1、基础工程基础工程 第第4章章桩基础桩基础桩桩PilePile：指垂直或者稍倾斜布置于地基中，其断面相对其长度较：指垂直或者稍倾斜布置于地基中，其断面相对其长度较小的杆状构件。小的杆状构件。桩的功能：通过杆件的侧壁摩阻力和端阻力将上部结构的荷载传桩的功能：通过杆件的侧壁摩阻力和端阻力将上部结构的荷载传递到深处的地基上。递到深处的地基上。早期：早期：木桩木桩后来：后来：钢筋混凝土桩钢筋混凝土桩 优点优点将荷载传递到下部好土层将荷载传递到下部好土层,承载力大，沉降小承载力大，沉降小2 2、抗震性能好、抗震性能好,穿过液化层穿过液化层3 3、能用于复杂的受力方式：抗拔（抗浮桩）、能用于复杂的受力方式：
2、抗拔（抗浮桩）、横向力（护坡桩）横向力（护坡桩）4 4、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比浅基础造价高比浅基础造价高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,有一定干扰有一定干扰,深基坑中做桩深基坑中做桩新加坡发展银行新加坡发展银行,四墩四墩,每墩每墩直径直径7.3m7.3m将荷载传递到下部好土层将荷载传递到下部好土层,承承载力高载力高大直径钻孔大直径钻孔桩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桩的应用桩的应用新加坡发展银行新加坡发展银行,四墩四墩7.3m现场
3、灌注现场灌注护坡桩护坡桩造价低造价低桩的应用桩的应用桩的应用桩的应用桩基设计等级桩基设计等级 根据建筑物规模和功能特征以及由于桩基问题可能造成建筑物破坏或根据建筑物规模和功能特征以及由于桩基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度区分。影响正常使用的程度区分。设计等级设计等级建筑类型建筑类型甲级甲级（1）重要的工业与民用建筑）重要的工业与民用建筑（2）30层以上或高度超过层以上或高度超过100m的高层建筑的高层建筑（3）体型复杂）体型复杂,层数相差超过层数相差超过10层的高低层连体建筑物层的高低层连体建筑物（4）对桩基变形有特殊要求的建筑物）对桩基变形有特殊要求的建筑物（5）场地和地基条件复
4、杂的一般建筑物）场地和地基条件复杂的一般建筑物（6）对相邻既有工程影响较大的建筑物）对相邻既有工程影响较大的建筑物乙级乙级除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物u丙级丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下的民用建场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下的民用建筑及一般工业建筑物筑及一般工业建筑物螺旋钻 人工挖孔桩人工挖孔桩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1桩身轴力和截面位移桩身轴力和截面位移 在轴向荷载作用下，桩身将发生在轴向荷载作用下，桩身将发生压缩变形压缩变形；同时桩顶部分荷载通
5、过桩身传递到桩底，致使同时桩顶部分荷载通过桩身传递到桩底，致使桩底土层发生桩底土层发生压缩变形压缩变形，这两部分压缩变形之，这两部分压缩变形之和构成和构成桩顶轴向位移桩顶轴向位移。由于由于桩与桩周土体的紧密接触，当桩相对桩与桩周土体的紧密接触，当桩相对于土向下位移时，桩侧表面受到土向上的于土向下位移时，桩侧表面受到土向上的摩阻摩阻力力。侧阻侧阻端阻端阻S0SpQqsS0Sp各点位移各点位移轴向力轴向力摩阻力摩阻力桩侧摩阻力的分布桩侧摩阻力的分布?dzdNdqs1一般来说，靠近桩身上部土层的摩阻力先于一般来说，靠近桩身上部土层的摩阻力先于下部土层发挥出来，桩侧阻力先于桩端阻力下部土层发挥出来，桩
6、侧阻力先于桩端阻力发挥出来发挥出来。当桩身摩阻力当桩身摩阻力全部发挥全部发挥出来达到极限后，若出来达到极限后，若继续增加荷载，荷载继续增加荷载，荷载增量增量将全部由将全部由桩端阻力桩端阻力承担。由于桩端持力层的大量压缩和塑性变承担。由于桩端持力层的大量压缩和塑性变形，位移增加速度显著增大，直至桩端阻力形，位移增加速度显著增大，直至桩端阻力达极限，位移迅速增大至破坏。此时，桩达达极限，位移迅速增大至破坏。此时，桩达到其极限承载力。到其极限承载力。在桩顶荷载沿桩身向下传在桩顶荷载沿桩身向下传递的过程中，必须不断地克服递的过程中，必须不断地克服侧向摩阻力，故桩身截面的轴向力随深侧向摩阻力，故桩身截面
