1、第四章 桩基础 Pile foundation减轻不均匀沉降危害的措施减轻不均匀沉降危害的措施 采用连续基础（如柱下条基）采用连续基础（如柱下条基） 对地基局部或一定范围进行人工处理对地基局部或一定范围进行人工处理 在建筑、结构、施工方面采取有效措施在建筑、结构、施工方面采取有效措施 采用桩基或其他深基础采用桩基或其他深基础本章主要内容本章主要内容 概述桩的功能及类型概述桩的功能及类型 桩的承载机理桩的承载机理？ 单桩承载力单桩承载力capacity of single pile 群桩承载力群桩承载力capacity of pile group 桩基础设计桩基础设计软 土 层桩基础桩基础承台承
2、台桩杆桩杆沉井沉井caisson工作间工作间梯子梯子支护支护通气通气桶桶其他深基础其他深基础地下连续墙地下连续墙 diaphragm第一节第一节 概概 述述一、桩的应用一、桩的应用1 1历史历史十九世纪以前，木桩十九世纪以前，木桩7000-80007000-8000年前湖上居民年前湖上居民, ,浙江河姆渡浙江河姆渡西安灞桥西安灞桥, ,北京御河桥北京御河桥, ,隋唐建塔隋唐建塔十九世纪开始，材料和动力进步十九世纪开始，材料和动力进步 铸铁管桩，铸铁管桩，18241824年年波特兰水泥波特兰水泥注册专利，注册专利，蒸汽动力蒸汽动力十九世纪末，现场钻孔十九世纪末，现场钻孔桩桩(1897, Raym
3、ond)(1897, Raymond)干栏式建筑干栏式建筑排排 桩桩 带撑木桩带撑木桩 灞河上建桥始于春秋时期，秦穆公称霸西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，故戎，将滋水改为灞水，并于河上建桥，故称称“灞桥灞桥”，是我国最古老的石柱墩桥。，是我国最古老的石柱墩桥。1400年前的隋代灞桥遗址年前的隋代灞桥遗址被洪水冲走的隋代灞桥上的桥桩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桥墩上的龙头隋代灞桥石料上刻有隋代灞桥石料上刻有“耀州耀州”二字证实修桥石料来源于西二字证实修桥石料来源于西安以北约安以北约100公里的古耀州公里的古耀州新加坡发展银行新加
4、坡发展银行,四四墩墩, 每墩直径每墩直径7.3m将荷载传递到下部将荷载传递到下部好土层好土层,承载力高承载力高大直径钻孔桩大直径钻孔桩风化砂岩及粉砂岩风化砂岩及粉砂岩部分风化及部分风化及不风化泥岩不风化泥岩新加坡发展银行新加坡发展银行,四墩四墩7.3m现场灌注现场灌注护坡桩护坡桩造价低造价低现场灌注现场灌注护坡桩护坡桩造价低造价低2.2.特点特点优点1.将荷载传递到下部好将荷载传递到下部好土层土层,承载力高承载力高2.沉降量小沉降量小3.抗震性能好抗震性能好,穿过液穿过液化层化层4.承受抗拔承受抗拔(抗滑桩抗滑桩)及及横向力横向力(如风载荷如风载荷)5.与其他深基础比较与其他深基础比较,施工造
5、价低施工造价低缺点缺点施工环境影响施工环境影响, , 预制桩施工噪音预制桩施工噪音, , 钻孔灌注桩的泥浆钻孔灌注桩的泥浆 有地下室时有地下室时, ,有一有一定干扰定干扰, ,深基坑中深基坑中做桩做桩3. 适用条件适用条件(1)水上建筑物水上建筑物(2)深持力层深持力层,高地下水位高地下水位(3)抗震地基抗震地基(4)对沉降非常敏感的建对沉降非常敏感的建筑筑,如精密仪器如精密仪器 详见教材详见教材117页页 承台承台: :将几个桩结合将几个桩结合起来传递荷载起来传递荷载1 1. .低承台桩基低承台桩基 承台在地面以下承台在地面以下, , 承承台本身可承担部分荷台本身可承担部分荷载载2 2. .
