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1、软 土 层4.1 概概 述述第第4 4章章 桩基础桩基础基本概念桩：设置于土中的竖直或倾斜的柱型基础构件，由侧阻力和端阻力共同承受荷载。承台：连接桩与上部结构之间的构件，将上部结构荷载分散到各桩上。桩基础单桩基础：柱与桩直接相连的基础。群桩基础：桩与桩顶连接的承台共同组成的基础。群桩中的单桩称为基桩基桩。一、桩基础的优点一、桩基础的优点 4.1.1桩基础的适用性桩基础的适用性 1.承载力高承载力高 2.沉降量小沉降量小 3.能承受一定的水平荷载和上拔力，稳定性好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、改变其自振频率可以提高地基基础的刚度、改变其自振频率 5.可提高建
2、筑物的抗震能力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便于实现基础工程机械化和工业化 二、桩基础的适用范围二、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理藏有坚建筑物荷载较大，地基上部软弱而下部不太深处理藏有坚实地层时；实地层时；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；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；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；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
3、基础，对沉降或沉降速率有严格要求；大型或精密的机械设备基础，对沉降或沉降速率有严格要求；6.地震区，以桩基作为结构抗震措施时。地震区，以桩基作为结构抗震措施时。7.采用其它地基基础形式会遇到施工困难时采用其它地基基础形式会遇到施工困难时(排水不易排水不易,流砂流砂,开挖困难开挖困难)8.采用其它地基基础形式不经济时。采用其它地基基础形式不经济时。二、桩基础的适用范围二、桩基础的适用范围海洋构筑物海洋构筑物根据承台与地面的相对位置，一般可分为： 1.低承台桩基低承台桩基：桩基承台底面位于土中（图4.1a） 低承台桩基的承台底面位于地面以下，其受力性能低承台桩基的承台底面位于地面以下，其受力性能
4、具有较强的抵抗水平荷载的能力具有较强的抵抗水平荷载的能力 多用于工业与民用建筑多用于工业与民用建筑2.高承台桩基高承台桩基：承台底面高出地面以上（图4.1b） 高承台桩基的承台底面位于地面以上，且桩常处于水高承台桩基的承台底面位于地面以上，且桩常处于水 下，水平受力性能差，但可避免水下施工及节省基础材料下，水平受力性能差，但可避免水下施工及节省基础材料 斜斜 桩桩 多用于桥梁及港口工程多用于桥梁及港口工程4.1.2桩基础的类型桩基础的类型图4.1 桩基础示意图 (a) 低承台桩基 （b）高承台桩基(1)按变形控制设计按变形控制设计4.1.3桩基设计原则桩基设计原则1.单桩承受的竖向荷载单桩承受
5、的竖向荷载不宜不宜超过单桩竖向承载力特征值；超过单桩竖向承载力特征值；2.桩基础的沉降桩基础的沉降不得不得超过建筑物的沉降允许值；超过建筑物的沉降允许值；3.对位于坡地岸边的桩基应进行稳定性验算。对位于坡地岸边的桩基应进行稳定性验算。 减沉桩减沉桩 以减少沉降为目的设置的桩以减少沉降为目的设置的桩(2)桩基设计的基本要求桩基设计的基本要求（3）设计目标：安全适用，技术先进，经济合理，确保质量，保护环境。（4）设计中应考虑的主要因素：地质条件。上部结构条件。施工技术条件与环境。注重概念设计。（5）基本设计规定桩基抗力=单桩极限承载力/综合安全系数K（6）桩基的设计分级（7）桩基的计算项目甲 乙
6、丙 三个等级4.1.4桩基设计内容桩基设计内容P1184.2.1桩的分类桩的分类4.2 4.2 桩的类型桩的类型1.按桩的承载性状（竖向受力情况）分类按桩的承载性状（竖向受力情况）分类端承桩端承桩摩擦桩PsPsP端承型桩：端阻力（主要）侧阻力（次要）外荷载 实践代表：桩端位于中密以上粗粒土层，或基岩顶面。亚类端承桩：端阻力（绝对主要）外荷载实践代表：l/d10，桩身周围土软弱，桩端位于密实土层中或岩层顶面。摩擦型桩：端阻力（次要）侧阻力（主要）外荷载 实践代表：桩端土层较软弱，侧阻发挥较充分。亚类摩擦桩：侧阻力（绝对主要）外荷载实践代表：桩的长径比很大（无论桩端土是否软弱），桩端土很软弱，桩底
7、有虚土和残渣。2.按施工方法分类按施工方法分类预制桩现场灌注桩锤击沉桩振动沉桩静压桩P120引孔,部分挤土 不引孔,挤土沉桩方式挖孔钻孔冲击,夯扩,爆扩沉管灌注水上水下浇筑方式先钻引孔，孔径略小于预制桩截面，深度为桩长的(2/31)l，再压桩，有利于沉桩。数十种预制桩的施工方法振动沉桩 振动沉桩是利用固定在桩顶部的振动器所产生的激振力，通过桩身使土颗粒受迫振动，使其改变排列组织，产生收缩和位移，这样桩表面与土层间的摩擦力就减少，桩在自重和振动力共同作用下沉入土中。 适用于在粘土、松散砂土及黄土和软土中沉桩，更适合于打钢板桩，同时借助起重设备可以拔桩。振动沉桩振动沉桩预制桩预制桩113m灌注桩的
