1、第八章 桩基础 Pile foundation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台基桩基桩 组成：组成：基桩和连接于桩顶的基桩和连接于桩顶的承台。承台。 作用：作用：将上部结构荷载通过将上部结构荷载通过承台传递给基桩，再由基桩承台传递给基桩，再由基桩传递到地基土体（持力层）传递到地基土体（持力层） 。 特点：特点：历史悠久、承载力高、历史悠久、承载力高、稳定
2、性好、沉降量小而均匀、稳定性好、沉降量小而均匀、便于机械化施工、适应性强。便于机械化施工、适应性强。单桩基础单桩基础群桩基础群桩基础沉井沉井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 沉井基础是以沉井法施工的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。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），然后在井壁的结构物（沉井），然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使围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，到预定设计标高后，再进
3、行封底，构筑内部结构。构筑内部结构。 广泛应用于桥梁、烟囱、水广泛应用于桥梁、烟囱、水塔的基础；水泵房、地下、油库、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水池竖井等深井构筑物和盾构或顶管的工作井。顶管的工作井。 技术上比较稳妥可靠，挖土技术上比较稳妥可靠，挖土量少，对邻近建筑物的影响比较量少，对邻近建筑物的影响比较小，沉井基础埋置较深，稳定性小，沉井基础埋置较深，稳定性好，能支承较大的荷载。好，能支承较大的荷载。 地下连续墙地下连续墙 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
4、宽度与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，采用导管法在深度的沟槽，在槽内设置钢筋笼，采用导管法在泥浆中浇泥浆中浇筑混凝土，筑混凝土，筑成一单元墙段，依次顺序筑成一单元墙段，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，作为邻近建筑物基础的支护以及直接成为承受直接为邻近建筑物基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。荷载的基础结构的一部分。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
5、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年波特兰水泥注册专利，年波特兰水泥注册专利，蒸汽动力蒸汽动力十九世纪末，现场钻孔桩十九世纪末，现场钻孔桩(1897, Raymond)(1897, Raymond)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
6、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，
7、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。新加坡发展银行新加坡发展银行,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(
8、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)(1)地基的上层土质太差而下层土质较好；或地基软硬不均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；或荷载不均，不能满足上部结构对不均匀变形的要求；(2)(2)地基软弱，采用地基加固措施不合适；或地基土特殊，地基软弱，采用地基加
9、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。冻土等。(3)(3)除承受较大垂直荷载外，尚有较大的偏心荷载、水平荷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；载、动力或周期性荷载作用；(4)(4)上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感；或建筑物受到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；大面积地面超载的影响；（5 5）地下水位很高，采用其他基础型式施工困难；或位于）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；
10、水中的构筑物基础，如桥梁、码头、钻采平台等；（6 6）需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。）需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。 三、桩基设计原则三、桩基设计原则1、桩基的极限状态：、桩基的极限状态：桩基承载能力极限状态：桩基承载能力极限状态：对应于桩基受荷达到最大承载能力对应于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；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：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。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。
