桩基础课件(xin)-基础工程课件.ppt

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1、第五章 桩基础Pile foundation,5.1 概述5.2 桩的类型及施工工艺5.3 竖向荷载作用下的桩基础5.4 水平荷载作用下的桩基础5.5 桩基础设计,当天然地基上采用浅基础，其沉降量过大或地基稳定性不满足设计要求，而又不适合采取地基处理措施时，就要考虑以下部坚硬土层或岩层作为持力层的深基础方案。桩基础是高层建筑、重型厂房和具有特殊要求的构筑物所广泛采用的基础型式。桩基础设计可按下列步骤进行：（1）收集设计资料。（2）选择桩基类型、桩长和截面尺寸，初步确定承台底面高程。（3）确定基桩或复合基桩的承载力。（4）确定桩的数量、间距及平面布置。（5）桩基的受力验算。（6）群桩承载力验算。

2、（7）软弱下卧层验算。（8）地基变形验算。（9）承台设计与计算。上述设计步骤是相互关联的，通常可按顺序逐项进行。当后面的计算出现不能满足设计要求的情况时，应返回前面（1）、（2）、（3）步骤，重新做出选择后再进行设计，直至完全满足设计要求为止。,5.1 概述,第五章 桩基础,软 土 层,5.1 概述,第五章 桩基础,地下连续墙diaphragm,深基础,5.1 概述,第五章 桩基础,1 历史十九世纪以前，木桩(1)7000-8000年前湖上居民,浙江河姆渡(2)3000-4000年前在罗马(3)西安灞桥,北京御河桥,隋唐建塔等都是桩基础的典范2 十九世纪开始，材料和动力进步 铸铁管桩，1824

3、年波特兰水泥注册专利蒸汽动力 3 十九世纪末，现场钻孔桩(1897,Raymond)目前，我国桩基最大入土深度已达107m，桩径已超过5m.,桩的应用（常用而古老的深基础形式）,5.1 概述,第五章 桩基础,5.1 概述,第五章 桩基础,新加坡发展银行,四墩,每墩直径7.3m将荷载传递到下部好土层,承载力高,大直径钻孔桩,风化砂岩及粉砂岩,部分风化及不风化泥岩,5.1 概述,第五章 桩基础,新加坡发展银行,四墩7.3m,5.1 概述,第五章 桩基础,现场灌注护坡桩造价低,5.1 概述,第五章 桩基础,现场灌注护坡桩造价低,5.1 概述,第五章 桩基础,2 特点,优点:将荷载传递到下部好土层,承

4、载力高.沉降量小.抗震性能好,穿过液化层.承受抗拔(抗滑桩)及横向力(如风载荷).与其他深基础比较,施工造价低.,缺点:施工环境影响,预制桩施工噪音,钻孔灌注桩的泥浆有地下室时,有一定干扰,深基坑中做桩,5.1 概述,第五章 桩基础,3 适用条件,(1)水上建筑物(2)深持力层,高地下水位(3)抗震地基(4)对沉降非常敏感的建筑,如精密仪器,5.1 概述,第五章 桩基础,桩基的分类：单桩基础和群桩基础,单桩基础：采用单桩承受和传递上部结构荷载。群桩基础：由2根或2根以上组成的桩基础。基桩：群桩基础中的单桩称为基桩。,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,桩的分类：不同的分类标准,(一)按

5、承台 承台:将几个桩结合起来传递荷载（二）材料（三）形状（四）承载机理（五）按尺寸（六）施工方法,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,高承台桩 承台在地面以上,桥桩,码头,栈桥低承台桩 承台在地面以下,承台本身承担部分荷载,(一)按承台,承台:将几个桩结合起来传递荷载,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,低承台 桩,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,高承台桩,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,（二）按材料：木桩、混凝土、钢筋混凝土、钢管（型钢）桩、复合桩 钢筋混凝土：普通混凝土、预应力混凝土（离心预制）、高强混凝土,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础

6、,（三）按形状,按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩按横断面：圆形，八边形，十字桩、X形桩,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,桩身,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,（四）按尺寸,按断面(直径）的大小：大直径:d80cm;小直径d60m（3):长桩；L10m短桩 L/（：桩的特征长度）,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,(五)按荷载传递方式,（1）竖直荷载：端承桩（嵌岩桩）、摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩Q=Qp+QsTip resistance,Skin friction（2）嵌岩桩

7、：当桩端嵌入岩层一定深度。,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,(五)按荷载传递方式,（1）竖直荷载：端承桩（嵌岩桩）、摩擦桩、端承 摩擦桩、摩擦端承桩 Q=Qp+Qs,端承桩：主要由桩端承受极限荷载,桩不长,桩端土坚硬端承摩擦桩：主要由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但桩侧阻力分担荷载较大。这类桩的长径比不很大，桩端持力层为坚硬的粘土、粉土和砂类土时，除侧阻力外，还有一定的端阻力。这类桩所占比例比较大。摩擦桩：主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载,桩长,深摩擦端承桩：主要由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但桩端阻力分担荷载较大。桩侧阻力虽属于次要，但不能忽略。,5.2 桩的类型及施工工艺,第

