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1、第十一章 桩基础,Teacher Yang Ping,第一节 概述,一、桩基础的优点 1.承载力高； 2.沉降量小； 3.能承受一定的水平荷载和上拔力,稳定性好; 4.可以提高地基基础的刚度,改变其自振频率; 5.可提高建筑物的抗震能力； 6.便于实现基础工程机械化和工业化。,Teacher Yang Ping,二、桩基础的适用范围 1.建筑物荷载较大，地基上部软弱而下部不太深处埋藏有坚实地基土层时； 2.高层建筑或其它重要的建筑物，不允许地基有过大的沉降或不均匀沉降时; 3.高耸建筑物或构筑物对限制倾斜有特殊要求时; 4.建筑物为敏感性结构，而地基土极不均匀时; 5.大型或精密的机械设备基础
2、对沉降或沉降速率有严格要求或需限制振幅时; 6.地震区，以桩基作为结构抗震措施时。,Teacher Yang Ping,三、桩基础按承台与地面相对位置不同分类 1、低承台桩基础：承台位于地面以下； 2、高承台桩基础：承台高出地面以上，或位于水中。 工业与民用建筑中，绝大多数情况都采用低承台桩基础，而高承台桩基础则多用于桥梁和港口工程。,Teacher Yang Ping,四、桩的分类 、按桩的传力情况 1、端承桩:桩顶荷载主要由桩端阻力承受。 2、摩擦桩:桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承受。 、按桩的施工方法分类 1、预制桩:在工厂或施工现场预先制作的桩。 预制桩按材料分为钢筋砼桩,钢桩和木桩。 2
3、、灌注桩：直接在施工现场所设计的桩位处开孔成型，然后在孔内放钢筋笼（或不放）再灌注砼而形成的桩。,Teacher Yang Ping,、按桩的设置效应分类 1、挤土桩：采用锤击、振动等沉桩方法把桩打入土中，将桩位处的土大量排挤开，因而使桩周围某一范围内的土结构受到严重扰动破坏。一般实心的预制桩、底端封闭的管桩、木桩和沉管灌注桩均属挤土桩。 2、部份挤土桩：沉桩时对桩周土体有部分排挤作用,但土的强度和变形性质改变不太大的桩。一般底端开口的管桩、H型钢桩、预钻孔打入式预制桩和冲击孔灌注桩均属部分挤土桩。,Teacher Yang Ping,3、非挤土桩：采用钻或挖的方法，在桩的成孔过程中清除孔中土
4、体，一般不产生设桩时的排挤作用。一般现场灌注的钻、挖孔灌注桩属于非挤土桩。,Teacher Yang Ping,第二节 单桩竖向承载力的确定,一、桩的荷载传递 作用在桩顶上的荷载一般是由桩侧摩阻力和桩端阻力共同承受。但在不同的桩顶荷载作用下，桩侧摩阻力和桩端阻力比值并非是一个常数。这说明桩顶荷载传递的过程是较复杂的。,Teacher Yang Ping,二、单桩竖向受力机制 1.桩的竖向承载力取决于桩的材料强度或土对桩的支承力,一般来说桩的承载力由后者决定,只有支承于岩层的端承桩,才有可能由桩材强度控制。 2.土对桩的支承力由桩侧摩阻力与桩端阻力二部分组成。 3.桩侧摩阻力大小取决于桩周土的物
5、理力学性能以及土层深度等因素。而摩阻力的发挥取决于桩土之间的相对剪切位移。当桩土之间相对剪切位移量达4-10mm，摩阻力达极限（粘性为4-6mm，砂土6-10mm）。继续增加位移，土结构破坏，抗剪强度降至某一固定值（残余强度）。,Teacher Yang Ping,4.桩端达极限承载力时的相应沉降量(对一般粘性为0.25d,对硬粘土为0.1d，对砂类土为0.08-0.10d)是桩径d的函数。 5.在粘性土中，打桩破坏地基土的天然结构及造成孔隙水压力急剧上升，有效压力减少。因而桩周摩阻力和端承力都处于最低值。随时间推移，桩承载力逐渐增长，初期很快，随之减慢，3-6月后趋于某有限值。,Teache
