺点：a.a.拔除套管时，如果提管速度过快会造成缩颈、夹泥，甚至断桩。拔除套管时，如果提管速度过快会造成缩颈、夹泥，甚至断桩。 b.b.沉管过程的挤土效应除产生与预制桩类似的影响外，还可能使混沉管过程的挤土效应除产生与预制桩类似的影响外，还可能使混 凝土尚未结硬的邻桩被剪断。凝土尚未结硬的邻桩被剪断。 对策：对策：a.a.控制提管

17、速度；控制提管速度； b. b.采取采取“跳打跳打”顺序施工。顺序施工。 沉管灌注桩沉管灌注桩 ： 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 挖孔桩主要适用于粘性土和地下水位挖孔桩主要适用于粘性土和地下水位 较低的条件，最忌在含水砂层中施较低的条件，最忌在含水砂层中施 工，因易引起流砂坍孔，十分危险。工，因易引起流砂坍孔，十分危险。 人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 4 4、按成桩方法和成桩过程的挤土效应分类、按成桩方法和成桩过程的挤土效应分类 （1 1）非挤土桩：）非挤土桩： 成桩过程对桩周围的土无挤压作用的桩称为非挤土桩。成桩过程对桩周

18、围的土无挤压作用的桩称为非挤土桩。 主要有：钻（冲）孔桩，挖孔桩。主要有：钻（冲）孔桩，挖孔桩。 （2 2）部分挤土桩（少量挤土桩）：）部分挤土桩（少量挤土桩）： 成桩过程对周围土产生部分挤压作用的桩称为部分挤土桩。成桩过程对周围土产生部分挤压作用的桩称为部分挤土桩。 主要有：工型或主要有：工型或 H H 型钢桩，钢板桩，开口钢管桩，开口钢筋混凝土管桩。型钢桩，钢板桩，开口钢管桩，开口钢筋混凝土管桩。 （3 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，）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。这类桩称为挤土桩。 主要有：木桩、钢筋混凝土桩

19、，闭口的钢管桩或钢筋混凝土管桩，主要有：木桩、钢筋混凝土桩，闭口的钢管桩或钢筋混凝土管桩， 沉管灌注桩。沉管灌注桩。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平受荷桩以及复合受荷桩。竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平受荷桩以及复合受荷桩。 5、按桩的使用功能分类、按桩的使用功能分类 木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩以及组合材料桩。木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩以及组合材料桩。 6 6、按桩身材料分类、按桩身材料分类 7 7、按桩径大小分类、按桩径大小分类 小直径桩（小直径桩（d250mmd250mm）、中等直径桩（）、中等直径桩（250d800250d800

20、）和）和 大直径桩（大直径桩（d800mmd800mm）等。）等。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能 8.3 4.3.1 4.3.1 桩的荷载传递桩的荷载传递 一、单桩承载力的构成一、单桩承载力的构成 桩侧阻力桩侧阻力 桩端阻力桩端阻力 但两者并不是步发挥的但两者并不是步发挥的 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上 部首先受到压缩而发生相对于土的向下部首先受到压缩而发生相对于土的向下 位移，于是桩周土在桩侧

21、界面上产生向位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向 上的摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过上的摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过 程就是不断克服这种摩阻力并通过它向程就是不断克服这种摩阻力并通过它向 土中扩散的过程土中扩散的过程 。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 对对1010根桩长为根桩长为272746m46m的大直径灌注桩的荷载传递性能的的大直径灌注桩的荷载传递性能的 足尺试验结果。试验表明，桩侧发挥极限摩阻力所需要的位足尺试验结果。试验表明，桩侧发挥极限摩阻力所需要的位 移很小，粘性土为移很小，粘性土为1 13mm3mm，无粘性土为，无粘性土为5 57mm7mm；除两根支承；除两根