8、五章 桩基础,端承桩,摩擦桩,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,（六）按施工方法,施工方法沉桩方法1 预制桩 Prefabricated pile 挤土桩2 现场灌注桩 Cast in place 非挤土桩 直接在所设计的桩位成孔，然后放下钢筋笼，拔出套管。,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,按成桩方法对桩的分类,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,1 预制桩2 现场灌注桩,气锤打入振动沉桩静压桩,引孔,部分挤土,大面积地面隆起不引孔,挤土桩,成孔方法,人工挖孔螺旋钻正反循环地下水以下泥浆护壁冲击,夯扩,爆破沉管灌注,浇注法,省,易泥皮,虚土,断桩,水上水下其他,离

9、心,预应力,工厂,现场,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,图2-7 粉喷桩施工示意图,灌注桩：直接在所设计桩位成孔，然后在孔内下方钢筋笼（也可以直接插筋或省去钢筋的）再浇灌混凝土而成。其横截面呈圆形，可以做成大直径和扩底桩。保证灌注桩的质量关键在于桩身的成型及混凝土的质量。灌注桩通常分为：沉管灌注桩、钻（冲）孔灌注桩、挖孔桩。,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,沉管灌注桩：利用锤击或振动等方法沉管成孔，然后浇灌混凝土，拔出套管。,钻（冲）孔灌注桩：用钻机钻土成孔，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，浇灌混凝土。有的钻机成孔后，可撑开钻头

10、的扩孔刀刃使之旋转切土扩大桩孔，浇灌混凝土后在底端形成扩大桩端，但扩底直径不宜大于3倍桩身直径。根据不同土质，可采用不同的钻、挖工具。常用的有螺旋钻机、冲击钻机、冲抓钻机等。,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,挖孔桩：可以采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达到所需深度后再进行扩孔、安装钢筋笼及灌注混凝土而成。挖孔桩一般内径应=800mm，开挖直径=1000mm，护壁厚度=100mm，分节支护，每节高5001000mm，可用混凝土预制块或砖砌筑，桩身长度在40m以内。,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,振动沉桩预制桩113m,Pile Point,5.2 桩的类型及施

11、工工艺,第五章 桩基础,离心预应力预制钢筋混凝土,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,人工挖孔桩,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,广州市亚洲大酒店人工挖孔桩,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,螺旋钻,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,2.2 扩底桩,人工挖孔扩孔桩（芝加哥法）,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,UK英国,1.0-3.0 m,0.6-0.9 m,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,爆破扩底桩,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,桩的分类总结,挤土桩（打入预制桩）挤土桩：在成桩过程中，造成大量挤土，使桩周围土体受到严

12、重扰动，土的工程性质发生较大改变。主要有打入或静压成桩的实心桩和闭口预制混凝土桩、闭口钢管桩及沉管灌注桩等。部分挤土桩：在成桩过程中，引起部分挤土效应、桩周围土体受到一定程度的扰动。主要有：H型钢桩、开口管桩及长螺旋钻孔、旋挖灌注桩。非挤土桩（现场钻孔）非挤土桩：一般采用人工或机械的方式在桩位开挖桩孔，在孔内灌注混凝土而成的桩，对周围土体基本没有扰动。主要有钻、挖孔灌注桩、旋挖灌注桩等。摩擦桩端承桩 Q=Qp+Qs,（七)桩的质量检测,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,1 开挖检测2 抽芯法3 声波透射法4 动测法,（七)桩的质量检测,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,1

13、开挖检测只限于对所暴露的桩身进行检查。,（七)桩的质量检测,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,1 开挖检测2 抽芯法 检测混凝土桩的桩长、桩身强度、桩底沉渣厚度和持力层岩土形状，可判别桩身的完整性。钻孔取混凝土芯，属于有损检测。,（七)桩的质量检测,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,1 开挖检测2 抽芯法3 声波透射法 可检测桩身缺陷程度及位置，判别桩身完整性类别。预先在装中埋入34根金属管，利用超声波在不同强度（或不同弹性模量）的混凝土中传播速度的变化来检测桩身质量的。,（七)桩的质量检测,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,1 开挖检测2 抽芯法3 声波透射法4

