WKH第3章桩基础原版要点

1、第3章桩基础3.1概述桩是一种由钢、混凝土或木料构成的细长结构构件，用于构造一种深基础一一桩 基础。桩基础施工较浅基础复杂、成本也高，但在下列情况下可以采用桩基础：1、地基上层具有软弱土层不能承受上部结构传递的荷载且软弱土层较厚不便采用 浅基础或地基处理不经济，可采用桩基础将荷载传递到下伏基岩或下伏较好土层中， 如图 3-1 (a)和 3-1 (b)。2、在设计和施工承受风荷载、水压力、滑坡推力或地震荷载的支挡结构物和高层 建筑的基础时，经常在承担上部结构传递的竖向荷载的同时承受水平荷载，桩基础可 通过弯曲来抵抗水平力，如图3-1 (c),故桩基础是优选方案。3、如果地基上层是分布较厚的膨胀土

2、或湿陷性土等特殊土，随着含水量的增加和减少，膨胀土因膨胀收缩产生很大的膨胀压力；湿陷性土随含水量增加而塌陷。如果 采用浅基础，结构可能发生严重的破坏，而桩基能够穿过不良土层避免破坏。4、当河床冲刷较大、河道不稳定或冲刷深度不易正确计算时，桥台和桥墩采用桩 基可避免采用浅基础因地表水土流失导致其承载力的降低或失稳(图3-1 (d)。5、有些建筑物的基础承受着上拔力，如输电杆塔、近海(石油)平台和位于地下水位以下的筏基，采用桩基能抵抗上拔力(图 3-1(e)。. Q(c)(d)(e)图3-1桩基础的应用从上面桩的应用场合可以看出：桩基础不仅是一种深基础，而且是处理软弱土、膨胀土和湿陷性土等特殊土地

3、基的有效措施；柱下单桩基础应用在结构物的柱子下，有的柱下或独立构筑物下的承台连接的是群桩(两根或更多根桩)，承台保证将荷载分配给各桩，并使各桩具有基本相同的沉降。桩基础由桩和承台组成。条形承台桩基用 在建筑物的墙下或成排的柱下，有单排桩和多排桩之分。在用多排桩时，桩基不但要 承受竖向荷载还要承受弯曲荷载。筏形和箱形承台桩基用于整个或部分结构物的重荷 载作用下。它们的布置方式参见图3-2。 口 口(a)条形承台桩基(b)柱下群桩基础匚 /口 "筏形承台桩基图3-2桩和承台布置平面图另外还有一些深基础除荷载传递的目的外，更重要的是为了施工的方便，例如沉 井、沉箱和地下连续墙，它们必须用特

4、殊的工艺来建筑。深基础的直径或水平方向的一个尺寸与其深度相比较小，因此至少一小部分的荷 载被基础侧表面和土体的摩擦力、粘着力所承担，而承担的荷载比例又和基础与周围 土的相对位移有关。为了探明粒状土和粘性土中桩和其他深基础的特荷载传递性及其 承载力，在理论和试验方面，人们做了大量研究，但机理依然不完全清楚。从某种意 义上讲，这种应用广泛的桩基础在设计上还存在很大的不确定性。本章将介绍目前桩 基础研究方面的一些结论和设计施工方法。3.2桩基础的分类和构造学习桩基础的分类，目的是更好掌握其特点以便设计、施工时更好的发挥桩基础 的特长。桩型的选择需综合考虑所承受荷载的性质和大小，地基土的条件以及地下水

5、 位等因素。桩型可以按不同的方法来分类。3.2.1 按荷载传递方式分类按荷载传递方式，桩基础可分为端承桩和摩擦桩。1、端承桩穿透整个软弱土层由不可压缩的土层支承，通常是岩床，故又称为嵌岩 桩。端承桩在竖向荷载作用下，桩身纵向的压缩变形可以忽略不计，则桩不会沿垂直 方向移动，因此桩身和土之间没有摩擦力。可以认为只在桩的底部传递压力，像压缩 的柱子一样。2、摩擦桩的各个方向包括底部都被可压缩的土层包围，在竖向荷载作用下桩向下移动，周围土层对桩产生向上的摩擦力，并在桩端产生向上的反力。所以荷载作用下摩擦桩的承载力可用下式表示：Q =Qs Qp式中：Q一单桩竖向力设计值，kN；Qs一桩周土的桩侧阻力，

6、kN；Qp一桩端土的桩端阻力，kN。为了减少摩擦桩基础的沉降和更好地发挥桩材料的抗压能力，应该将桩打入密度 较大的土层中，桩端土层一般称为持力层。3.2.2 按施工方法分类基桩的施工方法不同，不仅采用的机具设备和工艺过程不同，而且影响桩与桩周 土接触边界的状态及桩土间共同作用性能。桩的施工方法种类很多，基本形式分为沉 桩（预制桩）和灌注桩。一、沉桩。将预制桩或钢、木桩沉入地基设计位置的方法可分为锤击打入、振动 打入、静力压入、螺旋式锚入、水冲法和预钻孔沉桩等。1、打入桩（锤击桩）通过锤击（或以高压射水辅助）将各种预先制好的桩（主要 是钢筋混凝土实心桩或管桩，也有木桩或钢桩）打入地基内所需要的深

7、度。桩锤选用 参见建筑桩基技术规范（JGJ 94）附录H。桩帽用以保护桩头，因锤的质量比桩加桩帽还大，桩和桩帽之间可用桩垫来减缓冲击力并使其在一段时间里慢慢消散，参见 图3-3。桩垫的材料为木材、橡胶或者其他弹性材料，但桩垫可选择用也可不用。这种 施工方法适用于桩径较小（一般直径在0.6m以下），地基土为砂性土、塑性土、粉土、细砂以及松散的不含大卵石或漂石的碎卵石类土的情况。2、振动法沉桩是将大功率振动打桩机安装在桩顶（预制的钢筋混凝土桩或钢管 桩），利用振动力以减少土对桩的阻力，使桩沉入土中。它对于较大桩径，土的抗剪强 度受振动时有较大降低的砂土等地基效果更为明显。打桩工具包括振动装置和桩锤