8、施工方法沉管灌注桩 沉管灌注桩是利用锤击或振动方法将带有预制混凝土桩尖（桩靴）的桩管（钢管）沉入土中成孔。当桩管打到要求深度后，放入钢筋骨架，边浇筑混凝土，边拔出桩管而成桩。 施工工艺主要包括：就位沉钢管放钢筋笼浇筑混凝土拔钢管缩径桩：也称缩孔桩、瓶颈桩，指桩身某部分桩径缩小。离心预应力预制钢筋混凝土离心预应力预制钢筋混凝土人工挖孔桩人工挖孔桩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 螺旋钻孔灌注桩螺旋钻孔灌注桩粘性土粘性土砂性土砂性土预制桩预制桩优点：桩身质量易于保证，单桩承载力较高；缺点:（1）桩身规格、长度受限，接桩影响桩质量和承载力发挥；（2）打入或压入式沉桩存
9、在挤土效应挤土效应问题； （3）噪音污染(静压桩不存在此问题） 、接、截桩麻烦。适用条件： （1）不需考虑噪音污染和震动影响的环境； （2）持力层上覆盖为较松软地层，无坚硬夹层； （3）持力层顶起伏变化不大，桩长易于控制； （4）水下桩基工程； （5）大面积打桩工程； （6）不宜穿越密实或稍密的砂层。（易折断，挤土明显）灌注桩灌注桩优点：桩长可随持力层起伏而变化；无接、截桩麻烦；仅承受轴压时不用配钢筋，需配置钢筋时按工作荷载要求布置；节约用钢量；直径大，单桩承载力大，比预制桩经济；承载力由桩身成型和混凝土质量保证。缺点：施工问题如局部夹土、混凝土离析、缩颈等；泥浆护壁污染环境适用条件：各种地基
10、土4.2.2桩的成型方式效应（设置效应）桩的成型方式效应（设置效应）成型方式成型方式挤土作用挤土作用桩周土桩周土桩承载力变化桩承载力变化天然结构天然结构应力状态应力状态性质性质影响因素：影响因素： 粘性土扰动，强度降低粘性土扰动，强度降低1.土的类别土的类别 无粘性土挤密，强度提高无粘性土挤密，强度提高2.土体性质（灵敏度、密实度、饱和度）土体性质（灵敏度、密实度、饱和度）4.2.2桩的成型方式效应（设置效应）桩的成型方式效应（设置效应）挤土桩挤土效应对桩距的影响饱和土中的挤土桩产生超静孔隙水压力桩周土体隆起和侧移桩受拔力和横向推力预制桩邻桩抬起，挤斜，断裂。灌注桩邻桩颈缩，错位，断裂。所以，
11、桩距宜大。非饱和土中的挤土桩桩周土部分压缩。挤土效应减小所以，桩距可小一点。其它分类标准材料材料形状形状尺寸尺寸软土层按材料：按材料： 木桩、混凝土、钢筋混木桩、混凝土、钢筋混凝土、钢管（型钢）桩、凝土、钢管（型钢）桩、复合桩复合桩 钢筋混凝土：普通混凝钢筋混凝土：普通混凝土、预应力混凝土（离土、预应力混凝土（离心预制）、高强混凝土心预制）、高强混凝土按形状按形状按纵断面：楔形桩、树根桩、按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节（分叉）桩、扩螺旋桩、多节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩底桩、支盘桩、微型桩按横断面：圆形，八边形，十按横断面：圆形，八边形，十字桩、字桩、X X形桩形桩桩身桩身桩端
12、桩端Dd横断面横断面按尺寸按尺寸按断面按断面(直径直径)的大小的大小: 大直径大直径:d800mm 小直径小直径:d60m 短桩短桩: L3，且极差QU0.3Qum，取Qu= Qum； 试桩数n3，Qu= Qumin（3）单桩竖向承载力特征值Ra的确定（1）作荷载沉降（Qs）曲线2.确定竖向承载力特征值的规范经验公式确定竖向承载力特征值的规范经验公式Ra=qpaApupqsiali (桩端阻力桩侧摩阻力)嵌岩桩的破坏分为三个阶段：嵌岩桩的破坏分为三个阶段： 弹性受荷阶段弹性受荷阶段 裂隙开展阶段裂隙开展阶段 破坏阶段破坏阶段3.嵌岩桩嵌岩桩 3.嵌岩桩嵌岩桩 土层岩层QskQrkQrkRa=q
13、paAp建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范（JGJ94-2008) 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB50007-2002) 4.3.34.3.3竖向荷载下的群桩效应竖向荷载下的群桩效应( (一）基本概念一）基本概念1 1、群桩效应、群桩效应在在竖向荷载作用下，由于承台、桩、地基土的相互作用情况不同，群桩基础中一根桩的承载力发挥和沉降性状往往与相同情况下的独立单桩有显著差别，这种现象称为群桩效应。群桩效应。 群桩效应的几种体现：（1 1）预制桩（沉桩）预制桩（沉桩） 砂土、非饱和土和一般粘性土、填土有挤密作用，使承载力增加饱和粘土：超静孔压积累，地面上浮，先入桩上浮，土层扰动，使承载
14、力降低（2 2）应力叠加）应力叠加桩底应力叠加，使承载力不足，总的沉降增加（3 3）桩之间互相调节）桩之间互相调节 个别桩承载力低总体上可互补，个别桩受荷，其他桩帮助传递荷载（4 4）承台可部分承受荷载）承台可部分承受荷载2、群桩效应系数、群桩效应系数群桩承载力Qg与基桩承载力之和Qi的比值。3、基桩群桩中的一根桩。4、复合基桩考虑承台底土阻力时群桩中的一根桩。5、复合桩基由桩和承台底地基土共同承担荷载的桩基。6、非复合桩基不考虑承台底土阻力的桩基。软 土 层端承型群桩的桩底持力层刚硬、桩端贯入变形小，由桩身压缩引起的桩顶沉降不大，承台底面土反力很小。桩顶荷载集中通过桩端传给桩底持力层，桩侧阻