14、 动测法 包括锤击激振、机械阻抗、水电效应、共振等小应变动测，PDA（打桩分析仪）等大应变动测及PIT（桩身结构完整性分析仪）等。对于等截面、质地均匀的预制桩测试效果较可靠；而对于灌注桩的动测检验，目前已有相当多的经验，具有一定的可靠性。,（八)桩基设计原则,5.2 桩的类型及施工工艺,第五章 桩基础,建筑桩基规范的相关内容。,一 意义,意义：单桩工作性能研究是单桩承载力分析的理论基础。通过桩土相互作用分析，了解桩间土的传力途径和单桩承载力的构造及其发展过程，以及单桩的破坏机理等，对正确评价单桩轴向承载力设计值具有一定的指导意义。,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,第五章 桩基础,桩的荷载传递

15、机理研究揭示的是桩土之间力的传递与变形协调的规律，因而它是桩的承载力机理和桩土共同作用分析的重要理论依据。,第五章 桩基础,二 桩的荷载传递,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,(a)轴向受压的桩(b)截面位移(c)摩阻力分布(d)轴力分布,桩土体系荷载传递分析,第五章 桩基础,当桩顶荷载达到极限值时：,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程就是桩土体系荷载的传递过程。桩顶受竖向荷载后，桩身压缩而向下位移，桩侧表面受到土的向上摩阻力，桩侧土体产生剪切变形，并使桩身荷载传递到桩周土层中去，从而使桩身荷载与桩身压缩变形随深度递减。随着荷载增加，桩端出现竖向位移和桩端反力。桩端

16、位移加大了桩身各截面的位移，并促使桩侧阻力进一步发挥。一般说来，靠近桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥，而侧阻力先于端阻力发挥出来。,第五章 桩基础,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,任一深度z桩身截面的荷载为：,竖向位移为：,由微分段dz的竖向平衡可求得为：,微分段dz的压缩量为：,就是桩土体系荷载传递分析计算的基本微分方程。通过在桩身埋设应力或位移测试元件，即可求得轴力和侧阻力沿桩身的变化曲线。,第五章 桩基础,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,桩侧阻力与桩端阻力相对大小与桩径、桩长、桩身的压缩性、桩间距，以及桩侧土体性状、桩端土体性状、成桩方式、荷载水平等因素有关，。,根据力的竖向平衡

17、，有：,桩的荷载传递的一般规律(自学),第五章 桩基础,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,从桩的承载机理来看，桩土间的相对位移是侧摩阻力发挥的必要条件，但不同类型的土，发挥其最大摩阻力所需位移是不一样的，如粘性土为510mm，砂类土为1020mm等等。大量实验结果表明，发挥侧阻所需相对位移并非定值，桩径大小、施工工艺和土层的分布状况都是影响位移量的主要因素。,（1）成桩效应也会影响到侧摩阻力，因为不同的施工工艺都会改变桩周土体内应力应变场的原始分布。如挤土桩对桩周土的挤密和重塑作用，非挤土桩因孔壁侧向应力解除出现的应力松弛等等；这些都会不同程度的提高或降低侧摩阻力的大小，而这种改变又与土的性质

18、、类别，特别是土的灵敏度、密实度和饱和度密切相关。一般来说，饱和土中的成桩效应大于非饱和土的，群桩的大于单桩的。,桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析,第五章 桩基础,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,（3）随桩入土深度的增加，作用在桩身的水平有效应力成比例增大。按照土力学理论，桩的侧摩阻力也应逐渐增大；但实验表明，在均质土中，当桩的入土超过一定深度后，桩侧摩阻力不再随深度的增加而变大，而是趋于定值，该深度被称为侧摩阻力的临界深度。,（4）对于在饱和粘性土中施工的挤土桩，要考虑时间效应对土阻力的影响。桩在施工过程中对土的扰动会产生超孔隙水压力，它会使桩侧向有效应力降低，导致在桩形成的初期侧摩阻力偏

19、小；随时间的增长，超孔隙水压力逐渐沿径向消散，扰动区土的强度慢慢得到恢复，桩侧摩阻力得到提高。,桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析,第五章 桩基础,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,（2）桩材和桩的几何外形也是影响侧阻力大小的因素之一。同样的土，桩土界面的外摩擦角会因桩材表面的粗糙程度不同而差别较大.如预制桩和钢桩，侧表面光滑，一般为1/31/2（为土的内摩擦角），而对不带套管的钻孔灌注桩、木桩，侧表面非常粗糙，可取2/3。由于桩的总侧阻力与桩的表面积成正比，因此采用较大比表面积（桩的表面积与桩身体积之比）的桩身几何外形可提高桩的承载力。,桩的荷载传递的一般规律侧阻力分析,第五章 桩基础,5.3