8、， 参见图3-4。用该法打入后桩侧的摩擦阻力比其它方法沉桩要大得多。3、在软塑性黏性土中也可以用重力将桩压入土中成为静力压桩。这种压桩施工方 法免除了锤击的振动影响，尤其是在已有建筑物的基础附近，以及砂土和亚粘土中, 因为振动使这类土产生大的沉降。图3-3桩锤、桩帽和桩垫图3-4振动打桩图3-5螺旋锚桩4、 螺旋锚桩（如图 3-5 ）适应于表层是软弱土而下面是低压缩性土的情况。螺旋 锚桩也可以承受上拔力。螺旋板用于传递桩土之间的作用力，目前螺旋板的直径已达到 2 米。金属螺旋锚桩可用钻孔设备旋入，钢筋混凝土桩可用锚固绞盘旋进。在低含水量而又致密的土中很难将桩打入，但是用射水或钻导入孔的方法可方

9、便沉桩。射水法中水通过桩端一个直径为50-70 mm的管喷射出来，冲散砂和小的砾石层，当水冲至距设计桩端1-2m 处应结束水冲， 然后打入。 预钻导入孔应比桩径小50-100mm，深度为桩长的 1/3-1/2 ，然后打入。用射水或钻导入孔的方法桩打入的位移较小， 一般称为小位移打入桩， 与此对应，称全长锤击或振动打入的桩为大位移打入桩。预制桩有如下特点：（ 1 ）不易穿透较厚的砂土等硬夹层（除非采用预钻孔、射水等辅助沉桩措施） ，只能进入砂、砾、硬粘土、强风化岩层等坚实持力层不大的深度。（ 2 ）沉桩一般采用锤击，由此产生的振动、噪声污染必须考虑。（ 3 ） 沉桩过程产生挤土效应， 特别是在饱

10、和软粘土地区沉桩可能导致周围建筑物、道路、管线的损坏。（ 4 ）一般预制桩施工质量稳定。（ 5）预制桩打入粉土、砂砾层，由于桩周和桩端土受到挤密，使桩侧表面法向应力提高，桩侧摩阻力和桩端阻力也相应提高。（ 6 ）由于桩的贯入能力受多种因素制约，常常出现因桩打不到设计高程而截桩，造成浪费。（ 7 ）预制桩因为承受运输、起吊、打击应力，需配置较多钢筋，混凝土强度等级也相应提高，因此造价高于灌注桩。二、现场灌注桩是在现场地基中钻挖桩孔，然后在孔内放入钢筋骨架，再灌注桩身混凝土而成的桩。主要分为沉管灌注桩、拔管灌注桩和钻挖孔灌注桩三类。灌注桩在成孔过程中需要采取相应的措施和方法来保证孔壁稳定和提高桩体

11、质量。1、沉管灌注桩是用静压、振动或锤击将带桩尖（或桩靴）的钢套管沉入地基土中成孔，然后往沉管中填入混凝土而成。2、拔管灌注桩首先沉管到预定深度，然后边拔管边填入混凝土，在软粘土中由于沉管的挤压作用对邻桩有挤压影响，且挤压时产生的孔隙水压力易使拔管时出现混凝土桩缩颈现象。 以上两种因为采用了套管， 可避免钻孔灌注桩施工中可能产生的流砂、坍孔的危害和泥浆护壁带来的排渣弊病。但桩径较小，一般0.6m 以下，桩长常在 20m以内。 3、钻挖孔灌注桩可不借助钢管成孔（钻孔时可配合泥浆护壁） 。为提高现场灌注桩的承载力，可在孔中插入钢筋笼后再灌注混凝土。在非饱和粘土中成孔不一定需要孔壁支撑。在地下水位以

12、下钻孔时，一般用分散性粘土（如膨润土）泥浆来维护孔壁。桩的浇注通过插到孔底的混凝土灌浆管完成（ 图 3-6） 。 如果钻孔孔底不扩大或落在孔底的土和泥浆不能彻底清除， 则钻孔灌注桩的承载力较低。 有时将振动芯管插入混凝土，可制成中空的钻孔灌注桩。各种现场灌注桩被广泛运用到当今的建筑物中，灌注桩的材料除钢筋混凝土和混凝土外，还有砂、碎石、石灰、水泥和粉煤灰等，这些材料与桩周土构成复合地基，并丰富了地基处理的措施。为了增强已建基础的承载力，可在基础下钻孔并高压将混凝土或水泥砂浆注入孔内形成直径为15-20厘米的灌注桩。因高压下水泥浆压入土中， 使得孔壁不规则且孔 径扩大，又因桩的间距小、桩数多和桩

13、可沿着倾斜方向，故称为树根桩。图3-7钻挖扩底桩当持力层承载力较低时可用扩底桩。 在孔底填塞碎石或硬稠混凝土并捣实，钻挖成扩底锥孔后再灌注混凝土，参见图3-7 ;称为夯扩桩，见图3-8 ;或者进行可控制的爆破(a)成孔装药浇灌(a)钻孔下套管(b)内夯管捣实(c)成桩图3-8拔管夯扩灌注桩(b)爆破图3-9爆扩桩形成爆扩桩来提高承载力，称为爆扩桩，见图 3-9。各类灌注桩有以下共同优点:(1)施工过程无大的噪声和振动(沉管灌注桩除外)(2)可根据土层变化情况任意变化桩长；根据同一建筑物的荷载分布与土层情况 可以采用不同的桩径，对于承受侧向荷载的桩，可设计成有利于提高横向承载力的异 型桩，还可设

