土木(建筑)基础工程课件-第四章-桩基础.ppt

1、5/10/2022基础工程课件第四章 桩基础4.1 概述4.2 桩的类型4.3 桩的竖向承载力4.4 桩基础沉降的计算4.5 桩的负摩擦问题4.7 桩的平面布置原则4.8 桩承台的设计4.9 桩基础设计的一般步骤5/10/2022基础工程课件一、桩基础的特点 桩是竖直或微倾斜的基础构件，桩是竖直或微倾斜的基础构件， 横截面尺寸远小于长度方向。横截面尺寸远小于长度方向。荷载传递：桩侧摩擦阻力+桩端阻力 OR 通过桩身将横向荷载传递给土体5/10/2022基础工程课件桩的工程作用：(1) 桩侧与土体接触，将荷载传递给桩周土体，或荷载传 给深层的岩(砂、硬粘土)层；(2) 对液化地基，桩穿越液化层，

2、增加结构抗震能力；(3) 桩侧竖向刚度大，桩穿越高压缩土层，沉降要求高的 结构满足安全和使用要求；(4) 桩具有很大的侧向刚度和抗拔力，抵抗台风、地震等 巨大水平力；(5) 改变地基基础的动力特性，提高地基基础自振频率， 减少振幅，保证结构及设备正常运行。5/10/2022基础工程课件桩的施工工艺分类表桩的施工工艺分类表主要针对钢筋混凝土桩，机具设备、制桩工艺主要针对钢筋混凝土桩，机具设备、制桩工艺5/10/2022基础工程课件预制桩： 在地面上预先制作好钢筋混凝土桩身，然后通过锤击、静压或振动等方在地面上预先制作好钢筋混凝土桩身，然后通过锤击、静压或振动等方法将预制桩沉入地基内到达的深度，形

3、成桩基础。法将预制桩沉入地基内到达的深度，形成桩基础。 桩径较小桩径较小0.6m以下；地基土为砂性土、粉土、细砂及松散的不含大卵以下；地基土为砂性土、粉土、细砂及松散的不含大卵石的土。石的土。灌注桩： 在施工现场的桩位上，通过机械钻凿或人工挖掘等方法形成桩在施工现场的桩位上，通过机械钻凿或人工挖掘等方法形成桩孔，然后孔内放入钢筋笼，灌注混凝土，形成钢筋混凝土灌注桩。孔，然后孔内放入钢筋笼，灌注混凝土，形成钢筋混凝土灌注桩。 桩长桩径变化大，应用广。桩长桩径变化大，应用广。5/10/2022基础工程课件图41 桩基础示意图（a）低承台桩基础； （b）高承台桩基础坚实土层软弱土层桩承台上部结构软弱

4、土层坚实土层桩承台上部结构(a)(b)高承台高承台低承台低承台竖直桩竖直桩斜桩斜桩4.1 概述5/10/2022基础工程课件适用性：适用性： 天然地基承载力和变形不能满足要求的高重建天然地基承载力和变形不能满足要求的高重建筑物；筑物； 天然地基承载力基本满足要求、但沉降量过大，天然地基承载力基本满足要求、但沉降量过大，需利用桩基减少沉降的建筑物，如软土地基上的多层需利用桩基减少沉降的建筑物，如软土地基上的多层住宅建筑，或在使用上、生产上对沉降限制严格的建住宅建筑，或在使用上、生产上对沉降限制严格的建筑物；筑物； 重型工业厂房和荷载很大的建筑物，如仓库、重型工业厂房和荷载很大的建筑物，如仓库、料

5、仓等；料仓等； 软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物；物；5/10/2022基础工程课件 地基土有可能被水流冲刷的桥梁基础；地基土有可能被水流冲刷的桥梁基础； 需穿越水体和软弱土层的港湾与海洋构筑物需穿越水体和软弱土层的港湾与海洋构筑物基础，如栈桥、码头、海上采油平台及输油、输气基础，如栈桥、码头、海上采油平台及输油、输气管道支架等。管道支架等。 作用有较大水平力和力矩的高耸结构物（如烟作用有较大水平力和力矩的高耸结构物（如烟囱、水塔等）的基础，或需以桩承受水平力或上拔力囱、水塔等）的基础，或需以桩承受水平力或上拔力的其它情况；的其它情况； 需要减

6、弱其振动影响的动力机器基础，或以桩需要减弱其振动影响的动力机器基础，或以桩基作为地震区建筑物的抗震措施；基作为地震区建筑物的抗震措施；5/10/2022基础工程课件桩基设计原则：桩基设计原则：荷载效应组合与浅基础相同。荷载效应组合与浅基础相同。桩基设计应满足下列基本条件：桩基设计应满足下列基本条件： 单桩承受的竖向荷载不应超过单桩竖向承载力特征单桩承受的竖向荷载不应超过单桩竖向承载力特征值；值； 桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值；桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值； 对位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。对位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。特殊土地基上的桩基：特殊土地基上的