15、力忽略不计，即不考虑桩端平面处的应力叠加现象。岩石土1 1、端承型群桩、端承型群桩（二）群桩特性端承型群桩受力特点1）承台分配给各桩桩顶的竖向荷载，其大部分直接传递到桩端。2）桩侧阻力分担荷载较小，传递到桩端平面应力重叠效应较小。3）桩端持力层较坚硬，承台底土反力小，故承台底土分担荷载的作用可忽略不计。4）群桩承载力等于个单桩承载力之和 Qg=Qi 群桩沉降等于单桩的沉降 sg=si 群桩效应系数=15）端承型群桩无需计算沉降。6）桩端下存在软弱下卧层时，应进行相关的验算。压力扩散深度压力扩散深度s6ds6dS=(3-4)dS=(3-4)d2 2、摩擦型群桩、摩擦型群桩应力叠加应力叠加 使桩底
16、应力使桩底应力增加增加, ,使承载力不足使承载力不足, ,总的沉降增加总的沉降增加1）摩擦型群桩受力特点（1）在竖向荷载作用下，桩顶大部分荷载通过桩侧阻力传到桩周土和桩端土中，其余部分由桩端承受。由于桩端土的贯入变形和桩身弹性压缩，对低桩承台群桩，承台底也产生一定反力，分担一部分荷载，使承台底土、桩间土、桩端土都参与工作，形成承台、桩、土相互作用，使群桩的工作性质复杂。（2）群桩中基桩的性质明显不同于单桩，群桩承载力不等于单桩承载力之和， 可能小于1，也可能大于1 ，群桩沉降量则大于单桩的沉降量，这就是承台、桩、土相互作用的效应。2）承台底面脱地（非复合桩基）（1）特点特点 : 假设这种情况下
17、承台下各基桩受力均匀，侧阻在桩端平面处引起应力叠加，则s群s单 ; 承台底土不分担桩基荷载，故承载力=端阻+侧阻； 摩擦型群桩Qs曲线属缓变型， 可能小于1、等于1或大于1。（2）影响影响的的因素因素承台刚度；刚性承台下桩顶荷载分配：角桩最大 中心桩最小 边桩居中地基土性质：中间桩最大 桩距s-主导因素3）承台底面贴地（复合桩基）（1）特点：同承台底面脱地情况； s s群群 s s单单承台底面土分担桩基荷载，兼有浅基础作用；承载力=端阻+侧阻+承台底面土阻力；（2）发挥承台底土的反力（此问题有待商榷）；（3）承台底面贴地引起的群桩效应：对桩侧阻力的削弱作用对桩端阻力的增强作用对土体侧移的阻挡作
18、用 关于承台承载力问题承台下土的承载力低于浅基础承台内反力小于外围:双曲线分布在动力荷载下(铁路桥梁);负摩擦力(地面下沉);端承桩情况下不考虑承台承载力低承台磨擦型群桩基础的桩、承台、土共同作用概念：共同作用的三个阶段：第一阶段：荷载较小，各桩桩顶的平均荷载小于单桩极限承载力时，承台底面土反力很小。如果荷载不变，承台土反力还有进一步减小的趋势，而桩的反力有增加的趋势。第二阶段：当总荷载大于各桩极限承载力之和时，各桩可保持其极限承载力，其余增加的荷载全部由承台下土承受。此时承台下土进入共同工作状态。第三阶段：共同作用的极限承载力共同作用的极限承载力=全部桩的极限承载力全部桩的极限承载力+承台下
19、承台下全部土的极限承载力全部土的极限承载力共同工作的产生条件：桩在达到极限承载力时能有较大刺入沉降。桩在达到极限承载力时能有较大刺入沉降。 桩底土没有较大沉降。桩底土没有较大沉降。考虑共同工作极限状态的低承台磨擦型群桩基础设计桩基考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值R：不考虑地震作用考虑地震作用时计算基桩所对应的承台底净面积承台总面积单桩桩身截面面积承台效应系数单桩竖向承载力特征值。桩基竖向承载力取值小结地基规范中采用：单桩竖向承载力特征值Ra 桩基规范中采用：单桩竖向承载力特征值Ra 基桩或复合基桩竖向承载力特征值R没有考虑群桩效应，共同作用等细致的问题不考虑承台效应时：（端承型桩基，桩数
20、少于4根的磨擦型柱下独立桩基等）考虑承台效应时：（按上页的要求计算）相当于不考虑侧阻与端阻的群桩效应系数，即原规范中s=p=1.04.4.14.4.1单桩沉降计算单桩沉降计算1 1、单桩沉降的组成、单桩沉降的组成 （1）桩身弹性压缩引起； （2）桩侧阻力引起的桩端沉降；(侧阻以附加应力形式传递扩散到桩底下的土层中引起桩端沉降)。 （3）桩端荷载引起。 （4）桩尖刺入变形引起沉降。（刚体位移）2 2、计算、计算 （1）荷载较小时，按弹性理论； （2）荷载较大时，考虑塑性变形和时间效应。3 3、计算方法、计算方法(1)荷载传递分析法；(2)弹性理论法；(3)剪切变形传递法；(4)有限单元分析法；(
21、5)其他简化方法4.4 桩基础沉降的计算4.4.2群桩沉降的计算1、群桩沉降组成（1）桩间土压缩变形；（2）桩端平面以下土压缩变形；2、影响群桩沉降因素（1）桩几何尺寸、桩数、桩距、桩长 桩基宽度与桩长之比；（2）成桩工艺（3）施工（4）土的性质与类别（5）荷载大小与作用时间（6）承台设置方式等影响因素众多，尚不能精确计算。沉降的群桩效应应在概念布桩时加以考虑3、计算方法规范推荐方法单向压缩分层总和法（不考虑桩间土的压缩变形对沉降的影响）式中各符号含义详见教材P142一般不计桩身压缩量及桩与土间的相对位移，以一般不计桩身压缩量及桩与土间的相对位移，以假想基础假想基础为刚性整体，验算桩端以下土沉
22、降为刚性整体，验算桩端以下土沉降F l G B0A当S6d，按假想实体深基础计算基底平面处的基底附加应力F lG b0A A（1）考虑扩散作用将应力扩散范围以内的桩、土以及承台作为实体深基础。 此法对布桩不规则和桩距较大的稀疏桩此法对布桩不规则和桩距较大的稀疏桩群误差较大，此时应按下一种方法求解。群误差较大，此时应按下一种方法求解。F F b b0 0G Gfkfk b0a0（2）不考虑扩散作用扣除最外一圈桩的侧面积上作用的侧阻力，即扣除lGk1.引起桩侧负摩阻力的条件是：引起桩侧负摩阻力的条件是：桩侧土体下沉必须大于桩的下沉桩侧土体下沉必须大于桩的下沉 2.负摩阻力的产生原因(1)桩周附近地