6、高承台桩基高承台桩基 承台在地面以上承台在地面以上, ,桥桩桥桩, ,码头码头, ,栈桥栈桥软土层二、桩基础的类型二、桩基础的类型（按承台位置分类）按承台位置分类）青岛青岛前海栈桥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（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。米左右、铁木结构的简易码头，当时只供军用，故名栈桥。低承台桩基低承台桩基高承台桩基高承台桩基1 1、安全等级：、安全等级：三、桩基设计原则三、桩基设计原则 1
7、1）桩基的竖向承载力计算（基桩、群桩承载）桩基的竖向承载力计算（基桩、群桩承载力计算）；力计算）； 2 2）桩端平面以下软弱下卧层承载力验算；）桩端平面以下软弱下卧层承载力验算； 3 3）桩基抗震承载力验算；）桩基抗震承载力验算； 4 4）承台计算和桩身结构计算；）承台计算和桩身结构计算； 5 5）必要的验算，如变形验算）必要的验算，如变形验算。2 2、桩基计算内容：、桩基计算内容：以下桩基应进行变形验算：以下桩基应进行变形验算：1 1）桩端持力层为软弱土的一、二级建筑物以及）桩端持力层为软弱土的一、二级建筑物以及桩端持力层为粘性土、粉土或存在软弱下卧层桩端持力层为粘性土、粉土或存在软弱下卧层
8、的一级建筑桩基的沉降验算，并宜考虑上部结的一级建筑桩基的沉降验算，并宜考虑上部结构与桩基的相互作用。构与桩基的相互作用。2 2）承受较大水平荷载或对水平变位要求严格）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。的一级建筑桩基的水平变位验算。3 3）对不允许出现裂缝或需限制裂缝宽度的混）对不允许出现裂缝或需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。凝土桩身和承台应进行抗裂或裂缝宽度验算。3 3、变形验算：、变形验算：No结构与地质资料结构与地质资料桩型、桩长、桩距桩型、桩长、桩距确定桩数确定桩数n=P/R桩基中基桩承载力验算桩基中基桩承载力验算软弱下卧层验算软
9、弱下卧层验算实体深基础验算实体深基础验算承台设计承台设计沉降计算沉降计算桩桩基基础础的的设设计计步步骤骤四、四、第二节第二节 桩的类型桩的类型承载性状承载性状施工方法施工方法成型方式效应成型方式效应材料材料形状形状按尺寸按尺寸软土层按不同的分类标准，叫法不同。按不同的分类标准，叫法不同。一、一、 按承载性状分类按承载性状分类Q = QQ = Qp p+Q+Qs sTip resistance, Skin frictionTip resistance, Skin friction端承型桩端承型桩 主要由桩端承受极限荷载主要由桩端承受极限荷载, ,桩不长桩不长, ,桩端土坚硬桩端土坚硬摩擦型桩摩擦
10、型桩 主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载, ,桩长桩长, ,深深端承型桩端承型桩摩擦型桩摩擦型桩端承桩端承桩摩擦端承桩摩擦端承桩（嵌岩桩）（嵌岩桩）摩擦桩摩擦桩端承摩擦桩端承摩擦桩端承型桩端承型桩摩擦型桩PsPsP二、按材料：二、按材料： 木桩、混凝土、钢筋混木桩、混凝土、钢筋混凝土、钢管（型钢）桩、凝土、钢管（型钢）桩、复合桩复合桩 钢筋混凝土：普通混凝钢筋混凝土：普通混凝土、预应力混凝土（离土、预应力混凝土（离心预制）、高强混凝土心预制）、高强混凝土三三 、 按形状按形状 按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节（分叉）桩、
11、扩底桩、支桩、多节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩盘桩、微型桩 按横断面：圆形，八边形，十字桩、按横断面：圆形，八边形，十字桩、X X形桩形桩桩身桩身横断面横断面四、按尺寸四、按尺寸 按断面按断面( (直径）的大小：直径）的大小： 大直径桩大直径桩:d:d 800mm; 800mm; 小直径桩：小直径桩：d d 250mm250mm； 中等直径桩：中等直径桩： 250d800mm 250d800mm 。 按长度（长径比）：按长度（长径比）： 长桩长桩: 40m L80m: 40m3)3)；短桩：；短桩：L L15m15m； 中长桩：中长桩：15m L40m15m 80m L 80m L/L/