14、计成变截面桩，即在弯矩较大的上部采用较大的断面。(3)可以穿过各种软硬夹层，将桩端置于坚实土层或嵌入基岩，还可扩大桩底, 以充分发挥桩身强度和持力层的承载力。(4)桩身钢筋可根据荷载与性质与荷载沿深度的传递特征，以及土层的变化配 置。无需像预制桩那样配置起吊、运输、打击钢筋。配筋率相对低，造价约为预制桩的 40%-70% 3.2.3按材料分类按桩身材料，可分为混凝土桩、钢桩、木桩和组合材料桩等。1、混凝土桩混凝土桩可以分为预制桩(或称沉桩)和现场灌注桩两种基本的类型。(b)八边形图 3-10(d)中空圆形预制桩是按要求在地面良好条件下制作的，长桩可在桩端设置钢板、法兰盘等接 桩构造分节制作，桩

15、体质量高，可大量工厂化生产，加速施工进度。预制桩有方形和 八边形截面或中空正方形和圆形截面。中空型桩更适应于摩擦桩，因为单位体积混凝 士可提供更大的接触面，从而比实心桩基的承载力更大。圆形中空桩基运用离心原理 浇制而成。各桩形如图3-10所示。钢筋的作用是抵抗吊运、打桩及使用中产生的弯矩、 竖向荷载和由水平荷载引起的弯矩。r一nIJII上(a)方形预应力混凝土桩用极限强度f3t约为1800 M pa的高强度钢筋(相对于冷拉出、IV、V级钢筋预张拉使其应力达到)张拉制成，先将钢筋束张拉到900 -1300Mpa ,然后在钢筋束周围离心浇注混凝土。待混凝土硬化后剪断钢筋束，桩的截面上便产生压缩 应

16、力，用以提高桩的抗弯和抗拔的承载能力。预制桩混凝土的强度等级不宜低于C30,对预应力混凝土实心桩不宜低于C40o预制桩纵向钢筋混凝土保护层厚度不宜低于30mm预制桩的桩端可将主筋合拢焊在桩端的辅助钢筋上，也可在合拢主筋上再包以钢板桩靴。灌注桩桩身混凝土的强度等级不得低于C25,混凝土预制桩尖不得低于 C30o灌注桩主筋混凝土保护层厚度不应小于35mm水下灌注混凝土保护层厚度不得小于50mm我国国家标准建筑地基基础设计规范(GB 50007 2011 )规定，桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求。按桩身混凝土强度计算桩的承载力时，应按桩的类型 和成桩工艺的不同将混凝土轴心抗压强度设计值乘以工作

17、条件系数邛c,轴心受压时桩身强度应符合式(3.2.2 )要求。QApMc(3.2.2)式中：Q 相应于作用基本组合时的单桩竖向承载力设计值( kN);AP 桩身横截面积(肃；fc 混凝土轴心抗压强度设计值(kPa),按现行国家标准混凝土结构设计规范(GB 50010)取值；0.75 ,预应力桩取0.55-0.65,现场灌注Q工作条件系数，非预应力预制桩取混凝土桩取0.6-0.8（水下灌注桩、长桩或混凝土强度等级高于C35时取低值）。地基基础规范未涉及钢桩和木桩，这里建议钢桩和木桩取1。当桩顶以下5倍桩身直径范围内螺旋式箍筋间距不大于100mm且钢筋耐久性得到保证的灌注桩，可适当计入桩身纵向钢筋

18、的抗压作用。 ''Q W七 fcAp+0.9fyAs（323 ）2 式中：fy一纵向主钢筋抗压强度设计值，m；As一纵向主钢筋截面面积，n2;c一基桩成桩工艺系数，混凝土预制桩、预应力混凝土空心桩取0.85 ,干作业非挤土灌注桩取 0.90 ,泥浆护壁和套管护壁非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩、挤土灌 注桩0.7-0.8,软土地区挤土灌注桩 0.6.2、钢桩钢桩通常为管桩或轧制的 H型钢桩。槽钢和工字钢也可用作钢桩。但热轧宽翼缘H 型钢（GB 11263）更适用些，因为其腹板和翼缘等厚且长度相近，而槽钢和工字钢的 腹板比翼缘薄且长，参见图3-11。钢桩如果需接长，可焊接或挪接。钢管

19、桩可开口或闭口打入。当桩很难打入时，比如遇到密实的砂砾、页岩和软岩 时，钢管桩可以焊上圆锥形桩端（或桩靴） 。大多数情况，钢管桩在打入后用混凝土填 实，形成组合材料桩。图3-11钢桩的横截面钢桩存在腐蚀问题。例如沼泽、泥炭土和另外一些有机土都具有腐蚀性。一般应加厚钢桩（超过实际设计截面）。很多情况下，在桩的表面涂上环氧涂层能有效的防腐，且打桩时涂层也不容易损坏。在大多数腐蚀区域，有混凝土外壳的钢桩也能有效防腐。对钢套管混凝土灌注桩和钢筋混凝土桩，应考虑钢材和钢筋的抗压强度。式（3.2.2 ）改写为：QAcfc+Arfr+Asfs）町（3.2.4 ）式中 Ac 一混凝土的截面积，荒；fc 混凝土

20、的抗压强度设计值，kPa;2Ar一纵向钢筋的截面积，m；fr 一钢筋的抗压强度设计值，kPa;02As钢管的截面积，m；fs 一钢管的抗压强度设计值，kPa。表3-1和3-2中分别给出混凝土和几种热轧钢筋的强度设计值供参考。混凝土强度的设计值（N/mm2）表3-1强度 种类符 号混凝土强度等级C15C20C25C30C35C40C45C50C60C70C90轴心 抗压fc7.29.911.914.316.719.121.123.127.531.835.9抗拉ft -0.91.01.2/1.431.571.711.801.892.042.142.22热轧钢筋强度的设计值（N/mm） 表3-2钢筋