7、的轴向力随深度逐渐减小，传至桩底截面的轴向力为度逐渐减小，传至桩底截面的轴向力为桩顶荷载减去全部桩侧摩阻力，并与桩桩顶荷载减去全部桩侧摩阻力，并与桩底支承反力（即底支承反力（即桩端阻力桩端阻力）大小相等、）大小相等、方向相反。方向相反。桩通过桩侧阻力和桩端阻力将荷载桩通过桩侧阻力和桩端阻力将荷载传递给土体，即土对桩的支承力由传递给土体，即土对桩的支承力由桩侧桩侧阻力阻力和和桩端阻力桩端阻力两部分组成。两部分组成。以桩顶(也是地面)作为坐标原点，由深度z处桩段微元dz上力的平衡条件：可得桩侧摩阻力z与桩身轴力Nz的关系为由于桩顶轴力沿桩身向下通过桩侧摩阻力逐步传给桩周土，因此，轴力随深度而递减。
8、桩底的轴力 即桩端总阻力 lpNQ 而桩侧总摩阻力 psQQQlN根据材料力学受压或受拉杆件变形公式根据材料力学受压或受拉杆件变形公式EANLL 对微段对微段 的桩身压缩变形为的桩身压缩变形为ppzzAEdzNd桩身轴力桩身轴力N Nz z为为dzdAENzppz 22dzdAEpzppz 上式是单桩轴向荷载传递的基本微分方程。它表明桩侧上式是单桩轴向荷载传递的基本微分方程。它表明桩侧摩阻力是桩截面对桩周土的相对位移的函数。摩阻力是桩截面对桩周土的相对位移的函数。相对位移相对位移大小制约着土对桩侧表面的向上作用的正摩阻力的发挥大小制约着土对桩侧表面的向上作用的正摩阻力的发挥程度程度。dz离桩顶
9、深度为z处的桩身轴力为0.zzpzNQudz则桩顶沉降 及任意截面的位移 为0z001llzppsN dzA EdzNEAszzppz01如果在进行单桩轴向静载荷试验时，沿桩身某些截面设置量测应如果在进行单桩轴向静载荷试验时，沿桩身某些截面设置量测应力和位移的元件力和位移的元件(传感器传感器)，那么那么,在桩顶荷载在桩顶荷载Q(Q(桩顶轴力桩顶轴力N=Q)N=Q)作作用下用下,桩顶向下位移桩顶向下位移。(桩顶沉降桩顶沉降s=s=。)、桩身任意深度桩身任意深度z z处处的轴力的轴力NzNz：和截面位移：和截面位移zz以及桩端以及桩端(z=l)(z=l)的轴力的轴力NlNl和位移和位移ll都可都可
10、以确定。以确定。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E Eb b/E/Es s E Eb b/E/Es s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，即传递到桩端荷载愈小。到桩端荷载愈小。对于中长柱，当对于中长柱，当E Eb b/E/Es s=1=1（即均匀土层）时，桩侧（即均匀土层）时，桩侧摩阻力接近于均匀分布、几乎承担了全部荷载，摩阻力接近于均匀分布、几乎承担了全部荷载，桩端阻力仅占荷载的桩端阻力仅占荷载的5%5%左右，即属于摩擦桩；左右，即属于摩擦桩；当当E Eb b/E/Es s增大到增大到10010
11、0时，桩身轴力上段随深度减小，时，桩身轴力上段随深度减小，下段近乎沿深度不变，即桩侧摩阻力上段可得到下段近乎沿深度不变，即桩侧摩阻力上段可得到发挥，下段则因桩土相对位移很小而无法发挥出发挥，下段则因桩土相对位移很小而无法发挥出来，桩端阻力分担了来，桩端阻力分担了60%60%以上荷载，即属于端承型以上荷载，即属于端承型桩；桩；E Eb b/E/Es s再继续增大，对桩端阻力分担荷载比的影响再继续增大，对桩端阻力分担荷载比的影响不大。不大。2 2）桩土刚度比）桩土刚度比E Ep p/E/Es sE Ep p/E/Es s愈大，传到桩端荷载愈大，但当愈大，传到桩端荷载愈大，但当E Ep p/E/Es
12、 s超过超过10001000后，对桩端阻力分担荷载比的影响后，对桩端阻力分担荷载比的影响不大。不大。而对于而对于E Ep p/E/Es s1010的中长桩，其桩端阻力分担的中长桩，其桩端阻力分担荷载近于零。荷载近于零。说明对于砂桩、碎石桩、灰土桩等低刚度桩说明对于砂桩、碎石桩、灰土桩等低刚度桩组成的基础，应按复合地基工作原理进行设组成的基础，应按复合地基工作原理进行设计。计。3 3）桩端扩底直径与桩身直径之比）桩端扩底直径与桩身直径之比D/dD/dD/d D/d 愈大，桩端阻力分担的荷载比愈大。愈大，桩端阻力分担的荷载比愈大。对于对于均匀均匀土层中的中长桩，当土层中的中长桩，当D/d=3D/d
13、=3时，桩时，桩端阻力分担的荷载比将由等直径桩（端阻力分担的荷载比将由等直径桩（D/d=1D/d=1）的约的约5%5%增至增至35%35%。实际端土层好时，做成扩。实际端土层好时，做成扩底，否则增侧阻力作成串状。底，否则增侧阻力作成串状。4 4）桩的长径比）桩的长径比L/dL/d 随随L/d L/d 增大，传递到桩端的荷载减小，桩身增大，传递到桩端的荷载减小，桩身下部侧阻力的发挥降低。在均土层中的长柱，下部侧阻力的发挥降低。在均土层中的长柱，其桩端阻力分担的荷载比趋于零。长径比大的其桩端阻力分担的荷载比趋于零。长径比大的桩多为摩擦桩，扩大桩端直径来提高承载力是桩多为摩擦桩，扩大桩端直径来提高承