22、支承 于岩石的桩外，其余各桩（桩端持力层为卵石、砾石、粗砂于岩石的桩外，其余各桩（桩端持力层为卵石、砾石、粗砂 或残积粉质粘土）在设计工作荷载下，端承力都小于桩顶荷或残积粉质粘土）在设计工作荷载下，端承力都小于桩顶荷 载的载的1010。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 基础的功能在于把荷载传递给地基土。作为桩基主要传力基础的功能在于把荷载传递给地基土。作为桩基主要传力 构件的桩是一种细长的杆件，它与土的界面主要为侧表面，构件的桩是一种细长的杆件，它与土的界面主要为侧表面， 底面只占桩与土的接触总面积的很小部分（底面只占桩与土的接触总面积的很小部分（ 一般低于一般低于1%1%）

23、，）， 这就意味着桩侧界面是桩向土传递荷载的重要的，甚至是主要这就意味着桩侧界面是桩向土传递荷载的重要的，甚至是主要 的途径。的途径。 竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生 相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的 摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力 并通过它向土中扩散的过程并通过它向土中扩散的过程 。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 设桩身轴力为设桩身轴力为Q Q， 桩身轴力

24、是桩顶荷载桩身轴力是桩顶荷载 N N与深度与深度Z Z的函数的函数 (,)Qf N Z 桩身轴力沿深度桩身轴力沿深度 分布的实测资料分布的实测资料 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 桩身轴力桩身轴力Q Q 沿着深度而逐渐减小；在桩端处沿着深度而逐渐减小；在桩端处Q Q 则与桩底则与桩底 土反力土反力Q Qp p相平衡，同时桩端持力层土在桩底土反力相平衡，同时桩端持力层土在桩底土反力Q Qp p作用下作用下 产生压缩，使桩身下沉，桩与桩间土的相对位移又使摩阻力产生压缩，使桩身下沉，桩与桩间土的相对位移又使摩阻力 进一步发挥。随着桩顶荷载进一步发挥。随着桩顶荷载N N 的逐级增加，

25、对于每级荷载，的逐级增加，对于每级荷载， 上述过程周而复始地进行，直至变形稳定为止，于是荷载上述过程周而复始地进行，直至变形稳定为止，于是荷载 传递过程结束。传递过程结束。 由于桩身压缩量的累积，上部桩身的位移总是大于下部，由于桩身压缩量的累积，上部桩身的位移总是大于下部， 因此上部的摩阻力总是先于下部发挥出来；桩侧摩阻力达到因此上部的摩阻力总是先于下部发挥出来；桩侧摩阻力达到 极限之后就保持不变；随着荷载的增加，下部桩侧摩阻力被极限之后就保持不变；随着荷载的增加，下部桩侧摩阻力被 逐渐调动出来，直至整个桩身的摩阻力全部达到极限，继续逐渐调动出来，直至整个桩身的摩阻力全部达到极限，继续 增加的

26、荷载就完全由桩端持力层土承受；当桩底荷载达到桩端增加的荷载就完全由桩端持力层土承受；当桩底荷载达到桩端 持力层土的极限承载力时，桩便发生急剧的、不停滞的下沉持力层土的极限承载力时，桩便发生急剧的、不停滞的下沉 而破坏。而破坏。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 桩的长径比桩的长径比L/dL/d是影响荷载传递的主要因素之一，随着是影响荷载传递的主要因素之一，随着 长径比长径比L/d L/d 增大，桩端土的性质对承载力的影响减小，增大，桩端土的性质对承载力的影响减小， 当长径比当长径比L/dL/d接近接近100100时，桩端土性质的影响几乎等于零。时，桩端土性质的影响几乎等于零。

27、发现这一现象的重要意义在于纠正了发现这一现象的重要意义在于纠正了“桩越长，承载力桩越长，承载力 越高越高”的片面认识。希望通过加大桩长，将桩端支承在的片面认识。希望通过加大桩长，将桩端支承在 很深的硬土层上以获得高的端阻力的方法是很不经济的，很深的硬土层上以获得高的端阻力的方法是很不经济的， 增加了工程造价但并不能提高很多的承载力。增加了工程造价但并不能提高很多的承载力。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 桩侧摩阻力和桩端阻力的分布规律及影响因素桩侧摩阻力和桩端阻力的分布规律及影响因素 1.1.桩的侧阻随深度呈线性增大桩的侧阻随