12、 （ ：桩的特征长度）：桩的特征长度）c44E IkB 六、六、 按施工方法按施工方法（成型方式效应成型方式效应）施工方法施工方法沉桩方法沉桩方法1 预制桩预制桩 Prefabricated pile 挤土桩，部分挤土桩2 现场灌注桩现场灌注桩 Cast in place 非挤土桩，部分挤土桩1 预制桩预制桩2 现场灌注桩现场灌注桩气锤打入气锤打入振动沉桩振动沉桩静压桩静压桩引孔,部分挤土, 大面积地面隆起不引孔,挤土桩成孔方法成孔方法人工挖孔人工挖孔螺旋钻螺旋钻正反循环正反循环地下水以下泥浆护壁地下水以下泥浆护壁冲击冲击,夯扩夯扩,爆破爆破沉管灌注沉管灌注浇注法浇注法省省, ,易易泥皮泥皮,
13、 ,虚土虚土, ,断桩断桩水上水上水下水下其他其他离心离心, ,预应力预应力, ,工厂工厂, ,现场现场振动沉桩振动沉桩预制桩预制桩113mPile Point离心预应力预制钢筋混凝土离心预应力预制钢筋混凝土人工挖孔桩人工挖孔桩广州市亚洲大酒店广州市亚洲大酒店人工挖孔桩人工挖孔桩螺旋钻螺旋钻 扩底桩扩底桩人工挖孔扩孔桩人工挖孔扩孔桩（芝加哥法）（芝加哥法）UK英国英国1.0-3.0 m0.6-0.9 m英国是近代工业革英国是近代工业革命的发源地，正式命的发源地，正式名称名称“联合王国联合王国”，全称全称“大不列颠及大不列颠及北爱尔兰联合王国北爱尔兰联合王国（the United Kingdom
14、 of Great Britain and Northern Ireland）”爆破扩底桩爆破扩底桩挤扩桩（支盘桩）挤扩桩（支盘桩）七、桩的质量检验七、桩的质量检验桩基础桩基础-隐蔽工程（灌注桩）隐蔽工程（灌注桩）-缩颈、夹泥、断桩、沉渣过厚。缩颈、夹泥、断桩、沉渣过厚。（1 1）开挖检查：桩顶标高、桩的位置（轴线）、桩顶质量（完整）开挖检查：桩顶标高、桩的位置（轴线）、桩顶质量（完整性和混凝土强度）性和混凝土强度）（2 2）抽芯法：在灌注桩身内钻孔（直径）抽芯法：在灌注桩身内钻孔（直径100100150150），取混凝土），取混凝土芯样进行观测和单轴抗压强度试验，了解混凝土有无离析、空洞、芯
15、样进行观测和单轴抗压强度试验，了解混凝土有无离析、空洞、桩底沉渣和夹泥等现象。桩底沉渣和夹泥等现象。（3 3）声波透视法：俗称小应变测定法，检测桩身完整性，即缺陷）声波透视法：俗称小应变测定法，检测桩身完整性，即缺陷位置、程度。位置、程度。（4 4）动测法：俗称大应变测定法，检测单桩承载力。）动测法：俗称大应变测定法，检测单桩承载力。（5 5）检测数量：）检测数量： 小应变：灌注桩，小应变：灌注桩，100%100%，预制桩，预制桩，50%50% 大应变：灌注桩，大应变：灌注桩，30%30%，预制桩，预制桩，20%20%第三节第三节 单桩承载力单桩承载力 Bearing capacity of
16、a single pile1 1桩的承载力分析桩的承载力分析1. 1. 竖向承载力的组成竖向承载力的组成摩阻力所需位移很小摩阻力所需位移很小端阻力需要较大位移端阻力需要较大位移; ;不同阶段二者分担比不同不同阶段二者分担比不同pusuupsQQQQQQQ/kNQsQpQS/mmQs 桩侧摩阻力 Skin， Shaft frictionQp 桩端阻力 端承力 Point， end resistance2.桩、土间力的平衡桩、土间力的平衡 设桩身周长为设桩身周长为u u，从深，从深度度z z处取一处取一dzdz微段，由力的微段，由力的平衡条件有：平衡条件有：ZZZZZZNudz(NdN )0dN1
17、u dz 设桩身横截面面积为设桩身横截面面积为ApAp，弹性模量为，弹性模量为EpEp，dzdz微段微段的变形为的变形为d d z z，据虎克定律有：，据虎克定律有：PPNLLA E ZZPPN dzdA E 代入上式有：代入上式有：2ZPPzZ2zdNA Ed1u dzud 2ZPPzZ2zdNA Ed1u dzud zZ0zz0Zz0Zz0PPNNud1N dA E 二、桩侧摩阻力和桩端阻力二、桩侧摩阻力和桩端阻力(1) 摩阻力的分布摩阻力的分布qs 摩阻力摩阻力zsdN1qu dz u为桩的周长为桩的周长S0Sp 各点位移各点位移Q轴向力轴向力NS0Sp(2)土的极限摩阻力影响因素-可用
18、类似于土的抗剪强度的库仑公式表达 随着深度增加,砂土中存在临界深度 x0s0kZ,qkZtg 超静孔隙水压力消散,土的触变性打入预制桩,挤土使qs增加：(1)挤密(2)残余应力钻孔预制桩,常使qs减少：(1)泥皮(2)应力松弛但是也有水泥浆渗入土中使表面粗糙粘性土的摩阻力有时效性,其他施工因素（3）桩的端承力常作为基础承载力问题(太沙基解)太沙基梅耶霍夫型很小qcpuqNcNNBq2(1)(1)很难达到整体破坏很难达到整体破坏(2)(2)端承力与深度有关端承力与深度有关(3)(3)存在临界深度存在临界深度qcpuqNcNq三、单桩的破坏形式三、单桩的破坏形式屈曲破坏屈曲破坏取决于桩身的材料强度