14、载力是徒劳无益的。徒劳无益的。曲线s3、桩侧摩阻力和桩端阻力、桩侧摩阻力和桩端阻力1）侧摩阻力与桩土界面相对位移）侧摩阻力与桩土界面相对位移函数关系函数关系3、桩侧摩阻力和桩端阻力、桩侧摩阻力和桩端阻力极限侧摩阻力的表达式极限侧摩阻力的表达式上式侧阻是随深度线性增大上式侧阻是随深度线性增大,但砂土中的模但砂土中的模型实验表明，当桩入土深达某一临界深度后，型实验表明，当桩入土深达某一临界深度后，侧阻就不随深度增加了，这个现象称为侧阻侧阻就不随深度增加了，这个现象称为侧阻的深度效应。的深度效应。vsxaxauKctanzv2 2）桩侧极限摩阻力与对应的桩侧极限位移桩侧极限摩阻力与对应的桩侧极限位移
15、 。桩侧摩阻力只要桩土间有不太大的相对位移就能得桩侧摩阻力只要桩土间有不太大的相对位移就能得到充分的发挥，一般认为粘性土中到充分的发挥，一般认为粘性土中 为为4 46mm6mm，砂，砂性土中性土中 为为6 610mm10mm。(大直径钻孔灌注桩，如果孔壁呈凹凸形，发大直径钻孔灌注桩，如果孔壁呈凹凸形，发挥侧摩阻力需要的极限位移较大，可达挥侧摩阻力需要的极限位移较大，可达20mm20mm以上，以上，甚至甚至40mm40mm，约为桩径的，约为桩径的2.2%2.2%，如果孔壁平直光滑，如果孔壁平直光滑，发挥侧摩阻力需要的极限位移较小，只有发挥侧摩阻力需要的极限位移较小，只有3 34mm4mm。)uu
16、u3)3)桩端阻力桩端阻力q qPUPU与对应的桩端极限位移与对应的桩端极限位移 桩底阻力的充分发挥需要有较大的位移值，桩端桩底阻力的充分发挥需要有较大的位移值，桩端阻力阻力q qPUPU对应的桩端极限位移对应的桩端极限位移 在粘性土中约为桩在粘性土中约为桩底直径的底直径的2525，在砂性土中约为，在砂性土中约为8 81010，对于，对于钻孔桩，由于孔底虚土、沉渣压缩的影响，发挥钻孔桩，由于孔底虚土、沉渣压缩的影响，发挥端阻极限值所需位移更大。端阻极限值所需位移更大。pupu4 4）按土体极限平衡理论导得的、用于计算桩）按土体极限平衡理论导得的、用于计算桩端阻力的极限平衡理论公式有很多，可统一
17、端阻力的极限平衡理论公式有很多，可统一表达为：表达为：计算单位极限端阻时，则端阻将随桩端入土计算单位极限端阻时，则端阻将随桩端入土深度线性增大。端阻也存在深度效应现象。深度线性增大。端阻也存在深度效应现象。*1*qqccpuhNbNcNq4 4）单桩荷载沉降曲线）单桩荷载沉降曲线（桩破坏模式）（桩破坏模式）陡降型：桩底持力层不坚突、桩径不大、陡降型：桩底持力层不坚突、桩径不大、破坏时桩端刺入持力层的桩。破坏时桩端刺入持力层的桩。A A缓变型：桩底非密实砂类土、粉土、桩缓变型：桩底非密实砂类土、粉土、桩底面积大、桩底塑性区随荷载增长逐渐底面积大、桩底塑性区随荷载增长逐渐扩展的桩。扩展的桩。B B
18、在荷载作用下，桩在地基土中不丧失稳定性。在荷载作用下，桩在地基土中不丧失稳定性。桩顶不产生过大位移桩顶不产生过大位移3 桩身不发生材料破坏桩身不发生材料破坏单桩的竖向承载力主要单桩的竖向承载力主要取决于两方面，一是取决于两方面，一是地基地基土对桩的支承能力土对桩的支承能力，二是，二是桩身的材料强度。桩身的材料强度。分别按这两方面确定后分别按这两方面确定后,取小值取小值.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)按材料强度确定按材料强度确定对于混凝土桩：混凝土混凝土R=cfc Ap钢筋混凝土钢筋混凝土R=c(fc Ap+fyAs)(2)(2)静载荷试验方法确定的承载力静载荷
19、试验方法确定的承载力,已兼顾这两方面已兼顾这两方面.fe 混凝土轴心抗压强度设计值混凝土轴心抗压强度设计值R 单桩竖向力设计值单桩竖向力设计值Ap 桩身横截面积桩身横截面积 c 工作条件系数。预制桩工作条件系数。预制桩 0.75，灌注桩，灌注桩 0.60.7 单桩极限承载力单桩极限承载力Qu由总极限侧阻力由总极限侧阻力Qsu和总极限端和总极限端阻力阻力Qpu组成，若忽略二者间的相互影响，可表示为：组成，若忽略二者间的相互影响，可表示为：pusuuQQQppussuuaKQKQKQR 通常取安全系数通常取安全系数K=2。由于侧阻与端阻不同步发挥，。由于侧阻与端阻不同步发挥，工作荷载工作荷载(相当
20、于容许承载力相当于容许承载力)下，侧阻可能巳发挥下，侧阻可能巳发挥出大部分、而端阻只发挥了很小一部分。因此，出大部分、而端阻只发挥了很小一部分。因此，一般情况下一般情况下KsKp。分项安全系数的大小同桩型、桩侧。分项安全系数的大小同桩型、桩侧与桩端土的性质、桩的长径比、成桩工艺与质量与桩端土的性质、桩的长径比、成桩工艺与质量有关。有关。(一)确定单桩竖直向承载力的方法静载荷试验静载荷试验2 其他现场试验方法其他现场试验方法3 经验方法：静力触探经验方法：静力触探 经验公式经验公式4.3 4.3 单桩竖向承载力单桩竖向承载力1 1 载荷试验确定单桩承载力载荷试验确定单桩承载力 原型静载荷试验是传