28、深度呈线性增大。 2.2.桩侧极限摩阻力与所在的深度、土的类别和性质、成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桩方法等多种因素有关。 3.3.随着桩顶荷载的逐级增加，桩截面的轴力、位移和桩随着桩顶荷载的逐级增加，桩截面的轴力、位移和桩 侧摩阻力不断变化。侧摩阻力不断变化。 4.4.桩端阻力桩端阻力的发挥不仅滞后于桩侧阻力，而且其的发挥不仅滞后于桩侧阻力，而且其充分发充分发 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 截面位移值大得多截面位移值大得多。 5.5.桩长桩长对荷载的传递也有着重要的影响。对荷载的传递也

29、有着重要的影响。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 4.3.2单桩的破坏模式单桩的破坏模式 一、单桩的破坏模式影响因素一、单桩的破坏模式影响因素 桩周土的抗剪强度桩周土的抗剪强度 桩端支承情况桩端支承情况 桩的尺寸桩的尺寸 桩的类型桩的类型 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 二、常见的单桩破坏模式二、常见的单桩破坏模式 轴向荷载下基桩的破坏模式轴向荷载下基桩的破坏模式 屈曲破坏屈曲破坏整体剪切破坏整体剪切破坏刺入破坏刺入破坏 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 （一）屈曲破坏（一）屈曲破坏 当桩底支承在坚硬的土层或岩当桩底支承在坚硬的土层或岩 层上

30、，桩周土层极为软弱，桩身层上，桩周土层极为软弱，桩身 无约束或侧向抵抗力。桩在轴向无约束或侧向抵抗力。桩在轴向 荷载作用下，如同一细长压杆出荷载作用下，如同一细长压杆出 现纵向挠曲破坏，现纵向挠曲破坏，荷载沉降荷载沉降 (Q-S)(Q-S)关系曲线为关系曲线为“急剧破坏急剧破坏” 的陡降型，其沉降量很小，具有的陡降型，其沉降量很小，具有 明确的破坏荷载明确的破坏荷载。桩的承载力取桩的承载力取 决于桩身的材料强度决于桩身的材料强度。如。如穿越深穿越深 厚淤泥质土层中的小直径端承桩厚淤泥质土层中的小直径端承桩 或嵌岩桩，细长的木桩或嵌岩桩，细长的木桩等多属于等多属于 此种破坏。此种破坏。 第第 8

31、 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 当具有足够强度的桩穿过抗剪强度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，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用下，由于桩底上部土层不能阻止滑 动土楔的形成，桩底土体形成滑动面动土楔的形成，桩底土体形成滑动面 而出现整体剪切破坏。此时桩的沉降而出现整体剪切破坏。此时桩的沉降 量较小，桩侧摩阻力难以充分发挥，量较小，桩侧摩阻力难以充分发挥， 主要荷载由桩端阻力承受，主要荷载由桩端阻力承受，荷载沉荷载沉 降降(Q-S)(Q-S)关系曲线也为陡

32、降型关系曲线也为陡降型，呈现，呈现 明确的破坏荷载。桩的承载力主要取明确的破坏荷载。桩的承载力主要取 决于桩端土的支承力。决于桩端土的支承力。一般打入式短一般打入式短 桩、钻扩短桩桩、钻扩短桩等均属于此种破坏。等均属于此种破坏。 （二）整体剪切破坏（二）整体剪切破坏 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 （三）刺入破坏（三）刺入破坏 当桩的入土深度较大或桩周土层抗当桩的入土深度较大或桩周土层抗 剪强度较均匀时，桩在轴向荷载作用剪强度较均匀时，桩在轴向荷载作用 下将出现刺入破坏。此时桩顶荷载主下将出现刺入破坏。此时桩顶荷载主 要由桩侧摩阻力承受，桩端阻力极微，要由桩侧摩阻力承受，桩端

