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1、土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础第七章 桩基础本章主要内容概述竖向荷载下单桩的工作性能单桩竖向承载力的确定群桩基础计算桩的水平承载力确定桩基础设计土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础本节主要内容桩基础及其应用桩和桩基的分类桩的质量检验桩基设计原则第一节 概述土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础深基础埋置深度比较大，而且往往需要采用特殊的施工方法做成的基础。(1)(1)深基础与浅基础的区别深基础与浅基础的区别1）埋置深度比较大；2）施工方法特殊；3）荷载传递方式与浅基础有明显差异。(2)(2)深基础的类型深基础的类型1 桩基础及其应用土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基
2、础图1 基础的类型土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础图2 桥梁工程中的桩基础土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础图3 建筑工程中的桩基础土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础图4 沉井与沉箱基础土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础图5 沉箱的施工过程土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础图6 地下连续墙井箱基础土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础图7 沉井与桩基的组合土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础(3)(3)桩与桩基础的概念桩与桩基础的概念桩完全或部分设置于土面以下，可通过其侧壁和下端将荷载 传至周围土体和深层地基的竖直或倾斜状的受力杆件。桩基础以
3、桩为主体构成的深基础，简称桩基。桩基础的优点承载力高、沉降小而均匀、用料较省、机械化程度高而且能够广泛适用于各类地层条件土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础(1)(1) 桩的类型桩的类型按使用功能分类按施工方法分类按桩的设置效应分类按桩的材料分类按桩的直径分类按桩的承载性能分类2 桩与桩基的分类土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础1）按使用功能分类 竖向抗拔桩：主要承受竖向上拔荷载的桩。竖向抗压桩以承受竖向抗压荷载为主的桩， 包括摩擦桩、端承桩和中间类型的桩。水平受荷桩：主要承受水平荷载的桩。复合受荷桩：承受竖向和水平荷载均较大的桩。土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础直桩和
4、斜桩高承台低承台土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础2）按施工方法分类 灌注桩：用各种方法预先成孔，然后灌注混凝土 而形成桩体打入桩：使用各种打桩机械将桩沉入土层中静压桩： 将制作好的桩用机械压入的方式沉入土层中其它桩：如钻孔插入桩，压力灌浆桩土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础灌 注 桩钻孔桩挖孔桩冲孔桩土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础3）按桩的设置效应分类 挤土桩：成桩过程中对土体有较大排挤和扰动。此类
5、桩型主要有打入或静压的实心桩和闭口管桩。部分挤土桩：成桩过程中对土体有明显排挤和扰动，但不如挤土桩强烈。此类桩主要有打入或静压的H型桩和开口管桩、螺旋钻孔桩和冲孔桩。非挤土桩：成桩过程中对土体没有排挤作用的桩。相应的桩型为钻、挖孔桩。土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础4）按桩的材料分类 钢桩：常用钢管桩和H型桩。混凝土桩：包括普通钢筋混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩。木桩：用木材制作而成。目前很少使用。组合桩：用两种或两种以上材料做成的桩。可因地制宜加以选取。 土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础5）按桩的直径分类 中等直径桩 直径大于250mm但小于800mm的桩大直径桩 直径大于
6、800mm的桩小桩 直径小于250mm的桩土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础6）按桩的承载性能分类 端承摩擦桩：在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由桩侧阻力承受，桩端阻力占少量比例。摩擦桩：在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩侧阻力承受，即桩端阻力可忽略不计。端承桩：在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受，桩侧阻力可忽略不计。摩擦端承桩：在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由桩端阻力承受，桩侧阻力占的比例较小。土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础端承型和摩擦型桩高承台低承台土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础单桩基础1）按桩的数量分类2）按承台位置分类高承台桩基群桩基础低承台桩基
7、（2 2）桩基础的类型）桩基础的类型土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础高承台、低承台桩基础高承台低承台土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础 桩基础属于隐蔽工程，施工工艺特殊，易于出现质量问题，因此必须加强质量监督和检验。开挖检验常用检验方法如下：声波透射法静载试验抽芯检验各类动力检验法3 桩的质量检验土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础 建筑桩基技术规范规定，建筑桩基采用概率极限状态设计法。 桩基的极限状态区分为两类：承载能力极限状态正常使用极限状态建筑桩基按其破坏后果的严重性分为三个安全等级建筑桩基按其安全等级和地基的土质情况进行不同内容的检算4 桩基设计原则土力学地基基