21、统的也是最可靠的原型静载荷试验是传统的也是最可靠的确定承载力的方法。它不仅可确定桩的极限确定承载力的方法。它不仅可确定桩的极限承载力，而且通过埋设各类测试元件可获得承载力，而且通过埋设各类测试元件可获得桩身轴力、桩侧阻力、桩端阻力、荷载桩身轴力、桩侧阻力、桩端阻力、荷载沉沉降关系等诸多资料。降关系等诸多资料。1）静载荷试验）静载荷试验所需的时间间歇所需的时间间歇,因为因为打桩被扰动土随打桩被扰动土随时间部分强度可恢复时间部分强度可恢复.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天；粉土天；粉土和粘性土不得少于和粘性土不得少于15天；饱和软粘土天；饱和软粘土不得少于不得少于25天。天。灌
22、注桩达到混凝土设计强度灌注桩达到混凝土设计强度.试桩数为总数试桩数为总数1%且不少于且不少于3根根关于单桩竖向静载（抗压）试验的方法、终止加载条件关于单桩竖向静载（抗压）试验的方法、终止加载条件以及单桩竖向承载力标准值的确定详见以及单桩竖向承载力标准值的确定详见建筑桩基技术建筑桩基技术规范规范JGJ9494。载荷试验确定极限承载力载荷试验确定极限承载力Qu(各规范不同各规范不同)如果有陡降点如果有陡降点,取为取为Qu缓变曲线取桩顶总沉降缓变曲线取桩顶总沉降 s=40mm对应荷载对应荷载 24h未稳定未稳定,Sn对应的荷载对应的荷载确定平均值确定平均值 (极限承载力标准值极限承载力标准值)如离散
23、太大如离散太大,增加试桩数，具体确定增加试桩数，具体确定设计值设计值R=2ukQ12nnSS 单桩竖向静载荷试验的极限承载力必须进行统计，计单桩竖向静载荷试验的极限承载力必须进行统计，计算参加统计的极限承载力的平均值，算参加统计的极限承载力的平均值，当满足其级差不当满足其级差不超过平均值的超过平均值的3030时时，可取其平均值为单桩竖向极限，可取其平均值为单桩竖向极限承载力承载力QuQu；当极差超过平均值的当极差超过平均值的3030时时，宜增加试桩，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。对桩数为限承载力。对桩数为3 3根
24、及根及3 3根以下的柱下桩台，则取根以下的柱下桩台，则取最小值为单桩竖问极限承载力最小值为单桩竖问极限承载力。将单桩竖向极限求载力将单桩竖向极限求载力Q Qu u除以安全系数除以安全系数2 2，作为单桩竖，作为单桩竖向承载力特征值。向承载力特征值。锚桩反力梁法锚桩反力梁法试验成果试验成果2/UaQR 原位测试确定单桩承载力原位测试确定单桩承载力设计采用的单桩竖向极限承载力标准值应符合下列规定设计采用的单桩竖向极限承载力标准值应符合下列规定：1）设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确）设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确定；定；2）设计等级为乙级的建筑桩基，当地质条件简单，可参
25、）设计等级为乙级的建筑桩基，当地质条件简单，可参照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定；其余均应通过单桩静载试验确定和经验参数综合确定；其余均应通过单桩静载试验确定；3）设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验）设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定。参数确定。2、按土的抗剪强度指标确定、按土的抗剪强度指标确定1）单桩承载力的一般表达式）单桩承载力的一般表达式GQQQbusuuGAhNcNdzKcuQbqqccavsalpu*0tanKQRua3、确定单桩竖向承载力特征值的确定单桩竖向承载力特征值
26、的规范规范经验公式经验公式isiapppaalquAqRppaaAqR 实际工程中桩基础是由多根桩组成，上部由实际工程中桩基础是由多根桩组成，上部由承台连接。由承台连接。由2根和根和2根以上的桩组成的桩基根以上的桩组成的桩基础称为群桩基础础称为群桩基础.作用：将荷载传递到更深土层中作用：将荷载传递到更深土层中问题问题单桩承载力加起来等于群桩承载力？单桩承载力加起来等于群桩承载力？群桩基础受竖向荷载作用后，由于群桩基础受竖向荷载作用后，由于承台、桩、地基土承台、桩、地基土的相互作用的相互作用，使其桩端阻力、桩侧阻力、沉降等性状发，使其桩端阻力、桩侧阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同，承载力
