1、第第4章章 桩基础桩基础陈琼陈琼20092009年年1111月月第第4 4章章 桩基础桩基础4.1 概述概述4.2 桩的类型桩的类型4.3 桩的竖向承载力桩的竖向承载力4.4 桩基础沉降的计算桩基础沉降的计算4.5 桩的负摩擦问题桩的负摩擦问题4.6 桩的水平承载力桩的水平承载力4.7 桩的平面布置原则桩的平面布置原则 4.8 桩承台的设计桩承台的设计4.9 桩基础设计的一般步骤桩基础设计的一般步骤目目 录录4.1 概述概述 深基础：深基础：1.桩基础桩基础 2.地下连续墙地下连续墙 3.沉井沉井4.1.1 桩基础的使用桩基础的使用 桩：桩：设置于土中的竖直或微倾斜的基设置于土中的竖直或微倾斜
2、的基础构建，其横截面尺寸比长度小得多。础构建，其横截面尺寸比长度小得多。设置在岩土中的桩是通过桩侧摩阻力设置在岩土中的桩是通过桩侧摩阻力和桩端阻力将上部结构的荷载传递到地基，和桩端阻力将上部结构的荷载传递到地基，或通过桩身将横向荷载传递给侧向土体。或通过桩身将横向荷载传递给侧向土体。桩基础桩基础：采用不同材：采用不同材料及不同的施工方法将桩设料及不同的施工方法将桩设置在土层中，并在桩顶设置置在土层中，并在桩顶设置承台，上部结构的荷载经承承台，上部结构的荷载经承台再通过桩传递给地基土。台再通过桩传递给地基土。桩基础桩基础包括包括承台承台及及桩桩两部分两部分，简称简称桩基桩基。上部结构承台坚实土层
3、软弱土层图5-1桩桩基础的应用桩基础的应用（1）天然地基承载力和变形不能满足要求的高）天然地基承载力和变形不能满足要求的高重建筑物；重建筑物；（2）天然地基承载力基本满足要求，但沉降量）天然地基承载力基本满足要求，但沉降量过大，需利用桩基础减少沉降的建筑物，如软土过大，需利用桩基础减少沉降的建筑物，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筑物；沉降限制严格的建筑物；（3）重型工业厂房和荷载很大的建筑物，如仓重型工业厂房和荷载很大的建筑物，如仓库、料仓等；库、料仓等；（4）软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性）软弱地基或某些特殊性
4、土上的各类永久性建筑物。建筑物。（5）作用有较大水平力和力矩的高耸结构物的）作用有较大水平力和力矩的高耸结构物的基础，或需以桩承受水平力或上拔力的其他情基础，或需以桩承受水平力或上拔力的其他情况；况；（6）需要减弱其振动影响的动力机器基础，或）需要减弱其振动影响的动力机器基础，或以桩基础作为地震区建筑物的抗震措施；以桩基础作为地震区建筑物的抗震措施；（7）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；（8）需穿越水体和软弱土层港湾与海洋构筑物）需穿越水体和软弱土层港湾与海洋构筑物基础，如栈桥、码头、海上采油平台及输油、基础，如栈桥、码头、海上采油平台及输油、输气管道支架
5、等。输气管道支架等。4.1.2 桩基础的类型桩基础的类型根据承台与地面相对位置的高低根据承台与地面相对位置的高低1、低承台桩基础、低承台桩基础2、高承台桩基础高承台桩基础1、低承台桩基础、低承台桩基础 承台底在地面以下，承台底在地面以下，桩身全部埋于土中，承桩身全部埋于土中，承台底面与地基土接触的台底面与地基土接触的桩基，称为低承台桩基。桩基，称为低承台桩基。如一般的工业与民用如一般的工业与民用建筑采用的桩基础。建筑采用的桩基础。2、高承台桩基础、高承台桩基础 当承台底面高于地面当承台底面高于地面或水面时，相应的桩称为或水面时，相应的桩称为高承台桩基。高承台桩基。如如桥梁桥梁、码头、海洋、码头
6、、海洋石油钻井平台等构筑物的石油钻井平台等构筑物的桩基础。桩基础。4.1.3 桩基础的设计原则桩基础的设计原则（1）单桩承受的竖向荷载不应超过单桩竖向承）单桩承受的竖向荷载不应超过单桩竖向承载力特征值；载力特征值；（2）桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许）桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值；值；（3）对位于坡地岸边的桩基础应进行稳定性验）对位于坡地岸边的桩基础应进行稳定性验算。算。（4）桩基础设计时，上部结构传至承台上的荷）桩基础设计时，上部结构传至承台上的荷载效应组合与浅基础相同。载效应组合与浅基础相同。（5）对于软土、湿陷性黄土、膨胀土、季节性）对于软土、湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻
7、土和岩溶等地区的桩基础，应按有关规范的冻土和岩溶等地区的桩基础，应按有关规范的规定考虑特殊性土对桩基础的影响，并在桩基规定考虑特殊性土对桩基础的影响，并在桩基础设计中采取有效措施。础设计中采取有效措施。（6）当天然地基承载力基本满足建筑物荷载要）当天然地基承载力基本满足建筑物荷载要求、而以减少沉降为目的设置的求、而以减少沉降为目的设置的“减沉桩减沉桩”，其用桩数量是根据沉降控制条件（即允许沉降其用桩数量是根据沉降控制条件（即允许沉降量）计算确定的。量）计算确定的。4.1.4 桩基础的设计内容桩基础的设计内容（1）桩的类型和几何尺寸选择；）桩的类型和几何尺寸选择；（2）单桩竖向（和水平）承载力的
8、确定；）单桩竖向（和水平）承载力的确定；（3）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；（4）桩基础承载力和沉降验算；）桩基础承载力和沉降验算；（5）桩身结构设计；）桩身结构设计；（6）承台设计；）承台设计；（7）绘制桩基础施工图。）绘制桩基础施工图。4.2 桩的类型桩的类型4.2.1 桩的分类桩的分类4.2.2 桩的成型方式效应桩的成型方式效应4.2.1 桩的分类桩的分类1.端承型桩和摩擦型桩端承型桩和摩擦型桩按桩的性状和竖向受力情况，可分为：按桩的性状和竖向受力情况，可分为：（1）端承型桩）端承型桩 （2）摩擦型桩）摩擦型桩（1 1）端承型桩）端承型桩 端承型桩：端承型
9、桩：桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，但桩端阻力分担荷载较多的端阻力共同承受，但桩端阻力分担荷载较多的桩；桩；其桩端一般进入中密以上的砂类、碎石类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。土层，或位于中风化、微风化及新鲜基岩顶面。这类桩的侧摩阻力虽属次要，但不可忽略。这类桩的侧摩阻力虽属次要，但不可忽略。端承桩端承桩：当桩的长径比较小，桩身穿越软：当桩的长径比较小，桩身穿越软弱土层，桩端设置在密实砂类、碎石类土层或位弱土层，桩端设置在密实砂类、碎石类土层或位于中风化、微风化及未风化硬质岩石顶面，桩顶于中风化、微风化及未风化硬
10、质岩石顶面，桩顶竖向荷载绝大部分由桩端阻力承受，而桩侧阻力竖向荷载绝大部分由桩端阻力承受，而桩侧阻力很小可以忽略不计时，称为端承桩。很小可以忽略不计时，称为端承桩。嵌岩桩嵌岩桩：当桩端嵌入完整和较完整的中风化、：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的桩。微风化及未风化硬质岩石一定深度以上的桩。（2 2）摩擦型桩）摩擦型桩 摩擦型桩：摩擦型桩：桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，但桩侧阻力分担荷载较多的端阻力共同承受，但桩侧阻力分担荷载较多的桩。桩。一般摩擦型桩的桩端持力层多为较坚实的一般摩擦型桩的桩端持力层多为较坚实的粘性土、粉土和
11、砂类土，且桩的长径比不很大。粘性土、粉土和砂类土，且桩的长径比不很大。摩擦桩摩擦桩：当桩顶竖向荷载绝大部分由桩侧阻：当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，称为力承受，而桩端阻力很小可以忽略不计时，称为摩擦桩。如：摩擦桩。如：（1）桩的长径比很大，桩顶荷载只通过桩身）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，其分担的荷载都很小；土层无论坚实与否，其分担的荷载都很小；（2）桩端下无较坚实的持力层；）桩端下无较坚实的持力层；（3）桩底残留虚土或残渣较厚的灌注桩；）桩底残留虚土或
12、残渣较厚的灌注桩；（4）打入邻桩使先前设置的桩上台、甚至桩）打入邻桩使先前设置的桩上台、甚至桩端脱空等情况。端脱空等情况。2.预制桩和灌注桩预制桩和灌注桩按施工方法的不同，可分为：按施工方法的不同，可分为：（1）预制桩）预制桩 （2）灌注桩）灌注桩（1）预制桩）预制桩根据所用材料不同，预制桩可分为：根据所用材料不同，预制桩可分为：1）混凝土预制桩）混凝土预制桩 2）钢桩）钢桩 3）木桩）木桩1）混凝土预制桩）混凝土预制桩 混凝土预制桩的混凝土预制桩的横截面形状横截面形状通常为通常为方形、圆方形、圆形形，在特殊情况下也采用异形断面，如，在特殊情况下也采用异形断面，如十字形、十字形、三角形三角形等