8、础土力学地基基础第七章 桩基础本节完土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础本节主要内容:桩的荷载传递桩的荷载传递的一般规律单桩的破坏模式桩侧负摩阻力第二节 竖向荷载下单桩的工作性能土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础 桩受荷载的作用产生向下的位移，同时通过桩土间的摩擦力带动桩周的环形土体向下运动，这种运动通过土体间的剪应力和剪应变一环一环地向外扩散（图8），直到离桩心比较远的位置时才收敛为零。 当桩向下运动而使桩端土层产生压缩时，桩端土也会产生相应的抗力。 这两种抗力合称为轴力桩的土阻抗。1 桩的荷载传递土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础 一般而言，桩的土阻抗由桩身位移而产生
9、，随其发展而增长，一直到其极限。如果外荷载继续增加，桩土体系便进入破坏状态。 对桩取脱离体，根据力的平衡关系，有: 当荷载达到极限时，上式改写为:（7-17-1）（7-27-2）土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础 a) 变形示意 b) 影响范围图8 桩侧土的变形示意土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础桩受轴向荷载作用时的基本分析图式如图9。（7-37-3）设桩的截面积为A，截面周长为u，由图9可以推得桩土体系的基本微分方程。由微元的平衡，有dz段的压缩变形为：微分后引入式（7-3），得：土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础写成标准形式，为：式中：上式即为桩土体系荷载传递分析
10、的基本微分方程。 如果已知的分布(d)，理论上可通过该式的积分求得桩身各截面的位移和轴向力沿桩身的分布，分别如图9(c)和(e)所示。 （7-47-4）土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础图9 单桩轴向荷载传递的基本分析图式abcde土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础承受竖向压力的桩，桩上部的摩阻力首先发挥，随时间或荷载的增加，摩阻力逐渐向下发展，桩端阻力也逐渐发挥。 发挥极限侧摩阻力所需的位移对于黏性土一般约为510mm，对于砂类土一般约为1020mm。充分发挥桩端阻力需要较大的桩端位移，并与持力层性质、上覆荷载大小及桩径有关。在黏性土中的桩，桩侧摩阻力的分布随时间由桩身上部承
11、担逐渐向下部转移，桩端阻力也随时间逐渐增大2 桩的荷载传递的一般规律土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础桩端土与桩周土的刚度比Eb/Es愈小，桩身轴力沿深度衰减愈快。随桩土刚度比Ep/Es的增大，传递至桩端的荷载增大。随桩的长径比L/d 增大，传递至桩端的荷载减小，桩身下部侧阻发挥值也相应降低。随桩端扩径比D/d 增大，桩端阻力分担的荷载比则愈大。桩的侧摩阻和桩的端阻均存在深度效应土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础 单桩在轴向荷载的作用下的破坏模式取决于桩周土的抗剪强度、桩端支承情况、桩的尺寸以及桩的类型等条件。 一般认为典型的破坏模式有桩材破坏和地基土破坏两大类，如图10所示。
12、3 单桩的破坏模式土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础图10 轴向荷载下基桩的破坏模式 土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础(1)(1)负摩阻力的概念负摩阻力的概念 当桩周土体的沉降速率（或沉降量）大于桩的下沉速率（或沉降量）时，桩侧土体将对桩产生与桩的位移方向一致的摩擦力，即负摩阻力。a)桩侧土层的大面积地下水位下降使土层产生固结下沉；b)桩侧附近大面积堆载使桩侧土层压缩；4 桩侧负摩阻力工程中常见下列情形：土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础c)桩侧有较厚的欠固结土层或新填土，因固结产生下沉；d)在饱和软土中打下密集的桩群，产生超孔隙水压力，随后因超孔隙水压力消散而重新固
13、结引起桩侧土体下沉；e)位于湿陷性黄土、季节性冻土或可液化土层的桩，因黄土湿陷、冻土融化或受地震自或其他动力荷载作用而液化的土因重新固结引起的下沉。土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础中性点 在桩的某一深度ln以上，桩受负摩阻力作用；在ln深度以下，土对桩产生正摩阻力。在ln深度处，既没有负摩阻力也没正摩阻力，称该点为中性点。(2) (2) 负摩阻力的分布特性负摩阻力的分布特性影响中性点深度ln的因素主要有：a）桩端持力层的刚度；b）桩周土层的变形性质和应力历史； 中性点截面处桩身轴力最大，桩土之间没有相对位移。土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础c）当负摩阻力系由沉桩后外部条件变
14、化所致，则 条件变化幅度和范围愈大，ln愈大；d）桩的长径比愈小、截面刚度愈大，则ln愈大；e）在桩承受荷载过程中，随承受荷载及沉降的增 加，ln逐渐变小。土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础图图图图 1111土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础 建筑桩基技术规范（JGJ94-94）推荐采用有效应力法计算单桩负摩阻力标准值： 当降低地下水位时，位于降水后地下水位以下第i 层土平均竖向有效压力： 当降低地下水位时，位于降水后地下水位以上第i 层土平均竖向有效压力：（7-5） (3) (3) 单桩负摩阻力的计算单桩负摩阻力的计算（7-6） （7-7） 土力学地基基础土力学地基基础第七章
15、 桩基础桩侧总的负摩阻力(下拉荷载)Qn为： 软土或中等强度粘土可按下式估算负摩阻力标准值 （7-9） （7-8） （7-10） 当地面作用满布均布荷载时：砂类土也可按下式估算负摩阻力标准值土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础 主要有降低摩擦法、隔离法、预处理等方法。 (4)(4)消减与避免负摩阻力的技术措施消减与避免负摩阻力的技术措施桩侧涂层法： 在可能产生负摩阻力范围的桩段，采用在桩侧涂沥青或其他化合物的办法来降低土与桩身的摩擦，从而消减负摩阻力的方法称为涂层法。预钻孔法： 在桩位采用预钻孔，然后将桩插入，在桩周围灌入膨润土混合浆，达到消减负摩阻力的 方法，该方法一般适用于黏性土地层。双重套管法： 即在桩外侧设置套管，用套管承受负摩阻力的方法。土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础设置消减负摩阻桩群法：在群桩周围设置一排桩，用以承受负摩阻力。地基处理法： 对于松散填土、欠固结土层，如采用预固结法、强夯法等使土层密实、充分固结；对于湿陷性黄土采用浸水、强夯等方法消除湿陷，从而达到消减与避免负摩阻力产生的方法。其他方法：在饱和软土地区，可选择非挤土桩或部分挤土桩，对挤土型桩，可适当增加桩距，选择合理的打桩流程，控制沉桩速率及打桩根数，打桩后休止一段时间后再施工基础及上部结构。土力学地基基础土力学地基基础第七章 桩基础本节完