6、r Yang Ping,三、单桩竖向承载力 1、按桩身材料强度计算,(2)式仅用于预制打入桩，控制打桩应力防止疲劳破坏。,Teacher Yang Ping,R单桩竖向水载力设计值（kn）。 :桩的稳定系数，低于台桩时， =1。 fc:砼轴心坑压强度设计值(kN/m2)。 A:桩横截面积（m2）。 As:受压钢筋截面面积（mm2） fy:纵向钢筋抗压强度设计值（kN/m2） fcu: 砼立方体抗压强度。,Teacher Yang Ping,2、按土的承载力计算： 对于一级建筑物单桩竖向承载力的标准值应通过现场静载荷试验确定；对于二级建筑物，可参照地质条件相同的试验资料，根据具体情况确定；对于三
7、级建筑物及一、二建筑在初设阶段可估算。 按静载荷试验确定 试桩数量一般不少于总桩数的1%,且不得少于3根,试桩必须待桩土体强度恢复后进行,间隔时间不少于:砂土7d;一般粘性土15d;饱和软粘土25d,灌注桩就在桩身达到设计强度后才能进行。 加载装置、试验方法、稳定标准、终止加荷条件见规范。试验结果得Q-s曲线、logts曲线。,Teacher Yang Ping,A.根据Q-s曲线确定单桩承载力基本值R0 a当Q-s曲线有明显的拐点时，取拐点对应的荷载为R0。 b.对直径或宽度在550mm以下的预制桩，当某级荷载（Qi+1）作用下，其沉降量与相应的荷载增量的比例si+1/ Qi+10.10mm
8、/kN时，取前一级荷载Qi之值为R0 。 c.当符合规范终止加荷条件（2）时，在Q-s曲线上取桩顶总沉降量为40mm时的相应荷载值。 d.对桩基沉降有特殊要求者，就根据具体情况选取，如某些精密设备基础，对位移倾角有特殊要求的，就根据其允许值从严控制，即降低桩承载力，使变形处低值。,Teacher Yang Ping,B.根据logts曲线确定单桩荷载基本值R0 在一组曲线中取斜率剧增且发生明显向下转折的那条曲线所对应的荷载作为桩的破坏荷载,并取其前一级荷载作为荷载基本值R0. C此外，还有logtlogs曲线法。s-logQ法和指数方程决策。 D单桩静截荷试验的基本值必须进行统计，计算统计的平
9、均值，要求其极差不超过平均值的30%，取其平均值的一半作为单桩承载力标准值RK。,Teacher Yang Ping,.按我国地基基础规范（GB50007）规定的经验公式确定 摩擦桩：Rk=qpAp+upqsi/i 端承桩：Rk=qpAp qp桩端土的承载力标准值，可接地区经验确定，对于预制桩也可按规范中表格查取； Ap桩身的横截面面积； qsi桩周土的摩擦力标准值，可接地区经验确定，对于预制桩可接规范查取； up桩身周边长度。 li接土层划分的各段桩长。,Teacher Yang Ping,单桩竖向承载力设计值 R=1.2Rk 对桩数等于或小于3根的柱下承台取：R=1.1Rk 按地基规范确定
10、嵌岩桩承载力设计值 R=Ab Ab：桩端横截面面积 微风化岩石和中等风化岩石中的嵌岩桩，由于岩石提供的承载力较大，因此桩的承载力多取决于桩身的强度和灌注质量 对于山区丘陵等地区，在确定嵌岩桩的单桩承载力时可参照当地有关的地基基础设计规范的规定计算。,Teacher Yang Ping,四、单桩的容计抗拔力 1、作用于桩顶上的拔力，由桩侧摩阻力承担，其抗拔力设计为： T = ( upsili+090w)/K 抗拔极限摩阻力与桩轴心受压极限承载力的比例系数，可用0.400.80。此系数与桩长有关，桩长小于4m时取低值，大于15m挤土桩取高值 w按设计桩径确定的桩身自重，应扣除水浮力。 fsi第i层
11、土极限摩阻力；fsi=2qs； Up、qsi、li符号意义同地基规范公式中的字母意义。,Teacher Yang Ping,2单桩抗拔力最好通过试验确定，通常用试验曲线取桩顶容许拔升量s所对应的上拔力作为 T ，一般S取3-5mm 五、桩侧负摩阻力 桩身阻力分为正摩阻力和负摩阻力。正摩阻力方向向上，负摩阻力方向向下。负摩阻力的存在将直接影响到桩的轴向承载力。,Teacher Yang Ping,产生负摩阻力的情况有： 1.桩基础设置在欠固结软粘土或新近填土的土层中,由于土体自重作用产生固结引起地面沉降; 2.大面积地面堆载或填土使桩周土体压密固结引起地面沉降; 3.正常固结软粘土地区,地下水位