19、取决于桩身的材料强度整体剪切破坏整体剪切破坏-取决于桩端土的支承力取决于桩端土的支承力刺入破坏刺入破坏-取决于桩周土强度（土较硬）取决于桩周土强度（土较硬）取决于上部结构所能承受的极限沉降（土较软）取决于上部结构所能承受的极限沉降（土较软）土的极限端阻力影响因素 与施工方法有关桩端充填粉土桩端充填粉土问题问题侧摩阻力的方向？侧摩阻力的方向？与土性有关,存在临界深度1.负摩阻力的产生（桩侧土桩侧土体下沉必须大于桩的下沉体下沉必须大于桩的下沉）(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、冻土融解正摩阻正摩阻负摩阻负摩阻三、三、
20、桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力2. 负摩擦力的确定(负摩阻力成为荷载的一部分) 对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负摩阻力; 对于一般桩,因为桩土都有变形,视二者的相对位移量和方向.lnNegative土位移土位移Ss桩位移桩位移Sp-+摩阻力摩阻力轴向力轴向力Nnsi0zniqktg 3 3、解决方法：、解决方法：1 1）通过计算预估下沉的沉降量。）通过计算预估下沉的沉降量。2 2）在预制桩表面涂一薄层沥青。）在预制桩表面涂一薄层沥青。3 3）在桩土之间加一层土浆，减少摩擦力。）在桩土之间加一层土浆，减少摩擦力。（斑脱土浆）（斑脱土浆） 特化性质特化性质膨润土膨润土是一种以蒙脱石为主要矿物成份的粘
21、土岩是一种以蒙脱石为主要矿物成份的粘土岩,颜色为白色、颜色为白色、浅黄色。膨润土真有较强的吸湿性和膨胀性，可吸附浅黄色。膨润土真有较强的吸湿性和膨胀性，可吸附8-15倍受倍受欢迎于自身体积的水量，体积膨胀可达数位至欢迎于自身体积的水量，体积膨胀可达数位至30倍，在水介擀中倍，在水介擀中能分散成胶凝状和悬浮状，这种介质具有一定的粘滞能变性和润能分散成胶凝状和悬浮状，这种介质具有一定的粘滞能变性和润滑性，有较强的阳离子交换能力，对各种气体、液体、有机物质滑性，有较强的阳离子交换能力，对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力。最大吸附量可达有一定的吸附能力。最大吸附量可达5倍于自身的重量。它与水倍
22、于自身的重量。它与水泥、细沙的掺合物具有可塑性和粘结性。泥、细沙的掺合物具有可塑性和粘结性。 用途用途膨润土在工业生产中有广泛的市场，化肥、饲料、膨润土在工业生产中有广泛的市场，化肥、饲料、炼焦生产中用作粘结剂。塑料、橡胶生产中用作炼焦生产中用作粘结剂。塑料、橡胶生产中用作填充剂，农药生产中用作载体和杀菌剂，合成树填充剂，农药生产中用作载体和杀菌剂，合成树脂、油墨和油漆中用作防沉降助剂。颜料、涂料脂、油墨和油漆中用作防沉降助剂。颜料、涂料生产中用作触变和增稠剂，日用化工产品中用作生产中用作触变和增稠剂，日用化工产品中用作添加剂。医药生产中用作吸着剂或粘结剂，石油添加剂。医药生产中用作吸着剂或粘
23、结剂，石油钻井生产中用作润滑剂，造纸和纺织生产中用作钻井生产中用作润滑剂，造纸和纺织生产中用作增白剂。增白剂。斑脱土泥浆泵斑脱土泥浆泵是用来在内孔壁形成涂层，是用来在内孔壁形成涂层，同时在下套管时减少摩擦力。同时在下套管时减少摩擦力。在砂土中钻孔是必备设备。在砂土中钻孔是必备设备。第四节 单桩竖向承载力的确定静载荷试验 拟静力法 Osterberg法经验方法：静力触探 经验公式混凝土混凝土R = c fc Ap钢筋混凝土钢筋混凝土R = （ c fc Ap + fy Ag）钢筋抗压强钢筋抗压强度设计值度设计值桩身材料一、按桩身材料确定混凝土混凝土 R = R = c cf fc cA Ap p
24、钢筋混凝土钢筋混凝土 R = R = （ c cf fc cA Ap p+f+fy yA Ag g）钢筋抗压强钢筋抗压强度设计值度设计值二、桩基现场测试的传统方法（1）静载试验法获得单桩承载力最可靠的方法锚桩反力梁 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锚桩 桁架法,2400吨桩顶试验中桩顶试验中Osterberg法 OsterbergOsterberg测桩法测桩法检测钻孔灌注桩单桩承载力的原理检测钻孔灌注桩单桩承载力的原理( (图图1)1)，是在桩底预先放置一个直径稍小于桩径，是在桩底预先放置一个直径稍小于桩径的，可上下膨胀的压力室，试验时给压力室加压，使桩身获