20、 竖向荷载下单桩的工作性能,桩端进入持力层的深度也是桩基设计时主要考虑的问题，一般认为，桩端进入持力层越深，端阻力越大；但大量实验表明，超过一定深度后，端阻力基本恒定。关于端阻的尺寸效应问题，一般认为随桩尺寸的增大，桩端阻力的极限值变小。实际上，桩在外部荷载作用下，侧阻和端阻的发挥和分布是较复杂的，二者是相互作用、相互制约的，如因端阻降低的影响，靠近桩端附近的侧阻会有所降低等等。,桩的荷载传递的一般规律端阻分析,第五章 桩基础,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,第五章 桩基础,桩的荷载传递的一般规律,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,桩端土与桩侧土的模量比 愈小，桩身轴力沿深度衰减愈快，即传递

21、到桩端的荷载愈小。,桩身轴向力,桩身轴向力,桩端土性对荷载传递的影响,超长桩荷载传递特性,试验研究与理论分析表明，桩的荷载传递的一般规律如下：,第五章 桩基础,桩的荷载传递的一般规律,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,随桩土刚度比（桩身刚度与桩侧土刚度之比）的增大，传递到桩端的荷载增加；但当 1 000后，的变化不明显。,桩身轴向力,桩身轴向力,桩端土性对荷载传递的影响,超长桩荷载传递特性,第五章 桩基础,桩的荷载传递的一般规律,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,随桩的长径比l/d（l为桩长，d为桩径）增大，传递到桩端的荷载减小，桩身下侧阻发挥值相应降低；当l/d 40时，在均匀土层中，趋于零

22、；当 l/d 100时，不论桩端土刚度多大，其值小到可忽略不计。,工作荷载下的与L/D的关系,第五章 桩基础,桩的荷载传递的一般规律,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,（5）.扩大桩端面积，桩端传递荷载的比率增大。,(4)下图是桩径1m、嵌入风化泥质砂岩3.7m 和新鲜泥质砂岩2.0m的灌注桩的实测荷载传递曲线。可见，即使对于长径比l/d 1520 的嵌岩桩，也属于摩擦型桩，其桩端总阻力也较小。,嵌岩灌注桩荷载传递曲线,第五章 桩基础,桩的荷载传递的一般规律,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,单桩在轴向荷载作用下，其破坏模式主要取决于桩周土的抗剪强度、桩端支承情况、桩尺寸以及桩的类型等条件。可

23、能破坏模式：压曲破坏、整体剪切破坏和刺入破坏。,压曲破坏,整体剪切破坏,刺入破坏,第五章 桩基础,三 单桩的破坏模式,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,压曲破坏,整体剪切破坏,刺入破坏,压曲破坏：沉降量很小，桩端阻为主，桩材控制承载力，穿越软弱 土层的小直径桩和嵌岩桩属于此类；整体剪切：沉降量较大，桩端阻为主，桩端桩侧土控制承载力，打 入式短桩、钻孔短 桩属于此类；刺入破坏：沉降量大，桩侧阻为主，桩顶容许沉降控制承载力，一 般情况下的钻孔灌注桩属于此类。,第五章 桩基础,三 单桩破坏模式,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,正摩阻,负摩阻,当土体相对于桩身向下位移时，土体不仅不能起扩散桩身轴向力

24、的作用，反而会产生下拉的摩阻力，使桩身的轴力增大。如图所示。该下拉的摩阻力称为负摩阻力。负摩阻力的存在，增大了桩身荷载和桩基的沉降。,第五章 桩基础,四 桩侧负摩阻力,桩侧负摩阻力产生原因：,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,正摩阻,负摩阻,引起负摩擦力的条件：桩周围的土体下沉必须大于桩的沉降。,第五章 桩基础,四 桩侧负摩阻力负摩擦的产生,(1)桩周附近地面大面积堆载(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)砂土液化、冻土融解,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,ln,Negative,中性点：正负摩擦力分界的地方。,第五章 桩基础,四 桩侧负摩阻力负摩擦力的

25、分布,负摩阻力成为荷载的一部分,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,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,ln,Negative,土位移Ss,桩位移Sp,-,+,摩阻力,轴向力N,第五章 桩基础,四 桩侧负摩阻力,第i层土桩侧平均负摩阻力,土的侧压力系数,第i层土桩侧平均竖向有效应力,桩周负摩阻力系数，查表4-6。,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,ln,Negative,中性点处：摩擦力为零，桩对土的相对位移也是零。下拉荷载在中性点处达最大值，即在中性点截面桩身轴力达最大值（QQn）。,第五章 桩基础,四 桩侧负摩阻力,5.3 竖向荷

26、载下单桩的工作性能,ln,Negative,中性点的深度(ln)：与桩周土的压缩性和变形条件以及持力层土的刚度等因素有关。准确确定较为困难，一般根据现场试验所得的经验数据近似确定。（P113表43）,第五章 桩基础,四 桩侧负摩阻力,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,ln,Negative,桩周土层的固结随时间而变化，故土层的竖向位移和桩身截面位移都是时间的函数。因此，在桩顶荷载Q的作用下，中性点的位置、摩阻力以及轴力等也都相应地发生变化。,第五章 桩基础,四 桩侧负摩阻力,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,ln,Negative,单桩截面位移在桩顶荷载作用稳定后，土层固结的程度和速率是影响下

