1、2022-6-11第八章第八章 桩基础与深基础桩基础与深基础2022-6-128.1.1桩基础与深基础适用范围v天然地基土质软弱v天然地基土质软弱，天然浅基不满足承载力或变形要求，或采用人工加固处理地基不经济，或时间不允许，可采用桩基础v高层建筑v尤其对于超高层建筑，要满足地基稳定性要求，在地震区，基础埋深d不应小于建筑高度的1/15，只能用桩基础或深基础v重型设备v重型设备或超重型设备置于一般的天然地基浅基础上，地基将发生强度破坏2022-6-13深基础特点（埋深大于5m）v施工方法较复杂v地基承载力高v需要专门的设备v技术复杂v造价往主较高v工期较长2022-6-14桩基础的定义v桩设置于
2、土中的竖直或倾斜的柱型基础构件，其横截面尺寸比长度小得多。v承台把各桩连成一整体，把上部结构传来的荷载转换、调整分配于各桩，由穿过软弱土层或水的桩传递到深部较坚硬、压缩性小的土层或岩层。v桩基桩与连接桩顶和上部结构的承台组成深基础，简称桩基。2022-6-15承台底面MxMyyF+G2022-6-162022-6-172022-6-182022-6-19402045004020402045004020280017001700850320032001740900533647367337 564338 563637 113 524637113524270 630550350113338 56326
3、0520779 25352736783450253337564114147632337 56411314763333856311430450205575420700200700200113338563575205450 30 420340 560110260520510 390900480 420450 450260520450 450260520450 450260520450 450260520900226 644869786986935751382347590280337 5631139001400900218811333811245014763211311352411363763711
4、3524113113480 42030490290580 320130450 4507801780338 563113633147338563113562 33856233830303030113338563200 700350750700200113338563583318420 48030210420 48030420 45030420 480505 395100900370820260520113583318900300420480900840 60 90084555900900562338338607 30 637637 30607113337 563678107450 4503030
5、450 450735 165338 563563338450637113524524113 637580 320900 30 870113563337563 338563337150015001500133475075015001400150015001500150015001400112030260026006301105202602022-6-110轴向荷载水平荷载荷载桩侧土层的桩侧阻力桩端土层的桩端阻力桩侧土层的侧向阻力2022-6-111桩的分类按桩的性状和竖向受力情况端承型桩摩擦型桩端承桩摩擦端承桩嵌岩桩摩擦桩端承摩擦桩2022-6-1122022-6-113桩的分类按桩的使用功能分
6、类竖向抗压桩竖向抗拔桩水平受荷桩复合受荷桩高压输电塔的桩基础及抵抗地下室上浮力的抗拔桩深基坑的护坡桩等2022-6-114桩的分类按桩身材料分类木桩素混凝土桩钢筋混凝土桩钢桩对桩基承载力要求较低的中小型工程承压桩.设备简单，承载力不高，不能抗拔或承受较大弯矩。还可能产生缩颈断桩、局部离析等。p343制作容易，打桩设备简单，但承载力较低,一般用于盛产木材的地区、小型或临时工程，古代文物的基础等组合材料桩超重型设备基础、江河深水基础、高层建筑深基槽护坡工程。承载力高，材料强度均匀可靠，价格高，易锈蚀钢管混凝土桩、SMW工法桩2022-6-115桩的分类按桩的施工方法的不同预制桩灌注桩混凝土、钢、木
