第五章 桩基工程

1、第五章 桩基工程Pile Foundation严绍军严绍军中国地质大学（武汉）工程学院Engineering Faculty, CUG(WuHan)为什么要使用桩基础为什么要使用桩基础n当上部土体相当软弱或者(且)结构荷载太大n表层土体将遭受冲刷或者侵蚀n基础必须穿越水体n具有过大向上荷载n需要有很大的水平向承载力n可能会在基础进行开挖等n大面积附加荷载n动力荷载n相邻建筑有影响n地基软弱不均n抗震及抗滑等桩基桩基n桩是深入土层的柱形构件 Pile n桩与连接在桩顶的承台组成深基础 简称桩基 或由柱与桩直接连接的单桩基础 Foundation Pilen将上部结构的荷载 穿过软弱土层或水体传递

2、到深部较坚硬的、压缩性小的岩土层桩基发展历史桩基发展历史木桩木桩材料材料钢桩钢桩人力人力施工工艺施工工艺机器机器钢筋混凝土桩钢筋混凝土桩n2000年前汉朝年前汉朝 木桩修桥木桩修桥n宋朝宋朝 上海龙华塔上海龙华塔 山西晋祠圣母殿山西晋祠圣母殿n英国保存有罗马时代木桩基础桥和居民点英国保存有罗马时代木桩基础桥和居民点第一节第一节 分类与选型分类与选型分类与选型分类与选型n按功能区分承受轴向压力的桩 承受轴向拔力的桩 承受横向荷载的桩 分类与选型分类与选型n按功能区分主动桩 桩主动变位 被动桩 土主动变形 分类与选型分类与选型n承台与地基位置高承台低承台地基分类与选型分类与选型n按功能区分摩擦型桩

3、 摩擦桩端承摩擦桩桩端无坚实持力层 长径比很大的桩 施工造成端承型桩 端承桩摩擦端承桩桩端置于坚硬土层 桩端直径扩大 分类与选型分类与选型n按制桩材料分类 木桩钱塘江桥钢桩强度高强度高质量保证质量保证运输方便运输方便接桩较容易接桩较容易 造价高造价高防腐防腐1934.8.8开工 1937.9.26完工1937.12.23炸毁 斗地风云今变色斗地风云今变色 炸桥挥泪断通途炸桥挥泪断通途 五行缺火真来火五行缺火真来火 不复原桥不丈夫不复原桥不丈夫分类与选型分类与选型n按制桩材料分类 素混凝土桩素混凝土桩钢筋混凝土桩钢筋混凝土桩预应力钢筋混凝土桩预应力钢筋混凝土桩形式与尺寸丰富形式与尺寸丰富造价合理

4、造价合理 耐久性好耐久性好分类与选型分类与选型n挤土作用分类挤土桩 实心预制桩 沉管桩及夯扩桩正面效应：对周边土体有挤密作用正面效应：对周边土体有挤密作用负面效应：负面效应：噪声噪声 形成超空隙水压力形成超空隙水压力 挤土会发挤土会发生漂桩生漂桩 破坏周边设施破坏周边设施改为部分挤土桩改为部分挤土桩 控制施工速度控制施工速度 复打复打 挖地沟等挖地沟等应对方法：分类与选型分类与选型n挤土作用分类部分挤土桩 钻小口径孔再打入 钢管、砼开口管桩土塞效应：敞口空土塞效应：敞口空心桩沉桩过程中土心桩沉桩过程中土体涌入管内形成土体涌入管内形成土塞塞 对桩端阻力发对桩端阻力发挥程度的影响效应挥程度的影响效

5、应分类与选型分类与选型n成桩方法分类 预制桩预制桩打入桩打入桩压入桩压入桩旋入桩旋入桩振沉桩振沉桩灌注桩灌注桩钻孔灌注桩钻孔灌注桩沉管灌注桩沉管灌注桩人工挖孔桩人工挖孔桩爆扩灌注桩爆扩灌注桩分类与选型分类与选型n预制桩的特点不排土 不排浆桩身质量好具有挤密效应下 强度提高l受地层分布控制 桩长不灵活l受施工机械控制l挤土效应可造成危害l混凝土强度高 用钢量较大l锤击施工对环境影响明显预应力混凝土桩 具有较好抗裂性分类与选型分类与选型n常用预制桩类型普通钢筋混凝土预制桩 预应力钢筋混凝土桩 焊接焊接法兰连接法兰连接硫磺胶泥锚接硫磺胶泥锚接 接桩分类与选型分类与选型n常用预制桩类型打入沉桩桩顶反复