11、建筑桩基技术规范（建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）2、建筑桩基设计等级：、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 所所列的三个设计等级。桩基设计时，应根据表列的三个设计等级。桩基设计时，应根据表3.1.2 确定设计确定设计等级。等级。3、桩基计算（验算）内容：、桩基计算（验算）内容：（1）所有桩基均应进行承载能力
12、极）所有桩基均应进行承载能力极限状态计算限状态计算 1）桩基的竖向承载力计算、群桩承）桩基的竖向承载力计算、群桩承载力计算；载力计算； 2）桩端平面以下软弱下卧层承载）桩端平面以下软弱下卧层承载力验算；力验算； 3）桩基抗震承载力验算；）桩基抗震承载力验算； 4）承台计算和桩身承载力计算；）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：）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）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。软弱下卧层的一级建筑桩基的沉降验算。 2）承受较
13、大水平荷载或对水平变位要）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。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）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的混凝土桩身和承台应进行抗裂或裂缝宽度验算。宽度验算。4、桩基规范对荷载效应的规定、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
14、桩承载力特征值。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移时，应采用荷载效计算荷载作用下的桩基沉降和水平位移时，应采用荷载效应准永久组合；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。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）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。
15、准组合。4、桩基规范对荷载效应的规定、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。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。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系数 应按现行有关建筑结构规范的规定采用，除临时性应按现行有关建筑结构规范的规定采用，除临时性建筑外，
16、重要性系数建筑外，重要性系数 不应小于不应小于1.0。（6 ）当桩基结构进行抗震验算时，其承载力调整系数）当桩基结构进行抗震验算时，其承载力调整系数 应应按现行国家标准按现行国家标准建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范(GB 50011)的规定采的规定采用。用。0RE0No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、4.2 4.2 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
17、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。4.2.1 4.2.1 桩桩 的的 分分 类类一、一、 按承载性状分类按承载性状分类Q = Q = Q 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, ,桩长径桩长径比很大，桩端土为粘土、粉土、砂土等比很大，
18、桩端土为粘土、粉土、砂土等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一、按承载性状分类一、按承载性状分类摩擦型桩摩擦型桩端承型桩端承型桩桩侧和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原由（1 1）端承型桩）端承型桩 端承桩：端承桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由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；桩端阻力承受，桩侧阻力小到可忽略不计； 摩擦端承桩：摩擦端承桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷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。载主要由桩端