27、往往不等于各单桩之生变化而与单桩明显不同，承载力往往不等于各单桩之和，沉降量则大于单桩的沉降量。这就是所谓和，沉降量则大于单桩的沉降量。这就是所谓群桩效应群桩效应.4.3.3 竖向荷载下的群桩效应竖向荷载下的群桩效应4.3.3 竖向荷载下的群桩效应竖向荷载下的群桩效应群桩效应参数群桩效应参数：来衡量群桩基础中各根单桩平均承载来衡量群桩基础中各根单桩平均承载力比独立单桩降低（力比独立单桩降低（1）的幅度。）的幅度。1 1端承型群桩基础端承型群桩基础端承型桩基的桩底持力层刚硬，桩端变形较小，由桩身压端承型桩基的桩底持力层刚硬，桩端变形较小，由桩身压缩引起的桩顶沉降也不大，因而承台底面土反力缩引起的
28、桩顶沉降也不大，因而承台底面土反力(接触应力接触应力)很小。这样，桩顶荷载基本上集中通过桩端传给桩底持力很小。这样，桩顶荷载基本上集中通过桩端传给桩底持力层，并近似地按某层，并近似地按某压力扩散角向下扩散，压力扩散角向下扩散，应力重叠，但并不足以引起坚实持力层明显的附加变形。因此，应力重叠，但并不足以引起坚实持力层明显的附加变形。因此，端承型群桩基础端承型群桩基础中各根单桩的工作性状中各根单桩的工作性状接近于独立单桩接近于独立单桩，群桩，群桩基础承载力等于各根单桩承载力之和，群桩效应系数为基础承载力等于各根单桩承载力之和，群桩效应系数为1。2 2、摩擦型群桩基础、摩擦型群桩基础(1)承台底面脱
29、地的情况承台底面脱地的情况(非复合桩基非复合桩基)2、摩擦型群桩基础、摩擦型群桩基础1）承台底面脱地的情况）承台底面脱地的情况所以，磨擦型沉降大于独立单桩。群桩效率所以，磨擦型沉降大于独立单桩。群桩效率系数可能小于系数可能小于1，也可能大于，也可能大于1。各桩在桩端平面土的附加压力分布面积的直径为各桩在桩端平面土的附加压力分布面积的直径为 Dd+2ltana。当桩距当桩距sD时，群桩桩端平面上的应力因各邻桩桩周扩时，群桩桩端平面上的应力因各邻桩桩周扩散应力的相互重叠而增大散应力的相互重叠而增大(图中虚线所示图中虚线所示)。所以摩擦。所以摩擦型群桩的沉降大于独立单桩型群桩的沉降大于独立单桩.群桩
30、效应受下列因素影响而变化群桩效应受下列因素影响而变化a.承台刚度的影响，刚性承台下的桩顶荷载分承台刚度的影响，刚性承台下的桩顶荷载分配一般是角桩最大，中心桩最小、边桩居中。配一般是角桩最大，中心桩最小、边桩居中。b.基土性质影响，摩阻力增值都以中间桩为大，基土性质影响，摩阻力增值都以中间桩为大，边桩、角桩相对较小，其分配趋势恰与承台边桩、角桩相对较小，其分配趋势恰与承台刚度的影响相反，致使桩顶分布趋于均匀。刚度的影响相反，致使桩顶分布趋于均匀。c.桩距的影响桩距的影响 常用桩距常用桩距s=3d4d sD s6d 接近单桩接近单桩所以桩距是影响摩擦型群桩基础的主要因素。所以桩距是影响摩擦型群桩基
31、础的主要因素。2)承台底面贴地的情况承台底面贴地的情况(复合桩基复合桩基)单桩单桩复合单桩复合单桩.承台分担荷载既然是以桩基的整体下沉为前提，那承台分担荷载既然是以桩基的整体下沉为前提，那么，只有在桩基沉降不会危及建筑物的安全和正常么，只有在桩基沉降不会危及建筑物的安全和正常使用、且承台底不与软土直接接触时，才宜于开发使用、且承台底不与软土直接接触时，才宜于开发利用承台底土反力。利用承台底土反力。承台下土对荷载的分担作用承台下土对荷载的分担作用,使承台兼有浅基础的作用，使承台兼有浅基础的作用，而被称为而被称为复合桩基复合桩基.通过加大外区与内区的面积比来提高承台分担荷载的份通过加大外区与内区的
32、面积比来提高承台分担荷载的份额。额。以桩群外围包络线为界将台底面积分为以桩群外围包络线为界将台底面积分为内外两区内外两区则则内区反力比外区小而且比较均匀，桩距增大时内外区反内区反力比外区小而且比较均匀，桩距增大时内外区反力差明显降低力差明显降低.由承台贴地引起的群桩效应可概括为下列三由承台贴地引起的群桩效应可概括为下列三方面方面a.a.对桩侧阻力削弱作用：对桩侧阻力削弱作用：b.b.对桩端阻力增强：对桩端阻力增强：c.c.对基土侧的阻挡作用：对基土侧的阻挡作用：对发挥台底土反力的有利因素是对发挥台底土反力的有利因素是：桩顶荷载：桩顶荷载水平高、柱端持力层可压缩、承台底面下土水平高、柱端持力层可
33、压缩、承台底面下土质好、桩身细而短、布桩少而疏。一般说来，质好、桩身细而短、布桩少而疏。一般说来，bc/L(bc/L(桩长桩长)取取1.01.02.02.0时，可明显提高带桩时，可明显提高带桩筏基的整体承载力。筏基的整体承载力。4.3.4 减沉复合疏桩基础减沉复合疏桩基础当天然地基承载力已基本接近于满足要求当天然地基承载力已基本接近于满足要求,但沉降不满足时但沉降不满足时,用桩来减小沉降量和弥补用桩来减小沉降量和弥补承载力不足承载力不足.1）荷载承台担）荷载承台担60%-70%.2）桩端进入较好土层）桩端进入较好土层,并满足下卧层承载力并满足下卧层承载力.3）桩距按）桩距按4d-6d布桩布桩.