33、阻力极微， 桩的沉降量较大。一般当桩周土质较桩的沉降量较大。一般当桩周土质较 软弱时，软弱时， 荷载沉降荷载沉降(Q-S)(Q-S)关系曲线关系曲线 为为“渐进破坏渐进破坏”的缓变型的缓变型，无明显拐，无明显拐 点，极限荷载难以判断，桩的承载力点，极限荷载难以判断，桩的承载力 主要由上部结构所能承受的极限沉降主要由上部结构所能承受的极限沉降 s su u确定；当桩周土的抗剪强度较高时，确定；当桩周土的抗剪强度较高时， 荷载沉降荷载沉降(Q-S)(Q-S)关系曲线可能为陡关系曲线可能为陡 降型，有明显拐点，桩的承载力主要降型，有明显拐点，桩的承载力主要 取决于桩周土的强度。取决于桩周土的强度。一

34、般情况下的一般情况下的 钻孔灌注桩钻孔灌注桩多属于此种情况。多属于此种情况。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 4.3.3 桩的负摩阻力桩的负摩阻力 桩土之间相对位移的方向决定了桩侧摩阻力的方向，当桩周土层相对于桩土之间相对位移的方向决定了桩侧摩阻力的方向，当桩周土层相对于 桩侧向下位移时，桩侧摩阻力方向向下，称为桩侧向下位移时，桩侧摩阻力方向向下，称为负摩阻力负摩阻力。 正摩阻正摩阻 负摩阻负摩阻 引起桩侧负摩阻力的条引起桩侧负摩阻力的条 件是：件是： 桩侧土体下沉必须大于桩侧土体下沉必须大于 桩的下沉桩的下沉。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 1、负摩阻力

35、发生的条件、负摩阻力发生的条件 1)1) 桩穿过欠压密的软粘土或新填土，而支承于坚硬土桩穿过欠压密的软粘土或新填土，而支承于坚硬土 层（硬粘性土、中密以上砂土、层（硬粘性土、中密以上砂土、 卵石层或岩层）时；卵石层或岩层）时； 2) 2) 在桩周地面有大面积堆载或超填土时；在桩周地面有大面积堆载或超填土时； 3) 3) 由于抽取地下水或桩周地下水位下降，使桩周土下沉时：由于抽取地下水或桩周地下水位下降，使桩周土下沉时： 4) 4) 挤土桩群施工结束后，孔隙水消散，隆起的或扰动的土挤土桩群施工结束后，孔隙水消散，隆起的或扰动的土 体逐渐固结下沉时；体逐渐固结下沉时； 5) 5) 自重湿陷性黄土浸

36、水下沉或冻土融化下沉时。自重湿陷性黄土浸水下沉或冻土融化下沉时。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 2 2、桩侧负摩阻力的分布规律、桩侧负摩阻力的分布规律 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而变。视二者的相对位移量和方向而变。 桩周土与桩截面沉降相等，两者无相对位移发生，其摩阻力为零，桩周土与桩截面沉降相等，两者无相对位移发生，其摩阻力为零， 这种摩阻力为零的点称为这种摩阻力为零的点称为中性点中性点 lnNegative 土位移Ss 桩位

37、移Sp - + 摩阻力 轴向力N 0 znzn tgkq 中性点中性点 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 3.3.减少桩侧负摩阻力影响的措施减少桩侧负摩阻力影响的措施 1.1.在桩的中性点以上部分涂以薄层涂料，以降低负摩阻力，在桩的中性点以上部分涂以薄层涂料，以降低负摩阻力， 常用沥青涂层，价格便宜，效果比较好。常用沥青涂层，价格便宜，效果比较好。 2.2.对钢桩再对钢桩再加加一层厚度为一层厚度为3mm3mm的的塑料薄膜塑料薄膜( (兼作防锈蚀用兼作防锈蚀用) )； 3.3.对现场灌注桩也可在对现场灌注桩也可在桩与土之间灌注斑脱土浆桩与土之间灌注斑脱土浆等方法，来等方法，来 消

38、除或降低负摩阻力的影响。消除或降低负摩阻力的影响。 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定 8.4 单桩的竖向极限承载力：单桩的竖向极限承载力： 是指单桩在竖向荷载作用下，到达破坏状态前或出现是指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大荷载。不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载。 单桩的竖向极限承载力主要取决于两方面单桩的竖向极限承载力主要取决于两方面： 一是地基土对桩的支承能力；一是地基土对桩的支承能力； 二是桩身的材料强度二是桩身的材料强度。 国家建设部于国家建设部于20082008年年4 4月批准月批准建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范为行业标准，