7、桩基：软土、湿陷性黄土、岩溶软土、湿陷性黄土、岩溶5/10/2022基础工程课件桩基设计内容桩基设计内容 桩的类型和几何尺寸的选择；桩的类型和几何尺寸的选择； 单桩竖向（和水平向）承载力的确定；单桩竖向（和水平向）承载力的确定； 确定桩的数量、间距和平面布置；确定桩的数量、间距和平面布置； 桩基承载力和沉降验算；桩基承载力和沉降验算； 桩身结构设计；桩身结构设计； 承台设计；承台设计； 绘制桩基施工图。绘制桩基施工图。5/10/2022基础工程课件1. 1. 根据根据桩的性状和竖向受力情况桩的性状和竖向受力情况划分划分2. 2. 根据根据施工方法施工方法划分划分3. 3. 根据根据挤土效应挤土

8、效应划分划分4.2 4.2 桩的类型桩的类型5/10/2022基础工程课件1、端承型桩和摩擦型桩、端承型桩和摩擦型桩端承型桩端承型桩是指桩顶竖向荷载主要由是指桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受的桩。端承型桩包括桩端阻力承受的桩。端承型桩包括端承桩端承桩和和摩擦端承桩摩擦端承桩两类。当桩侧两类。当桩侧阻力很小可以忽略不计时，称为阻力很小可以忽略不计时，称为端端承桩承桩。摩擦型桩摩擦型桩是指桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受的桩。摩是指桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受的桩。摩擦型桩包括擦型桩包括摩擦桩摩擦桩和和端承摩擦桩端承摩擦桩。当桩端阻力很小可以忽。当桩端阻力很小可以忽略不计时略不计时, ,称为称为摩擦

9、桩摩擦桩。桩侧阻力，桩端阻力桩侧阻力，桩端阻力5/10/2022基础工程课件端承型桩端承型桩：其桩端一般进入中密以上的砂类、碎石类土层，：其桩端一般进入中密以上的砂类、碎石类土层，或位于中风化、微风化及新鲜基岩顶面。这类桩的侧摩阻力或位于中风化、微风化及新鲜基岩顶面。这类桩的侧摩阻力虽属次要，但不可忽略。虽属次要，但不可忽略。端承桩：端承桩：桩的长径比较小（一般桩的长径比较小（一般ld10），桩身穿越软弱），桩身穿越软弱土层，桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中风化、土层，桩端设置在密实砂类、碎石类土层中或位于中风化、微风化及未风化硬质岩石顶面（即入岩深度微风化及未风化硬质岩石顶面（即入岩

10、深度hr0.5d）。）。嵌岩桩：嵌岩桩：当桩端嵌入完整和较完整的中风化、微风化及未当桩端嵌入完整和较完整的中风化、微风化及未风化硬质岩石一定深度以上风化硬质岩石一定深度以上（hr 0.5d)时时, , 称为嵌岩桩。工称为嵌岩桩。工程实践中，嵌岩桩一般按端承桩设计。但这并不意味着嵌程实践中，嵌岩桩一般按端承桩设计。但这并不意味着嵌岩桩不存在侧阻和嵌岩阻力。岩桩不存在侧阻和嵌岩阻力。5/10/2022基础工程课件摩擦型桩：摩擦型桩：桩端持力层多为较坚实的粘性土、粉土和砂类桩端持力层多为较坚实的粘性土、粉土和砂类土，且桩的长径比不很大。土，且桩的长径比不很大。摩擦桩摩擦桩：具备下列条件之一时：具备下

11、列条件之一时： 桩的长径比很大，桩顶荷载只通过桩身压缩产生桩的长径比很大，桩顶荷载只通过桩身压缩产生的桩侧阻力传递给桩周土，因而桩端下土层无论坚实与否，的桩侧阻力传递给桩周土，因而桩端下土层无论坚实与否，其分担的荷载都很小；其分担的荷载都很小； 桩端下无较坚实的持力层；桩端下无较坚实的持力层； 桩底残留虚土或残渣较厚的灌注桩；桩底残留虚土或残渣较厚的灌注桩； 打入邻桩使先设置的桩上抬、甚至桩端脱空等情打入邻桩使先设置的桩上抬、甚至桩端脱空等情况。况。5/10/2022基础工程课件2、 预制桩和灌注桩预制桩和灌注桩(1)预制桩预制桩木桩，混凝土预制桩，钢桩。木桩，混凝土预制桩，钢桩。常用松木，长

12、常用松木，长46m，桩径，桩径160260mm，多用于软弱地基上的民宅和小型建筑物。多用于软弱地基上的民宅和小型建筑物。应打入地下水位以下应打入地下水位以下0.5m。要确保桩端。要确保桩端进入硬持力层。进入硬持力层。5/10/2022基础工程课件工程实例广州海珠区新窖镇瑞宝村某民宅工程实例广州海珠区新窖镇瑞宝村某民宅剖面图剖面图平面图平面图北北转下页硬土硬土软土软土5/10/2022基础工程课件1995年年10月月6日下午日下午4:20楼房先是缓慢向南倾斜，后突然楼房先是缓慢向南倾斜，后突然倾覆倒塌。倾覆倒塌。3名装修工人死亡，室内多人受伤。名装修工人死亡，室内多人受伤。鉴定结果鉴定结果：违章