34、4）验算沉降）验算沉降.5)验算桩土承载力验算桩土承载力.o 单桩沉降计算方法主要有下述几种：单桩沉降计算方法主要有下述几种：1）荷载传递分析法；）荷载传递分析法；2）弹性理论法；）弹性理论法；3）剪切变形传递法；）剪切变形传递法；4）有限单元分析法；）有限单元分析法；4.4.2 群桩沉降群桩沉降计算：计算：1、群桩沉降组成：、群桩沉降组成：1）桩间土的压缩变形（桩身压缩、桩端贯入）桩间土的压缩变形（桩身压缩、桩端贯入变形）。变形）。2）桩端平面以下土层受群桩荷载共同作用产）桩端平面以下土层受群桩荷载共同作用产生整体压缩变形。生整体压缩变形。2、群桩验算采用两种方法：、群桩验算采用两种方法：1
35、）将单桩沉降折减后乘桩数；）将单桩沉降折减后乘桩数；2）将群桩外围内的土看成是一个实体基础，将群桩外围内的土看成是一个实体基础，来进行验算；来进行验算；3）我国地基基础设计）我国地基基础设计规范推荐规范推荐的方法的方法o 不考虑桩间土的压缩变形对沉降的影响，采不考虑桩间土的压缩变形对沉降的影响，采用单向压缩分层总和法计算。用单向压缩分层总和法计算。桩端平面以下第桩端平面以下第j层第层第i分层竖向附加压力分层竖向附加压力mjniisjijijpjEhs11,jiF l G B0A 不计桩身压缩量及桩与土间的相对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，验位移，以假想基础为刚性整体
36、，验算桩端以下土的沉降算桩端以下土的沉降 1 1、实体深基础方法：、实体深基础方法：（桩距（桩距6d）看作实体深基础，实体深基础的底面与看作实体深基础，实体深基础的底面与桩端齐平，并假设桩基础如同天然地基桩端齐平，并假设桩基础如同天然地基上的实体深基础一样工作上的实体深基础一样工作按浅基础的按浅基础的沉降计算方法进行计算沉降计算方法进行计算，计算时需将浅，计算时需将浅基础的沉降计算经验系数改为实体深基基础的沉降计算经验系数改为实体深基础的桩基沉降计算经验系数础的桩基沉降计算经验系数.)()1()1(11ZZEijijjijiisjiokmjppnpSsj 实体基础实体基础 1）考虑扩散作用考虑
37、扩散作用：ckkckokAGFpp)(ldrAGk)4tan2)(4tan2(00llAba 2)不考虑扩散作用不考虑扩散作用：相对于荷载效应准永久组合时，桩承台上相对于荷载效应准永久组合时，桩承台上竖向力；竖向力；)()(20000ldmisiafkkkckokbalqbaGGFppFk 桩基沉降计算桩基沉降计算盖德斯(Geddes）方法 1.群桩在地基土中竖向附加应力分布的近似计算群桩在地基土中竖向附加应力分布的近似计算 盖德斯(Geddes，1966)根据半无限弹性体内作用一集中力的明德林(Mindlin，1936)课题，将作用于桩端土上的压应力简化为一集中荷载；将通过桩侧摩阻力作用于桩
38、周土的剪应力简化为沿桩轴线的线性荷载，并假定桩侧摩阻力为沿深度呈矩形分布或正三角形分布(图4-18)，分别给出了各自的土中竖向应力表达式。3251331)(21()(3)(21()1(8RczRczRczQz723522)(30)5)(3)()43(3RczczRczczcczz221)43()1(8)43()1(8)1(RREQw522322312)(62)(43()(RczczRczczRcz221)(czrR222)(czrR MindlinMindlin解解ppzpKLQ2 735253331301513143313121121181BmmBmmmmAmBmAmKp桩端集中力 桩侧阻力
39、呈矩形分布 rrzrKLQ25522524423222323222211664111414422112122222181BmnmnmFnnmmBnmnnmmmAnFmnmmFnmBnnmnmAKrttrtKLQ2mFmBmFmAnFmnmnmnmBmnmmnmnFmnmmmnBmmnmmnmmnAmmnFmnmBmnmmAKt111226121126252627211252154412821212121422)2(2141522252552222332323332232332232桩侧阻力呈正三角形分布 ，2222222211/mnBmnAnmFLzmLrn计算沿桩轴线计算沿桩轴线(n0)的竖