12、全面下降使桩周土有效应力增大,因而引起桩周土大面积沉降; 4.自重湿陷性黄土地区桩周黄土层湿陷引起地面下沉; 5.打桩使已设置的邻桩抬起。,Teacher Yang Ping,在地面发生沉降的地基中，长桩的上部为负摩阻力而下部往往仍为正摩阻力。正负摩阻力分界的地方，即桩土之间不发生相对位移的截面称为中性点。,Teacher Yang Ping,第三节 群桩承载力及沉降计算,一受力特性 1.端承群桩中各单桩的工作状态与孤立的单桩相似，群桩的承载力应为各单桩承载力之和。当各桩的荷载相同、沉降相等且桩距大于335倍桩径时，群桩的沉降量几乎等于单桩的沉降量。 2.由于磨擦阻力的扩散作用，群桩中各桩传布
13、的应力互相重迭，以致桩端平面处的附加应力大大超过孤立的单桩，且附加应力影响的深度和范围也比孤立的单桩大的多，群桩的桩数越多，这种影响越显著。,Teacher Yang Ping,因此摩擦群桩中各桩所受荷载与孤立单桩相同时，群桩的沉降量比单桩要大。如果不允许群桩的沉降量大于单桩的沉降量，则群桩中每一根桩的平均承载力将小于单桩的承载力。群桩的承载力小于各单桩承载力之和，其沉降大于单桩，这就是所谓的群桩效应。由上述讨论可知，群桩效应主要是针对摩擦群桩。,Teacher Yang Ping,二、群桩的设计原则 1、对于以下第一类桩基不考虑群桩效应，只验算群桩中各单桩的承载力： 、端承桩； 、桩数小于9
14、根的摩擦桩； 、桩的布置小于2排时； 2、对于以下第二类桩要考虑群桩效应，除验算群桩中各单桩的承载力外，还应验算假想基础地基的强度和沉降。 、桩的间距s6d； 、桩数9根的摩擦桩； 、桩的布置2排时；,Teacher Yang Ping,三群桩承载力的确定 1.端承桩： FRn=nRf 2.对摩擦桩，习惯采用下列二种方法： A.将单桩承载力进行折减乘以桩数，作为群桩承载力。其折减系数：,Teacher Yang Ping,式中： 群桩效率系数 =群桩的极限承载力/单桩极限承载力之和； d桩径（m） ； s桩中心距（m）； arctg(d/s)以度计； m、n群桩纵横两向的桩数。,Teacher
15、 Yang Ping,有如下规律： 1、 值随桩距的增大而提高，桩距增大至一定值时值增加就不明显。 2、在相同桩距的情况下， 值随桩数增加而降低。 3、在承台面积不变时，值随桩数增加（即桩距减少）而降低。 从以上试验结论看出：为提高群桩效率值，设计时应合理选择桩距。一般情况下最优桩距是335倍桩径。,Teacher Yang Ping,B、群桩的整体强度及计算方法 群桩的整体强度是指桩基础作为一个包括桩、桩间土和承台的整体时的破坏强度。把桩基作为整体，就是把它作为一个假想的实体深基础验算该基础底面（即桩端平面）的地基承载力强度。 a、把桩与桩周土一起作为实体深基础，考虑摩阻力在荷载传递中的作用
16、。假定承台底面的荷载，从最外一圈的桩顶，以四分之一土层的内摩擦角扩散至桩端平面处(见下图)。,Teacher Yang Ping,Teacher Yang Ping,中心受压：,偏心受压：,式中： G包括承台及其上土重，以及扩散锥面以内全部桩土在内的总重量(考虑浮力)，kN。 A实体深基础面积，m2，A=（0+2ltan） （b0+2ltan）。 l承台底至桩端平面处的桩长，m。,Teacher Yang Ping,桩长l范围内各土层内摩擦角的加权平均值即:,p假想实体深基础底面的平均压力，kPa。 A0群桩最外一圈所包围的面积，m2，A0=b0。 pmax假想实体深基础底面的最大边缘压力，kPa。 假想实体深基础底面（即桩端平面处）修正后地基承载力设计值，kPa。 Mx、My作用在假想实体深基础底面上的荷载分别对x轴和y轴方向的力矩。 Wx、Wy假想实体深基础底面在X轴和Y轴方向的抵抗矩，m3。,Te