13、作业；违章作业；梁柱钢筋锚固长度严重不足；梁柱钢筋锚固长度严重不足；基础设计错误。基础设计错误。判决结果：判决结果：屋主、转包人、承建人赔偿屋主、转包人、承建人赔偿40万元；万元；承建人被处以有期徒刑一年零六个月。承建人被处以有期徒刑一年零六个月。5/10/2022基础工程课件混凝土预制桩混凝土预制桩 普通混凝土预制桩、预应力混凝土管桩（普通混凝土预制桩、预应力混凝土管桩（PCPC）、预应）、预应力高强混凝土管桩（力高强混凝土管桩（PHCPHC）、预应力砼空心方桩。）、预应力砼空心方桩。普通混凝土预制桩普通混凝土预制桩截面边长一般为截面边长一般为300300500mm500mm。可以。可以在工

14、厂生产，也可在现场预制。现场预制桩的长度一般在在工厂生产，也可在现场预制。现场预制桩的长度一般在252530m30m以内，工厂预制桩的分节长度一般不超过以内，工厂预制桩的分节长度一般不超过12m12m，沉，沉桩时在现场连接到所需长度。桩时在现场连接到所需长度。5/10/2022基础工程课件预应力混凝土管桩预应力混凝土管桩采用先张法预应力工艺和离心成型采用先张法预应力工艺和离心成型法制作。经高压蒸气养护生产的为法制作。经高压蒸气养护生产的为预应力高强混凝土管桩预应力高强混凝土管桩（代号为（代号为PHCPHC桩桩），其桩身离心混凝土强度等级不低于），其桩身离心混凝土强度等级不低于C80C80；未经

15、高压蒸气养护生产的为未经高压蒸气养护生产的为预应力混凝土管桩预应力混凝土管桩（代号为（代号为PCPC桩桩），其桩身离心混凝土强度等级），其桩身离心混凝土强度等级C60C60 C80 C80 。 常用的常用的PHCPHC、PCPC管桩的外径为管桩的外径为300300600mm600mm，分节长度为，分节长度为7 713m13m，沉桩时桩节处通过焊接端头板接长。桩的下端设置十字型沉桩时桩节处通过焊接端头板接长。桩的下端设置十字型桩尖、圆锥型桩尖或开口型桩尖。桩尖、圆锥型桩尖或开口型桩尖。5/10/2022基础工程课件锤击法沉桩施工工艺 沉桩前的准备工作：认真处理高空、地上和地下障碍物。对现场周围(

16、50m以内)的建筑物作全面检查。对危房进行必要的处理。对建筑物基线以外46m以内的整个区域及打桩机行驶路线范围内的场地进行平整、夯实。在桩架移动路线上，地面坡度不得大于1%。 修好运输道路，做到平坦坚实。打桩区域及道路近旁应排水畅通。 在打桩现场或附近需设置水准点，数量为两个，用以抄平场地和检查桩的入土深度。根据建筑物的轴线控制桩定出桩基每个桩位，作出标志，并在打桩前，应对桩的轴线和桩位进行复验。(1) 打桩机进场后，应按施工顺序铺设轨垫，安装桩机和设备，接通电源、水源，并进行试机。然后移机至起点桩就位，桩架应垂直平稳。5/10/2022基础工程课件沉桩施工要点： (1) 桩帽与桩接触的表面应

17、平整，与桩身应在同一直线上。 (2) 当桩吊起就位后，要缓缓放下，插入土中，进行桩位和垂直度校正后，并在桩身侧面或桩架上设置标尺，做好记录，才能开始施打，开始时应起锤轻压或轻击数锤，待锤以及桩身等垂直度一致后，即可转入正常施打。 (3) 沉桩时如桩顶不平，可用麻袋或厚纸板等垫平。 (4) 打桩顺序； (5) 桩停止锤击的控制原则：桩端位于一般土层时，以控制桩端设计标高为主，贯入度可作参考；桩端过到坚硬、硬塑的粘性土、粉土、中密以上砂土、碎石类土以及风化岩时，以贯入度控制为主，桩端标高作参考。 5/10/2022基础工程课件建设部行业标准建设部行业标准预应力砼空心方桩预应力砼空心方桩JG197-

18、2006预应力砼空心方桩预应力砼空心方桩KFZ，C60预应力高强砼空心方桩预应力高强砼空心方桩HKFZ，C80薄壁预应力砼空心方桩薄壁预应力砼空心方桩TKFZ，C60边长边长3001000mm相比管桩，承载力更高，成本低，抗震性好，更易成桩。相比管桩，承载力更高，成本低，抗震性好，更易成桩。5/10/2022基础工程课件钢桩钢桩H H型钢桩，下端开口或闭口的钢管桩型钢桩，下端开口或闭口的钢管桩H H型钢桩型钢桩的横截面大都呈正方形，的横截面大都呈正方形，截面尺寸截面尺寸200200200200360360410mm410mm翼缘和翼缘和腹板的厚度为腹板的厚度为9 926mm26mm。H H型钢

19、桩贯入各型钢桩贯入各种土层的能力强，对桩周土的扰动亦较种土层的能力强，对桩周土的扰动亦较小。由于小。由于H H型钢桩的横截面面积较小，型钢桩的横截面面积较小，因此能提供的端部承载力并不高。因此能提供的端部承载力并不高。钢管桩钢管桩的直径一般为的直径一般为4004003000mm3000mm，壁厚为，壁厚为6 650mm50mm，国内工程中常用的大致为国内工程中常用的大致为4004001200mm1200mm，壁厚为，壁厚为9 920mm20mm。端部开口的钢管桩易于打入（沉桩困难时，可在管内取土端部开口的钢管桩易于打入（沉桩困难时，可在管内取土以助沉），但端部承载力较闭口的钢管桩小。以助沉），