13、，但制作较麻烦。等，但制作较麻烦。有时截面还可做成有时截面还可做成空心空心的。的。实心桩实心桩制作、制作、运输及堆放都比较方便，但自运输及堆放都比较方便，但自重大，含钢量高。重大，含钢量高。空心桩空心桩自重轻、省料，但制作工艺要求高。自重轻、省料，但制作工艺要求高。方桩方桩管桩 普通钢筋混凝土预制桩普通钢筋混凝土预制桩(实心方桩实心方桩)：这是使用：这是使用最多的一种桩型，截面边长最多的一种桩型，截面边长300300至至500500mm，现场制作时每节长度一般在，现场制作时每节长度一般在25-30m以内，在异地预制时，因受运输条件的限制，以内，在异地预制时，因受运输条件的限制，每节不超过每节不
14、超过12m，在沉桩过程中要接桩。，在沉桩过程中要接桩。分节预制桩的接头质量应保证满足桩身承受分节预制桩的接头质量应保证满足桩身承受轴力、弯矩和剪力的要求，连接方法有轴力、弯矩和剪力的要求，连接方法有焊接接桩、焊接接桩、法兰接桩和硫磺胶泥锚接桩法兰接桩和硫磺胶泥锚接桩三种，前两种接桩方三种，前两种接桩方法可用于各种土层；后者适用于软土层。法可用于各种土层；后者适用于软土层。普通钢筋混凝土预制桩施工普通钢筋混凝土预制桩施工混凝土灌注 预应力钢筋混凝土桩预应力钢筋混凝土桩：制桩时对桩身的主筋：制桩时对桩身的主筋施加预拉应力，且混凝土受预压应力，使起吊时施加预拉应力，且混凝土受预压应力，使起吊时桩身的
15、抗弯能力和锤击沉桩时抗压能力提高，桩身的抗弯能力和锤击沉桩时抗压能力提高，既既节约钢材，又提高了桩的承载力和抗裂性能。节约钢材，又提高了桩的承载力和抗裂性能。PHC管桩制作混凝土入模PHC管桩封模PHC管桩高速离心成型PHC管桩养护PHC管桩脱模PHC管桩成品堆放2）钢）钢 桩桩断面形状：断面形状：优点：优点：承载力高承载力高,材料强度均匀可靠材料强度均匀可靠,护坡桩可多次利用护坡桩可多次利用缺点：缺点：造价高造价高,费用高费用高,易锈蚀易锈蚀适用于适用于:超重型设备的基础超重型设备的基础 江河深水基础江河深水基础 高层建筑深基坑边坡支护工程高层建筑深基坑边坡支护工程1 1）锤击法沉桩）锤击法
16、沉桩2 2）振动法沉桩）振动法沉桩3 3）静压法沉桩）静压法沉桩预制桩的沉桩方式预制桩的沉桩方式 锤击法沉桩锤击法沉桩：利用桩锤（或辅以高压射水）：利用桩锤（或辅以高压射水）将桩击入地基中的施工方法。将桩击入地基中的施工方法。适用于地基土为松散的碎石土（不含大卵石适用于地基土为松散的碎石土（不含大卵石或漂石）、砂土、粉土及可塑粘性土的情况；或漂石）、砂土、粉土及可塑粘性土的情况；缺点缺点：锤击法沉桩伴有噪声、振动和扰动等：锤击法沉桩伴有噪声、振动和扰动等问题，在城市建设中应考虑其对周围环境的影响。问题，在城市建设中应考虑其对周围环境的影响。1）锤击法沉桩）锤击法沉桩锤锤击击沉沉桩桩锤击法施工焊
17、接预应力管桩 振动法沉桩振动法沉桩：采用振动锤进行沉桩的施工方：采用振动锤进行沉桩的施工方法。法。适用于可塑状的粘性土和砂土，对受振动时适用于可塑状的粘性土和砂土，对受振动时的抗剪强度有较大降低的砂土地基和自重不大的的抗剪强度有较大降低的砂土地基和自重不大的钢桩，沉桩效果更好。钢桩，沉桩效果更好。2）振动法沉桩）振动法沉桩 静压法沉桩静压法沉桩：采用静力压桩机将预制桩压入：采用静力压桩机将预制桩压入地基中的施工方法。地基中的施工方法。特点特点：无噪声、无振动、无冲击力、施工应：无噪声、无振动、无冲击力、施工应力小、桩顶不易损坏和沉桩精度较高。力小、桩顶不易损坏和沉桩精度较高。3）静压法沉桩）静
18、压法沉桩液压静力压桩机液压静力压桩机静压管桩施工静压管桩施工静压管桩静压管桩焊接预应力管桩焊接预应力管桩接桩焊缝接桩焊缝管桩桩头高于设计标高管桩桩头高于设计标高截桩截桩预制桩的特点预制桩的特点 接桩、截桩接桩、截桩 施工中产生震动和较大的噪音施工中产生震动和较大的噪音 造成较大的浪费造成较大的浪费 含钢量较大造价比灌注桩高含钢量较大造价比灌注桩高（2）灌注桩）灌注桩 灌注桩的成桩方法是采用钻、挖、冲击或沉灌注桩的成桩方法是采用钻、挖、冲击或沉管等方法就地成孔，管等方法就地成孔，并在孔内放置钢筋笼，然后并在孔内放置钢筋笼，然后灌注混凝土而成桩。灌注混凝土而成桩。灌注桩特点灌注桩特点 横截面呈圆形
19、，可做成大直径和扩底桩横截面呈圆形，可做成大直径和扩底桩 适用于各种类型的地基土适用于各种类型的地基土 桩身含钢量较低造价低桩身含钢量较低造价低 桩长可调整桩长可调整 施工工艺较复杂施工工艺较复杂灌注桩分类灌注桩分类1 1）沉管灌注桩）沉管灌注桩2 2）钻（冲、磨）孔灌注桩）钻（冲、磨）孔灌注桩3 3）挖孔桩）挖孔桩4 4）爆扩灌注桩）爆扩灌注桩1）沉管灌注桩）沉管灌注桩 采用锤击沉管打桩机或振动沉管打桩机，将采用锤击沉管打桩机或振动沉管打桩机，将套上预制钢筋混凝土桩尖钢管沉入土层中成孔，套上预制钢筋混凝土桩尖钢管沉入土层中成孔，然后边灌注混凝土、边锤击或边振动拔出钢管并然后边灌注混凝土、边锤