27、拉荷载Qn的主要因素。固结程度高，底面沉降大，中性点往下移；固结速率快，Qn增长快。但其增长需要经过一定的时间才能达到极限值。在该过程中，桩身Qn在作用下，产生压缩，桩端处轴力增加，沉降也相应增加。由此导致土相对于桩的向下位移减少，Qn降低，而逐渐达到稳定状态。,第五章 桩基础,四 桩侧负摩阻力,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,ln,Negative,在现场进行桩的负摩擦力试验：方法直接可靠，但需要时间过长，常以年计，费用也大。经验公式：影响负摩擦阻力的因素较多，如桩侧桩端土的变形与强度性质、特曾的应力历史、桩侧土发生沉降的原因和范围以及桩的类型与成桩工艺等，理论计算是复杂的，常采用带经验性

28、的近似公式,第五章 桩基础,4 桩侧负摩阻力负摩擦力的的确定,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,ln,Negative,根据大量试验与工程实测结果表明，贝伦(Bjerrum)提出的“有效应力法”叫接近实际，其计算公式为：,公式说明P95,第五章 桩基础,四 桩侧负摩阻力负摩擦力的确定,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,ln,Negative,按土的类别的经验公式：,软土或中等强度粘土：,砂类土：,第五章 桩基础,四 桩侧负摩阻力负摩擦力的确定,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,ln,Negative,单桩桩侧总的负摩阻力（下拉荷载）：,第五章 桩基础,四 桩侧负摩阻力负摩擦力的确定,5.3 竖

29、向荷载下单桩的工作性能,第五章 桩基础,四 桩侧负摩阻力桩侧摩阻力及其分布,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,土的极限摩阻力影响因素 随着深度增加,砂土中存在临界深度,超静孔隙水压力消散,土的触变性,打入预制桩,挤土使qs增加(1)挤密(2)残余应力钻孔预制桩,常使qs减少(1)泥皮(2)应力松弛但是也有水泥浆渗入土中使表面粗糙其他施工因素,粘性土的摩阻力有时效,第五章 桩基础,四 桩侧负摩阻力桩侧摩阻力及其分布,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,太沙基,梅耶霍夫型,(1)很难达到整体破坏(2)端承力与深度有关(3)存在临界深度,第五章 桩基础,四 桩侧负摩阻力桩端阻力,(1)常作为基础承载力

30、问题(太沙基解),5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,与施工方法有关,桩端充填粉土,问题：侧摩阻力的方向？,第五章 桩基础,四 桩侧负摩阻力桩端阻力,土的极限端阻力影响因素,与土性有关,存在临界深度,5.3 竖向荷载下单桩的工作性能,5.4 单桩竖向承载力的确定,第五章 桩基础,单桩竖向承载力：指单桩在外荷载作用下，不丧失稳定性、不产生过大变形时的承载能力。单桩竖向极限承载力：单桩在竖向荷载作用下，到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载。无论受压还是受拉，桩丧失承载力一般表现：（1）桩周土岩的阻力不足，桩发生急剧且量大的竖向位移；或者虽然位移不急剧增加，但因位移过大而不适用于

31、继续承载。（2）桩身材料不够，桩身被压破或拉坏。,5.4 单桩竖向承载力的确定,第五章 桩基础,1 按桩身材料强度2 静载荷试验3 按抗剪强度指标4 按静力触探法经验方法按动力试验法桩的抗拔承载力,第五章 桩基础,二 单桩竖向承载力的确定,1 按桩身材料强度,P109 公式说明。,荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值，kN。,混凝土轴心抗压强度设计值，kPa。,基桩成桩工艺 系数,桩身截面面积,纵向主筋截面面积,混凝土轴心抗压强度设计值，kPa。,桩的稳定系数,5.4 单桩竖向承载力的确定,第五章 桩基础,二 单桩竖向承载力的确定,2 静载荷试验,5.4 单桩竖向承载力的确定,锚桩 桁架法,

32、2400吨,第五章 桩基础,5.4 单桩竖向承载力的确定,桩顶试验中,第五章 桩基础,5.4 单桩竖向承载力的确定,第五章 桩基础,终止条件：当出现下列情况之一时即可终止加载：（1）在某级荷载下，桩顶沉降量为前一级荷载下沉降量的5倍；（2）某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的2倍，且经24小时商未达到相对稳定；（3）已经达到设计要求的最大加载量时；（4）当荷载沉降曲线呈缓变型时。可加载至总沉降量的6080mm，特殊情况下可按要求加载至桩顶累计沉降量超过80mm。,5.4 单桩竖向承载力的确定,(2)通过静力载荷试验确定极限承载力Qu判断单桩竖向极限承载力Qu(各规范不同)如果有陡降点