21、种类受拉钢筋受压钢筋热轧光面钢筋（HPB235、210210热轧变形钢筋（HRB335）300F300热轧变形钢筋（HRB400）360360余热处理钢筋（RRB400）360:360例题3.1预制钢筋混凝土方桩的截面尺寸为30X 30cm2,混凝土的强度等级为C35,布置有4根余热处理纵向受力钢筋，直径为 20mm试求单桩竖向力设计值。解纵向钢筋的总截面积3.1499Ar =4 0.022 =0.00125m24桩身混凝土的截面积 Ac =Ap Ar =（0.3 0.3-0.00125） =0.088m2查表3-1和表3-2得C35混凝土的抗压强度设计值f=16.7MPa ,余热处理钢c筋的

22、抗压强度设计值 fr =360MPa,取唧=0.75,代入式（3.2.3 ）:Q < （0.88 16.7 0.00125 360） 1000 0.75 =1441kNQ为单桩桩材的单桩竖向力设计值，不能大于该值。3、木桩木桩用树干制成，大多数木桩的最大长度为10-20m,桩端直径不应小于 150mm木桩的承载力一般限制在 220 270kN。作为桩的木材应该是直的、完好的。木桩一般 用于临时工程，但当整个桩处于水位以下时，可以作为结构的永久基础。木桩不能承受很大的打击力，因此，在桩端可以套上钢靴、在桩顶套上金属箍以 防破坏。木桩应尽量避免接头， 特别是当承受拉伸荷载或水平荷载时。但如果

23、必须接头时，可以用金属管套或挪钉和螺栓连接。管套的长度至少为木桩直径的5倍。为了连接紧密，接头末端应该锯正，装配位置应仔细修整。采用金属挪钉和螺栓连接时，接头末 端也应该锯正，在挪钉连接的部位应削平。如果木材足够长，但其横断面尺寸不足， 可以几根胶合在一起，或者用3到4根圆木组合起来如果木桩处于饱和土中，其寿命可以很长。但在海水中，木桩受到各种有机物的 侵蚀在短短几个月便会遭到严重的破坏，在水位以上的桩还容易受到昆虫的破坏。用 防腐剂（如杂酚油）对木桩进行处理，可提高其寿命。木材的强度表现出明显的各向异性，例如顺纹方向的强度比横纹方向大得多。此 外，木材的强度与含水量和本身的缺陷有关。我国常见

24、树种用于桩柱时的强度设计值 范围如表3-3。常用木材强度的设计值 （MPa表3-3木材名称受弯、顺纹受压及承压顺纹受拉顺纹受剪横纹局部表面承压松、杉8-125-712-3栋木、桦木等 12-168-1024-5*当采用湿材时，木材的横纹承压强度设计值宜降低10%3.2.4 按承台位置分类：按承台位置，桩基础可分为高桩承台基础和低桩承台基础(桩的自由长度为0)。1、低承台布置在地表以下。该承台下地基土可能承受部分竖向压力，也可以承担 由回填土引起的水平土压力。如果承台设置在季节性冻土层内，还可能承受竖向冻土 力。建筑桩基通常是低承台桩基。2、高承台设置在地表以上。为承受水平荷载的作用，除了布置竖

25、向桩以外，在二 到四个方向上还布置斜桩。此类桩常用于桥梁、码头和海洋钻井平台等。3.2.5 按桩的设置效应：工程实践表明，成桩挤土效应对桩的承载力、成桩质量控制及环境等有很大影响，因此，根据成桩方法和成桩过程的挤土效应，将桩分为挤土桩、部分挤土桩、非挤土 桩三类。1、挤土桩。实心的预制桩、下端封闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩在锤击或者振入过程中都要将桩位处的3.2.6 桩基础的构造下面给出建筑地基基础设计规范(GB 50007 2011 )中的一些构造要求：一、对应用最多的混凝土预制桩和混凝土灌注桩低桩承台基础，桩和桩基的构造，应符合下列要求：1、摩擦型桩的中心距不宜小于桩身直径的3倍；扩底灌注

26、桩的中心距不宜小于扩底直径的1.5倍，当扩底直径大于 2m时，桩端净距不宜小于1m。在确定桩距时尚应考虑施工工艺中挤土等效应对邻近桩的影响。2、扩底灌注桩的扩底直径，不应大于桩身直径的3倍。3、桩端进入持力层的深度，宜为桩身直径的13倍。在确定桩底进入持力层深度时，尚应考虑特殊土、岩溶以及震陷液化等影响。嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的未风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度，不宜小于0.5m。4、布置桩位时宜使桩基承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合。5、设计使用年限不少于 50年时，非腐蚀环境中预制桩混凝土等级不应低于C30,预应力桩不应低于 C40,灌注桩不应低于 C25;二b类环境

27、及三类、四类、五类微腐蚀环境中不应低于 C30;腐蚀环境中的桩，桩身混凝土强度等级应符合现行混凝土 结构设计规范(GB 50010)的有关规定。设计使用年限不少于100年的桩，桩身混凝土强度等级宜适当提高。水下灌注混凝土的桩身混凝土强度等级不宜高于C40。6、桩身混凝土的材料、最小水泥用量、水灰比、抗渗等级等应符合现行国家标准 混凝土结构设计规范(GB 50010 )、工业建筑防腐蚀规范(GB 50046 )及混凝土结构耐久性设计规范(GB/T 50476)的有关规定。7、桩的主筋应经计算确定。预制桩最小配筋率不宜小于0.8% (锤击沉桩)、0.6%(静力压桩)，预应力桩不宜小于 0.5%;灌