39、为行业标准， 编号为编号为JGJ94JGJ9420082008，自，自20082008年年1010月月1 1日起实施。目前教材中所用旧的日起实施。目前教材中所用旧的 桩基规范桩基规范 JGJ94已经废止，因此现在教学中有关内容均按新规范已经废止，因此现在教学中有关内容均按新规范 讲解，请同学们学习时注意。讲解，请同学们学习时注意。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 1 1、按材料强度确定、按材料强度确定 工作条件系数，预制桩：工作条件系数，预制桩：0.75 灌注桩：灌注桩：0.60.7 桩身混凝土强度应符合下式：桩身混凝土强度应符合下式： 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规

40、范(GB50007-2002)(GB50007-2002) pcc QA f 二、按地基土对桩的支承能力确定二、按地基土对桩的支承能力确定 kua Q K R 1 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 复合桩基中基桩的承载力复合桩基中基桩的承载力 含有承台底的土阻力，含有承台底的土阻力， 故称为复合基桩。故称为复合基桩。 软土层 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 a RR cakca AfRR 对符合下列条件的摩檫性桩基，宜考虑承台效应：对符合下列条件的摩檫性桩基，宜考虑承台效应： 1 1、上部结构整体刚度较好、体型简单的建（够）筑物；、上部结构整体刚度较好、体型简

41、单的建（够）筑物； 2 2、对差异沉降适应性较强的排架结构和柔性构筑物；、对差异沉降适应性较强的排架结构和柔性构筑物； 3 3、软土地基的减沉复合疏桩基础。、软土地基的减沉复合疏桩基础。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 cakca AfRR 计算基桩所对应的承台底净面积计算基桩所对应的承台底净面积 ()/ cps AAnAn 承台平面承台平面 承台平面承台平面 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 根据根据建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范JGJ94JGJ9420082008第第5.3.15.3.1条规定：条规定：

42、1 1、设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确定；、设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确定； 2 2、设计等级为乙级的建筑桩基，当地质条件简单时，可参照地质条件、设计等级为乙级的建筑桩基，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和经验参数综合确定；相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定； 其余均应通过单桩静载试验确定；其余均应通过单桩静载试验确定； 3 3、设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定。、设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 （一）

43、按静载荷试验确定（一）按静载荷试验确定 获得单桩承载力最可靠的方法获得单桩承载力最可靠的方法 次梁次梁 锚筋锚筋 锚桩锚桩 主梁主梁 千斤顶千斤顶 百分表百分表 基准柱基准柱 （1 1）静载荷试验装置及其方法：）静载荷试验装置及其方法： 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 锚桩桁架法锚桩桁架法,2400,2400吨吨 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 当出现下列情况之一时即可终止加载：当出现下列情况之一时即可终止加载： 某级荷载下，桩顶沉降量为前一级荷载下沉降量的某级荷载下，桩顶沉降量为前一级荷载下沉降量的5 5倍；倍； 某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降

44、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 2倍，倍， 且经过且经过2424小时尚未达到相对稳定；小时尚未达到相对稳定； 已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大质量时。已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大质量时。 （2 2）终止加载条件：）终止加载条件： 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 根据沉降随荷载的变化特征确定：根据沉降随荷载的变化特征确定： 此外，也可根据终止加载条件此外，也可根据终止加载条件中的中的 前一级荷载值作为前一级荷载值作为 根据沉降量确定根据沉降量确定 ： 对于陡降型对于陡降型 Q Qs s 曲线，可取曲线曲线，可取曲线 发生明显陡降的起始点所对应的