23、面大面积堆载(2)大面积降低地下水位(3)欠固结土,新填土(4)湿陷性黄土遇水湿陷(5)打桩引起的超静孔隙水压力消散正摩阻正摩阻负摩阻负摩阻4.5 桩的负摩阻力桩的负摩阻力 桩土之间相对位移的方向决定了桩侧摩阻力的方向，当桩周土层相对于桩侧向下位移时，桩侧摩阻力方向向下，称为负摩阻力。对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻力； 对于一般桩,因为桩土都有变形,视二者的相对位移量和方向lnNegative土位移Ss桩位移Sp-+摩阻力轴向力N3.桩侧负摩阻力的分布规律 桩周土与桩截面沉降相等，两者无相对位移发生，其摩阻力为零，这种摩阻力为零的点称为中性点。中性点。中性点中性点对中性点位置和负摩阻力
24、考虑方法的说明1.摩擦型桩：摩擦型桩：在负摩阻力作用下，桩的沉降加大，中性点随之上移，即负摩阻力，中性点与桩顶荷载处于动态平衡。简化假定：此时取假想中性点以上摩阻力为0验算基桩承载力。2.端承型桩：端承型桩：在负摩阻力作用下，桩不发生沉降或沉降很小，桩土无新的相对位移，故中性点位置基本不变。这时负摩阻力作为下拉荷载考虑。下拉荷载中性点深度ln的确定(1)应按桩周土层沉降与桩沉降相等的条件计算确定。(2)经验方法软土持力层中性点1）在预制桩表面涂一层沥青；沥青越软越厚为佳。2）对干作业成孔灌注桩加双层筒形塑料薄膜；3）对现场灌注桩也可在桩与土之间填充高稠度膨胀土泥浆等方法，来消除或降低负摩阻力的
25、影响。4.减少桩侧负摩阻力影响的措施 作用在桩基础上的水平荷载包括长期作作用在桩基础上的水平荷载包括长期作用的水平荷载用的水平荷载（如地下室外墙上的土和水的（如地下室外墙上的土和水的侧压力以及拱的推力等）、侧压力以及拱的推力等）、反复作用的水平反复作用的水平荷载（如风荷载和机械制动荷载）以及地震荷载（如风荷载和机械制动荷载）以及地震产生的水平力。产生的水平力。 一般地说，当水平荷载和竖向荷载的合一般地说，当水平荷载和竖向荷载的合力与竖直线的夹角不超过力与竖直线的夹角不超过时，竖直桩的时，竖直桩的水平承载力不难满足设计要求，应采用竖直水平承载力不难满足设计要求，应采用竖直桩。桩。第四节第四节 单
26、桩水平极限承载力单桩水平极限承载力水平荷载作用下桩的破坏形状水平荷载作用下桩的破坏形状水平荷载作用下桩的破坏形状水平荷载作用下桩的破坏形状一、水平受荷桩的分类一、水平受荷桩的分类依据桩、土相对刚度的不同，水平荷载作依据桩、土相对刚度的不同，水平荷载作用下的桩可分为：刚性桩、半刚性桩和用下的桩可分为：刚性桩、半刚性桩和柔性桩。其划分界限不同的计算方法中柔性桩。其划分界限不同的计算方法中有所不同，半刚性桩和柔性桩统称为弹有所不同，半刚性桩和柔性桩统称为弹性桩。性桩。 当当桩桩很很短短或或桩桩周周土土很很软软弱弱时时，桩桩、土土的的相相对刚度很大，属刚性桩。对刚度很大，属刚性桩。刚刚性性桩桩的的破破
27、坏坏一一般般只只发发生生于于桩桩周周土土中中，桩桩体本身不发生破坏。体本身不发生破坏。半半刚刚性性桩桩( (中中长长桩桩) )和和柔柔性性桩桩( (长长桩桩) )的的桩桩、土土相相对对刚刚度度较较低低，在在水水平平荷荷载载作作用用下下桩桩身身发发生生挠挠曲曲变变形形，桩桩的的下下段段可可视视为为嵌嵌固固于于土土中中而而不不能能转转动动，随随着着水水平平荷荷载载的的增增大大，当当桩桩周周土土失失去去稳稳定定、或或桩桩身身最最大大弯弯矩矩处处( (桩桩顶顶嵌嵌固固时时可可在在嵌嵌固固处处和和桩桩身身最最大大弯弯矩矩处处) )出出现现塑塑性性屈屈服服、或或桩桩的的水水平平位位移移过大时，弹性桩便趋于
28、破坏。过大时，弹性桩便趋于破坏。二、水平荷载作用下弹性桩的计算二、水平荷载作用下弹性桩的计算 对于水平受荷桩除应进行水平承载力验算，对于水平受荷桩除应进行水平承载力验算，还应满足桩身受弯承载力和受剪承载力还应满足桩身受弯承载力和受剪承载力的验算。因此，需要对水平受荷桩进行的验算。因此，需要对水平受荷桩进行内力及变形的计算。内力及变形的计算。水平荷载作用下弹性桩的分析计算方法主水平荷载作用下弹性桩的分析计算方法主要有地基反力系数法、弹性理论法和有要有地基反力系数法、弹性理论法和有限元法等只介绍国内目前常用的地基限元法等只介绍国内目前常用的地基反力系数法。反力系数法。地基反力系数法是应用文克尔地基
29、反力系数法是应用文克尔( (E.WinlderE.Winlder，1867)1867)地基模型地基模型. .1 1基本假设基本假设忽略桩土之间的摩阻力对水平抗力的影响忽略桩土之间的摩阻力对水平抗力的影响以及邻桩的影响。地基水平抗力系数的以及邻桩的影响。地基水平抗力系数的分布和大小，将直接影响挠曲微分方程分布和大小，将直接影响挠曲微分方程的求解和桩身截面内力的变化。的求解和桩身截面内力的变化。 (1)常数法：假定地基水平抗力系数沿深度为均常数法：假定地基水平抗力系数沿深度为均匀分布，即是匀分布，即是kx=kh。 (2)“k”法：假定在桩身第一挠曲零点法：假定在桩身第一挠曲零点(深度深度t处处)以