20、击或边振动拔出钢管并安放钢筋笼而形成的灌注桩。安放钢筋笼而形成的灌注桩。锤击沉管灌注桩常用直径：锤击沉管灌注桩常用直径：300-500mm；振动沉管灌注桩常用直径：振动沉管灌注桩常用直径：400-500mm；桩长不超过桩长不超过20m。适应条件：适应条件：沉管灌注桩适用于粘性土、粉土、淤沉管灌注桩适用于粘性土、粉土、淤泥质土、砂土及填土；在厚度较大、灵敏度较高泥质土、砂土及填土；在厚度较大、灵敏度较高的淤泥和流塑状态的粘性土等软弱土层中采用时，的淤泥和流塑状态的粘性土等软弱土层中采用时，应制定质量保证措施，并经工艺试验成功后方可应制定质量保证措施，并经工艺试验成功后方可实施。实施。优点：优点：
21、施工设备简单，沉桩进度快，成本低。施工设备简单，沉桩进度快，成本低。缺点缺点：容易产生缩颈、断桩、局部夹土、混凝土：容易产生缩颈、断桩、局部夹土、混凝土离析和强度不足等质量问题。离析和强度不足等质量问题。沉管灌注桩施工工艺沉管灌注桩施工工艺夯扩桩夯扩桩 将桩端现浇混凝土通过夯击扩大为大头型的将桩端现浇混凝土通过夯击扩大为大头型的一种桩型；夯扩桩与沉管灌注桩的最大区别是在一种桩型；夯扩桩与沉管灌注桩的最大区别是在外桩管的基础上增加了一根内夯管。外桩管的基础上增加了一根内夯管。适应条件：适应条件：夯扩桩适用于桩端持力层为中、夯扩桩适用于桩端持力层为中、低压缩性粘性土、粉土、砂土、碎石类土，其埋低压
22、缩性粘性土、粉土、砂土、碎石类土，其埋深不超过深不超过20m20m的情况。的情况。夯扩桩施工工艺夯扩桩施工工艺内外管同步锤击沉入土中；内外管同步锤击沉入土中；提出内管，在外管内灌注适量的混凝土；提出内管，在外管内灌注适量的混凝土；用内管将外管中的混凝土夯出管外，并在桩端用内管将外管中的混凝土夯出管外，并在桩端形成扩大头；形成扩大头；重复工序重复工序 ，完成第二次夯扩；，完成第二次夯扩；拔出内管，在外管内放入钢筋笼，灌入桩身所拔出内管，在外管内放入钢筋笼，灌入桩身所需的混凝土；需的混凝土；将内管压在外管内混凝土面上，边压边缓慢起将内管压在外管内混凝土面上，边压边缓慢起拔外管。拔外管。夯扩桩施工工
23、艺夯扩桩施工工艺2 2）钻（冲、磨）孔灌注桩）钻（冲、磨）孔灌注桩 各种各种钻（冲、磨）孔灌注桩在施工时都要把钻（冲、磨）孔灌注桩在施工时都要把桩孔位置处的土排出地面，然后清除孔底残渣，桩孔位置处的土排出地面，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，最后浇灌混凝土。安放钢筋笼，最后浇灌混凝土。回转钻成孔灌注桩回转钻成孔灌注桩 采用转盘钻机成孔的灌注桩，钻进时由钻杆采用转盘钻机成孔的灌注桩，钻进时由钻杆带动钻头切削土体成孔。带动钻头切削土体成孔。正循环回转钻进成孔：正循环回转钻进成孔：钻进时钻杆带动钻头钻进时钻杆带动钻头切削土体成孔，泥浆泵泵送的泥浆经过钻杆内腔切削土体成孔，泥浆泵泵送的泥浆经过钻杆内腔输
24、送到孔底，悬浮并携带钻渣，再经过钻杆与孔输送到孔底，悬浮并携带钻渣，再经过钻杆与孔壁之间的环状空间返回地面。壁之间的环状空间返回地面。反循环回转钻钻进成孔：反循环回转钻钻进成孔：钻渣随泥浆由钻头钻渣随泥浆由钻头底部的排渣管进入钻杆，靠砂石泵或压缩空气吸底部的排渣管进入钻杆，靠砂石泵或压缩空气吸至孔外泥浆池内。至孔外泥浆池内。回转钻成孔钻进 适应条件适应条件：适用于地下水位以下的粘性土、粉：适用于地下水位以下的粘性土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层；土、砂土、填土、碎石土及风化岩层；以及地质情况复杂，夹层多、风化不均、软硬以及地质情况复杂，夹层多、风化不均、软硬变化较大的岩层；变化较大的岩层
25、；螺旋钻孔灌注桩螺旋钻孔灌注桩 螺旋钻杆旋转切削土层，切削下的土块沿螺螺旋钻杆旋转切削土层，切削下的土块沿螺旋叶片自动上升至地面的出土装置中，成孔清孔旋叶片自动上升至地面的出土装置中，成孔清孔完毕后，向孔内放入钢筋笼，再灌注混凝土即形完毕后，向孔内放入钢筋笼，再灌注混凝土即形成桩体。成桩体。适用范围：适用范围：地下水位以上的粘性土、粉土、地下水位以上的粘性土、粉土、填土、中等密实以上的砂土、风化岩层。填土、中等密实以上的砂土、风化岩层。长螺旋钻成孔钻机冲击成孔灌注桩冲击成孔灌注桩 采用钢丝绳周期性地将钻头提离孔底一定高采用钢丝绳周期性地将钻头提离孔底一定高度后，让钻头在自身重量作用下加速降落，