45、荷发生明显陡降的起始点所对应的荷 载为载为 ； （3 3）按试验结果按试验结果确定单桩竖向极限承载力确定单桩竖向极限承载力 ： 对于缓变型对于缓变型 Q Qs s 曲线，一般可取曲线，一般可取 s=40s=4060mm60mm对应的荷载值为对应的荷载值为 对于大直径桩可取对于大直径桩可取 所对应的荷载值。所对应的荷载值。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 试桩数试桩数n3n3，且极差，且极差QuQu 0.3Q0.3Qum um，取 ，取Q Qu u= Q= Qum um； ； 在同一条件下的试桩数量，不宜少于总数的在同一条件下的试桩数量，不宜少于总数的1 1 ，并不应，并不应

46、少于少于3 3 根。根。 工程总桩数在工程总桩数在 50 50 根以内时不应少于根以内时不应少于 2 2 根。根。 试桩数试桩数n3n3，Qu= QuminQu= Qumin 单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值RaRa的确定：的确定： 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 （二）按经验公式法确定（二）按经验公式法确定 （1 1）对直径）对直径 d 800mm d 2m2m） 1.5D或或D1.5m （当（当D2m2m） 沉管夯扩、钻沉管夯扩、钻 孔挤扩桩孔挤扩桩 非饱和土非饱和土2.2D且且4.0d2.0D且且3.5d 饱和黏性土饱和黏性土2.5D且且4.5D2.2D且且4.

47、0D 表表3.3.3 d：圆桩设计直径或方桩涉及边长；：圆桩设计直径或方桩涉及边长；D：扩大端设计直径：扩大端设计直径 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 3.3.桩的平面布置桩的平面布置 在确定桩数、桩距和边距后，根据布桩的原则，选用在确定桩数、桩距和边距后，根据布桩的原则，选用 合理的排列方式，尺寸。合理的排列方式，尺寸。 （1 1）布置原则）布置原则: : 力求使桩基中各桩受力比较均匀力求使桩基中各桩受力比较均匀: : 作用在板式承台上荷作用在板式承台上荷 载的合力作用点，应与群桩横截面的重心相重合或接近；载的合力作用点，应与群桩横截面的重心相重合或接近； 桩基在承受水平和

48、弯矩较大方向有较大的抵抗矩，以增桩基在承受水平和弯矩较大方向有较大的抵抗矩，以增 强桩基的抗弯能力。强桩基的抗弯能力。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 在框架结构的柱下在框架结构的柱下, ,通常在承台下设置若干根桩，构成通常在承台下设置若干根桩，构成 独立承台的桩基础或一柱一桩基础独立承台的桩基础或一柱一桩基础； 当荷载较大时，在框架柱列之间常联以基础梁，沿梁的当荷载较大时，在框架柱列之间常联以基础梁，沿梁的 轴线方向布置排桩，构成梁式的承台桩基础；轴线方向布置排桩，构成梁式的承台桩基础； 桩在平面内可布置成方形、矩形、三角形和梅花形等。桩在平面内可布置成方形、矩形、三角形和

49、梅花形等。 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 横墙下横墙下“探头桩探头桩”的布置的布置 外密内疏外密内疏 （桩承台外围布桩间距较小、而内部布桩间距较大）（桩承台外围布桩间距较小、而内部布桩间距较大） 布置探头桩布置探头桩 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 五、桩基承载力验算五、桩基承载力验算 桩顶荷载简图桩顶荷载简图 1.1.桩顶荷载桩顶荷载计算计算 （1 1）轴心竖向力作用下）轴心竖向力作用下: : n GF N kk k （2)2)偏心竖向力作用下偏心竖向力作用下: : 22 j iyk j ixkkk ik x xM y yM n GF N （3)3)水平

50、力作用下水平力作用下: : n H H k ik 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 2.2.桩基竖向承载力计算桩基竖向承载力计算 （1 1）轴心竖向力作用下）轴心竖向力作用下: : RNk （2 2）偏心竖向力作用下）偏心竖向力作用下: : RNk2 . 1 max （3 3）水平力作用下）水平力作用下: : ikha HR RNk 第第 8 8 章章 桩桩 基基 础础 设设 计计 六、桩身截面强度计算及构造六、桩身截面强度计算及构造 桩身结构强度验算需考虑整个施工阶段和使用阶段期间桩身结构强度验算需考虑整个施工阶段和使用阶段期间 的各种最不利受力状态。在许多场合下，对于预制混