30、上按抛物线变化以上按抛物线变化,以下为常数；以下为常数； (3)“m”法：假定法：假定kx随深度成正比地增加，即是随深度成正比地增加，即是kx=mz。我国铁道部门首先采用这一方法，近我国铁道部门首先采用这一方法，近年来也在建筑工程和公路桥涵的桩基设计中逐年来也在建筑工程和公路桥涵的桩基设计中逐渐推广。渐推广。 (4)“c值值”法：假定法：假定kx随深度按随深度按cz0.5的规律分布，的规律分布，即是即是kx=cz0.5(c为比例常数，随土类不同而异为比例常数，随土类不同而异)。这是我国交通部门在试验研究的基础上提出的这是我国交通部门在试验研究的基础上提出的方法。方法。 序号序号地基土地基土类别
31、预制制桩、钢桩灌注灌注桩m m(MN/m(MN/m4 4) )相相应单桩在在地面地面处水平位水平位移移(mm)(mm)m m(MN/m(MN/m4 4) )相相应单桩在在地面地面处水平位水平位移移(mm)(mm)1 1淤泥、淤泥淤泥、淤泥质土，土，饱和湿陷性黄和湿陷性黄土土24.524.510102.562.566126122 2流塑流塑( (I IL L1)1)、软塑塑(0.75(0.75I IL L1)1)状粘性土，状粘性土，e e0.90.9粉粉土，松散粉土，松散粉细砂，松散填土砂，松散填土4.56.04.56.0101061461448483 3可塑可塑(0.25(0.25I IL L
32、0.75)0.75)状粘性土，状粘性土，e=0.75-0.9e=0.75-0.9粉土，湿陷性黄粉土，湿陷性黄土，稍密、中密填土，稍密土，稍密、中密填土，稍密细土土6.0106.01010101435143536364 4硬塑硬塑(0(0I IL L0.25)0.25)、坚硬硬( (I IL L0)0)状粘性土，湿陷性黄状粘性土，湿陷性黄土，土，e0.75e0.75粉土，中密中粗粉土，中密中粗砂，密砂，密实老填土老填土102210221010351003510025255 5中密、密中密、密实的的砾砂，碎石砂，碎石类土土1003001003001.531.53地基土水平抗力系数的比例常数地基土水
33、平抗力系数的比例常数m m 地基水平抗力系数的分布图式地基水平抗力系数的分布图式地基水平抗力系数的分布图式地基水平抗力系数的分布图式（a a a a）常数法；（）常数法；（）常数法；（）常数法；（b b b b）“k k k k”法；（法；（法；（法；（c c c c）“m m m m”法；（法；（法；（法；（c c c c）“c c c c值值值值”法法法法实测资料表明，实测资料表明，m m法法( (当桩的水平位移较大时当桩的水平位移较大时) )和和c c值法值法( (当桩的水平位移较小时当桩的水平位移较小时) )比较接近实际。比较接近实际。本节只简单介绍本节只简单介绍m m法。法。 3 3
34、单桩内力计算单桩内力计算 （1 1）确定桩顶荷载）确定桩顶荷载N N0k0k、H H0k0k、M M0k0k单桩的桩顶荷载单桩的桩顶荷载可分别按下列各式确定：可分别按下列各式确定： 在上列方程中，如采用不同的在上列方程中，如采用不同的kx图式求解，就到不图式求解，就到不同的计算方法。同的计算方法。m法假定法假定kx=mz,代入上式得到：代入上式得到： (2) 桩的挠曲微分方程桩的挠曲微分方程 单桩在单桩在H0k、M0k和地基水平抗力作用下产生和地基水平抗力作用下产生挠曲挠曲:挠度挠度x x与转角与转角、弯矩弯矩M M和剪力和剪力V V的微分关系，的微分关系，利用幂级数积分后可得到微分方程式的利
35、用幂级数积分后可得到微分方程式的解答解答: : 由系数由系数C C从表查得相应的换算深度，则桩从表查得相应的换算深度，则桩身最大弯矩的深度身最大弯矩的深度z zmaxmax为：为： (3)(3)桩身最大弯矩及其位置桩身最大弯矩及其位置设计承受水平荷载的单桩时，为了计算截面配筋，设计设计承受水平荷载的单桩时，为了计算截面配筋，设计者最关心桩身的最大弯矩值和最大弯矩截面的位置者最关心桩身的最大弯矩值和最大弯矩截面的位置: :桩顶刚接于承台的桩，其桩身所产生的弯桩顶刚接于承台的桩，其桩身所产生的弯矩和剪力的有效深度为矩和剪力的有效深度为z z4.0/(4.0/(对桩对桩周为中等强度的土，直径为周为中
36、等强度的土，直径为400400mmmm左右的左右的桩来说，此值约为桩来说，此值约为4.54.55 5m)m)，在这个深在这个深度以下，桩身的内力度以下，桩身的内力M M、V V实际上可忽略实际上可忽略不计，只需要按构造配筋或不配筋。不计，只需要按构造配筋或不配筋。 由系数由系数C或换算深度或换算深度h从表从表4-11查得相应的查得相应的系数系数C11,则桩身最大弯矩则桩身最大弯矩Mmax为为：h=azC CC Ch=azC CC C0.00.01.000001.000001.41.4-0.14479-0.14479-4.59637-4.596370.10.1131.25234131.25234
37、1.000501.000501.51.5-0.29866-0.29866-1.87585-1.875850.20.234.1864034.186401.003821.003821.61.6-0.43385-0.43385-1.12838-1.128380.30.315.5443315.544331.012481.012481.71.7-0.55497-0.55497-0.73996-0.739960.40.48.781458.781451.029141.029141.81.8-0.66546-0.66546-0.53030-0.530300.50.55.539035.539031.057181