40、向应力时，取的竖向应力时，取n0.002近似代替。近似代替。对于桩侧阻力为其它图式的分布，可采用矩形、正三角形分布竖向应力迭加求得。将作用于单桩桩顶的荷载Q分解为桩端荷载QpQ(为桩端荷载分担比)，桩侧荷载Qs，而Qs又可根据其分布图式分解为矩形分布荷载QrQ(为矩形分布侧阻分担荷载之比)、随深度线性增长的三角形分布荷载Qt(1)Q。QQpQsQpQrQt 侧阻呈随深度线性增长的梯形分布时，土中竖向应力表达式：若已知荷载分配的参数、，则可利用上式，采用有限压缩层地基模式按单向压缩计算单桩的桩端沉降。trpttrrppzKKKLQKLQKLQKLQ122224.5 桩桩负摩擦力负摩擦力问题问题4
41、.5.1 桩负摩擦条件和原因桩负摩擦条件和原因1、负摩阻力：当桩侧土体因某种原因而下沉，负摩阻力：当桩侧土体因某种原因而下沉，且其下沉量大于桩的沉降时，土对桩产生的且其下沉量大于桩的沉降时，土对桩产生的向下作用的摩阻力，称为负摩阻力。向下作用的摩阻力，称为负摩阻力。2、产生条件：土下沉量大于桩沉降量时。工、产生条件：土下沉量大于桩沉降量时。工程中应避免，有不利因素时，采取措施减小。程中应避免，有不利因素时，采取措施减小。3、产生、产生负摩阻力负摩阻力原因：原因：1）位于桩周有欠固结的软粘土或新填土在重）位于桩周有欠固结的软粘土或新填土在重力作用产生固结。力作用产生固结。2）大面积堆载使桩周土层
42、压密。）大面积堆载使桩周土层压密。3）地下水全面降低，致使有效应力增加。）地下水全面降低，致使有效应力增加。4）地面因打桩时引起孔隙水压力剧增而隆起、）地面因打桩时引起孔隙水压力剧增而隆起、其后孔水压消散而固结下沉。其后孔水压消散而固结下沉。sdQ0nzlnzllzNlqsiaxzOsd0s12O1l(a)(b)Onz-+O1zz(c)ONFpNlQFn-Fpz(d)N0=QFn图4-19 单桩在产生负摩阻力时的荷载传递(a)单桩；(b)位移曲线；1土层竖向位移曲线；2桩的截面位移曲线；(c)桩侧摩阻力分布曲线；(d)桩身轴力分布曲线中性点中性点中性点:桩土之间不产生相对位移的截面位置桩土之间
43、不产生相对位移的截面位置 4.5.2 负摩擦阻力计算负摩擦阻力计算单桩负摩擦阻力计算单桩负摩擦阻力计算桩侧负摩阻力的发生，将使桩侧土的部分重力和地面荷载通桩侧负摩阻力的发生，将使桩侧土的部分重力和地面荷载通过负摩阻力传递给桩，因此，桩的负摩阻力非但不能成为桩过负摩阻力传递给桩，因此，桩的负摩阻力非但不能成为桩承载力的一部分，反而相当于是施加于桩上的外荷载，这就承载力的一部分，反而相当于是施加于桩上的外荷载，这就必然导致桩的承载力相对降低、桩基沉降加大。必然导致桩的承载力相对降低、桩基沉降加大。中性点是摩阻力、桩土之间的相对位移和桩身轴力沿桩身变化中性点是摩阻力、桩土之间的相对位移和桩身轴力沿桩
44、身变化的特征点的特征点.2 负摩阻力的计算负摩阻力的计算(1)中性点的位置中性点的位置中性点的位置取决于桩与桩侧土的相对位移，但影响中性点位中性点的位置取决于桩与桩侧土的相对位移，但影响中性点位置的因素较多，置的因素较多，桩周欠固结土层愈厚桩周欠固结土层愈厚、欠固结程度愈大、欠固结程度愈大、桩底桩底持力层愈硬持力层愈硬，中性点位置愈深；如果在桩顶荷载作用下的桩自，中性点位置愈深；如果在桩顶荷载作用下的桩自身沉降已经完成，以后才因外界条件变化发生桩周土层的固结，身沉降已经完成，以后才因外界条件变化发生桩周土层的固结，则中性点位置较深，且则中性点位置较深，且堆载强度堆载强度(或地下水降低幅度或地下