26、冲击度后，让钻头在自身重量作用下加速降落，冲击孔底，以破碎岩石。孔底，以破碎岩石。每次冲击以后，钻头在钢丝绳带动下回转一每次冲击以后，钻头在钢丝绳带动下回转一定角度，从而形成圆形截面的钻孔。破碎的岩屑定角度，从而形成圆形截面的钻孔。破碎的岩屑一部分挤入孔壁，另一部分可以用抽砂筒抽捞。一部分挤入孔壁，另一部分可以用抽砂筒抽捞。一般粘性土、淤泥、砂土、碎石土都能穿透，一般粘性土、淤泥、砂土、碎石土都能穿透，特别是冲击破碎基岩的能力相当强；但在岩溶发特别是冲击破碎基岩的能力相当强；但在岩溶发育地区不宜采用此方法。育地区不宜采用此方法。3）挖孔桩）挖孔桩 采用人工或机械挖掘成孔，每挖深采用人工或机械挖
27、掘成孔，每挖深0.9-1.0m，就现浇或喷射一圈混凝土护臂，然后安放钢筋笼，就现浇或喷射一圈混凝土护臂，然后安放钢筋笼，灌注混凝土而成。灌注混凝土而成。桩身直径一般为桩身直径一般为800-2000mm，最大可达，最大可达3500mm。当持力层承载力低于桩身混凝土受压承载力当持力层承载力低于桩身混凝土受压承载力时，桩端可扩底，视扩底端部侧面和桩端持力层时，桩端可扩底，视扩底端部侧面和桩端持力层土性情况，扩底端直径与桩身直径之比不宜超过土性情况，扩底端直径与桩身直径之比不宜超过3，最大扩底直径可达，最大扩底直径可达4500mm。桩身长度不大于桩身长度不大于30m挖孔桩特点挖孔桩特点 优点优点：可直
28、接观察地层情况，孔底易清除：可直接观察地层情况，孔底易清除干净，设备简单，噪声小，厂区各桩课同时施工，干净，设备简单，噪声小，厂区各桩课同时施工，桩径大，适应性强，较经济；桩径大，适应性强，较经济；缺点缺点：桩孔内空间狭小，劳动条件差，可：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故，在松砂层、面掉下重物等危险而造成伤亡事故，在松砂层、极软弱土层、地下水涌水量多且难以抽水的地层极软弱土层、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。中难以施工或无法施工。4）爆扩灌注桩）爆扩灌注桩 就地成
29、孔后，在孔底放入炸药包并灌注适量就地成孔后，在孔底放入炸药包并灌注适量混凝土后，用炸药爆炸扩大孔底，在安放钢筋笼，混凝土后，用炸药爆炸扩大孔底，在安放钢筋笼，灌注桩身混凝土而成的桩。灌注桩身混凝土而成的桩。桩身直径一般为桩身直径一般为200-350mm，扩大头直径取，扩大头直径取桩身直径的桩身直径的2-3倍，桩长一般为倍，桩长一般为4-6m，最大不超，最大不超过过10m。特点：适应性强，除软土和新填土外，其他特点：适应性强，除软土和新填土外，其他各种地层均可用，最适宜在黏土中成型并支承在各种地层均可用，最适宜在黏土中成型并支承在坚硬密实土层上的情况。坚硬密实土层上的情况。4.2.2 桩的成型方
30、式效应桩的成型方式效应1 1、挤土桩、挤土桩2 2、部分挤土桩、部分挤土桩3 3、非挤土桩、非挤土桩1、挤土桩、挤土桩 打入时将桩位大量土排挤开，因土层震动，打入时将桩位大量土排挤开，因土层震动，土结构遭破坏，土性质有变化。土结构遭破坏，土性质有变化。粘性土由于重粘性土由于重塑作用降低了抗剪强度，非密实无粘性土由于塑作用降低了抗剪强度，非密实无粘性土由于振动挤密使抗剪强度提高振动挤密使抗剪强度提高,如挤土灌注桩（沉管灌注桩、夯扩灌注如挤土灌注桩（沉管灌注桩、夯扩灌注桩）、挤土预制桩（实心预制桩、下端封闭的桩）、挤土预制桩（实心预制桩、下端封闭的管桩、木桩管桩、木桩）2、部分挤土桩、部分挤土桩
31、在桩位处先取出一部分土形成一小桩孔，在桩位处先取出一部分土形成一小桩孔，在桩孔内再打入预制桩或打入桩管灌注桩；在桩孔内再打入预制桩或打入桩管灌注桩；土土原状结构和工程性质变化不大。原状结构和工程性质变化不大。如：开口管桩、如：开口管桩、H型钢桩、冲击成孔灌注型钢桩、冲击成孔灌注桩，预钻孔打入预制桩等。桩，预钻孔打入预制桩等。3、非挤土桩、非挤土桩 先钻孔后再打入的预制桩和钻孔桩，在成先钻孔后再打入的预制桩和钻孔桩，在成桩过程中，都将与桩体积相同的土体挖出，土桩过程中，都将与桩体积相同的土体挖出，土没有受到排挤，应力松弛，侧阻力减少。没有受到排挤，应力松弛，侧阻力减少。如钻孔灌注桩、人工挖孔桩等