25、得向上的托力，同时桩的，可上下膨胀的压力室，试验时给压力室加压，使桩身获得向上的托力，同时桩端获得向下的压力，桩尖位移和桩身位移的量测采用分离独立系统，仪表端获得向下的压力，桩尖位移和桩身位移的量测采用分离独立系统，仪表通过连通过连接在桩底部的细杆量测桩尖的向下位移量，仪表接在桩底部的细杆量测桩尖的向下位移量，仪表量测桩身的向上位移量。因而分量测桩身的向上位移量。因而分别直接测定桩侧阻和端阻和相应位移的关系，由此验证桩的承载力是否满足设计的别直接测定桩侧阻和端阻和相应位移的关系，由此验证桩的承载力是否满足设计的要求。这是一种很巧妙的测桩方法，比传统的静载测桩法省力、省钱、省时，又比要求。这是一
26、种很巧妙的测桩方法，比传统的静载测桩法省力、省钱、省时，又比动测法直接可靠，利用桩的自重和摩阻力作为自锚反力，可得到很高的试验荷载，动测法直接可靠，利用桩的自重和摩阻力作为自锚反力，可得到很高的试验荷载，这一点对于大型桩这一点对于大型桩( (墩墩) )尤其意义重大。目前该方法在美国、加拿大、英国、日本及尤其意义重大。目前该方法在美国、加拿大、英国、日本及香港等地已有不少工程实际应用的例子。已经可测桩径近香港等地已有不少工程实际应用的例子。已经可测桩径近2 m2 m的大型桩的大型桩( (墩墩) )，试验，试验承载力达承载力达60 MN60 MN，这是一般测桩法无法或很难做到的。对于端承力与侧阻力
27、不相等，这是一般测桩法无法或很难做到的。对于端承力与侧阻力不相等情况，也可通过调整桩浇筑深度及半径加以解决。情况，也可通过调整桩浇筑深度及半径加以解决。图图1Osterberg桩基载荷试验原理桩基载荷试验原理安装钢筋笼安装多动式(2) 通过静力载荷试验确定极限承载力通过静力载荷试验确定极限承载力Qu判断单桩竖向极限承载力Qu(各规范不同) 如果有陡降点,取为Qu 缓变曲线,取一定沉降 s=40mm (40-60mm) 24小时未稳定,Sn对应的荷载确定平均值 (极限承载力标准值),如离散太大,加一折减系数设计值 R=uukQQspukQ21nnSSnQ三、按静力触探法确定ukcppii siQ
28、q Aulf 、 ：修正系数：修正系数 -对粘性土、粉土去对粘性土、粉土去2/32/3，饱和砂土取，饱和砂土取1/21/2； -粘性土粘性土 砂性土砂性土q qc c, f, fsi si ：探头的端阻与侧阻：探头的端阻与侧阻Electric static cone55. 0)(04.10aiif45. 0)(05. 5aiif注：双桥静力触探注：双桥静力触探 混凝土预制桩混凝土预制桩补充：补充：单桥探头单桥探头 当根据单桥探头静力触探资料确定当根据单桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩混凝土预制桩单单桩竖向极限承载力标准值时，如无当地经验可按下式桩竖向极限承载力标准值时，如无当地经验可按下式计
29、算：计算：Q Qukuk= Q= Qsksk+ Q+ Qpkpk= uq= uqsiksikl li i+p pskskA Ap p式中式中u u桩身周长；桩身周长； A Ap-p-桩端面积；桩端面积； q qsik-sik-用静力触探比贯入阻力值估算的桩周第用静力触探比贯入阻力值估算的桩周第i i层土的极限侧阻力标准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）；折线取值；并注意修正）； l li i桩穿越第桩穿越第i i层土的厚度；层土的厚度； 桩端阻力修正系数。桩端
30、阻力修正系数。 注：图中，直线注：图中，直线A A（线段（线段ghgh）适用于地表下）适用于地表下6m 6m 范围内的土范围内的土层；折线层；折线B B（线段（线段oabcoabc）适用于粉土及砂土土层以上（或无粉）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；折线土及砂土土层地区）的粘性土；折线C C（线段（线段odefodef）适用于粉）适用于粉土及砂土土层以下的粘性土；折线土及砂土土层以下的粘性土；折线D D（线段（线段oefoef）适用于粉土、）适用于粉土、 粉砂、粉砂、 细砂及中砂。细砂及中砂。当桩端穿越粉土、粉砂、细砂及中砂层底面时，折线当桩端穿越粉土、粉砂、细砂及中
31、砂层底面时，折线D D估算估算的值需乘以下表系数值；的值需乘以下表系数值； sikqs q qsksk-p-ps s曲线曲线系数值系数值sslspp /s 5 5 7.51010 1.00 0.50 0.33注：注： 为桩端穿越的中密为桩端穿越的中密- -密实砂土密实砂土、粉土的、粉土的比贯入阻力平均值；比贯入阻力平均值； 为砂土、粉土的下卧软土层的比为砂土、粉土的下卧软土层的比贯入阻力平均值；贯入阻力平均值； 采用的单桥探头，圆锥底面积为采用的单桥探头，圆锥底面积为15 15 ，底部带，底部带7cm7cm高滑套，锥角高滑套，锥角 。spslp2cm60 系数值系数值桩入土桩入土深度深度（m