38、.057181.91.9-0.76797-0.76797-0.39600-0.396000.60.63.708963.708961.101301.101302.02.0-0.86474-0.86474-0.30361-0.303610.70.72.565622.565621.169021.169022.02.0-1.04845-1.04845-0.18678-0.186780.80.81.791341.791341.273651.273652.42.4-1.22954-1.22954-0.11795-0.117950.90.91.238251.238251.440711.440712.62.6
39、-1.42038-1.42038-0.07418-0.074181.01.00.824350.824351.728001.728002.82.8-1.63525-1.63525-0.04530-0.045301.11.10.503030.503032.299392.299393.03.0-1.89298-1.89298-0.02603-0.026031.21.20.245630.245633.875723.875723.53.5-2.99386-2.99386-0.00343-0.003431.31.30.033810.0338123.4376923.437694.04.0-0.04450-0
40、.044500.011340.01134计算桩身最大弯距位置和最大弯距的系数计算桩身最大弯距位置和最大弯距的系数CC和和C C 三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力三、水平静载荷试验确定单桩水平承载力 影响桩的水平承载力的因素较多，如桩的影响桩的水平承载力的因素较多，如桩的材料强度、截面刚度、入土深度、土质材料强度、截面刚度、入土深度、土质条件、桩顶水平位移允许值和桩顶嵌固条件、桩顶水平位移允许值和桩顶嵌固情况等。确定单桩水平承载力的方法，情况等。确定单桩水平承载力的方法，以水平静载荷试验最能反映实际情况。以水平静载荷试验最能反映实际情况。此外，也可根据理论计算，从桩顶水平此外，也可根据理论计
41、算，从桩顶水平位移限值、材料强度或抗裂验算出发加位移限值、材料强度或抗裂验算出发加以确定。有可能时还应参考当地经验。以确定。有可能时还应参考当地经验。桩的水平静载荷试验是在现场条件下进行桩的水平静载荷试验是在现场条件下进行的的 : :单桩单桩单桩单桩Ho-Ho-Ho-Ho-uouououo/Ho/Ho/Ho/Ho曲线曲线曲线曲线 单桩单桩单桩单桩Ho-Ho-Ho-Ho-gggg曲线曲线曲线曲线 终止加载条件终止加载条件当出现下列情况之一时当出现下列情况之一时，即可终止试验即可终止试验：）桩身折断桩身折断；）水平位移超过水平位移超过（软软土取土取）。）。水平临界荷载水平临界荷载H Hcrcr是相
42、当于桩身开裂、受拉是相当于桩身开裂、受拉区混凝土不参加工作时的桩顶水平力，区混凝土不参加工作时的桩顶水平力，其数值可按下列方法综合确定：（其数值可按下列方法综合确定：（1 1）H Ho o- -t-ut-uo o曲线出现突变点（相同荷载增量的条曲线出现突变点（相同荷载增量的条件下出现比前一级明显增大的位移量）件下出现比前一级明显增大的位移量）的前一级荷载；（的前一级荷载；（2 2）H Ho o-u uo o/H/Ho o曲线曲线的第一直线段或的第一直线段或lgHlgH0 0-lgx-lgx0 0曲线拐点所对曲线拐点所对应的荷载；（应的荷载；（3 3）H Ho o- -g g曲线第一突变点曲线第
43、一突变点对应的荷载。对应的荷载。水水平平极极限限荷荷载载H Hu u是是相相当当于于桩桩身身应应力力达达到到强强度度极极限限时时的的桩桩顶顶水水平平力力，可可根根据据下下列列方方法法，并并取取其其中中的较小值。的较小值。（1 1）取取单单向向多多循循环环加加载载法法H Ho o- -t-ut-uo o曲曲线线产产生生明明显显陡陡降降的的前前一一级级或或慢慢速速维维持持荷荷载载法法时时的的H Ho o- -u uo o曲曲线线发发生生明明显显陡陡降降的的起起始始点点对对应应的的水水平平荷荷载载值值；（2 2）取取慢慢速速维维持持荷荷载载法法时时的的H Ho o- -lgtlgt曲曲线线尾尾部部出
44、出现明显弯曲的前一级水平荷载值；现明显弯曲的前一级水平荷载值；（3 3）取取H Ho o-u uo o/H/Ho o曲曲线线或或lgHlgHo o-lgu-lguo o曲曲线线上上第第二二拐点对应的水平荷载值；拐点对应的水平荷载值；（4 4）取取桩桩身身折折断断或或受受拉拉钢钢筋筋屈屈服服时时的的前前一一级级水水平荷载值。平荷载值。在确定单桩水平承载力的方法中在确定单桩水平承载力的方法中，以水以水平静荷载试验最能反映实际情况平静荷载试验最能反映实际情况。此外此外，也可根据理论计算也可根据理论计算，即按桩顶水平位移即按桩顶水平位移允许值允许值，或从材料强度或从材料强度、抗裂度验算确抗裂度验算确定