6、锤击噪声大、震动明显地层扰动环境影响分类与选型分类与选型n常用预制桩类型压入沉桩桩顶静压无噪声、振动、冲击力桩顶不易破坏且精度高接桩较多分类与选型分类与选型n灌注桩适用于各种地层桩长可调 无需接桩配筋少总承载力可以很高l桩质量不宜控制和保证l清孔不宜l水下施工有难度l大直径桩 载荷试验较困难分类与选型分类与选型n灌注桩干作业成孔灌注桩泥浆护壁成孔灌注桩螺旋钻孔 旋挖成孔人工挖孔潜水钻回转钻孔钻孔扩底灌注桩部分挤土冲击成孔钻孔压浆桩挤土灌注桩沉管灌注桩夯扩灌注桩非挤土桩分类与选型分类与选型n按桩的直径分类小直径桩：小直径桩：mmd250中等直径桩：中等直径桩：mmdmm800250大直径桩：大直

7、径桩：mmd800分类与选型分类与选型n钻孔灌注桩钻孔灌注桩是指在地面用机械方法取土成孔钻孔灌注桩是指在地面用机械方法取土成孔的灌注桩的灌注桩 水下钻孔桩成孔过程中，采用泥浆水下钻孔桩成孔过程中，采用泥浆进行护壁，泥浆不断循环，同时完成携土和进行护壁，泥浆不断循环，同时完成携土和运土的任务。运土的任务。成孔成孔浇灌混凝土浇灌混凝土沉放钢筋笼沉放钢筋笼分类与选型分类与选型n钻孔灌注桩分类与选型分类与选型n钻孔灌注桩Caving or Squeezing Soil塌孔 与 缩颈提高钻孔技术下套管预先加固土体分类与选型分类与选型n沉管灌注桩锤击或振动沉管锤击或振动沉管 灌混凝土灌混凝土 拔管拔管 分

8、类与选型分类与选型n灌注桩 Vs 预制桩n沉管灌注桩：由于挤土效应造成断桩、缩颈、上浮，事故频发且严重预制桩质量稳定性高于灌注桩沉桩挤土效应；无法穿透硬夹层，桩长受限制；单桩承载力可调范围小，难于实现变刚度调平设计。地质条件地质条件 环境条件环境条件分类与选型分类与选型n人工挖孔灌注桩800mm分节挖土出土安装护壁钢筋和模板灌注护壁混凝土放置钢筋笼浇筑混凝土注意护壁遇水麻烦事故频发分类与选型分类与选型n人工挖孔灌注桩分类与选型分类与选型n人工挖孔灌注桩分类与选型分类与选型n人工挖孔灌注桩优点优点清底干净 不留余土桩底深度调整灵活 基底验槽方便准确施工无噪声 设备简单桩径大 造价低缺点缺点施工空

9、间狭小 劳动环境恶劣 劳动强度大事故频发：塌方 有害气体 触电 坠物等等地层地质条件适应差：流土 软土 饱水等分类与选型分类与选型n人工挖孔灌注桩边挖孔边抽水，细颗粒流失，地面下沉，乃至护壁整体脱落；临近新灌注混凝土桩抽水，带走水泥，造成离析；在流动性淤泥中挖孔，引起淤泥侧向流动，导致土体失稳滑移，将桩体推歪、推断。分类与选型分类与选型n旋挖桩u环境影响小环境影响小u技术含量高技术含量高u效率高效率高u成桩质量好成桩质量好直径大直径大 (3m)深度深度:一般小于一般小于40m，最大可达最大可达120m基岩基岩 大孤石施工困难大孤石施工困难不易形成泥皮不易形成泥皮 护壁差护壁差 塌孔塌孔容易发生

10、机械事故容易发生机械事故分类与选型分类与选型桩基工程的选型工程地质条件土体自身的性质 软土软土 湿陷性湿陷性 膨胀性膨胀性 冻土冻土 液化液化 震陷震陷土层空间展布垂直向垂直向 水平向水平向局部异常水文地质条件特别重视影响是否可以挤密影响是否可以挤密是否可以安全施工是否可以安全施工第二节第二节 竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力Vertical bearing capacity of a single pile竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力建筑桩基设计等级划分建筑桩基设计等级划分竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力一些定义一些定义复合桩基（Composite Pile Fo

11、undation)由基桩和承台下的地基土共同承担荷载的桩基础基桩（Foundation Pile)桩基础中的单桩桩基础中的单桩复合基桩(Composite Foundation Pile)单桩及其对应面积的承台下地基土组成的复合承载基桩承台下的岩土承台下的岩土桩侧岩土桩侧岩土桩端岩土桩端岩土竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力桩土体系荷载传递桩土体系荷载传递Ultimate vertical bearing capacity of a single pile单桩在竖向荷载作用下达到破坏状破坏状态态前或出现不适应继续承载的变形变形时所对应的最大荷载它取决于土对桩的支承阻力支承阻力和桩身桩身承