28、注桩最小配筋率不宜小于0.2%0.65% (小直径桩取大值)。桩顶以下35倍桩身直径范围内，箍筋宜加密。8、桩身纵向配筋长度：(1)受水平荷载和弯矩较大的桩，配筋长度应通过计算确定。(2)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。(3)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。(4)钻孔灌注桩构造钢筋的长度不宜小于桩长的2/3;桩施工在基坑开挖前完成时，其钢筋长度不宜小于基坑深度的1.5倍。9、桩身钢筋可根据结算结果及施工工艺要求，沿桩身纵向不均匀配筋。腐蚀环境 中的灌注桩主筋直径不宜小于16mm,非腐蚀环境中灌注桩主筋

29、直径不应小于12mm。10、桩顶嵌入承台内的长度不宜小于50mm o主筋伸入承台内的锚固长度不宜小于钢筋直径(HPB235)的30倍和钢筋直径 (HRB335和HRB400 )的35倍。对于大直径 灌注桩，当采用一柱一桩时，可设置承台或将桩和柱直接连接。柱纵筋插入桩身的长 度应满足锚固长度的要求。11、灌注桩主筋混凝土保护层厚度不应小于50mm；预制桩不应小于 45mm,预应力管桩不应小于 35mm；腐蚀环境中的灌注桩不应小于55mm。图3-12是一个混凝土预制桩的配筋示意图。配筋应进行运输、吊装和锤击等过程中的强度和抗裂验算。图3-12混凝土预制桩的配筋示意二、对以控制沉降为目的桩基，应结合

30、地区经验，并满足下列要求：1、桩身强度应按桩顶荷载设计值验算，参见式（322）和（3.2.3）;2、桩、土荷载分配应按上部结构与地基共同作用分析确定（参见3.6节桩基础的设计，一、群桩效应）；3、桩端进入较好的土层，桩端平面处土层应满足下卧层承载力设计要求；4、桩距可采用4d6d（d为桩身直径）。三、桩基承台的构造，除满足抗冲切、抗剪切、抗弯承载力和上部结构的要求外 （参见3.6节桩基础的设计，二、竖向承载力设计），尚应符合下列要求：1、承台的宽度不应小于500mm。边桩中心至承台边缘的距离不宜小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不小于150mm。对于条形承台梁，桩的外边缘至承台梁

31、边缘的距离不小于75mm；2、承台的最小厚度不应小于300mm；3、承台的配筋，对于矩形承台其钢筋应按双向均匀通长布置（图3-13a）,钢筋直径不宜小于10mm ,间距不宜大于 200mm；对于三桩承台，钢筋应按三向板带均匀布置， 且最里面的三根钢筋围成的三角形应在柱截面范围内（图3-13b）o承台梁的主筋除满足计算要求外，尚应符合现行混凝土结构设计规范（GB 50010）关于最小配筋率的规定，主筋直径不宜小于12mm,架立筋不宜小于 10mm,箍筋直径不宜小于 6mm;柱下独立桩基承台最小配筋率不应小于0.15%。4、承台混凝土强度等级不应低于C20,纵向钢筋的混凝土保护层厚度不应小于70m

32、m,当有混凝土垫层时，不应小于50mm ,且不应小于桩头嵌入承台内的长度。（a）矩形承台配筋（b）三桩承台配筋图3-13承台配筋示意3.3单桩轴向荷载传递特性3.3.1 荷载传递机理按端承桩和摩擦桩分别说明桩顶荷载Q到土的传递机理。为端承桩时，忽略桩周士的摩擦力，从式（3.2.1 ）可知，沿整个桩长所有截面的轴向荷载Qz为常量，等于 11桩顶荷载，即Qz = Qp = Q。为摩擦桩时，桩到土的荷载传递机理较为复杂。 如图3-14, 以长为L的桩为例来说明其机理。 桩顶荷载Q 一部分由桩侧阻力 Qs承担，另一部分由 桩端阻力Qp承担。如果测量在任意深度处桩的轴向荷载 Qz,那么其沿深度变化规律就

33、可能如图3-14b曲线所示。在深度为 z处的单位面积的摩擦阻力 fz可表示为:fzQzu p之式中 叫一桩的截面周长，pfz沿深度的变化规律如图lQ3-14c所示。dzJqsQp(a)(3.3.1 )r QQQQpQs（b）图3-14单桩的轴向荷载传递图 3-1613若桩顶荷载Q逐级增加，桩与桩周土之间的相对位移，黏性土达到46mm,砂性土达到670mm时，桩身摩阻力基本发挥达到最大值，这与桩的截面尺寸和长度无关。黏性土中桩端阻力在桩端位移达到桩宽或桩径的25%寸发挥最大值，砂性土中约为8%-10%上述位移界限的下限值相对于打入桩，上限值相对于钻孔桩，钻孔桩因为孔 底虚土、沉渣压缩的影响，发挥

34、桩端阻力极限值所需位移更大。上述相对位移的大小 还表明，Q （或桩身单位面积摩阻力f）充分发挥所需桩端位移要比桩端阻力充分发挥所需桩端位移小得多，因此桩侧桩侧摩阻力总先充分发挥出来。这被一些试验结果 所证实。在确定桩的承载力时，应考虑这一特点。端承桩由于桩底位移很小，桩侧摩 阻力不易得到充分发挥，常忽略不计。过长的摩擦桩，因桩身压缩变形大，桩底反力 尚未达到极限值，桩顶位移已超过使用要求所容许的范围，且传递到桩底的荷载也很 微小，此时确定桩的承载力时桩底极限承阻力不宜取得过大。极限荷载作用下，桩端处土的破坏面如图 3-15所示（由Qp导致的承载力破坏）。 桩基础为深基础，且土的破坏大部分为冲剪