32、。如钻孔灌注桩、人工挖孔桩等。1)1)荷载荷载：即上部结构传递给基础的荷载大小是控制：即上部结构传递给基础的荷载大小是控制单桩承载力要求的主要因素。单桩承载力要求的主要因素。2)2)土层土层：即根据建筑物场地的工程地质条件、地下：即根据建筑物场地的工程地质条件、地下水位状况和桩端持力层深度等，通过比较各种不水位状况和桩端持力层深度等，通过比较各种不同方案桩结构的承载力和技术经济指标，选择桩同方案桩结构的承载力和技术经济指标，选择桩的类型。的类型。3)3)机械机械：即考虑本地区桩基施工单位现有的桩基施：即考虑本地区桩基施工单位现有的桩基施工机械设备；如确实需要从其他地区引进机械设工机械设备；如确
33、实需要从其他地区引进机械设备时，则需要考虑其经济合理性。备时，则需要考虑其经济合理性。选桩原则选桩原则4 4）环境：）环境：即考虑设桩过程中对环境的影响，例如打即考虑设桩过程中对环境的影响，例如打入式预制桩和打入式灌注桩的场合，就要考虑振入式预制桩和打入式灌注桩的场合，就要考虑振动、噪声以及油污对周围环境的影响；泥浆护壁动、噪声以及油污对周围环境的影响；泥浆护壁钻孔桩和埋入式桩就要考虑泥水、泥土的处理，钻孔桩和埋入式桩就要考虑泥水、泥土的处理，否则会造成对环境的不利影响。否则会造成对环境的不利影响。5 5）造价：）造价：即采用的桩型，其造价应即采用的桩型，其造价应 比较低廉。比较低廉。6 6）
34、工期：）工期：当工期紧迫而环境又允许，可采用打入式当工期紧迫而环境又允许，可采用打入式预制桩，因其施工速度快；再如施工条件合适，预制桩，因其施工速度快；再如施工条件合适，也可采用人工挖孔桩，因该桩型施工作业面可增也可采用人工挖孔桩，因该桩型施工作业面可增多，施工进程也较快。多，施工进程也较快。4.3 桩的竖向承载力桩的竖向承载力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4.3.2 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定4.3.3 竖向荷载下的群桩效应竖向荷载下的群桩效应4.3.4 减沉桩基减沉桩基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（一）桩身轴力和截面位移（
35、一）桩身轴力和截面位移1、荷载传递机理、荷载传递机理 1）逐级增加单桩桩顶荷载时，桩身上部横截）逐级增加单桩桩顶荷载时，桩身上部横截面产生轴力面产生轴力桩身上部受到压缩桩身上部受到压缩桩产生相对于桩产生相对于土的向下位移土的向下位移桩侧表面受到土的向上摩阻力。桩侧表面受到土的向上摩阻力。桩身荷载即通过桩侧摩阻力传到桩周土层中。桩身荷载即通过桩侧摩阻力传到桩周土层中。2）随着荷载的增加）随着荷载的增加桩身压缩量及位移量桩身压缩量及位移量相应增大相应增大桩身下段也逐步产生摩阻力桩身下段也逐步产生摩阻力；当荷载增加至一定量当荷载增加至一定量桩端土也开始被压桩端土也开始被压缩缩引起桩端反力引起桩端反力
36、；此时桩端也产生竖向位移此时桩端也产生竖向位移桩身各截面位移桩身各截面位移量增加量增加桩侧摩阻力进一步发挥出来桩侧摩阻力进一步发挥出来。3）若桩顶荷载继续增加，沿桩身全长的摩阻力）若桩顶荷载继续增加，沿桩身全长的摩阻力都达到极限值都达到极限值桩顶荷载增量全由桩端阻力承桩顶荷载增量全由桩端阻力承担担桩端持力层被过量压缩桩端持力层被过量压缩桩端下土体产生剪桩端下土体产生剪切破坏切破坏。桩端下土体失稳时所承受的荷载桩端下土体失稳时所承受的荷载就是单桩的极限承载力。就是单桩的极限承载力。结结 论论1）桩身上部）桩身上部土层的摩阻力发挥先于桩身下部土土层的摩阻力发挥先于桩身下部土层；层；2）摩阻力发挥先
37、于端阻力摩阻力发挥先于端阻力。当当摩阻力发挥至极限值摩阻力发挥至极限值后，若桩顶荷载仍在后，若桩顶荷载仍在增加，则由端阻力承担桩顶荷载增量。增加，则由端阻力承担桩顶荷载增量。2、荷载传递函数、荷载传递函数 单桩轴向荷载传递的基本微分方程单桩轴向荷载传递的基本微分方程 桩身轴力桩身轴力 桩身截面位移桩身截面位移dzduEAzpppz22dzuNzzzzQ0dzNEAzzzppS01（二）影响荷载传递的因素（二）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/Es（2 2）桩、土的刚度比）桩、土的刚度比Ep/Es（3 3）扩大端直径与桩身直径比）扩大端直径与桩身直径
38、比D/d（4 4）桩的长径比）桩的长径比L/d（1）桩端土与桩周土的刚度比桩端土与桩周土的刚度比Eb/Es该比值该比值越小越小，由，由桩端桩端传递给土层的荷载传递给土层的荷载越小越小。对于中长桩，对于中长桩，Eb/Es=1时，桩端阻力占总荷载仅时，桩端阻力占总荷载仅5%左右，接近纯摩擦桩；左右，接近纯摩擦桩；Eb/Es=100时，其端阻力占总荷载约时，其端阻力占总荷载约60%，即属，即属端承摩擦桩，此时桩身下段侧阻力的发挥值已相端承摩擦桩，此时桩身下段侧阻力的发挥值已相应降低；应降低；Eb/Es再增大，则对端阻力分担荷载比影响不大。再增大，则对端阻力分担荷载比影响不大。（2）桩、土的刚度比桩、