33、,取为Qu缓变曲线,取一定沉降 s=40mm(40-60mm)24小时未稳定,Sn对应的荷载确定平均值(极限承载力标准值),如离散太大,加一折减系数特征值 R=,第五章 桩基础,5.4 单桩竖向承载力的确定,3.抗剪强度指标,第五章 桩基础,国外广泛采用。该类公式在土的抗剪强度指标的取值上考虑理论公式无法概括的某些影响因素，例如：土的类别和排水条件、桩的类型和设置效应等，因此是经验性的。一般表示为：,因桩的设置而附加于地基的重力。桩重-与桩同体积的土重。一般近似为0.,5.4 单桩竖向承载力的确定,4.静力触探,、：修正系数qc,fsi：探头的端阻与侧阻,Electric static con

34、e,第五章 桩基础,5.4 单桩竖向承载力的确定,圆锥形金属探头,将圆锥形的金属探头，以静力方式按一定的速率均匀压入土中。借助探头的传感器，测出探头的侧阻和端阻。静力触探与桩打入土中的过程基本相似，可以近似看成小尺寸打入桩的现场模拟试验。,4.静力触探,Electric static cone,第五章 桩基础,5.4 单桩竖向承载力的确定,圆锥形金属探头,探头：单桥探头和双桥探头。双桥探头：圆锥面积15cm2.锥角60，摩擦套筒218.5mm，侧面积30103mm2对于粘性土、粉土和砂土，如无当地经验时：,桩端阻修正系数，对于粘性土、粉土取2/3，饱和砂土取1/2,桩侧阻综合修正系数,第五章

35、桩基础,5.经验公式,5.4 单桩竖向承载力的确定,一般预制桩及中小直径的灌注桩：d800mm,P114表4-6,P116表4-7,第五章 桩基础,5.经验公式,5.4 单桩竖向承载力的确定,一般预制桩及中小直径的灌注桩：d800mm,大直径灌注桩直径的灌注桩：d800mm,侧阻力尺寸效应,端阻力尺寸效应,侧阻尺寸效应主要发生砂、碎石类土中。大直径钻、挖、冲孔灌注桩，在无粘性土中的成孔过程中将会出现孔壁土的松弛效应，从而导致侧阻力降低。孔径越大，降幅越大。,第五章 桩基础,5.经验公式,5.4 单桩竖向承载力的确定,一般预制桩及中小直径的灌注桩：d800mm,大直径灌注桩直径的灌注桩：d800

36、mm,嵌岩桩,岩石饱和单轴抗压强度标准值。,嵌岩段侧阻端阻综合效应系数,5.3 竖向载作用下的桩基础,第五章 桩基础,6.按动力试桩法,第五章 桩基础,7.抗拔承载力,抗拔桩：主要承受竖向抗拔荷载。抗拔桩的承载力：浮力,风荷载（1）理论公式（2）现场抗拔试验,5.4 单桩竖向承载力的确定,第五章 桩基础,抗拔试验按加载方式分为：（1）慢速维持荷载法（2）等时间间隔法（3）连续上拔法（4）循环加载法,5.4 单桩竖向承载力的确定,抗拔折减系数I：砂土0.5-0.7,粉,粘土Gp 为桩的自重,水下为浮重,第五章 桩基础,理论公式：,单桩基础：,群桩基础：,群桩外周长。,基桩数。,5.4 单桩竖向承

37、载力的确定,第五章 桩基础,8 单桩承载力特征值,（1）静载荷试验（P121相关规定）,标准值,（2）静力触探,当桩端嵌入完整及较完整的硬质岩中，嵌岩桩：,5.4 单桩竖向承载力的确定,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,1 水平荷载作用下单桩的工作特点,入土较浅,入土较深,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,1 水平荷载作用下单桩的工作特点,水平承载桩的工作性能是桩土共同工作的问题。桩在水平荷载的作用下发生变位，迫使桩周土发生相应的变形而产生抗力，从而阻止了桩变形的进一步发展。当水平荷载较低时，这一抗力是由靠近地面的土提供的，而且土的变形主要为弹性的，即桩周土处于弹性压缩阶段

38、。随着水平荷载的加大，表层土将逐渐发生塑性屈服，从而使水平荷载向更深处的土层传递。当变形增大到桩所不能允许的程度或桩周土失去稳定时，桩土体系便趋于破坏。,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,1 水平荷载作用下单桩的工作特点,单桩水平承载力远小于竖向承载力。单桩水平承载力取决于桩身强度、刚度、桩周土的性质、桩的入土深度以及桩顶的约束条件等。单桩水平承载力确定：水平静载荷试验、理论计算。,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,2 单桩水平荷载试验,试验装置（P122）一般采用千斤顶施加水平力，力的作用线应通过工程基桩承台底面标高处，千斤顶与试桩接触处宜设置一球形铰座，以保证作用力能通