12、载力承载力土体的性质桩的性质端承桩端承桩超长桩超长桩缺陷桩缺陷桩桩身控制桩身控制单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力桩土体系荷载传递桩土体系荷载传递00( )( )zsQ zQUq z dz00( )( )zQ zS zSdzEA1( )( )sdQ zq zUdz ( )( )Q zdS zdzAE ( )( )dS zQ zAEdz 22( )( )sAE d S zq zUdz桩身z截面的荷载桩身z截面的竖向位移微分段dz平衡方程微分段dz压缩量可得到通过安装位移计和应通过安装位移计和应力计来计算轴力或者力计来计算轴力或者侧阻力变化侧阻力变化竖向荷

13、载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力桩端破坏理论假设桩端破坏理论假设pu0ccqqqcNdNhN 竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力荷载传递规律荷载传递规律1.桩侧摩阻力与桩端土反力与位移关系EbEs2. Eb/Es桩端土刚度/桩侧土刚度桩端土越好桩端土越好 桩端土发挥的能力越高桩端土发挥的能力越高竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力荷载传递规律荷载传递规律EbEs3. Ep/Es桩的刚度/土体刚度Ep桩的刚度越大桩的刚度越大 荷载约容易往深处传递荷载约容易往深处传递4.D/d桩扩大端直径/桩身直径D D越大越大 桩端荷载越大桩端荷载越大5. L/d=桩长/桩直径由端承向摩擦桩转换由端

14、承向摩擦桩转换竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩破坏模式分析单桩破坏模式分析地质条件施工质量设计因素急进型破坏渐进型破坏Qs侧阻力的发挥与相对变形相对变形 土性 施工工艺等相关 端阻力的发挥与相对变形相对变形 土性 施工工艺等相关 粘性土：粘性土：57mm砂土：砂土：610mm粘性土：粘性土：d/10d/4 砂土：砂土：d/12d/10竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩破坏模式分析单桩破坏模式分析Qpu 端阻力 Qsu 侧阻力 竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值(Characteristic value of the verti

15、cal bearing capacity of a single pile)单桩竖向极限承载力标准值除以安全系数后的承载力值标准值统计值建筑基桩检测技术规范建筑基桩检测技术规范2003 2003 建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范2008 2008 安全系数K94行业标准：1.601.75 分项系数日本：3德国：1.5208行业标准：2.0 安全系数设计思想统一设计思想统一设计标准统一设计标准统一1aukRQKkkkNFG满足承载力要求满足承载力要求竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定静载荷试验法原位测试法经验参数法直接可靠直接可靠 费用较高费用较高 静力

16、触探静力触探 标准贯入标准贯入统计分析得到的行业表格统计分析得到的行业表格地区经验表格等地区经验表格等甲级:载荷法乙级:条件简单的原位与经验法 参考临近场地资料丙级:原位测试与经验法竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定n静载荷试验法静载荷试验法 反力来源工程桩直接堆荷载竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定n静载荷试验法静载荷试验法竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定n静载荷试验法静载荷试验法抽检数量不应少于总桩数的抽检数量不应少于总桩数的1 1 且不少于且不少于3 3根；根；

17、当总桩数在当总桩数在5050根以内时，不应少于根以内时，不应少于2 2根。根。预制桩在砂土中入土预制桩在砂土中入土7天后；粘性土不得少于天后；粘性土不得少于15天；天；对于饱和软粘土不得少于对于饱和软粘土不得少于25天。天。灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后，才能进行。灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后，才能进行。桩头加固设计加载1.2预估最大值工程桩作为反力 工程桩数量不能小于4根竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定n静载荷试验法静载荷试验法1 1 每级荷载施加后按第每级荷载施加后按第5 5、1515、3030、4545、60min60min测读桩顶沉

18、降量，以测读桩顶沉降量，以后每隔后每隔30min30min测读一次。测读一次。2 2 试桩沉降相对稳定标准：每一小时内的桩顶沉降量不超过试桩沉降相对稳定标准：每一小时内的桩顶沉降量不超过0.1mm0.1mm，并连续出现两次。并连续出现两次。3 3 当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载。当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载。4 4 卸载时，每级荷载维持卸载时，每级荷载维持1h1h，按第，按第1515、3030、60min60min测读桩顶沉降量测读桩顶沉降量后，即可卸下一级荷载。卸载至零后，应测读桩顶残余沉降量，维持后，即可卸下一级荷载。卸载至零后，应测读桩顶残余沉降