39、土的刚度比Ep/Es 该值该值越大越大，传递至，传递至桩端桩端的荷载量也的荷载量也越大。越大。对于对于Ep/Es10的中长桩的中长桩(L/d25)，其桩端阻，其桩端阻力接近于零。例如，砂力接近于零。例如，砂 桩、碎石桩、灰土桩等桩、碎石桩、灰土桩等桩身相对刚度均不大，其桩端阻力很小，所以在桩身相对刚度均不大，其桩端阻力很小，所以在设计时需按复合地基工作原理考虑。设计时需按复合地基工作原理考虑。Ep/Es1000时，对桩端阻力分担荷载比的影时，对桩端阻力分担荷载比的影响不大。响不大。（3）扩大端直径与桩身直径比）扩大端直径与桩身直径比D/d 该值该值越大越大，桩端阻力桩端阻力分担的荷载比例也分担
40、的荷载比例也愈大。愈大。对于均匀土层中的中长桩，对于均匀土层中的中长桩，当当D/d=3时，桩端时，桩端阻力分担的荷载比将由等直径桩（阻力分担的荷载比将由等直径桩（D/d=1）的约的约5%曾至约曾至约35%。（4）桩的长径比）桩的长径比L/d 该值该值越大越大，传递的，传递的桩端桩端的荷载的荷载越小越小。L/d100时，由于桩侧表面积远远超过桩底时，由于桩侧表面积远远超过桩底截面积，荷载全部由桩身侧面传递，此时，桩底截面积，荷载全部由桩身侧面传递，此时，桩底土再硬，桩的刚度再大或者桩端直径再粗，都不土再硬，桩的刚度再大或者桩端直径再粗，都不会对荷载传递产生任何影响。可见，会对荷载传递产生任何影响
41、。可见，L/d很大的很大的桩都属摩擦桩或纯摩擦桩，即桩都属摩擦桩或纯摩擦桩，即L/d很大时无需采很大时无需采用扩底桩。用扩底桩。桩基础的设计内容桩基础的设计内容（1）桩的类型和几何尺寸选择；）桩的类型和几何尺寸选择；（2）单桩竖向（和水平）承载力的确定；）单桩竖向（和水平）承载力的确定；（3）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；（4）桩基础承载力和沉降验算；）桩基础承载力和沉降验算；（5）桩身结构设计；）桩身结构设计；（6）承台设计；）承台设计；（7）绘制桩基础施工图。）绘制桩基础施工图。4.3.2 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定1.1.静载荷实验静载荷实验
42、2.2.按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定3.3.规范经验公式规范经验公式单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力按以下规定确定按以下规定确定：1.一级建筑桩基应采用现场静载荷试验，并经合一级建筑桩基应采用现场静载荷试验，并经合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定；静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定；2.二级建筑物桩基应根据静力触探、标准贯入、二级建筑物桩基应根据静力触探、标准贯入、经验参数等估算，并参照地质条件相同的试桩经验参数等估算，并参照地质条件相同的试桩资料综合确定；资料综合确定；3.三级建筑桩基，如无原位测试资料时，可利用三级建筑桩基，如无原位测试资料时，可利用承载力
43、经验参数估算。承载力经验参数估算。1.静载荷试验法静载荷试验法（1）试验装置）试验装置（2）按试验成果确定单桩极限承载力按试验成果确定单桩极限承载力按沉降随荷载的变化特征按沉降随荷载的变化特征 1）Q-S曲线为陡降型曲线为陡降型 01020 304812162028243236404448桩顶荷载 lg(10kN)Q 端承力220kN极限摩阻力1080kN极限荷载130 0kNs桩顶下沉量直线段10020060(mm)2）Q-S曲线为缓降型曲线为缓降型020406080100120 14016004812162024283236404448第二拐点 1300kN第二 拐点 78 0kN桩顶荷载
44、 (10kN)Q桩顶下沉量s（mm)按桩的沉降量确定极限承载力按桩的沉降量确定极限承载力适用于缓变型适用于缓变型QS曲线曲线 一般可取沉降量一般可取沉降量S=4060mm对应的荷载；对应的荷载；对于大直径桩，可取对于大直径桩，可取S=(030.06)d (大桩径取大桩径取低值，小桩径取高值低值，小桩径取高值)所对应的荷载值；所对应的荷载值；对于细长桩对于细长桩(L/d 80)可取可取S=6080mm所对所对应的荷载。应的荷载。单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值Ra：2uaQR Qu：单桩竖向极限承载力：单桩竖向极限承载力（3）规范要求规范要求灌注桩