7、桩沉管灌注桩（动画）锤击法沉桩振动法沉桩静压法沉桩钻（冲、磨）孔灌注桩（动画）挖孔桩爆扩灌注桩（动画）扩底桩嵌岩桩2022-6-1162022-6-117桩的分类按成桩方法分类非挤土桩部分挤土桩挤土桩部分挤土灌注桩：钻孔局部复打成桩过程中对桩周围的土无挤压作用首先清除桩位的土，然后在桩孔中灌注混凝土预钻孔打入式预制桩打入式敞口桩挤土灌注桩：沉管灌注桩挤土预制桩在饱和软土中设置挤土桩，注意施工顺序在非饱和松散土中采用挤土桩，可提高承载力2022-6-1182022-6-1192022-6-120桩的分类按桩径大小分类小桩中等直径桩大直径桩直径介于250mm和800mm之间直径小于250mm中小型
8、工程和基础加固承载力较大，大量应用直径大于800mm承载力高，用于高层建筑、重型设备基础2022-6-121桩的竖向承载力2022-6-122单桩轴向荷载传递机理2022-6-1231. 桩身轴力和截面位移逐级增加荷载桩身上部压缩桩相对土向下位移向上摩阻力桩身侧摩阻力渐次发挥端阻力发挥桩端下沉桩身整体下移加大桩身各截面位移其余荷载归桩端阻力承担极限值桩底持力层破坏极限承载力2022-6-1243.3.1 竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载下单桩的工作性能载荷试验得Q-S图，还可得轴力Nz，因此，可得摩阻力和分段位移分布2022-6-1254.3.2 单桩竖向承载力的确定桩身的材料强度地层的支承力
9、取二者最小值按桩的载荷试验确定，则已兼顾这两方面v一般情况下，桩的承载力由地基土的支承能力所控制，材料强度往往不能充分发挥，只有对端承桩、超长桩及桩身质量有缺陷的桩，桩身材料强度才起控制作用。另外，当桩的入土深度较大，桩周土质软弱且比较均匀、桩端沉降量较大，尤其是高层建筑或对沉降有特殊要求时，还应按上部结构对沉降的要求来确定单桩竖向承载力。2022-6-126按静载荷试验确定按土的抗剪强度指标确定按规范经验公式确定2022-6-127v静载荷试验方法确定2022-6-1283.3.2 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定2022-6-1293.3.2 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确
10、定加载方式及试验过程加载方式及试验过程2022-6-130v3)按试验结果确定单桩承载力 图3.9 单桩Q-s曲线 图3.10 单桩s-lgt曲线 3.3.2 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定2022-6-1312022-6-132二、静载试验二、静载试验锚桩反力梁锚桩反力梁 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2022-6-133锚桩反力梁法锚桩反力梁法2022-6-1342022-6-1352022-6-136锚桩锚桩 桁架桁架法法,2400吨吨2022-6-137Q (kN)s(mm)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桩的荷载
11、试验成果荷载沉降曲线桩的荷载试验成果荷载沉降曲线2022-6-138终止加载的条件v当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载载v当出现某一级荷载下桩的沉降值是前一级荷当出现某一级荷载下桩的沉降值是前一级荷载下桩沉降量的两倍或两倍以上，且经载下桩沉降量的两倍或两倍以上，且经24h尚未达到稳定时，取前一级荷载。尚未达到稳定时，取前一级荷载。vQs曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40mm时所对应的荷载值。时所对应的荷载值。v其它辅助方法。其它辅助方法。2022-6-139打完桩后什么时候开始做试验？2022-6-140预制桩：v在
12、砂土中不少于7天；v粉土和粘性土中不少于15天；v饱和软粘土中不少于25天灌注桩：v桩身混凝土达到设计强度桩承载力时效问题：桩承载力时效问题：软土中压桩力、软土中压桩力、长期时效长期时效2022-6-141如何根据静载试验成果确定承载力？ v单桩竖向静载试验的极限承载力的极限承载力必须进行统计，计算参加统计的桩的极限承载力平均值。v当参加统计桩的极限承载力级差不超过平均值的30%时，取其平均值作为单桩极限承载力Qu。v桩数为3根及以下的柱下桩台，取最小值为单桩极限承载力Qu。2022-6-142按土的物理指标来确定单桩竖向极限承载力标准值ppkisikpkskukAqlquQQQ端阻尺寸效应系