35、破坏，在桩端处形成三角形区域I ,导致桩端下沉而没有明显的滑动面。在密沙和硬粘土中，可能部分形成径向剪切区n。图3-15桩端破坏区3.3.2 桩侧阻力影响因素桩侧阻力除与桩土间相对位移有关，还与土的性质、桩的刚度、时间因素、土中 应力状态及桩的施工方法等因素有关。桩侧摩阻力实质是桩侧土的剪切问题。桩侧土极限摩阻力值与桩侧土的剪切强度 有关，随着土的抗剪强度的增大而增加。土的抗剪抗剪强度又取决于其类别、性质、 状态和剪切面上的法向应力。从位移角度分析，桩的刚度对桩侧土摩阻力也有影响。桩的刚度较小时，桩顶截 面位移大而桩底较小，桩顶处桩侧摩阻力较大；当桩刚度较大，桩身各界面位移较接 近，由于桩的下

36、部侧面土的初始法向应力较大，土的抗剪强度也较大，以致桩下部桩 侧摩阻力大于桩上部。由于桩底地基土压缩是逐渐完成，因此桩侧摩阻力所承担荷载将随时间由桩身上 部向桩下部位移。桩基施工过程中及完成后桩侧土的性质、状态在一定范围内会有变 化，影响桩侧摩阻力，往往也有时间效应。土的类别、性状也是主要因素。例如，在塑型状态黏性土中打桩，在桩侧造成对 土的扰动，加上挤压使桩周土内空隙水压力上升，土的抗剪强度减低，桩侧摩阻力变 小。待打桩完成经过一段时间后，超孔隙水压力逐渐消散，再加上黏土的触变性质， 其抗剪强度不但能恢复，往往还超过原来强度，使桩侧摩阻力得到提高。砂土中打桩， 桩侧摩阻力的变化与砂土的初始密

37、度有关，如密实砂性土有剪胀性会是摩阻力出现峰 值后有所下降。桩侧摩阻力的大小及分布决定着桩身轴力随深度的变化及数值。由于影响桩侧摩 阻力的因素即桩土间的相对位移、土中侧向应力、土质分布及性状均随深度变化，因 此用物理力学方程精确的描述桩侧阻力沿深度的分布规律较困难，只能用实验研究， 即桩在承受竖向荷载时，量测桩身内力和应变，计算各界面轴力，求得侧阻力分布和 桩端阻力。现以图3-16所示两例说明其分布变化，其曲线上数字为相应的桩顶荷载。 黏性土中沉桩（预制桩）桩侧摩阻力沿深度分布形状近乎抛物线，在桩顶处摩阻力等 于0,桩身中段摩阻力比下段大； 钻孔桩具有不同于沉桩的特点，从图中可见，从地面起的桩

38、侧摩阻力呈线性增加，其深度仅为桩径的5-10倍，沿桩长的摩阻力分布比较均 匀。为简化起见，常假设沉桩摩阻力在地面处为0,沿桩入土深度呈线性分布，而钻孔灌注桩则近似假设桩侧摩阻力沿桩身均匀分布。3.3.3 桩端阻力影响因素桩端阻力与土的性质、持力层上覆荷载（覆盖土层厚度） 、桩径、桩底作用力、时间及桩底进入持力层深度等因素有关，其主要影响因素仍为桩端地基土的性质。桩端地基土的受压刚度和抗剪刚度大，则桩端阻力也大，桩端极限阻力取决于持力层土的抗剪强度和上覆荷载及桩径大小。由于桩端地基土受压固结逐步完成，因此随时间增长，桩端阻力土层的固结长度和桩底阻力也相应增长。模型与现场试验研究表明，桩的承载力（

39、主要是桩端阻力）随着桩的入土深度，特别是进入持力层的深度而变化，这种特性称为深度效应。桩端进入持力砂土层或硬黏土层时，桩的极限阻力随着进入持力层的深度线性增加。达到一定深度后，桩端极限阻力保持稳定值。这一深度称为临界深度hc ，它与持力层的上覆荷载和持力层土的密度有关。上覆荷载越小，持力层土密度越大，则 hc 越大。当持力层下存在软弱土层时，桩底距下卧层顶面的距离t小于某一值tc时，桩底阻力将随着t的减小而下降。tc称为桩底硬层的临界深度。持力层土密度越高、桩径越大，则tc 越大。由此可见，对于以夹于软弱层中硬层作为桩端持力层时，要根据夹层厚度，综合考虑基桩进入持力层的深度和桩底硬层的厚度。

40、地基基础规范 要求嵌岩灌注桩桩端以下 3 倍桩径且不小于5m范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布，且在桩底应力扩散范围内应无岩体临空面。3.3.4 负摩阻力上述桩侧阻力Qs （或桩身单位面积摩阻力f ）向上作用于桩上，起到承受桩顶荷载的作用，可称为正摩阻力，这对应于在一层软弱土中的桩受到竖向荷载的情况。如果在这种情况下，不仅是桩，桩周围的土也受到荷载作用，则土的沉降可能会大于桩的沉降，即土相对桩向下移动，土对桩的摩擦阻力也向下。这种情况下的摩阻力被称为负摩阻力，见图 3-17 。以下几种条件可能产生负摩阻力，负摩阻力对桩产生向下的拉力：（ 1 ）地表土的回填整平引起桩周土加载；（ 2 ）桩

41、处于未完全固结的新填土中；（ 3 ）地表作用长期荷载；（ 4 ）荷载中的动力作用引起的土固结（如松砂，触变性土） ；（ 5 ） 地下水位的下降会导致任意深度土层的竖向有效应力的增大， 粘土层会产生固结沉降；（ 6 ）桩周土具有湿陷性遇水后相对桩向下位移。由上可见，当桩穿过软弱高压缩性土层而支撑在坚硬的持力层上时，最易发生桩的负摩阻力。要确定桩身的负摩阻力的大小，就要先确定土层产生负摩阻力的范围和负摩阻力强度的大小。SdZoZ, Sb '产生负摩阻力的桩a）位移曲线Sd-地面沉降；Sr桩的沉降；Sa-桩身压缩； 大轴力；桩端阻力b）桩侧摩阻力分布c）桩身轴力分布Sb-桩底下沉；Qn-由负