19、阻力承受。称为端承桩。 嵌岩桩：嵌岩桩：当桩端嵌入完整和较完整的中等风化、微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（最小深度不风化及未风化硬质岩石一定深度以上（最小深度不小于小于0.5m 0.5m ），），称为嵌岩桩。称为嵌岩桩。端承型桩端承型桩摩擦型桩摩擦型桩PsPs（2 2）摩擦型桩）摩擦型桩 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。阻力很小可以忽略不计时，称为摩擦桩。 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在承载能力极限状态下，桩顶
20、竖向荷载由桩侧阻力承受，桩端阻力小到可忽略不计；受，桩端阻力小到可忽略不计； 端承摩擦桩：端承摩擦桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载主要由桩在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受。侧阻力承受。 例如：例如：1 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）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；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 2）桩端下无较坚实的持力层；）桩端下无较坚实的持力层；3 3）桩底残留土或残渣较厚的灌注桩；）桩底残留土或残渣较厚的灌注桩；4 4）打入邻桩使
21、先前设置的桩上抬、甚至桩端脱空等情况。）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：二、按材料： 木桩、混凝土、钢筋混凝木桩、混凝土、钢筋混凝土、钢管（型钢）桩、复合土、钢管（型钢）桩、复合桩桩 钢筋混凝土：钢筋混凝土：普通混凝土、普通混凝土、预应力混凝土预应力混凝土（离心预制）、（离心预制）、高强混凝土高强混凝土三三 、 按形状按形状 按纵断面：按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微多节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩型桩 按横断面：按横断面：圆形，八边形，十字桩、圆形，八边形，十字桩、X X形桩形桩桩身桩身横断面横断
22、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：L15mL15m； 中长桩：中长桩：15m L40m15m 80m L 80m L/L/ （ ：桩的特征长度）：桩的特征长度）c44E IkB 五、五、 按施工方法按施工方法施工方法施工方法沉桩方法沉桩方法1 预制桩预制桩 Prefabricated
23、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1.1.预制桩预制桩（1 1）预制桩种类）预制桩种类（1 1）混凝土预制桩）混凝土预制桩（2 2）钢桩）钢桩（3 3）木桩）木桩（2 2）预制桩的施工工艺）预制桩的施工工艺（1 1）锤击式）锤击式（2 2）静压式）静压式（3 3）振动式）振动式在工厂（或者现场）预制成桩以后再运至现场，在设在工厂（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。法的桩。 引孔,部分挤土, 大面积地面隆起不引孔,挤土桩1.1
24、.预制桩预制桩 混凝土预制桩混凝土预制桩 要求：截面边长要求：截面边长300 500mm，分节长度，分节长度12m。预应力。预应力 管桩外径管桩外径300 600mm，每节长，每节长5 13m； 优点：承载力高，耐久性好，质量较易保证。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。缺点：自重大，打桩难，桩长难统一，工艺复杂。 钢桩钢桩 要求：直径要求：直径250 1200mm，批量生产。，批量生产。 优点：穿透性强，承载能力高，应用方便。优点：穿透性强，承载能力高，应用方便。 缺点：成本高，易锈蚀。缺点：成本高，易锈蚀。 木桩木桩 要求：桩径要求：桩径1
25、60 260mm，桩长，桩长4 6m。 优点：制作运输方便，打桩设备简单。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。缺点：承载力低，仅在一些加固工程与临时工程中采用。 以以最后贯入度最后贯入度（指沉至某标高时，每次锤击的沉（指沉至某标高时，每次锤击的沉入量）和入量）和桩尖设计标高桩尖设计标高两方面控制。两方面控制。 要求最后两阵的平均贯入度为要求最后两阵的平均贯入度为10-50mm/10-50mm/阵。阵。 锤击法：常以锤击法：常以1010次锤击为一阵。次锤击为一阵。 振动法：以振动法：以1min1min为一阵。为一阵。振动沉桩振动沉桩Pile Po
26、int1.1.普通实心方桩的截面边长一般为普通实心方桩的截面边长一般为300300 500mm500mm；2.2.现场预制桩长度现场预制桩长度2525 30m30m； 工厂预制长度小于等于工厂预制长度小于等于12m12m；3.3.连接方法：焊接接桩、法兰接桩、硫磺胶泥锚接桩连接方法：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离心预应力预制钢筋混凝土 预应力钢筋混凝土管桩预应力钢筋混凝土管桩PHCPHC、PCPC，外径，外径300300 600mm600mm，分节长度为分节长度为7 7 13m13m。2 现场灌注桩现场灌注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