20、但端部承载力较闭口的钢管桩小。5/10/2022基础工程课件钢桩的穿透能力强，自重轻、锤击沉桩的效果好，承钢桩的穿透能力强，自重轻、锤击沉桩的效果好，承载能力高，无论起吊、运输或是沉桩、接桩都很方便。但载能力高，无论起吊、运输或是沉桩、接桩都很方便。但钢桩的耗钢量大，成本高，抗腐蚀性能较差，须做表面防钢桩的耗钢量大，成本高，抗腐蚀性能较差，须做表面防腐蚀处理，目前我国只在少数重要工程中使用。腐蚀处理，目前我国只在少数重要工程中使用。工程实例工程实例杭州湾跨海大桥全长杭州湾跨海大桥全长36km，打设钢管桩，打设钢管桩5475根，桩径根，桩径15001600mm，壁厚，壁厚2023mm，l=718

21、9.35m。砼预制桩主要优缺点砼预制桩主要优缺点：桩身质量好，施工工期短。桩身质量好，施工工期短。桩径较小，穿透能力有限，配筋量较大。桩径较小，穿透能力有限，配筋量较大。5/10/2022基础工程课件（2 2）灌注桩（灌注桩（4 4类）类） 灌注桩是直接在所设计桩位处成孔，然后在孔内加放灌注桩是直接在所设计桩位处成孔，然后在孔内加放钢筋笼（也有省去钢筋的）再浇灌混凝土而成。钢筋笼（也有省去钢筋的）再浇灌混凝土而成。适用于各种地基土，桩端可进入中、微风化岩层；适用于各种地基土，桩端可进入中、微风化岩层；桩径可较大，配筋量小；桩径可较大，配筋量小；桩长可按要求确定；桩长可按要求确定；桩身质量相对较

22、差。桩身质量相对较差。特点：特点：5/10/2022基础工程课件1)沉管灌注桩沉管灌注桩沉桩方式：沉桩方式：锤击、振动、振动冲击。锤击、振动、振动冲击。桩径：桩径：300500mm。桩长：桩长：20m以内。以内。 施工设备简单，沉桩进度快，成本最低，但很易产生施工设备简单，沉桩进度快，成本最低，但很易产生缩颈（桩身截面局部缩小）、断桩、局部夹土、混凝土离缩颈（桩身截面局部缩小）、断桩、局部夹土、混凝土离析和强度不足等质量问题。析和强度不足等质量问题。特点：特点：5/10/2022基础工程课件2 2）钻（冲、磨）孔灌注桩）钻（冲、磨）孔灌注桩国内：国内：桩径桩径6002500mm，桩长桩长70m

23、。特点：特点： 桩端能进入微风化硬质岩石。桩端能进入微风化硬质岩石。 成本高；现场不够环保（泥浆护壁时）。成本高；现场不够环保（泥浆护壁时）。 桩径大；桩径大； 能克服流砂、消除孤石等能克服流砂、消除孤石等障碍物；障碍物；5/10/2022基础工程课件3)挖孔桩挖孔桩柱插筋插筋 箍筋主筋 加劲筋护壁图45 人工挖孔桩示例桩径桩径0.82m（广州新电视塔用（广州新电视塔用了了24根，桩径根，桩径1m-2m)，桩长宜小于桩长宜小于30m。Ddbbh1hDbdb图4-6 扩底桩构造hh15/10/2022基础工程课件 挖孔桩的挖孔桩的优点优点： 可直接观察地层情况，孔底易清除干净，设备简单，噪可直接

24、观察地层情况，孔底易清除干净，设备简单，噪声小，场区各桩可同时施工，桩径大，适应性强，桩端可以声小，场区各桩可同时施工，桩径大，适应性强，桩端可以入岩，又较经济；入岩，又较经济；缺点缺点： 桩孔内空间狭小、劳动条件差，可能遇到流砂、塌孔、桩孔内空间狭小、劳动条件差，可能遇到流砂、塌孔、有害气体、缺氧、触电和上面掉下重物等危险而造成伤亡事有害气体、缺氧、触电和上面掉下重物等危险而造成伤亡事故，在松砂层（尤其是地下水位下的松砂层）、极软弱土层、故，在松砂层（尤其是地下水位下的松砂层）、极软弱土层、地下水涌水量多且难以抽水的地层中难以施工或无法施工。地下水涌水量多且难以抽水的地层中难以施工或无法施工

25、。5/10/2022基础工程课件4 4）爆扩灌注桩（自学）爆扩灌注桩（自学）我国常用灌注桩的适用范围见表我国常用灌注桩的适用范围见表4-14-1。5/10/2022基础工程课件3、 按挤土效应分类按挤土效应分类(1)挤土桩实心的预制桩，下端封闭的管桩，木桩，挤土桩实心的预制桩，下端封闭的管桩，木桩，沉管灌注桩沉管灌注桩 挤土桩在锤击、振动贯入或压入过程中，都将桩位处的挤土桩在锤击、振动贯入或压入过程中，都将桩位处的土大量排挤开因而使桩周土层受到严重扰动，土的原状结构土大量排挤开因而使桩周土层受到严重扰动，土的原状结构遭到破坏，土的工程性质有很大变化。粘性土由于重塑作用遭到破坏，土的工程性质有很