42、摩阻力引起的桩身最QQn图3-17中心点的位置及荷载传递桩身负摩阻力并不一定发生于整个软弱压缩土层中，产生负摩阻力的范围就是桩 侧土层对桩产生相对下沉的范围。它与桩侧土层的压缩、桩身弹性压缩和桩底下沉直 接相关。桩侧土层的压缩决定于地表作用荷载、土的自重和土的压缩性质，并随压缩 深度逐渐减小；而桩在荷载作用下，桩底的下沉在桩身各截面都是定值；桩身压缩变 形随深度逐渐减少，如图a、b、c所示。因此，桩侧土下沉量有可能在某一深度处与桩身的位移量相等。在此深度以上，桩侧土下沉大于桩的位移，桩身受到向下作用的 负摩阻力；此深度以下，桩的位移大于桩侧土的下沉，桩身受到向上作用的正摩阻力。正、负摩阻力变换

43、处的位置，称为中性点，如图 01点所示。中性点的位置取决于桩与桩侧土的相对位移，与作用荷载和桩周土的性质有关。 当桩侧土层压缩变形大，桩底下土层坚硬，桩的下沉量小时，中性点位置就会下移。 此外，由于桩侧土层及桩底下土层的性质和作用荷载的不同，其变形速度会不一样， 中性点位置随着时间也会有变化。精确计算中性点位置比较困难，可按表3-4的经验值确定。中性点深度In表3-4持力层性质黏性土、粉土中密以上砂砾石、卵石基岩中性点深度比In/I00.5-0.60.7-0.80.91.0注：（1）In、I。分别为中性点深度和桩周软弱土层下限深度。（ 2）桩穿越自重湿陷性黄土层时，按列表值增大10% （持力层

44、为基岩除外）。（ 3）当桩周土层固结和桩基固结沉降同时完成时，取 In =0O（ 4）当桩周土层计算沉降量小于20mmW, In应按照列表值乘以0.4-0.8折减。如果负摩阻力产生向下的拉力较大，可能导致桩基础破坏。负摩阻力的计算方法 如下。'fn =Koavtan5（3.3.2 ）式中%一负摩阻力，kPa;K0静止土压力系数，K。=1sin。；仃；一任意深度z处的竖向有效应力= y；z, kPa;f 填土的有效容重，kN/m3;6桩土间的摩擦角，6 = (0.50.7)中；旧一土的有效内摩擦角。故作用在桩上总的下拉力为一z0一一Z0 ' 一 一 ' 2Qn =

45、76; upfndz = o (uPK0 f tan、)zdz = 0.5upK0 f z0 tan (3.3.3)如果填土位于地下水位以上，用湿容重取代有效容重¥ f ,用内摩擦角 中取代中'。有些情况下，在桩的下拉区用摩擦角d很小的沥青混合料涂抹可减小桩侧负摩阻力。例题3.2位于新近填土中的圆桩桩径为0.3m,填土的容重Yf =16kN/m3 ,内摩擦角4=32°,已求得中性点的深度 4 =3.4m,求总的下拉力。解桩截面的周长u ° =兀x 0.3m = 0.942mpK0 =1 -sin32 0.47 、= 0.6 32 o = 19.2 由式(3

46、.3.3 )，总的下拉力2 Qn = 0.5uPK' fz0 tan、2Qn =(0.5 0.942 0.47 16 3.42 tan19.2 ) = 14.3kN3.4单桩竖向承载力特征值的确定单桩的承载力包括竖向承载力和水平承载力，其中竖向承载力一般指承受向下作 用荷载的能力，此外还有承受向上作用荷载的能力，即抗拔承载力，而水平承载力将 在3.5节介绍。单桩竖向极限承载力是指单桩在竖向荷载作用下达到破坏状态前或出 现不适于继续承载的变形所对应的最大荷载，它取决于对桩的支承阻力和桩身承载力。建筑桩基技术规范(JGJ 94 2008 )定义单桩竖向极限承载力标准值除以安全系数 后的承载

47、力值称为单桩竖向承载力特征值。竖向承载力的确定有以下五种广泛应用的 方法，即静力分析法、动力分析法、静力触探法、静载试验法和经验参数法。建筑桩基技术规范(JGJ 94 2008 )规定设计采用的单桩竖向极限承载力标准值：设计等级 为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载实验确定；设计等级为乙级的建筑桩基，若地质 条件简单，可参考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；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。3.4.1 单桩竖向承载力的静力分析法静力分析法是根据土的极限平衡理论和土的强度理论，计算桩底极限阻力和桩端 极限摩阻力，

48、也即利用土的强度指标计算桩的极限承载力，然后将其除以安全系数从 而确定单桩承载力容许值。由式(3.2.1 )可知，单桩竖向极限承载力 Qu由极限桩端端阻力 Qd和极限桩侧阻 p力Qs组成。一、极限桩端端阻力 Qp第2章中式(2-5)已经给出浅基础的极限承载力，pu = cNc+ qNq+ g祖N”对桩基础桩端极限承载力可写成类似的公式，qu =cN：+qN： + ¥BN句式中Nc*、Nq、N部承载力系数。桩基础为深基础，其 N，N；、N号的取值有所不同，参见图 3-15。用桩的横截 面宽度(或直径)d代替式(2-5)中的B得，qu =cNc +qNq +对Ny,因桩的宽度 d相对较小