32、m）h1515h h303030 h6060 0.750.75 - - -0.90 0.90注：桩入土深度注：桩入土深度15h30m15h30m时，时，值按值按 h h值线内插；值线内插；h h为基为基底至桩端全断面的距离（不包括桩间高度）。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），桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值（平均值），见见下式：下式： 当当 时时当当 时时 式中式中 桩端全截面以上桩端全截面以上8 8倍桩径范围内的比贯入阻力平均值；倍桩径范围内的比贯入阻力平均值； 桩端全截面以下桩端全截面以下4 4倍桩径范围内的比贯入阻力平均值倍桩径
33、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如桩端持力层为密实的砂土层，其比贯入阻力平均值 超过超过20MPa20MPa时，时，则需乘以系数则需乘以系数C C予以折减后，再计算予以折减后，再计算 及及 值；值； 折减系数，按折减系数，按 值从表选用。值从表选用。 21skskpp)(2121skskskppp21skskpp2skskpp1skp2skpsp2skp1skp12/skskpp四、经验公式法ukskpkpsikpkpQQQuqliq A （1 1）一般预制桩及中小直径灌注桩）一般预制桩及中小直径灌注桩对直径对直径800 6d一 群桩(Pile gro
34、up)与群桩效应1 预制桩沉桩预制桩沉桩 砂土,非饱和土和一般粘性土,填土有挤密作用,使承载力增加饱和粘土,超静孔压积累,地面上浮,先入桩上浮,土层扰动,使承载力降低2 应力叠加应力叠加 桩底应力增加,使承载力不足;总的沉降增加3 桩之间互相调节桩之间互相调节 个别桩承载力低总体上可互补;个别桩受荷,其他桩帮助传递荷载4 承台可部分承受荷载承台可部分承受荷载应力叠加应力叠加 桩底应力增加桩底应力增加, ,使承载力不足使承载力不足; ;总的总的沉降增加沉降增加对于砂土 sp 1.0, 粘性土sp 1.0群桩各单桩承载力之和群桩的承载力群桩综合效应系数sp单桩侧阻群桩中单桩的平均侧阻侧阻群桩效应系
35、数s0 .1单桩端阻群桩中单桩的平均端阻端阻群桩效应系数pP234 表表8.17二 群桩基础承载力计算 对于对于3 3根以上根以上, ,非端承桩非端承桩的桩基础的桩基础, ,要要考虑群桩效应；考虑群桩效应；若承台底面土体与承台底不脱开，则若承台底面土体与承台底不脱开，则考虑承台承载考虑承台承载能力（承台效应）。能力（承台效应）。1 单桩承载力设计值ppksskcckspcQQQR 准值承台底土极限承载力标承台底平均极限土抗力ccpscps群桩效应系数抗力分项系数2 关于承台承载力问题 承台下土的承载力低于浅基础 承台内反力小于外围,双曲线分布 在动力荷载下(铁路桥梁);负摩擦力(地面下沉);端
36、承桩;饱和软土中沉入密集桩群等情况下不考虑承台承载力。nAqQcckckkckfq2承台宽度的深度内(5m)地基土极限抗力标准值cececciciccAAAA0 .15 .0; 5 .01 .0ecicBkf见见235页表页表 8.18 承台内外土阻承台内外土阻力群桩效应系数力群桩效应系数ecAicA234页 三、三、 群桩基础中的基桩荷载验算群桩基础中的基桩荷载验算1. 1. 荷载效应基本组合荷载效应基本组合(1)(1)中心荷载中心荷载实实际际分分布布假设的分布假设的分布FG GNrR0r r0 0 建筑物重要性系数建筑物重要性系数一级一级 r r0 0 =1.1 =1.1二级二级 r r0
37、 0 =1.0 =1.0三级三级 r r0 0 =0.9 =0.9假设每个桩的荷载假设每个桩的荷载nGFN基桩承载力设计值基桩承载力设计值G G承台及其上回填承台及其上回填土总自重设计值。土总自重设计值。(2) 偏心竖向荷载偏心竖向荷载荷载线性分布假设荷载线性分布假设yixii22iiM xM yFGNnyx 0maxN1.2RMyMx987216345XYx7y7yiximax22iiM xM yFGNnyx 0r NR 2.2.地震作用效应组合地震作用效应组合地震震害调查表明，不论桩周土类别如何，基桩竖地震震害调查表明，不论桩周土类别如何，基桩竖向承载力均可提高向承载力均可提高25%25%