26、大变化。粘性土由于重塑作用而降低了抗剪强度，孔隙水压力升高（土体固结后强度会更而降低了抗剪强度，孔隙水压力升高（土体固结后强度会更高）；而非密实的无粘性土则由于振动挤密而使抗剪强度提高）；而非密实的无粘性土则由于振动挤密而使抗剪强度提高。高。 在饱和粘性土中挤土桩若设置过密，会使土体产生横向在饱和粘性土中挤土桩若设置过密，会使土体产生横向位移和竖向隆起，致使先打入的桩被推移或被抬起，或对邻位移和竖向隆起，致使先打入的桩被推移或被抬起，或对邻近的结构物造成重大影响。近的结构物造成重大影响。“植桩植桩”法施工法施工5/10/2022基础工程课件钻孔植桩法： 放样定桩位钻机就位钻孔测量孔深、孔径及孔

27、底虚土沉渣泥浆护壁植入预制桩，桩尖达设计标高拔送桩管、回填送桩内孔虚土。 此新工艺将排挤土桩改善为低排挤土桩，减少超空隙水压力上升和土体隆起及位移，从而排除了沉桩时对邻近建筑物、马路、构筑物等不良影响，解决了穿越硬夹土层等的特定条件下的施工难度。 5/10/2022基础工程课件(2)非挤土桩钻、冲、挖孔桩非挤土桩钻、冲、挖孔桩设桩时桩周土不但没有受到排挤，相反可能因桩周土向桩设桩时桩周土不但没有受到排挤，相反可能因桩周土向桩孔内移动而产生应力松弛现象。因此，非挤土桩的桩侧摩孔内移动而产生应力松弛现象。因此，非挤土桩的桩侧摩阻力常有所减小。阻力常有所减小。(3)部分挤土桩开口的管桩、钢管桩、部分

28、挤土桩开口的管桩、钢管桩、H型钢桩型钢桩5/10/2022基础工程课件4.3.1 单桩轴向荷载的传递机理单桩轴向荷载的传递机理Nzz(a)(b)(c)(d)(e)QO图 4 8 单 桩 轴 向 荷 载 传 递（ a)微 桩 段 的 作 用 力 ； (b)轴 向 受 压 的 单 桩 ； (c)截 面 位 移 曲 线 ；(d)摩 阻 力 分 布 曲 线 ； (e)轴 力 分 布 曲 线Nz+dNzdzzldzzzzOON0=QNzNQsNl=s承载机理：承载机理：桩顶轴力桩顶轴力Q桩侧总阻力桩侧总阻力Qs+ 桩端总阻力桩端总阻力Qp 4.3 4.3 桩的竖向承载力桩的竖向承载力5/10/2022基

29、础工程课件桩侧摩阻力桩截面位移图49 曲线ABDC0桩侧阻对应的桩侧阻对应的u数值：数值：粘性土粘性土46mm;砂类土砂类土610mm桩端阻对应的桩端阻对应的u数值：数值：粘性土粘性土d/10d/4（d为桩径）；为桩径）；砂类土砂类土d/12d/10。影响荷载传递的主要因素之一：影响荷载传递的主要因素之一：桩的长径比桩的长径比l/d短桩：短桩： l/d 100长径比很大的桩都属于摩擦桩。长径比很大的桩都属于摩擦桩。为什么？5/10/2022基础工程课件 1）桩端土与桩周土的刚度比； 对于中长桩，桩端土与桩周土的刚度比分别为多少时，为摩擦桩和端承型桩？ 2）桩土刚度比； 桩土刚度比愈大，传递到桩

30、端的荷载愈大吗？ 3）桩端扩底直径与桩身直径之比； 4）桩的长径比。影响荷载传递的因素：其刚度比愈小，桩身轴力沿深度衰减愈快还是愈慢？传递到桩端的荷载愈小还是愈大？5/10/2022基础工程课件4.3.2 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定取决于两方面：取决于两方面： 桩身的材料强度；桩身的材料强度； 地层的支承力。地层的支承力。 设计时分别按这两方面确定后取其中的小值。如按桩设计时分别按这两方面确定后取其中的小值。如按桩的载荷试验确定，则已兼顾到这两方面。的载荷试验确定，则已兼顾到这两方面。按材料强度计算低承台桩基的单桩承载力时，可把桩按材料强度计算低承台桩基的单桩承载力时，可把桩视作

31、视作轴心受压杆件轴心受压杆件，而且不考虑纵向压屈的影响而且不考虑纵向压屈的影响（取纵向（取纵向弯曲系数为弯曲系数为1 1），这是由于桩周存在土的约束作用之故。），这是由于桩周存在土的约束作用之故。对于通过很厚的软粘土层而支承在岩层上的端承型桩或承对于通过很厚的软粘土层而支承在岩层上的端承型桩或承台底面以下存在可液化土层的桩以及高承台桩基，则应考台底面以下存在可液化土层的桩以及高承台桩基，则应考虑压屈影响。虑压屈影响。5/10/2022基础工程课件方法方法1. 1. 静载荷试验（实图）静载荷试验（实图） 静载荷试验是评价单桩静载荷试验是评价单桩承载力诸法中可靠性较高的承载力诸法中可靠性较高的一种