39、过桩身轴线。桩的水平位移宜用大量程百分表量测，若需要测定底面以上桩身转角时，在水平力作用线以上500m作用应安装一只或二只百分表。固定百分表的基准桩与试桩的净距不少于一倍试桩桩径。,单桩水平静载荷试验示意图,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,2 单桩水平荷载试验,2.加载方法（P123）一般采用单向多循环加卸载法，每级荷载增量约为预估水平极限承载力的1/101/15，根据桩径大小并适当考虑土层硬度，对于直径3001000mm的桩，每级增量可取2.520kN。每级荷载施加后，恒载4min测读水平位移，然后卸载至零，停2min测残余水平位移，或者加载、卸载各10min，如此循环5次，再加

40、下一级荷载，试验不得中途停歇。对于个别承受长期水平荷载的桩也可以采用慢速连续加载法进行，其稳定标准可以参照竖向静载荷试验。,单桩水平静载荷试验示意图,3.终止条件：当桩身折断或桩顶水平位移超过3040mm（软土取40mm），或桩侧地表明显裂缝或隆起时，即终止试验。,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,2 单桩水平荷载试验,4.水平承载力确定,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,2 单桩水平荷载试验,4.水平承载力确定,0 1 2 3 4 5 6,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,2 单桩水平荷载试验,4.水平承载力确定,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,2

41、单桩水平荷载试验,4.水平承载力确定,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,2 单桩水平荷载试验,4.水平承载力确定,最大弯矩点的钢筋应力,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,2 单桩水平荷载试验,4.水平承载力确定,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,2 单桩水平荷载试验,水平承载力确定,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,2 单桩水平荷载试验,单桩水平承载力设计值,（1）当水平承载力按桩身强度控制时，取水平临界荷载统计值为水平承载力特征值；（2）当桩受长期水平荷载且不允许桩身开裂时，取水平临界荷载的0.8倍作为单桩水平承载力的特征值；（3）对于钢筋混凝土预制桩

42、、钢桩和桩身全截面配筋率不小于0.65%的灌注桩，也可根据水平静载荷试验结果，取地面处水平位移为10mm（对于水平荷载敏感的建筑物取6mm）所对应荷载的75%作为单桩水平承载力特征值；（4）对于桩身截面配筋率小于0.65%的灌注桩，可根据水平静载荷试验临界荷载的75%作为单桩水平承载力特征值；,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,3 水平受荷桩的理论分析,当桩入土深度较深，桩的刚度较小时，桩的工作状态如同一个埋在弹性介质里的弹性杆件，采用文克尔地基模型，建立微分方程求解。,桩的计算宽度，m；按表4-12计算。,水平位移,水平抗力系数（水平基床系数或地基系数），kN/m3,桩侧土作用在桩

43、上的抗力kN/m2,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,3 水平受荷桩的理论分析,当桩入土深度较深，桩的刚度较小时，桩的工作状态如同一个埋在弹性介质里的弹性杆件，采用文克尔地基模型，建立微分方程求解。,第五章 桩基础,常数法,m法,k法,C法,桩的位移,5.5 桩的水平承载力确定,直线或抛物线,第五章 桩基础,桩基础中的桩，一般作为理想埋入地基中的弹性地基梁来进行分析，根据其在土中的受力状况由结构力学理论导出梁（桩）挠曲线基本微分方程：,水平抗力,作用于桩身上的轴力,指数，小于等于1,水平位移,在水平荷载及弯矩作用下与桩周地基土相互作用，故桩的变形及内力取决于桩身所受的外荷载的类型及大

44、小、桩周土性质及抗力以及桩顶的约束条件等因素。桩周土的抗力与土体所处的状态、水平位移有关，一般可表示为：,桩的计算宽度,水平抗力系数,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,求解上述常微分方程的方法很多，主要有：（1）极限地基反力法；（2）弹性地基反力法；（3）弹塑性地基反力法（也称复合地基反力法）。,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,忽略轴力影响,水平变形系数，m-1,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,位移：,5.5 桩的水平承载力确定,转角：,弯矩：,剪力：,水平抗力：,表4-13 常数表（P127）,第五章 桩基础,5.5 桩的水平承载力确定,z,x,x,挠曲线,