49、，可以忽略上式右边的 ：dN1项，并将q用有效竖向应力代替得，qu =cN： + qNq(3.4.1 )故极限桩端端阻力可以表示为：Qp =Ap qu =Ap(cN：+qNq)(3.4.2 )式中 Qp极限桩端端阻力，kN；2Ap 一桩漏横截面面积，m ；pc 一桩端土的粘聚力，kPa;qu 一单位面积土的极限桩端端阻力，kPa;q '一桩端平面处的有效竖向应力，kPa;n3 n；承载力系数。 cq确定桩基础承载力系数Nc、Nq方法，主要有梅耶霍夫( Meyerhof)法和杨布(Janbu)法等。梅耶霍夫发现在砂土中单桩的q p随着桩贯入持力层深度| b的增加而逐步增大，当嵌入深度比达

50、一临界值，即lb/d =(lb/d)cr时，qp达到最大值ql ,并保持为常数ql ,*ql =50Nqtan中(3.4.3 )在匀质土层中|b就等于实际的贯入深度l,lb/d大于临界值。在实际大多数情况， lb/d值均大于临界值。故所有桩的qp计算中都采用N和Nq的最大值。N：和Nq的 最大值随摩擦角 邛的变化如图3-18所示。1030_ _M生轴的.速机”图3-18承载力系数N：和N；和摩擦角中的关系c q基于现场观测的数据， 梅耶霍夫还给出均匀砂土中（l = l b）根据标准贯入击数 N计算qp的表达式，qp（kPa） =40N - <400N（3.4.4 ）pd式中 N 一桩端附

51、近平均贯入击数（桩端以上10d到以下4d范围内）。对不排水条件下的上&和粘土（4=0）中的桩：Qp = NCcuAp =9CuAp（3.4.5 ）式中Cu 一桩端土的不排水抗剪强度，kPa。对于具有C和中值的粘性土，极限桩端端阻力可用式（3.4.2 ）计算。式（3.4.2 ）中的Nc”可以表示为：N：=（N；-1）COt*（3.4.6 ）杨布（1976）提出的极限桩端端阻力公式和式（3.4.2 ）相同，但承载力系数 N：和Nq*的计算基于桩端处土的破坏面如图3-18所示。承载力系数可以用以下公式计算，qN； =（tan 中 + Ji +tan2 中）2 e2*tan（3.4.7 ）角度

52、11r见图3-18中的定义。式（3.4.2 ）中的N：仍用式（3.4.6 ）计算。将N：和N：随中和的变化绘于图3-19,角度变化范围从粘土的大约700到q密砂土的1050左右。1'OQO 融600图3-19杨布法桩端承载力系数不管采用那一种理论方法计算Qd ,都必须注意，只有当桩端位移达到桩宽的p10 -25%时，Qp才完全发挥。这是砂土中的临界值。二、极限桩侧阻力Qs极限桩侧阻力Qs可表示为，Qs = u p Z fi l ：(3.4.8 )i式中Up一桩的截面周长，m； pli第i层土( f为定值)中的桩长，m;fi第i层土的单位面积摩阻力，kPa。1、砂土的单位面积摩阻力f=K

53、b：tan6(3.4.9)式中 K土压力系数；仃V一考虑深度处竖向有效应力，kPa;6 一桩土间的摩擦角，度。实际上，K随深度变化，在桩顶大约为朗肯被动土压力系数Kp,而在桩端可能p小于静止土压力系数 K0O K值还取决于桩的设置方法。基于目前的认识，推荐以下的K值，K = K。=1 - sin小钻孔桩或射水法沉桩K° EK <1,4K0小位移打入桩Ko <K <1.8Ko大位移打入桩（3.4.10 ）式（3.4.8 ）中竖向有效应力 仃V随深度的增加而增大，在1520倍桩径深度时，f达到最大的极限值后保持不变。极限深度取决于很多因素，如土的摩擦角、压缩性和相对密度

54、。保守的估计取15倍桩径的深度计算 仃V和f。大量研究表明6的值在0.5甲0.8中的范围内。梅耶霍夫（1976年）还指出可以通过平均标准贯入阻力值推求平均单位面积摩阻力 fav，fav （kN/m2） = 2N大位移打入桩fav（kN/m2） = N小位移打入桩（3.4.11）式中N 平均标准贯入击数。2、粘土的单位面积摩阻力目前有几种方法来获得粘土中的摩阻力。（1）九法。此法假设打桩位移在桩周土中产生水平被动土压力，平均单位面积摩 阻力可以表示为，fav =KBV+2q）（3.4.12 ）式中点？一整个埋入深度的平均竖向有效应力，kPa;Cu 一平均不排水剪切强度（认为邛=0）, kPa;九

55、一系数，其值随桩的入土深度而变化，参见图 3-20。皓an.铮«/怵图3-21仪值Fit cu的变化图3-20九值随入土深度的变化a法根据a法，粘土中单位面积摩阻力用下式表示,(3.4.13 )式中a一经验粘着系数。对正常固结粘土， 口值随不排水粘聚力Cu的变化如图3-21所示。三、嵌岩桩极限承载力对嵌岩桩，桩的荷载全部作用在岩层中，此时需估算岩层的承载力。岩层的极限承载力和岩石的无侧限抗压强度有下列关系（Goodman,198。qp =qu（N（p+i）（3.4.14）式中 N .=tan2（45.2）qu 岩石的无侧限抗压强度，kPa；中一岩石的排水摩擦角在实验确定岩石的无侧限抗压强度时应注意，因为实验室试样通常尺寸较小，不能考虑裂隙对强度的降低作用，一般将无裂隙试样的实测值除以5作为quO四、单桩竖向承载力特征值当桩的极限竖向承载力Qu通过极限桩端端阻力 Qd与和极限桩侧阻力 Q