32、方法。一种方法。 主梁次梁千斤顶加压试验桩锚桩(4根) 沉降观测点重物支墩千斤顶加压 沉降观测点试验桩(a)(b)图411 单桩静载荷试验的加荷装置(a)锚桩横梁反力装置；(b)压重平台反力装置缺点：缺点：时间长；费用高。时间长；费用高。广东最大可加载广东最大可加载3000t。5/10/2022基础工程课件挤土桩在设置后须隔一段时间才开始载荷试验挤土桩在设置后须隔一段时间才开始载荷试验。这。这是由于打桩时土中产生的孔隙水压力有待消散，且土体是由于打桩时土中产生的孔隙水压力有待消散，且土体因打桩扰动而降低的强度也有待随时间而部分恢复。所因打桩扰动而降低的强度也有待随时间而部分恢复。所需的需的间歇

33、时间间歇时间：预制桩在砂类土中不得少于：预制桩在砂类土中不得少于7 7天；粉土和天；粉土和粘性土不得少于粘性土不得少于1515天；饱和软粘土不得少于天；饱和软粘土不得少于2525天。灌注天。灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后才能进行。桩应在桩身混凝土达到设计强度后才能进行。5/10/2022基础工程课件 加荷分级不应少于加荷分级不应少于8级，每级加载量宜为预估极限荷级，每级加载量宜为预估极限荷载的载的1/81/10。符合下列条件之一时可终止加载：符合下列条件之一时可终止加载：1.当荷载沉降当荷载沉降(Qs)曲线上有可判定极限承载力的陡降段，曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过且

34、桩顶总沉降量超过40mm;ssuQuQuQ图410 单桩荷载沉降曲线 A陡降型；B缓变型ABO5/10/2022基础工程课件2. sn+1/ sn2，且经，且经24h尚未达到稳定；尚未达到稳定；3. 25m以上的非嵌岩桩，以上的非嵌岩桩， Qs曲线呈缓变型时，桩顶总沉曲线呈缓变型时，桩顶总沉降量大于降量大于6080mm；4.在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大于于100mm。5/10/2022基础工程课件单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力Qu应按下列方法确定：应按下列方法确定：1. 作荷载沉降作荷载沉降(Qs)曲线和其他辅助分析所需

35、的曲线。曲线和其他辅助分析所需的曲线。桩顶沉降sOsaRaQu荷载Q10 2030 601002003006001000a1.40MNb1.50MNc1.60MNd1.70MNe1.75MNf1.80MNg1.85MNh1.90MN10152025(a)(b)图4-12 单桩静载荷试验曲线(a)单桩Q-s曲线；(b)单桩s-logt曲线桩顶沉降s(mm)时间(min)2. 当陡降段明显时，取当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的相应于陡降段起点的荷载值。荷载值。3. 当出现终止加载条件第当出现终止加载条件第二款的情况，取前一级二款的情况，取前一级荷载值。荷载值。4. Qs曲线呈缓变型时，取桩顶总

36、沉降量曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40mm所对应的所对应的荷载值，当桩长大于荷载值，当桩长大于40m时，宜考虑桩身的弹性压缩。时，宜考虑桩身的弹性压缩。5/10/2022基础工程课件 在同一条件下，进行静载荷试验的桩数不宜少于总桩在同一条件下，进行静载荷试验的桩数不宜少于总桩数的数的1，且不应少于，且不应少于3 根。根。计算参加统计的极限承载力的平均值，当满足其极计算参加统计的极限承载力的平均值，当满足其极差不超过平均值的差不超过平均值的30%时，可取其时，可取其什么值什么值为单桩竖向极限为单桩竖向极限承载力承载力Qu？ 当极差超过平均值的当极差超过平均值的30%时，宜增加试桩数并分析时

37、，宜增加试桩数并分析离差过大的原因，结合工程具体情况确定极限承载力离差过大的原因，结合工程具体情况确定极限承载力Qu。 对桩数为对桩数为3根及根及3根以下的柱下桩台，则取根以下的柱下桩台，则取哪个值哪个值为为单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力Qu？单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值 Ra=Qu/25/10/2022基础工程课件方法方法2. 按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定（少用）（少用）方法方法3. 规范经验公式规范经验公式isiapppaalquAqR式中式中 Ra单桩竖向承载力特征值；单桩竖向承载力特征值； qpa、qsia桩端端阻力、桩侧阻力特征值，由当地静载桩端端阻

38、力、桩侧阻力特征值，由当地静载 荷试验结果统计分析算得（查表）；荷试验结果统计分析算得（查表）； Ap桩底横截面面积；桩底横截面面积；up桩身周边长度；桩身周边长度； li第第i层岩土的厚度。层岩土的厚度。5/10/2022基础工程课件当桩端嵌入完整或较完整的硬质岩中时，单桩竖向承当桩端嵌入完整或较完整的硬质岩中时，单桩竖向承载力特征值可按下式估算：载力特征值可按下式估算： Ra=qpaAp （4-23）式中式中qpa为桩端岩石承载力特征值为桩端岩石承载力特征值,可按可按建筑地基基础设建筑地基基础设计规范计规范附录附录H用岩基载荷试验方法确定，或根据室内岩用岩基载荷试验方法确定，或根据室内岩石