45、弯矩,剪力,水平抗力,第五章 桩基础,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,5.5 桩的水平承载力确定,按m法计算时，比例系数m宜通过载荷试验确定。如无试验资料时可参考表4-14（P129）确定。另外，如果桩侧有几层土组成时，应求出主要影响深度范围内的m值的加权平均值，作为整个深度的m值。,主要影响深度：,3层土时：,第五章 桩基础,5.5 桩的水平承载力确定,第五章 桩基础,桩顶水平位移,5.5 桩的水平承载力确定,桩顶水平位移是控制水平承载力的主要因素，由表4-13查换算深度z=0时的系数，就可以求出桩顶水平位移。,桩的长短的不同，其水平受力下的工作形状也不同。在桩基分析中，一般以实

46、际桩长 l 和水平变形系数 的乘积 l（称换算长度）来区分桩的长短：,刚性桩的桩顶水平位移计算可根据桩的换算长度 l 和桩端支承条件，由表4-15 查相关系数获得。,第五章 桩基础,桩顶水平位移,5.5 桩的水平承载力确定,刚性桩的桩顶水平位移计算可根据桩的换算长度 l 和桩端支承条件，由表4-15 查相关系数获得。,0.51.01.52.03.04.0,第五章 桩基础,5.5 桩的水平承载力确定,桩身最大弯矩,查表4-16,最大弯矩的深度：,查表4-16,适用于长桩：,第五章 桩基础,5.5 桩的水平承载力确定,桩身最大弯矩,0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0

47、1.11.21.4,第五章 桩基础,群桩的工作特点承台下土对荷载的分担作用复合基桩的竖向承载力特征值桩顶作用效应简化计算基桩竖向承载力验算基桩软弱下卧层验算基桩竖向抗拔承载力验算基桩水平承载力验算基桩副摩阻力验算桩基沉降验算,5.6 群桩基础,第五章 桩基础,一 群桩的工作特点,1.群桩效应2.端承型群桩基础3.摩擦型群桩基础,5.6 群桩基础,对于群桩基础，作用于承台上的荷载实际上是由桩和地基土共同承担的，由于承台、桩、地基土的相互作用情况不同，使桩端、桩侧阻力和地基土的阻力因桩基类型不同而不同。,5.6 群桩基础,第五章 桩基础,三 群桩承载力确定,1.群桩效应的概念,群桩效应：群桩在竖向

48、荷载作用下，由于承台、桩、土之间的相互影响和共同作用，群桩的工作状态趋于复杂，群桩中任一根桩即基桩的工作性状不同于孤立的桩，群桩承载力将不等于各单桩承载力之和，群桩沉降也明显大于单桩，这种现象称为群桩效应。群桩效应系数：群桩竖向极限承载力与群桩中所有单桩竖向极限承载力总和之比：,群桩效应系数,桩数,单桩极限承载力,群桩极限承载力,第五章 桩基础,三 群桩承载力确定,1.群桩效应的概念,沉降比：指在每根单桩承担相同荷载的条件下，群桩沉降量与单桩沉降量之比：,沉降比,单桩沉降量,群桩沉降量,群桩效应系数越小，沉降比越大，则表示群桩效应越强，也就意味着群桩承载力越低，沉降越大。,5.6 群桩基础,岩

49、石,土,压力扩散深度,第五章 桩基础,1.群桩效应的概念,5.6 群桩基础,应力叠加 桩底应力增加,使承载力不足;总的沉降增加,第五章 桩基础,1.群桩效应的概念,5.6 群桩基础,第五章 桩基础,1.群桩效应的概念,群桩的破坏模式,群桩破坏模式是决定群桩的极限承载力计算方法繁荣主要依据。不同的破坏模式对应的承载力计算方法和数值会有所不同，有时甚至得出差别很大的计算结果。,破坏模式分为：桩土整体破坏模式和单独破坏模式。整体破坏模式：指桩、土形成整体，如向实体深基础那样承受和传递荷载并产生变形，侧阻力的破坏面发生于群桩外围。单独破坏模式：指各桩的桩土界面处产生较大的相对位移，各桩在桩土界面剪切破

50、坏产生滑移破坏。,5.6 群桩基础,对于砂土 sp 1.0,粘性土sp 1.0,第五章 桩基础,1.群桩效应的概念,5.6 群桩基础,第五章 桩基础,1.群桩效应的概念,由端承桩组成的群桩：,通过承台分配到各桩桩顶的荷载，其大部或全部由桩身直接传递到桩端。因而通过承台土反力、桩侧阻力传递到土层中的应力较小，桩群中各桩之间以及承台、桩、土之间的相互影响较小，其工作性状与独立单桩相近。,5.6 群桩基础,第五章 桩基础,1.群桩效应的概念,由摩擦桩组成的群桩，桩顶荷载主要通过桩侧摩阻力传递到桩周和桩端土层中，在桩端平面处产生应力重叠。承台土反力也传递到承台以下一定范围内的土层中，从而使桩侧阻力和桩