27、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, ,虚土虚土, ,断桩断桩水上水上水下水下其他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、冲孔及混凝土而成。如挖孔、钻孔、冲孔及爆扩爆扩成孔灌注桩。成孔灌注桩。2.2.灌注桩灌注桩 分类：沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔桩。分类：沉管灌注桩、钻孔灌注桩、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。钢筋笼灌注混凝土而成。 特点
28、：能适应各种地层，无需接桩，施工时无振特点：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。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。施工关键：桩身的成型和混凝土质量。2.2.灌注桩灌注桩沉管灌注桩沉管灌注桩 图图8.5 沉管灌注桩的施工程序示意沉管灌注桩的施工程序示意（a a）打桩机就位；（）打桩机就位；（b b） 沉管；（沉管；（c c） 浇灌混凝土；浇灌混凝土；（d d） 边拔管，边振动；边拔管，边振动；（e e） 安放钢筋笼，继续浇灌混凝土；（安放钢筋笼，继续浇灌混凝土；（f f） 成型。成型。沉管灌注桩特点沉管灌注
29、桩特点 ：设备简单、打桩进度快、成本低设备简单、打桩进度快、成本低。 在土层软、硬交界处或软弱土层处易发在土层软、硬交界处或软弱土层处易发 生缩颈、断桩现象。（生缩颈、断桩现象。（缩颈桩的形成缩颈桩的形成） 复打复打浇灌混凝土并拔管后，立即在原位再次浇灌混凝土并拔管后，立即在原位再次 沉管及浇灌混凝土；（沉管及浇灌混凝土；（沉管灌注桩复打沉管灌注桩复打） 反插法反插法灌满混凝土后，先振动再拔管，一般灌满混凝土后，先振动再拔管，一般 拔拔0.50.51.0m1.0m，再反插，再反插0.30.30.5m0.5m。 分单打、复打、反插三种施工方法。分单打、复打、反插三种施工方法。钻（冲）孔灌注桩特点
30、钻（冲）孔灌注桩特点 原理原理：用钻机：用钻机( (如螺旋钻、振动钻、冲抓锥钻等如螺旋钻、振动钻、冲抓锥钻等) )钻土成孔钻土成孔( (需泥浆护壁需泥浆护壁) )，然后清除孔底残渣，安，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，浇灌混凝土。放钢筋笼，浇灌混凝土。 施工方法：施工方法：有正循环、反循环施工法。有正循环、反循环施工法。 优缺点优缺点 优点：优点：入土深，能进入岩层，刚度大，承载力高，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。桩身变形小，并可方便地进行水下施工。 缺点：缺点：要求有专门的设备（钻机），清孔较难彻要求有专门的设备（钻机），清孔较难彻底。底。钻（冲）孔
31、灌注桩钻（冲）孔灌注桩钻（冲）孔灌注桩钻（冲）孔灌注桩挖孔桩挖孔桩 原理：原理：采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，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，然后清除孔底残渣，安装钢筋笼，浇灌混凝土。孔，然后清除孔底残渣，安装钢筋笼，浇灌混凝土。 基本要求：基本要求：内径内径800mm800mm，开挖直径，开挖直径1000mm1000mm，护壁厚，护壁厚100mm100mm，分节支护，每节高，分节支护，每节高500500 1000mm1000mm，桩长小于，桩长小于40m40m。 优点：优
32、点：符合国情，经济，设备简单，噪音小，场区内各符合国情，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，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。且桩径大、适应性强。 缺点：缺点：可能遇到流砂、塌孔、缺氧、有害气体、触电和可能遇到流砂、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。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人工挖孔桩的桩身人工挖孔桩的桩身直径：直径：一般一般800800 2000mm2000mm，最大可达最大可达3500mm3500mm挖孔桩的桩身长度宜限制在挖孔桩的桩身长度宜限制在30m30
33、m内。内。当桩长当桩长L8mL8m时，桩身直径（不含护壁）不宜小于时，桩身直径（不含护壁）不宜小于0.8m0.8m；当当8m8mL 15mL 15m时，桩身直径不宜小于时，桩身直径不宜小于1.0m1.0m；当当15m15mL 20mL 20m时，桩身直径不宜小于时，桩身直径不宜小于1.2m1.2m；当桩长当桩长L L20m20m时，桩身直径应适当加大。时，桩身直径应适当加大。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：当持力层承载力低于桩扩底桩：当持力层承载力低于桩身受压承载力时桩端可扩底。身受压承载力时桩端可扩底。人工挖孔扩孔桩人工挖孔扩孔桩（芝加哥法）（芝加哥
34、法）扩底直径与桩身直径之比扩底直径与桩身直径之比D/dD/d不宜超过不宜超过3 3，最大扩底直径可达最大扩底直径可达4500mm4500mm。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 of Great Britain and Northern Ireland）”爆破扩底桩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