39、饱和单轴抗压强度标准值按下式计算：石饱和单轴抗压强度标准值按下式计算： qpa=r frk （4-24）式中式中 frk岩石饱和单轴抗压强度标准值，可按岩石饱和单轴抗压强度标准值，可按建筑建筑 地基基础设计规范地基基础设计规范附录附录J确定；确定； r折减系数。折减系数。5/10/2022基础工程课件例题例题某承台下设置了某承台下设置了3根直径为根直径为480mm的灌注桩，桩长的灌注桩，桩长10.5m，桩侧土层自上而下依次为：淤泥，厚桩侧土层自上而下依次为：淤泥，厚6m，qsia=7kPa；粉土，；粉土，厚厚2.5m，qsia=28kPa；粘土，很厚（桩端进入该层；粘土，很厚（桩端进入该层2m

40、），），qsia=35kPa，qpa=1800kPa。试计算单桩竖向承载力特征值。试计算单桩竖向承载力特征值。 isiapppaalquAqRkN600)2355 . 22867(48. 048. 0418002解：5/10/2022基础工程课件4.3.3 竖向荷载下的群桩效应竖向荷载下的群桩效应群桩基础群桩基础：由：由2 2根以上桩组成的桩基。根以上桩组成的桩基。竖向荷载作用下，由于承台、桩、土相互作用，群桩竖向荷载作用下，由于承台、桩、土相互作用，群桩基础中的一根桩单独受荷时的承载力和沉降性状，往往与基础中的一根桩单独受荷时的承载力和沉降性状，往往与相同地质条件和设置方法的同样独立单桩有显

41、著差别，这相同地质条件和设置方法的同样独立单桩有显著差别，这种现象称为种现象称为群桩效应群桩效应。群桩效应系数群桩效应系数：单桩承载力群桩的承载力n1=115/10/2022基础工程课件1. 端承型群桩基础端承型群桩基础sdh=(s-d)/(2tan )图414 端承型群桩基础 端承型群桩基础中端承型群桩基础中各根单桩的工作性状接各根单桩的工作性状接近于独立单桩，故近于独立单桩，故1。 5/10/2022基础工程课件2摩擦型群桩基础摩擦型群桩基础QQQQQsssD(a)(b)图4-15 摩擦型桩的桩顶荷载通过侧阻扩散形成的桩端平面压力分布(a)单桩；(b)群桩dl应力重叠应力重叠沉降增加沉降增

42、加单桩承载力下降，单桩承载力下降， 3d3d3d(b)(c)ssswssssswaa(a)ss0.87ssssssssssss 图4-29 桩的常用布置形式(a)柱下桩基；(b)墙下桩基；(c)圆（环）形桩基对称式对称式梅花式梅花式行列式行列式环状排列，环状排列，不等距排列，不等距排列，外密内疏等外密内疏等4.7 4.7 桩的平面布置原则桩的平面布置原则5/10/2022基础工程课件 为了使桩基中各桩受力比较均匀，为了使桩基中各桩受力比较均匀，群桩横截面的重心群桩横截面的重心应与竖向永久荷载合力的作用点重合或接近应与竖向永久荷载合力的作用点重合或接近。 在有门洞的墙下布桩时，应将桩设置在门洞的

43、两侧。在有门洞的墙下布桩时，应将桩设置在门洞的两侧。梁式或板式承台下的群桩，布桩时应多布设在柱、墙下，梁式或板式承台下的群桩，布桩时应多布设在柱、墙下，减少梁和板跨中的桩数，以使梁、板中的弯矩尽量减小。减少梁和板跨中的桩数，以使梁、板中的弯矩尽量减小。 为了节省承台用料和减少承台施工的工作量，在可能情为了节省承台用料和减少承台施工的工作量，在可能情况下，墙下应尽量采用单排桩基，柱下的桩数也应尽量减少。况下，墙下应尽量采用单排桩基，柱下的桩数也应尽量减少。一般地说，桩数较少而桩长较大的摩擦型桩基，无论在承台一般地说，桩数较少而桩长较大的摩擦型桩基，无论在承台的设计和施工方面，还是在提高群桩的承载

44、力以及减小桩基的设计和施工方面，还是在提高群桩的承载力以及减小桩基沉降量方面，都比桩数多而桩长沉降量方面，都比桩数多而桩长小的桩基优越。小的桩基优越。5/10/2022基础工程课件2. 桩的间距桩的间距桩的间距桩的间距( (中心距中心距) )一般采用一般采用3 34 4倍桩径。间距太大会倍桩径。间距太大会增加承台的体积和用料，太小则将使桩基增加承台的体积和用料，太小则将使桩基(摩擦型桩摩擦型桩)的沉降的沉降量增加，且给施工造成困难。量增加，且给施工造成困难。 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范规定：摩擦型桩的间距不规定：摩擦型桩的间距不宜小于桩径的宜小于桩径的3倍；扩底灌注桩的间距不宜小