13、数大直径桩侧阻，AqlquQQQpsippkpisiksipkskuk大直径桩的承载力标准值2022-6-143（1）桩基的竖向承载力设计值ppksskrQrQR（2）根据载荷试验得确定时，桩基的竖向承载力设计值spukrQR 侧阻、端阻、及综合阻抗力分项系数2022-6-144按材料强度确定按材料强度确定按材料强度确定单桩承载力时，可将桩视为按材料强度确定单桩承载力时，可将桩视为轴心受压构件，按相关设计规范进行计算。轴心受压构件，按相关设计规范进行计算。对于混凝土桩：对于混凝土桩：8 . 08 . 08 . 09 . 00 . 1)(0挤土灌注桩部分挤土灌注桩挤土灌注桩泥浆护壁和套管护壁非干
14、作业非挤土灌注桩混凝土预制桩基桩施工工艺系数构件稳定系数csyccAfAfNr2022-6-145单桩竖向承载力特征值KRRuappaisiaaAqlquR2022-6-1464.4.3竖向荷载下的群桩效应端承型群桩基础摩擦型群桩基础2022-6-1472022-6-148问题：问题：单桩承载力加单桩承载力加起来等于群桩起来等于群桩承载力？承载力？实际工程中桩基础是由多根实际工程中桩基础是由多根桩组成，上部由承台连接。桩组成，上部由承台连接。由三根和三根以上的桩组成由三根和三根以上的桩组成的桩基础称为群桩基础，以的桩基础称为群桩基础，以将荷载传递到更深土层中将荷载传递到更深土层中2022-6-
15、149岩石土压力扩散深度压力扩散深度 6d2022-6-1502022-6-151 群桩效应与很多因素相关。可以用群桩效群桩效应与很多因素相关。可以用群桩效应系数估计应系数估计: 对于砂土、长桩和大间距条件下对于砂土、长桩和大间距条件下 1.0,工程设计中常取工程设计中常取 1.0 =群桩承载力群桩承载力群桩中各单桩承载力之和群桩中各单桩承载力之和uugnQQ2022-6-152端承型群桩基础v桩顶荷载基本集中通过桩端传给桩底持力层，并近似按某一压力扩散角向下扩散，但并不足以引起坚实持力层明显的附加变形。v端承型群桩中各根单桩的工作性状接近于独立单桩，群桩承载力等于各单桩承载力之和。v群桩效应
16、系数为1.2022-6-153摩擦型群桩基础承台底面脱地的影响承台底面贴地的影响群桩沉降大于单桩、缓变形，不定承台刚度影响基土性质影响桩距s影响沉降均匀、荷载分配桩间土挤密侧阻，单桩土反力的作用侧阻削弱作用端阻增强作用对基土侧移的阻挡作用引起附加弯矩2022-6-154桩的负摩阻力2022-6-1552022-6-156一、负摩阻力的概念二、负摩阻力发生的情况三、负摩阻力的特性(一) 中性点(二)时间效应(三) 与土的变形速率有关四、负摩阻力的计算五、抗负摩阻力的工程措施2022-6-1572022-6-158五、抗负摩阻力的工程措施v套管法（塑料薄膜隔离层，干作业）v涂层法（预制桩）v扩孔法
17、（扩孔填高稠度膨润土泥浆）2022-6-159No结构、地质和环境资料结构、地质和环境资料桩型、桩长、断面桩型、桩长、断面桩数和布置桩数和布置验算单桩承载力验算单桩承载力桩基沉降验算桩基沉降验算承台与桩身设计计算承台与桩身设计计算设计结束设计结束单桩承载力特征值单桩承载力特征值RaNo荷载、持力层、相邻建筑荷载、持力层、相邻建筑根据施工条件决定桩根据施工条件决定桩型型根据持力层深度确定根据持力层深度确定桩长桩长根据荷载大小决定桩根据荷载大小决定桩截面截面桩端进入持力层深度：桩端进入持力层深度：13d，进入较好岩体，进入较好岩体0.5m。桩端下持力层。桩端下持力层厚度厚度 4d。根据第二节的方法
18、确根据第二节的方法确定单桩承载力特征值定单桩承载力特征值1单桩的静载荷试验单桩的静载荷试验2 其他现场试验其他现场试验3原位测试原位测试4 经验方法经验方法初估桩数初估桩数nFk 竖向荷载效应的标竖向荷载效应的标准组合准组合Gk 设计地面下承台底设计地面下承台底面以上结构和土的自面以上结构和土的自重，容重用重，容重用19.6kN/m3桩距桩距 摩擦桩一般摩擦桩一般3d扩底灌注桩扩底灌注桩扩底直径扩底直径的的1.5倍倍群桩承载力合力作用群桩承载力合力作用点与长期荷载的重心点与长期荷载的重心重合重合akkRGFn承载力验算采用正常承载力验算采用正常使用极限状态下荷载使用极限状态下荷载效应的标准组合
19、效应的标准组合沉降验算采用正常使沉降验算采用正常使用极限状态下荷载效用极限状态下荷载效应的准永久组合应的准永久组合承台和桩身强度验算承台和桩身强度验算时采用正常使用极限时采用正常使用极限状态下荷载效应的基状态下荷载效应的基本组合本组合承台尺寸、厚度承台尺寸、厚度承台的抗冲切、抗弯、承台的抗冲切、抗弯、抗剪验算抗剪验算钢筋混凝土桩的配筋钢筋混凝土桩的配筋等设计等设计2022-6-1604.7桩平面的布置原则v使桩基中各桩受力比较均匀，群桩横截面的重心应与竖向永久荷载合力的作用点接近或重合v桩间距一般为3D-4D，表4-92022-6-1612022-6-1622022-6-1632022-6-1