45、定，有可能时还应参考当地经验加以确有可能时还应参考当地经验加以确定定。确定单桩水平承载力设计值确定单桩水平承载力设计值）对于受水平荷载较大的一级建筑桩基对于受水平荷载较大的一级建筑桩基，单桩的水平承载力设计值应通过单桩静单桩的水平承载力设计值应通过单桩静力水平荷载试验确定力水平荷载试验确定。）对于钢筋混凝土预制桩对于钢筋混凝土预制桩、钢桩钢桩、桩身桩身全截面配筋率大于全截面配筋率大于.的灌注桩的灌注桩，可根据静载试验结果取地面处水平位移可根据静载试验结果取地面处水平位移为为（对于水平位移敏感的建筑对于水平位移敏感的建筑物取水平位移物取水平位移）所对应的荷载的所对应的荷载的75%75%为单桩水平
46、承载力设计值为单桩水平承载力设计值。）对于桩身配筋率小于对于桩身配筋率小于. .的灌注的灌注桩，可取单桩水平静载试验的临界荷载桩，可取单桩水平静载试验的临界荷载的的75%75%为单桩水平承载力设计值。为单桩水平承载力设计值。）当缺少单桩水平静载试验资料时，可）当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下列公式估算桩身配筋率小于按下列公式估算桩身配筋率小于. .的灌注桩的单桩水平承载力设计值：的灌注桩的单桩水平承载力设计值：）当缺少单桩水平静载试验资料时，可当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下式估算预制桩、钢桩、桩身配筋率按下式估算预制桩、钢桩、桩身配筋率大于大于. .的灌注桩单桩水平承载力的灌注桩单桩
47、水平承载力设计值设计值：返回返回4.9 桩基础设计设计原则以概率理论为基础的极限状态设计法，以变形控制进行基础设计设计要求安全、合理、经济对桩和承台：足够的强度、刚度和耐久性对地基：足够的承载力和不产生过量变形计算桩数：按正常使用极限状态，荷载效应的标准组合计算变形：按正常使用状态，荷载效应的准永久组合，不计入风荷载和地震作用确定承台高度、计算基础内力及配筋：按承载力极限状态，荷载效应基本组合设计荷载取值单桩承载力桩基沉降No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桩基中单桩承载力验算桩基中单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
48、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4.9桩基础设计桩基础设计一、必要的资料准备一、必要的资料准备 在设计之前，首先应通过调查研究，充分掌握一些基本的设计资料，其中包括上部结构的情况(如平面布置、结构型式、荷较大小以及构造和使用上的要求)、工程地质与水文地质勘察资料、基础材料的来源及施工条件(如桩的制作、运输、沉桩设备)等。并了解当地使用桩的经验，以供设计参考。二、初步选择桩的类型、桩长及桩的截面尺寸等二、初步选择桩的类型、桩长及桩的截面尺寸等 1.桩的类型 2.桩的截面尺寸3.桩长4.桩端进入持力层的深度粘土粘土 2d2d砂土砂土 1.5d1.5d碎石碎石 1
49、.0d1.0d 4d4d持力层软弱下卧层1、桩型选择的原则1）地质条件选择桩型首要因素2）建筑条件决定桩型的重要因素3）施工对周围环境的影响4）施工的可行性选择桩型的前提条件5）经济分析2、桩长的确定（1）设计桩长的确定关键是桩端持力层的选择桩端全断面进入持力层深度，依据各类持力层中成桩的可能性和尽可能提高桩端阻力的要求决定，一般为13倍桩径；坚硬持力层较厚且施工条件允许，宜达桩端阻力的临界深度；持力层较薄且有软弱下卧层，桩端下坚实土层厚度不宜小于4倍桩径。(2)嵌岩桩或端承桩 端部受力明显，应注意桩端下3倍桩径范围内应无软弱破碎和洞穴。(3)桩端应力扩散范围内无岩体临空面。注重桩基勘察超前钻
50、1）打入可塑或硬塑粘性土的摩擦型桩，沉桩深度宜按桩端设计标高确定，以最后贯入度作参考；2）打到基岩面或坚实土层的端承桩，沉桩深度宜按最后贯入度确定，以桩端设计标高作参考；3）大直径桩以取出岩碎屑为主，结合钻进速度等确定。(2)施工桩长的确定考虑桩端设计标高和最后贯入度最后贯入度最后贯入度是指打桩结束以前每次锤击的沉入量，通常以最后每阵（10击）的平均贯入量表示。三、确定单桩承载力三、确定单桩承载力 四、确定桩的数量及其平面布置四、确定桩的数量及其平面布置 选择最优的桩距就是合理布桩，这是使桩基设计做到经济和有效的重要一环。 一般常用桩距为：s=34d 桩距太大桩距太大会增加承台的面积，使其体积
51、和用料加大而不经济； 桩距太小桩距太小则会使摩擦桩基承载力降低，沉降加大，且给施工造成困难。 桩的边距s1（桩的中心至承台边的距离）一般不小于桩的直径，亦不得小于300mm。2.确定桩距s3.桩的平面布置确定承台尺寸 在确定桩数、桩距和边距后，根据布桩的原则，选用合理的排列方式，尺寸。 （1）布置原则: 力求使桩基中各桩受力比较均匀: 作用在板式承台上荷载的合力作用点，应与群桩横截面的重心相重合或接近； 桩基在承受水平和弯矩较大方向有较大的抵抗矩，以增强桩基的抗弯能力。图8.13 横墙下“探头桩”的布置 外密内疏（桩承台外围布桩间距较小、而内部布桩间距较大）布置探头桩 （2）排列方式行列式梅花
52、式桩的平面布置示例（a）柱下桩基；（b）墙下桩基五、桩基承载力验算五、桩基承载力验算 桩顶荷载简图 1.桩顶荷载计算 （1）轴心竖向力作用下: （2)偏心竖向力作用下: （3)水平力作用下: 2. 单桩承载力验算 （1）轴心竖向力作用下: （2）偏心竖向力作用下: （3）水平力作用下: 对于抗震设防区，地震作用效应组合：（单桩竖向受震承载力提高25%） (1)轴心竖向力作用下: (2)偏心竖向力作用下: 3. 群桩验算 对于桩数较多，桩距较小的摩擦群桩，桩端处地基中各桩传来的压力将互相重合，桩端处压力比单桩时大得多，桩端以下压缩土层的影响深度也比单桩大。此时群桩中各桩的工作状态与单桩时迥然不同