35、炸扩大孔底，再安放钢筋注适量混凝土后，用炸药爆炸扩大孔底，再安放钢筋笼，灌注桩身混凝土而成的桩。笼，灌注桩身混凝土而成的桩。桩身直径桩身直径200200 350mm350mm，扩大头直扩大头直径一般取径一般取桩身直径桩身直径的的2 2 3 3倍，倍，桩长一般桩长一般为为4 4 6m6m，最深不超最深不超过过10m10m。挤扩桩（支盘桩）挤扩桩（支盘桩）六、按桩的成桩方式效应六、按桩的成桩方式效应分类：非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩分类：非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩1 1）挤土桩：实心预制桩、下端封闭的管桩、以及沉管）挤土桩：实心预制桩、下端封闭的管桩、以及沉管灌注桩。灌注桩。 设置过程中使土的结
36、构严重扰动破坏，对土的强度和变形性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质影响较大 。2 2）部分挤土桩：）部分挤土桩：H H型钢桩、开口的钢管桩、开口预制型钢桩、开口的钢管桩、开口预制管桩。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。对桩周土体稍有排挤，但土的强度和变形性质变化不大。 3 3）非挤土桩：钻孔灌注桩、先钻孔再打入的预制桩）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成桩过程中对桩相邻土基本不产生挤土效应的桩 。 承台承台: :将几个桩结合起来传递荷载。将几个桩结合起来传递荷载。1 1. .低承台桩基
37、低承台桩基 承台底面位于地面以下，其受力能承台底面位于地面以下，其受力能好，具有较强的抵抗水平荷载的能好，具有较强的抵抗水平荷载的能力，施工不方便。力，施工不方便。 2.2.高承台桩基高承台桩基 承台底面位于地面以上，且常处于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。料，多用于桥梁及港口工程。七、七、按承台位置分类按承台位置分类低承台桩基低承台桩基高承台桩基高承台桩基七、桩的质量检验七、桩的质量检验可能存在的质量问题可能存在的质量问题 预制桩：桩位偏差、桩身裂缝
38、过大、断桩等预制桩：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。灌注桩：缩颈、夹泥、断桩、沉渣过厚等。 常用质量检测方法常用质量检测方法 开挖检查：开挖检查：只限于对所暴露的桩身进行观察检查。只限于对所暴露的桩身进行观察检查。 抽芯检查：抽芯检查：在灌注桩桩身内钻孔，取混凝土芯样进行观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。察，看它的连续性。 反射波法：反射波法：测砼的连续性，是否存在孔洞、断桩等。测砼的连续性，是否存在孔洞、断桩等。 动测法：动测法：高应变测桩承载力，低应变只能测砼质量。高应变测桩承载力，低应变只能测砼质量。8.3 竖向荷载下单桩的工
39、作性能竖向荷载下单桩的工作性能 Bearing capacity of a single pile8.3.1 8.3.1 单桩轴向荷载的传递机理（单桩的工作性能）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、弯矩桩顶荷载一般为：轴向力、水平力、弯矩1. 1. 桩身轴力和截面位移（桩的荷载传递）桩身轴力和截面位移（桩的荷载传递） 在外载作用下，土对桩的支承力由在外载作用下，土对桩的支承力由桩侧阻力桩侧阻力和和桩端阻力桩端阻力两部分组成。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
40、阻力发挥载，桩工作状态时随着外载的作用，开始摩阻力发挥作用，作用，只有当桩端产生位移，端阻力才逐渐开始作用。只有当桩端产生位移，端阻力才逐渐开始作用。2.桩、土间力的平衡桩、土间力的平衡 设桩身周长为设桩身周长为upup，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：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 dzdEANzppz ()01zzpzzzzzpNu dNdNdNudz ppzzEAdzNd 2ZPPzZ2zdN
41、A Ed1u dzud zZ0zz0Zz0Zz0PPNNud1N dA E zz桩身截面位移；桩身截面位移；s0桩顶位移。桩顶位移。Z Z深度范围内深度范围内的桩身压缩量的桩身压缩量2.2.影响荷载传递的因素影响荷载传递的因素（1 1）桩端土与桩周土的刚度比）桩端土与桩周土的刚度比Eb/EsEb/Es Eb/Es Eb/Es愈小，桩身轴力沿深度衰减愈快，即传递愈小，桩身轴力沿深度衰减愈快，即传递到桩端的荷载愈小。到桩端的荷载愈小。对于中长桩：对于中长桩： Eb/Es=1Eb/Es=1，摩擦桩，摩阻力几乎承担全部荷载。，摩擦桩，摩阻力几乎承担全部荷载。 Eb/Es=100Eb/Es=100，端承
42、型桩，桩身轴力上段随深度减，端承型桩，桩身轴力上段随深度减 小，下段近乎沿深度不变。小，下段近乎沿深度不变。（2 2）桩土刚度比）桩土刚度比Ep/EsEp/Es 对于中长桩：对于中长桩： Ep/EsEp/Es增大，桩端分担荷载的比例增大，桩端分担荷载的比例增加。增加。 Ep/EsEp/Es超过超过10001000后，对桩端阻力分担荷载比的影响不大。后，对桩端阻力分担荷载比的影响不大。 当当Ep/EsEp/Es1010端阻接近零，因此：对于砂桩、碎石桩、灰端阻接近零，因此：对于砂桩、碎石桩、灰土桩等，应按复合地基设计。土桩等，应按复合地基设计。（3 3）桩端扩底直径与桩身直径比）桩端扩底直径与桩