45、水降低幅度)和范围愈和范围愈大大，中性点位置愈深。此外，中性点的位置在初期或多或少会，中性点位置愈深。此外，中性点的位置在初期或多或少会有所有所变化变化，它随桩沉降的增加而向上移动，当沉降趋于稳定，它随桩沉降的增加而向上移动，当沉降趋于稳定，中性点才稳定在某一固定深度中性点才稳定在某一固定深度LnLn处。因此，要精确计算中性点处。因此，要精确计算中性点的位置是比较困难的，目前多采用近似的估算方法，或采用依的位置是比较困难的，目前多采用近似的估算方法，或采用依据一定的试验结果得出的经验值。工程实测表明，在可压缩土据一定的试验结果得出的经验值。工程实测表明，在可压缩土层层L L0 0的范围内，中性
46、点的稳定深度的范围内，中性点的稳定深度L Ln n是随桩端持力层的强度和是随桩端持力层的强度和刚度的增大而增加的，其深度比刚度的增大而增加的，其深度比L Ln n/L/L0 0可按表经验值取用。可按表经验值取用。下部为岩石的端承桩下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻力可能全桩为负阻力(2)负摩阻力强度负摩阻力强度 负摩阻力的大小受桩周土层和桩端土的强度与变形性质、土层负摩阻力的大小受桩周土层和桩端土的强度与变形性质、土层的应力历史、地面堆载的大小与范围、地下水降低的幅度与范围的应力历史、地面堆载的大小与范围、地下水降低的幅度与范围、桩的类型与成桩工艺、桩顶荷载施加时间与发生负摩阻力时间、桩的类型
47、与成桩工艺、桩顶荷载施加时间与发生负摩阻力时间之间的关系等因素的影响。之间的关系等因素的影响。I)I)对软土和中等强度粘土，可按对软土和中等强度粘土，可按K K太沙基太沙基(Tfma(Tfma由由)建议的方建议的方法，取法，取式中式中 q qu u为土的无侧阻抗压强度，为土的无侧阻抗压强度，c cu u为土的不排水抗剪强度为土的不排水抗剪强度，可采用十字板现场测定。，可采用十字板现场测定。2)2)根据产生负摩阻力的土层中点的竖向有效覆盖压力根据产生负摩阻力的土层中点的竖向有效覆盖压力 。按下式计算按下式计算v viviiinK tan 2群桩负摩阻力的计算群桩负摩阻力的计算对于桩距较小的群桩，
48、群桩所发生的负摩阻力因对于桩距较小的群桩，群桩所发生的负摩阻力因群桩效应而降低，即小于相应的单桩值。这是由群桩效应而降低，即小于相应的单桩值。这是由于负摩阻力是由桩周土体的沉降引起，若桩群中于负摩阻力是由桩周土体的沉降引起，若桩群中各桩表面单位面积所分担的土体重量小于单桩的各桩表面单位面积所分担的土体重量小于单桩的负摩阻力极限值，将会导致群桩的负摩阻力降低负摩阻力极限值，将会导致群桩的负摩阻力降低，即显示群桩效应：这种群桩效应可按，即显示群桩效应：这种群桩效应可按等效圆法等效圆法计算，即假设独立单桩单位长度的负摩阻力计算，即假设独立单桩单位长度的负摩阻力 由相应长度范围内半径由相应长度范围内半
49、径 形成的土体重量与形成的土体重量与之等效。则有：之等效。则有：n er4)4(222ddrdrdmnemen )4(ddssAAmnayaxern 群桩中任一单桩的极限负摩阻力为群桩中任一单桩的极限负摩阻力为nnng 群桩中任一单桩的下拉荷载群桩中任一单桩的下拉荷载Fn可按下式计算可按下式计算 nininipnnglQ1 缓解办法：缓解办法：沥青、塑料沥青、塑料膜、膨润土膜、膨润土泥浆滑动层泥浆滑动层4.5.3 减小减小负摩擦阻力的工程负摩擦阻力的工程措施措施1、预制桩、预制桩 有下沉土层存在时，在此土层处桩段，有下沉土层存在时，在此土层处桩段，涂软涂软沥青沥青来减小负摩阻力。来减小负摩阻力
50、。2、灌柱桩、灌柱桩 对穿过欠固结土层桩段，插入比钻孔直径小对穿过欠固结土层桩段，插入比钻孔直径小50100mm预制桩段用高稠度膨润土泥预制桩段用高稠度膨润土泥浆填充桩段外。浆填充桩段外。对干作业成孔灌柱桩，在沉降土层范围先铺对干作业成孔灌柱桩，在沉降土层范围先铺双层塑料薄膜双层塑料薄膜，在浇砼，在浇砼,形成可自由滑动层形成可自由滑动层。水平荷载包括长期水平荷载包括长期作用的水平荷载作用的水平荷载和反复作用的水和反复作用的水平荷载平荷载.风荷载风荷载吊车制动荷载吊车制动荷载地震荷载地震荷载风荷载风荷载4.6 桩的水平承载力桩的水平承载力4.6 桩的水平承载力桩的水平承载力4.6.1 水平荷载作