45、应在桩身强度达到设计强度后才能进行灌注桩应在桩身强度达到设计强度后才能进行试验；试验；对预制桩，必须使从桩入土到开始试验的间隔对预制桩，必须使从桩入土到开始试验的间隔时间得到保证，当地基土为砂类土时，间歇时间时间得到保证，当地基土为砂类土时，间歇时间不应少于不应少于7天，对粉土和一般粘性土中的桩，不天，对粉土和一般粘性土中的桩，不应少于应少于15天，对于淤泥或淤泥质土中的桩，不应天，对于淤泥或淤泥质土中的桩，不应少于少于25天。天。同一条件下的试桩数不宜少于总桩数的同一条件下的试桩数不宜少于总桩数的1%，且不少于且不少于3根，工程桩不超过根，工程桩不超过50根时，试桩数不根时，试桩数不少于少于
46、2根。根。对于较大工程则往往有多组试桩，为了使设计对于较大工程则往往有多组试桩，为了使设计参数更具科学性，需先求出各试桩的实测极限承参数更具科学性，需先求出各试桩的实测极限承载力与平均极限承载力之比，再求出的标准差载力与平均极限承载力之比，再求出的标准差Sn，当当Sn0.15时，以平均值作为该工程的单桩竖向极时，以平均值作为该工程的单桩竖向极限承载力标准值，当限承载力标准值，当Sn0.15时，则应将平均值时，则应将平均值按要求相应折减，作为该工程的单桩竖向极限承按要求相应折减，作为该工程的单桩竖向极限承载力标准值。载力标准值。isiapppaalquAqR 3.规范经验公式规范经验公式 qsi
47、a桩侧第桩侧第i i层土的极限侧阻力特征值，无当地经验值层土的极限侧阻力特征值，无当地经验值时可根据成桩方法与工艺查表确定；时可根据成桩方法与工艺查表确定；qpk极限端阻力特征值，无当地区经验值时可按表确定。极限端阻力特征值，无当地区经验值时可按表确定。单桩竖向承载力特征值：单桩竖向承载力特征值：P138 P138 例题例题4-24-2 P180 P180 习题习题4-24-24.3.3 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础。根以上桩组成的桩基础。群桩效应群桩效应：群桩基础中的一根桩单独受荷时的：群桩基础中的一根桩单独受荷时的承载力和沉降
48、性状，往往与相同地质条件和设承载力和沉降性状，往往与相同地质条件和设置方法的同样独立单桩有显著差别，这种现象置方法的同样独立单桩有显著差别，这种现象称为群桩效应。称为群桩效应。群桩效应系数群桩效应系数：衡量群桩基础中各根单桩的平：衡量群桩基础中各根单桩的平均承载力比独立单桩降低或提高的幅度。均承载力比独立单桩降低或提高的幅度。1.端承型群桩端承型群桩 群桩中各桩的相互影响较小，应力重叠只发群桩中各桩的相互影响较小，应力重叠只发生在持力层深部，因持力层坚硬，由应力重叠产生在持力层深部，因持力层坚硬，由应力重叠产生的附加变形并不明显。生的附加变形并不明显。各桩的工作性状与单独工作时的单桩相似，各桩
49、的工作性状与单独工作时的单桩相似，在桩端持力层下无软弱下卧层时，在桩端持力层下无软弱下卧层时，端承型端承型群桩的群桩的承载力可近似地取各单桩承载力之和承载力可近似地取各单桩承载力之和:nQuPu Pu/nQu=1 群桩效群桩效应应系数系数2.摩擦型群桩摩擦型群桩 基桩主要通过桩侧阻力将桩顶荷载传布到桩周及桩端土基桩主要通过桩侧阻力将桩顶荷载传布到桩周及桩端土层中，由于应力的扩散作用，各桩传布的应力会产生重叠现层中，由于应力的扩散作用，各桩传布的应力会产生重叠现象，群桩桩尖土受的压力比单独工作的单桩大，应力传布范象，群桩桩尖土受的压力比单独工作的单桩大，应力传布范围比单桩深，应力影响深度及压缩层
50、厚度会成倍增加。围比单桩深，应力影响深度及压缩层厚度会成倍增加。此时，群桩的承载力已不是各单桩承载力之此时，群桩的承载力已不是各单桩承载力之和，即：和，即：nQuPu ；群桩效应只是摩擦型群桩才具有的特征。群桩效应只是摩擦型群桩才具有的特征。4.3.4 减沉桩基减沉桩基 减沉桩基减沉桩基：当天然地基承载力已基本接近于满：当天然地基承载力已基本接近于满足要求足要求,但沉降不满足时但沉降不满足时,用桩来减小沉降量的桩基用桩来减小沉降量的桩基础。础。1.1.按控制沉降量为原则来确定所需的用桩数；按控制沉降量为原则来确定所需的用桩数；2.2.桩身强度应按桩顶荷载设计值验算；桩身强度应按桩顶荷载设计值验