20、642 群桩基础中的单桩承载力验算中心竖直荷载实实际际分分布布假设的分布假设的分布F假设每个桩的荷载相同假设每个桩的荷载相同kkkFGQn G Gk k 承台以上总自重承台以上总自重n n 桩数桩数kaQR G2022-6-165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22yixiikjjM xM yFGQnyx max1.2aQR Yx7y7Qik 第第i i根桩底竖向力根桩底竖向力Mxk，Myk 作用于承台作用于承台底面通过桩群形心的底面通过桩群形心的x，y轴的力矩轴的力矩MyMx987216345X2022-6-166二二 群桩沉降群桩沉降2022-6-167单桩沉降v桩
21、身弹性压缩引起的桩顶沉降v桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力以压力扩散角向下传递，使桩端土体压缩而产生桩端沉降v桩端荷载引起桩端下土体压缩产生的桩端沉降2022-6-168F 多数桩基需要进行沉降验算多数桩基需要进行沉降验算荷载采用准永久组合荷载采用准永久组合基本假设：单向压缩、均质基本假设：单向压缩、均质各向同性和弹性假设的分层各向同性和弹性假设的分层总和法总和法方法：假想实体基础法布方法：假想实体基础法布氏解；明德林（氏解；明德林（Mindlin)方法方法2022-6-169群桩沉降桩间土压缩变形桩间平面以下土层整体压缩变形F 2022-6-170规范推荐的方法v单向压缩分层总和法v不考虑桩
22、间土的压缩变形对沉降的影响2022-6-171F l G b0A00(2)(2);4Abltgaltg FGpA 1 实体深基础法实体深基础法（一）考虑扩散作用（一）考虑扩散作用a0、b0 群桩外缘长短边的长度群桩外缘长短边的长度l 桩的入土深度桩的入土深度 所有土层内摩擦角平均值所有土层内摩擦角平均值G 扩散后面积上的重量扩散后面积上的重量(矩形矩形)0()ppdl p02022-6-1721niipisip hsE s 桩基最终计算沉降量桩基最终计算沉降量n 计算分层数计算分层数Esi 压缩模量压缩模量 pi 第第i层土的竖向附加应力平层土的竖向附加应力平均值均值 p 沉降计算经验系数沉降
23、计算经验系数按照扩散后的面积进行分层总和法计算沉降按照扩散后的面积进行分层总和法计算沉降F l G b0Ap02022-6-173F l G b0A0000 02()ksiaiFGabq hpa b 1 实体深基础法实体深基础法（二）不考虑扩散作用（二）不考虑扩散作用hi 桩身穿越第桩身穿越第i层土层厚度层土层厚度l 桩的入土深度桩的入土深度qsia 第第i层土侧阻力特征值层土侧阻力特征值Gk 承台和承台以上土的重量承台和承台以上土的重量按照前面的分层总和法计算沉降按照前面的分层总和法计算沉降p01niipisiphsE 2022-6-174l Q,1()mizp kzs kkp 二二 明德林
24、盖得斯应力计算明德林盖得斯应力计算pi 第第i层土层中点处的附加应力层土层中点处的附加应力m 桩数桩数 zp,k 第第k根桩端荷载产生的附加应力根桩端荷载产生的附加应力 zs,k 第第k根桩侧荷载产生的附加应力根桩侧荷载产生的附加应力1niipisiphsE Q(1 )Qi2022-6-175Pi1iNZiPi =P/ NZiPcPusPbKp*d12P cPusPbPuPsPtPbPus(a) 节点群桩(b) 单桩台(c) 单桩土体(d)侧阻力分布(e)单桩2022-6-1763 承台的设计计算承台的设计计算 独立承台、条形承台梁，独立承台、条形承台梁，筏板承台和箱形承台筏板承台和箱形承台承
25、台的埋置深度一般与承台的埋置深度一般与浅基础相同，主要由建浅基础相同，主要由建筑物结构设计和环境条筑物结构设计和环境条件决定件决定对于承台应进行抗弯、对于承台应进行抗弯、抗冲切和抗剪计算抗冲切和抗剪计算2022-6-1773 承台的设计计算承台的设计计算构造基本要求构造基本要求 形状形状 方方,矩型矩型,三角形三角形,多边形多边形,圆形圆形最小宽度最小宽度 50 cm最小厚度最小厚度 30 cm桩外缘距离桩外缘距离承台边承台边 15 cm 边桩中心距离边桩中心距离承台边承台边 1.0D桩嵌入桩嵌入承台承台 大桩横向荷载大桩横向荷载 10 cm,小桩小桩 5 cm,钢筋伸入钢筋伸入承台承台30d