45、于扩底直径倍；扩底灌注桩的间距不宜小于扩底直径的的1.5倍，当扩底直径大于倍，当扩底直径大于2m时，桩端净距不宜小于时，桩端净距不宜小于1m。对于大面积桩群，尤其是挤土桩，桩的最小中心距宜适当对于大面积桩群，尤其是挤土桩，桩的最小中心距宜适当加大。加大。 参见表参见表4-9、表、表4-10。5/10/2022基础工程课件根据桩身直径的大小根据桩身直径的大小: : 可以分为可以分为小桩、中等直径桩、大直径桩小桩、中等直径桩、大直径桩。小桩小桩是指桩径是指桩径 d250mmd250mm的桩，一般用于基础加固和复合的桩，一般用于基础加固和复合基础。基础。中桩中桩直径是指桩径直径是指桩径250d800

46、mm250d3；b、破坏情况、破坏情况斜裂缝一出现，很快形成临界斜裂缝，并迅速伸展到手压区边缘，使构斜裂缝一出现，很快形成临界斜裂缝，并迅速伸展到手压区边缘，使构件沿斜向被拉断成两部分而破坏，如图。破坏突然发生，是脆性破坏。件沿斜向被拉断成两部分而破坏，如图。破坏突然发生，是脆性破坏。c、防止措施：、防止措施：设置一定数量的箍筋，且箍筋面积不大，箍筋配筋率大于最小配箍率。设置一定数量的箍筋，且箍筋面积不大，箍筋配筋率大于最小配箍率。5/10/2022基础工程课件2、斜压破坏、斜压破坏 a、发生场合、发生场合当剪跨比较小（当剪跨比较小（m），或者腹筋配置过多，腹板），或者腹筋配置过多，腹板(we

47、b plate)很薄时，很薄时，都会由于主压应力过大而造成腹板斜向压坏如图。都会由于主压应力过大而造成腹板斜向压坏如图。b、破坏情况、破坏情况随着荷载的增加，梁腹板被一系列平行的斜裂缝分割成许多倾斜的受随着荷载的增加，梁腹板被一系列平行的斜裂缝分割成许多倾斜的受压短柱。最后，因混凝土在弯矩和剪力的复合作用下被压碎而破坏。压短柱。最后，因混凝土在弯矩和剪力的复合作用下被压碎而破坏。斜压破坏一般发生在剪力大、弯矩小的区段内，破坏时腹筋的应力尚斜压破坏一般发生在剪力大、弯矩小的区段内，破坏时腹筋的应力尚未达到屈服强度未达到屈服强度(yielding strength)。c、防止措施、防止措施梁的截面

48、尺寸不要太小，腹筋不要太多。梁的截面尺寸不要太小，腹筋不要太多。5/10/2022基础工程课件3、剪压破坏、剪压破坏 a、发生场合：当腹筋配置适当时或无腹筋梁，剪跨比大致在、发生场合：当腹筋配置适当时或无腹筋梁，剪跨比大致在m的情况下。的情况下。b、破坏情况：随着荷载的增加，首先出现了一些垂直裂缝和微细的倾、破坏情况：随着荷载的增加，首先出现了一些垂直裂缝和微细的倾斜裂缝。随着荷载的进一步增加，斜裂缝向集中荷载的作用点处伸展，斜裂缝。随着荷载的进一步增加，斜裂缝向集中荷载的作用点处伸展，这种斜裂缝可能不止一条。当荷载增加到一定程度时，在众多斜裂缝中这种斜裂缝可能不止一条。当荷载增加到一定程度时

49、，在众多斜裂缝中形成一条延伸较长、扩展较宽的主要斜裂缝，即临界斜裂缝。临界斜裂形成一条延伸较长、扩展较宽的主要斜裂缝，即临界斜裂缝。临界斜裂缝出现后，梁还能继续增加荷载，斜裂缝向上伸展，与斜裂缝相交的腹缝出现后，梁还能继续增加荷载，斜裂缝向上伸展，与斜裂缝相交的腹筋应力迅速增长而达到屈服强度，进而砼也达到极限强度而破坏如图筋应力迅速增长而达到屈服强度，进而砼也达到极限强度而破坏如图b。所以，当剪压破坏时所施加的荷载明显地大于斜裂缝出现时的荷载。剪所以，当剪压破坏时所施加的荷载明显地大于斜裂缝出现时的荷载。剪压破坏具有明显的破坏征兆，属于塑性破坏，是设计中普遍要求的情况。压破坏具有明显的破坏征兆

50、，属于塑性破坏，是设计中普遍要求的情况。c、防止措施：通过计算确定足够数量的腹筋。、防止措施：通过计算确定足够数量的腹筋。 5/10/2022基础工程课件2.承台受冲切计算承台受冲切计算(1)柱对承台的冲切柱对承台的冲切000002hfahabFthpxcyycxlilNFF2.084.000 xx2.084.000yy5/10/2022基础工程课件式中式中 Fl扣除承台及其上填土自重，作用在冲切破坏锥体扣除承台及其上填土自重，作用在冲切破坏锥体上相应于荷载效应基本组合的冲切力设计值，冲切破坏锥体上相应于荷载效应基本组合的冲切力设计值，冲切破坏锥体应采用自柱边或承台变阶处至相应桩顶边缘连线构成