53、，其承载力不等于各单桩承载力之和，沉降量则大于单桩的沉降量。这就是所谓的群桩效应。由于具有群桩效应，除验算单桩承载力外还应进行桩端地基的强度和变形验算。软弱下卧层验算软弱下卧层验算(08桩基规范）桩基规范）验算条件:1.桩距不超过6d的群桩。2.软弱下卧层承载力低于持力层1/3。现象：有软弱下卧层时，荷载引起的局部压力将超出其承载力过多时，将引起软弱下卧层的侧向挤出，桩基偏沉，甚至整体失稳。将桩基视为将桩基视为整体基础：整体基础：F F l lb b0 0t t z z G G 深度修正后的下卧层承载力对规范公式的说明：1.传至桩端的荷载，按扣除实体深基础外表面总极限侧阻力的3/4。这是主要考
54、虑到荷载传递机理，在软弱下卧层承载力达到临界状态时前，一般沉降较多，桩基位移较大，基桩侧阻平均值已接近于极限。2.压力扩散角与02地基规范一致，原则是持力层刚度越大，扩散角越大。3.下卧层承载力只进行深度修正。 （1）下卧层受压区应力分布不均，内大外小，不应做宽度修正（为什么？联系宽度修正原理） （2）承台以上土体可能与承台脱开，因此深度修正系数从承台底算到下卧层顶部。深度修正系数取1.0六、桩基承台设计六、桩基承台设计 桩基承台的设计包括确定承台的材料、底面标高、平面形状及尺寸、剖面形状及尺寸以及进行受弯、受剪、受冲切和局部受压承载力计算，并应符合构造要求 。1.构造要求 承台形状承台形状
55、方形、矩形、三角形、多边形、圆形方形、矩形、三角形、多边形、圆形(1)最小宽度最小宽度 500mm(2)最小厚度最小厚度 300mm(3)桩外缘距离桩外缘距离承台边承台边 150mcm 边桩中心距离边桩中心距离承台边承台边 1.0d且不得且不得 小于小于300mm(5)桩嵌入桩嵌入承台承台 大桩横向荷载大桩横向荷载 100mm, 小小桩桩 50mm,钢筋伸入钢筋伸入承台承台30d (5)混凝土标号混凝土标号 C20,保护层保护层70mm,当有混凝土垫层时，不应小于当有混凝土垫层时，不应小于40mm。 1.0d 150mm100mm2.承台的计算 承台计算包括受弯、受剪、受冲切及局部受压承载力计
56、算。受弯计算的结果 承台的钢筋配置受冲切和受剪计算 承台的厚度(1)受弯计算 柱下独立桩基承台(板式承台)的弯矩计算 板式承台的弯矩计算模式取决于承台的受弯破坏模式。根据模型试验得到板式承台的弯矩破坏模式。最大弯矩产生于平行柱边两个方向的屈服线处。利用极限平衡原理即可导出两个方向的承台正截面弯矩计算公式。 墙下条形桩基承台(梁式承台)的弯矩计算 梁式承台的内力，考虑承台梁与上部墙体的协同作用，按倒置的弹性地基梁计算弯矩和剪力。计算时先求得作用于梁上的荷载，然后按普通连续梁计算其弯矩和剪力。对对“交替交替”二字的理解。二字的理解。(2)受冲切计算a aixixa aiyiyc c1 1c c2
57、2F45oh0柱对承台的冲切角桩对承台的冲切F Fh h0 0 4545o o对大于等于对大于等于45度的理解度的理解(3)受剪切计算 柱下桩基独立承台应分别对柱边、变阶处和桩边连线形成的斜截面进行受剪计算。当柱边外有多排桩形成多个剪切斜截面时，尚应对每个斜截面进行验算。 桩基承台的抗剪计算，类似于小剪跨比条件下深梁。 a ax xh h0 0bx(4)局部受压计算 对于柱下桩基承台，当混凝土强度等级低于柱的强度等级时，应按现行结构设计规范要求验算承台的局部受压承载力。 七、单桩设计七、单桩设计1.单桩计算 桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求。计算中应按桩的类型和成桩工艺的不同将混凝土的轴
58、心抗压强度设计值乘以工作条件系数c，桩身强度应符合下式要求： 桩轴心受压时 QApfcc (4-87)2.单桩构造 (1) 最小配筋率: 0.8(打人式预制桩)；0.6(静压预制桩)；0.20.65%(灌注桩, 小直径桩取大值)(2) 配筋长度：受水平荷载和弯矩较大的桩，配筋长度应通过计算确定。桩基承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时，配筋长度应穿过淤泥、淤泥质土层或液化土层。坡地岸边的桩、8度及8度以上地震区的桩、抗拔桩、嵌岩端承桩应通长配筋。柱径大于600mm的钻孔灌注桩，构造钢筋的长度不宜小于桩长的23。 九、桩的质量检验九、桩的质量检验 1)开挖检查2)抽芯法3)声波检测法4)动测法八
59、、绘制施工图，编写必要的设计说明八、绘制施工图，编写必要的设计说明 本章小结1、桩基础通过桩身与桩周土层的相互作用，将上部结构荷载传递到地基深部土层，与浅基础相比，具有较高的承载力和较强的稳定性。2、桩按其承载性状、施工方法和成桩方法的效应分类。3、单桩竖向承载力的确定取决于桩身材料强度和土对桩的支承力，设计时两者应同时兼顾。4、负摩阻力将使桩身轴力增大、桩的承载力减小、桩的沉降增大，在设计时应充分重视。5、群桩由于桩-土-承台的共同作用而较单桩的工作特点更为复杂。摩擦型群桩在设计时应考虑群桩效应的影响。6、桩基础设计时根据承载力极限状态和正常使用极限状态的要求，进行荷载取值及必要的计算和验算。