26、 混凝土标号混凝土标号 C20 cm,保护层保护层7cm配筋要求配筋要求 1.0d 15cm5、10 cm承台承台2022-6-1782022-6-1794.8 桩承台的设计v选择承台的材料及其强度等级、几何形状及尺寸v进行承台结构承载力计算，并使其构造满足一定要求2022-6-180构造要求2022-6-1813 承台的设计计算承台的设计计算构造基本要求构造基本要求 形状形状 方方,矩型矩型,三角形三角形,多边形多边形,圆形圆形最小宽度最小宽度 50 cm最小厚度最小厚度 30 cm桩外缘距离桩外缘距离承台边承台边 15 cm 边桩中心距离边桩中心距离承台边承台边 1.0D桩嵌入桩嵌入承台承
27、台 大桩横向荷载大桩横向荷载 10 cm,小桩小桩 5 cm,钢筋伸入钢筋伸入承台承台30d 混凝土标号混凝土标号 C20 cm,保护层保护层7cm配筋要求配筋要求 1.0d 15cm5、10 cm承台承台2022-6-1822022-6-1833 承台的设计计算承台的设计计算 独立承台、条形承台梁，独立承台、条形承台梁，筏板承台和箱形承台筏板承台和箱形承台承台的埋置深度一般与承台的埋置深度一般与浅基础相同，主要由建浅基础相同，主要由建筑物结构设计和环境条筑物结构设计和环境条件决定件决定对于承台应进行抗弯、对于承台应进行抗弯、抗冲切和抗剪计算抗冲切和抗剪计算2022-6-18409 . 0/h
28、fMAys2022-6-185梁式破坏梁式破坏2022-6-186(1) 承台的抗弯计算承台的抗弯计算 如果承台厚度较小，配如果承台厚度较小，配筋量不足，承台可能发筋量不足，承台可能发生弯曲破坏。生弯曲破坏。XXYYxiyixy1）多桩矩形承台）多桩矩形承台计算截面在柱边和计算截面在柱边和承台截面变化处承台截面变化处Mx = NiyiMy = Nixi2022-6-187h0h0XXYYNixiyi1）多桩矩形承台）多桩矩形承台Mx = NiyiMy = Nixi2022-6-188(1) 承台的抗弯计算承台的抗弯计算 2） 三桩三角形承台三桩三角形承台与矩形承台类似与矩形承台类似Mx = N
29、iyiMy = NixiXXYYxiyixy2022-6-1892022-6-190(2) 柱下桩基独立承台的冲切计算柱下桩基独立承台的冲切计算板式承台的厚度主要由冲切计算决定。两种破板式承台的厚度主要由冲切计算决定。两种破坏形式坏形式v柱对承台的冲切，由柱边沿或者变阶处形成柱对承台的冲切，由柱边沿或者变阶处形成一个一个 45o的冲切锥体的冲切锥体v角桩处形成一个倒冲切锥体角桩处形成一个倒冲切锥体QQFQFQQQ2022-6-1911) 柱对承台的冲切沿柱边或者变阶面的冲切沿柱边或者变阶面的冲切, ,一般沿大约一般沿大约4545o o斜截面上斜截面上产生拉裂产生拉裂, ,锥体破坏锥体破坏000
30、002()()lxcyycxhptliFbaaaf hFFN h0 冲切锥体的有效高度冲切锥体的有效高度 0 x、 0y 冲冲切切系数系数, ft 混凝土抗拉强度混凝土抗拉强度a0 x、a0y 柱边或变阶处至柱边或变阶处至相应桩边的水平距离相应桩边的水平距离 hp 截面高度影响系数截面高度影响系数F45oh02022-6-1922)2) 承台角桩冲切验算承台角桩冲切验算道理相同道理相同, ,见书上介绍见书上介绍111211022yxlxyhptaaNccf hNl 角桩竖向力设计值角桩竖向力设计值F F 4 45 5o oh h0 0aixaiyc1c22022-6-1933) 三桩三角形承台
31、冲切计算三桩三角形承台冲切计算1111110(2)tan2lhptNcaf h 底部角桩底部角桩a11xy12c1c2a12顶部角桩顶部角桩212120(2 2)tan2lhptNcaf h 2022-6-194(3)(3) 斜截面的剪切验算斜截面的剪切验算0;1.751.0hstVf bh a ax xh h0 0V 扣除承台及其上土自重后斜扣除承台及其上土自重后斜截面上最大剪力设计值；截面上最大剪力设计值； 剪切系数剪切系数 hs 高度影响系数高度影响系数bx2022-6-195XY三根桩的荷载计算三根桩的荷载计算MyMx22yixiikjjM xM yFGQnyx 2022-6-196第八节 桩基础的常规设计2022-6-197一、桩基的安全等级与设计原则2022-6-198