38、，故：，故：轴心荷载作用下轴心荷载作用下 N1.25RN1.25R偏心荷载作用下偏心荷载作用下 N1.25RN1.25R N Nmaxmax1.5R1.5R可不考虑地震作用的情况可不考虑地震作用的情况, ,见教材见教材236236页页. . 补充：假想实体深基础承载力验算 当单独基础当单独基础 n n 9 9根根, , 条形基础条形基础 m 2 m 2 行；且行；且S Sa a 6d 6d 时需要进行这一项验算。时需要进行这一项验算。 地基规范地基规范 规定规定F lG B0A(1)中心荷载(2)偏心荷载Wx ,Wy假想实体基础截面抵抗矩Mx ,My假想基础底面上的力矩av00A (B2l t
39、g)(L2l tg);4 kkkaFGpfA ykkxk m axaxyMFGMp1.2fA WW 四四 软弱下卧层的验算软弱下卧层的验算1 1 S Sa a 6d 6d 时时整体冲剪破坏整体冲剪破坏F F l lB B0 0t t z z G G 00sik iz00wukzzqFG2(LB )q l(L2ttan )(B2ttan )qz 仅经深度仅经深度修正修正分项系数分项系数取取1.651.65173173页页按整体基础按整体基础F lB0t zG 2 2S Sa a6d 6d 时时且硬持力层厚度且硬持力层厚度 与验算单桩原理相同与验算单桩原理相同aet(sd )cos /2sikiz
40、2e4(Nuql )(d2t tan) 五五 桩基沉降计算桩基沉降计算一般不计桩身压缩量及一般不计桩身压缩量及桩与土间的相对位移，以假想基础为刚性整体，验算桩端桩与土间的相对位移，以假想基础为刚性整体，验算桩端以下土沉降以下土沉降1. 需要进行沉降计算需要进行沉降计算 ： 甲（甲（1）级建筑物的建筑物桩基）级建筑物的建筑物桩基 对沉降有严格要求的建筑物桩基对沉降有严格要求的建筑物桩基 体型复杂或桩端以下存在软弱土层的乙（体型复杂或桩端以下存在软弱土层的乙（2）级）级建筑物桩基建筑物桩基2. 不需沉降计算的情况不需沉降计算的情况 丙（丙（3）级建筑物桩基）级建筑物桩基 s6d 桩距大于桩距大于6
41、倍桩径倍桩径 n9 独立基础的独立基础的 m 2 条形基础条形基础 某些单层工业厂房桩基某些单层工业厂房桩基4);2)(2(00avltgLltgBAAGFp)(0ldpp计算计算S = S iS=e S :沉降计算经验系数沉降计算经验系数p239， e:等效沉降系数，由于布氏等效沉降系数，由于布氏解作用在弹性体表面，现在是解作用在弹性体表面，现在是作用在弹性体内部。作用在弹性体内部。F l G B0A第六节第六节 桩基础设计桩基础设计一、设计内容及步骤一、设计内容及步骤桩型、桩长和截面尺寸选择桩型、桩长和截面尺寸选择桩型：上部结构的型式、荷载、桩型：上部结构的型式、荷载、地质条件、环境条件及
42、当地的地质条件、环境条件及当地的施工条件和经验。施工条件和经验。截面尺寸：实心方桩边长为截面尺寸：实心方桩边长为300500 L=2530m（现场（现场预制）预制）L12m（工厂预制）（工厂预制）桩端进入持力层的深度：桩端进入持力层的深度：粘性土、粉土粘性土、粉土2d2d，砂类土，砂类土1.5d,1.5d,碎石类土碎石类土1d,1d,当存当存在软弱下卧层时在软弱下卧层时, ,桩端以下硬持力层厚度桩端以下硬持力层厚度4d,4d,嵌岩桩进嵌岩桩进入微风化或中等风化的岩体的最小深度入微风化或中等风化的岩体的最小深度0.5m.0.5m.临界深度临界深度: :砂、砾临界深度砂、砾临界深度= =（3 31
43、010）d d （d d为桩径）为桩径）粘性土、粉土临界深度粘性土、粉土临界深度= =（2 26 6）d d经济角度：经济角度：沉管灌注桩最为经济，后为钻孔灌注撞、冲孔灌注桩、人沉管灌注桩最为经济，后为钻孔灌注撞、冲孔灌注桩、人工挖孔桩、混凝土预制方桩、普通预应力管桩、预应力高工挖孔桩、混凝土预制方桩、普通预应力管桩、预应力高强混凝土管桩、钢管桩强混凝土管桩、钢管桩周边环境周边环境:城市环境：不允许打桩时，选用振动比较小的桩，如：钻城市环境：不允许打桩时，选用振动比较小的桩，如：钻孔灌注桩、人工挖孔桩、冲孔灌注桩、静力压桩等。孔灌注桩、人工挖孔桩、冲孔灌注桩、静力压桩等。 建筑物的重要程度。建
44、筑物的重要程度。二、桩数及桩位布置二、桩数及桩位布置1.1.桩的根数桩的根数n n中心荷载作用（轴心受压）：中心荷载作用（轴心受压）：FGnR偏心荷载作用（偏心受压）偏心荷载作用（偏心受压）00(1.1 1.2)(0.9 1.4)nnnn0FGnRaKKRGFn 2. 桩的中心距桩的中心距桩的间距过大，承台体积增加，造价增加，有时桩的间距过大，承台体积增加，造价增加，有时基础间的空间不允许；基础间的空间不允许；桩的间距过小，桩的承载能力不能充分发挥，且桩的间距过小，桩的承载能力不能充分发挥，且给施工带来较大困难。给施工带来较大困难。 一般情况下：一般情况下： 具体见下表规定具体见下表规定dsa