43、身直径比D/dD/d D/d D/d增大，桩端分担荷载的比例增增大，桩端分担荷载的比例增加。加。 对于均匀土层中的中长桩：对于均匀土层中的中长桩：D/d=3 D/d=1D/d=3 D/d=1时，桩端阻力分担时，桩端阻力分担的荷载比由的荷载比由35% 5%35% 5%。 当桩长增大当桩长增大( (例如例如l ld d25)25)时，时，桩端分担荷载减桩端分担荷载减少。少。因桩身压缩变形大，桩端反力尚未发挥，桩顶位因桩身压缩变形大，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，极为微小。因此，很长的桩实际上总是摩
44、擦桩，用扩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。大桩端直径来提高承载力是徒劳的。(4)(4)长径比长径比 l/dl/dzZ0zz0Zz0Zz0PPNNud1N dA E 8.3.2 桩侧摩阻力和桩端阻力桩侧摩阻力和桩端阻力。桩侧土的竖向有效应力桩侧土的竖向有效应力附着力和摩擦角。附着力和摩擦角。桩侧表面与土之间的桩侧表面与土之间的、tanvvsxaaaxauKcc 由上可见，桩的侧阻随深度呈线性增大。但砂土中模型桩由上可见，桩的侧阻随深度呈线性增大。但砂土中模型桩试验表明，试验表明， 当桩入土深达某一临界值当桩入土深达某一临界值( (约为约为5-105-10倍桩径倍桩径
45、) )后侧阻就不再随深度增加。该现象称为后侧阻就不再随深度增加。该现象称为侧阻的深度效应。侧阻的深度效应。维维西克西克(vesie(vesie，1967)1967)认为：桩周竖向有效应力不一定等于覆盖认为：桩周竖向有效应力不一定等于覆盖应力，其线性增加到临界深度应力，其线性增加到临界深度(z(zc c) )时达到某一限值，其原因是时达到某一限值，其原因是土的土的“拱作用拱作用”。 综上所述，桩侧极限摩阻力与所在的深度、土的类别和性质，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。成桩方法等多种因素有关。而桩侧阻力而桩侧阻力u u达到所需的桩达到所需的桩- -土相
46、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，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，一般粘性土约为一般粘性土约为4-6mm4-6mm砂土约为砂土约为6-10mm6-10mm。tanuaxacVsxk 桩的端承力常作为基础承载力问题(太沙基解)太沙基太沙基梅耶霍夫型梅耶霍夫型很小qqccpuhNbNcNq 1(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qqccpuhNcNq 桩端阻力的发挥不仅滞后于桩侧阻力，而且其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
47、极限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。所需的桩身截面位移值大得多。根据小型桩试验结根据小型桩试验结果，砂类土的桩底极限位移约为果，砂类土的桩底极限位移约为(1/12(1/12 1/10)d1/10)d，一，一般粘性土为般粘性土为1/4d1/4d；硬粘土为；硬粘土为1/10d1/10d。因此，在工作状。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。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，应类似，
48、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持不变。不同资料表明，侧阻与端阻的临界深度之比约为之比约为0.3-1.00.3-1.0。关于侧阻和端阻的深度效应问关于侧阻和端阻的深度效应问题有待进一步研究。题有待进一步研究。8.3.3单桩的破坏形式单桩的破坏形式8.3.3.18.3.3.1屈曲破坏屈曲破坏取决于桩身的材料强度取决于桩身的材料强度8.3.3.28.3.3.2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8.3.3.38.3.3.3刺入破坏刺入破坏-取
49、决于桩周土强度取决于桩周土强度8.3.3.1屈曲破坏屈曲破坏取决于桩身的材料强度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，当桩底支承在坚硬的土层或岩层上，桩周土极为软弱，桩周无约束或侧向抵抗力。穿越深厚淤泥质土层的小直径桩周无约束或侧向抵抗力。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。端承桩或嵌岩桩，细长的木桩。 Q-SQ-S曲线（荷载曲线（荷载- -沉降）沉降）出现出现急剧破坏急剧破坏的陡降段，其的陡降段，其沉降量很小，有明确的破坏沉降量很小，有明确的破坏荷载。荷载。 桩的承载力取决于桩身桩的承载力取决于桩身材料强度。材料强度。8.3.3.28.3.3
50、.2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 Q-S Q-S曲线有明显的拐点，有陡降段，有明显的破坏曲线有明显的拐点，有陡降段，有明显的破坏荷载。荷载。 桩的承载力主要取决于桩端土的支承力。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。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，部土层不能阻止滑动土契