45、)43( 3 . 桩位布置桩位布置布置原则：布置原则：各桩受力均匀，各桩受力均匀，尽可能使上部荷载的中心与群桩的横截面形尽可能使上部荷载的中心与群桩的横截面形心重合或接近；心重合或接近；偏心作用时，应增加桩基横截面的惯性矩，对群桩基础，宜偏心作用时，应增加桩基横截面的惯性矩，对群桩基础，宜采用采用外密内松外密内松的布置方式；的布置方式；对横墙下桩基，可在外纵墙之外设一至二根对横墙下桩基，可在外纵墙之外设一至二根“探头探头”桩；桩；在有门洞口的墙下布桩应将桩设置在在有门洞口的墙下布桩应将桩设置在门洞的两侧。门洞的两侧。桩在平面上可布置为：方形（或矩形）、三角形、多边形、桩在平面上可布置为：方形（
46、或矩形）、三角形、多边形、梅花形；条形基础下的桩，可采用单排或双排，也可采用不等梅花形；条形基础下的桩，可采用单排或双排，也可采用不等距。距。 柱下桩基柱下桩基 墙下桩基墙下桩基圆（环）形桩基圆（环）形桩基外纵墙下外纵墙下 探头探头 桩桩 探头探头 桩桩架式承台架式承台重墙下重墙下架式承台架式承台桩桩三、三、 桩基承载力验算桩基承载力验算* * * *1. 1. 桩顶作用效应计算桩顶作用效应计算中心荷载作用（轴心受压）：中心荷载作用（轴心受压）：nGFQKKK 式中：式中：Fk-Fk-相应于荷载效应标准组相应于荷载效应标准组合时，作用在桩基承台顶面的竖向力；合时，作用在桩基承台顶面的竖向力；G
47、k-Gk-桩基承台及其上填土的自重标桩基承台及其上填土的自重标准值。准值。xFK+GK承台承台底面底面xyxixmaxymaxyiyMxKxFK+GKMyKHK承台承台底面底面xixmaxyiymax偏心竖向力作用下：偏心竖向力作用下： 22iiyKiixKKKiKxxMyyMnGFQnHHKiK 水平力作用下：水平力作用下：* * * * 桩顶作用效应均按荷载作桩顶作用效应均按荷载作用效应标准组合计算。用效应标准组合计算。 当基桩承受较大水平力，或为高承台桩基时，桩顶作用当基桩承受较大水平力，或为高承台桩基时，桩顶作用效应的计算应考虑承台与基桩协同工作和土的弹性抗力。对烟效应的计算应考虑承台
48、与基桩协同工作和土的弹性抗力。对烟囱、水塔、电视塔等高耸结构物桩基则常采用圆形或环形刚性囱、水塔、电视塔等高耸结构物桩基则常采用圆形或环形刚性承台，当基桩宜布置在直径不等的同心圆圆周上，且同一圆周承台，当基桩宜布置在直径不等的同心圆圆周上，且同一圆周上的桩距相等时，仍可按上式计算。上的桩距相等时，仍可按上式计算。2. 2. 单桩承载力验算单桩承载力验算* * * *中心荷载作用（轴心受压）桩基：中心荷载作用（轴心受压）桩基：aKRQ 偏心荷载作用（偏心受压）桩基：偏心荷载作用（偏心受压）桩基：aKRQ aKRQ2 . 1max HaiKRH 水平力作用下：水平力作用下：偏心荷载作用（偏心受压）
49、桩基：偏心荷载作用（偏心受压）桩基：aKRQ aKRQ2 . 1max xyxixmaxymaxyiyMxKxFK+GKMyKHK承台承台底面底面xixmaxyiymaxnGFQKKK 2max2maxmaxiyKixKKKKxxMyyMnGFQ此桩受压力最大此桩受压力最大考虑地震作用效应的桩基单桩承载力验算考虑地震作用效应的桩基单桩承载力验算中心荷载作用（轴心受压）桩基：中心荷载作用（轴心受压）桩基：aKRQ25. 1 偏心荷载作用（偏心受压）桩基：偏心荷载作用（偏心受压）桩基：aKRQ25. 1 aKRQ5 . 1max 地震震害调查表明，不论桩周土类别如何，基桩竖向承地震震害调查表明，不
50、论桩周土类别如何，基桩竖向承载力均可提高载力均可提高25%25%。 对于主要承受竖向荷载的抗震设防区低承台桩基，当同时对于主要承受竖向荷载的抗震设防区低承台桩基，当同时满足下列条件时，计算桩顶作用效应时可不考虑地震作用：满足下列条件时，计算桩顶作用效应时可不考虑地震作用： （1 1）按）按建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范规定可不进行天然地基和基规定可不进行天然地基和基础抗震承载力计算的建筑物；础抗震承载力计算的建筑物； （2 2）不位于斜坡地带和地震可能导致滑移、地裂地段的）不位于斜坡地带和地震可能导致滑移、地裂地段的建筑物；建筑物； （3 3）桩端及桩身周围无可液化土层；）桩端及桩身周围无可