19、量，维持时间为时间为3h3h，测读时间为第，测读时间为第1515、30min30min，以后每隔，以后每隔30min30min测读一次。测读一次。周期较长周期较长加荷分级加荷分级:每级加载量每级加载量预估极限荷载的预估极限荷载的1/10竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定n静载荷试验法1某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍。桩顶沉降能相对稳定且总沉降量小于倍。桩顶沉降能相对稳定且总沉降量小于40mm时，宜加载至桩时，宜加载至桩顶总沉降量超过顶总沉降量超过40mm。2 某级荷载作用

20、下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经倍，且经24h尚未达到相对稳定标准。尚未达到相对稳定标准。3 已达到设计要求的最大加载量。已达到设计要求的最大加载量。4 当工程桩作锚桩时，锚桩上拔量已达到允许值。当工程桩作锚桩时，锚桩上拔量已达到允许值。5 当荷载当荷载-沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶总沉降量沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶总沉降量6080mm；在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶累计沉降；在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶累计沉降量超过量超过80mm。现场加载停止标准：竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单

21、桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定n静载荷试验法1 根据沉降随时间变化的特征确定2 根据沉降随荷载变化的特征确定3 当下一级荷载不稳定，取前一级荷载值4 根据沉降量确定 直径小于直径小于800 800 取取s s40mm40mm对应的荷载值对应的荷载值 大于或等于大于或等于800mm800mm的桩，可取的桩，可取s s0.05D0.05D 超长桩要考虑弹性变形超长桩要考虑弹性变形结果分析结果分析极差30%取平均值否则研究问题之后确定竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定n原位测试法：静力触探静力触探静力触探探头静力触探探头静力触探车静力触探车静静力力触触探

22、探数数据据竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定n原位测试法：静力触探静力触探ukskpkkskpsiiQQQuqlp A8d4d对上下土体强度必须考虑对上下土体强度必须考虑估算得到估算得到桩长修正系数桩长修正系数比贯入阻力比贯入阻力桩桩侧侧摩摩阻阻力力ghgh：地表下：地表下6m6m范围内的土层范围内的土层 Oabc:Oabc:粉土砂土上粘性土或上下均粘粉土砂土上粘性土或上下均粘 Odef:Odef:粉土及砂土土层以下的粘性土粉土及砂土土层以下的粘性土 OefOef: : 非粘性土非粘性土 上下为软土时上下为软土时 导致强度降低导致强度降低单桥竖向荷载下

23、单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定n原位测试法：静力触探静力触探4d1dukscpskpkiiiQQQulfq A平均侧阻力平均侧阻力端阻力端阻力 上上4d 下下1d的平均的平均端阻修正系数端阻修正系数 粘性土粘性土 粉土：粉土：2/3 2/3 饱和砂土：饱和砂土：1/2 1/2 侧阻修正系数侧阻修正系数0.5510.04()isif粘性土粘性土 粉土：粉土：砂土：砂土：0.555.05()isif竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定n原位测试法打桩公式计算打桩公式计算 标贯试验法标贯试验法(SPT)旁压试验旁压试验等等竖

24、向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定n经验参数法侧阻力系数表岩土类型岩土类型状态状态桩类型桩类型岩石也提出了指标部分指标予以修改竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定n经验参数法竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定n经验参数法ukskkpspkpkiiqqQQQulA小于800mm 非大直径桩ukskpks kpkpsiiipQQQuqlq A大于800mm 大直径桩大直径桩侧大直径桩侧阻修正系数阻修正系数大直径桩端大直径桩端阻修正系数阻修正系数大直径桩扰动效应单位面积效应降低竖

25、向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定n经验参数法钢管桩闭口敞口桩端土塞效应桩端土塞效应形成类似闭口桩形成类似闭口桩土体大量涌入桩心土体大量涌入桩心ukskpks kpkpiipQQQuqlq A10.16/pbhdb10.8/5ph dd1桩端持力层竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定n经验参数法ukskpks kpkpl()ijpiQQQuqlqAA混凝混凝土空土空心桩心桩桩端持力层竖向荷载下单桩承载力竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定n经验参数法嵌岩桩嵌岩桩ukskrkQQQ土体：sksik

26、 iQuq l岩体：rkrrkpQf A饱和抗压强度饱和抗压强度粘土岩取天然湿度粘土岩取天然湿度抗压强度抗压强度嵌岩段侧阻与端阻综合系数嵌岩段侧阻与端阻综合系数30MPa母岩强度母岩强度桩基抗拔承载力桩基抗拔承载力抗拔桩基承载力验算抗拔桩基承载力验算确定方法确定方法n试验方法甲级和乙级建筑桩基甲级和乙级建筑桩基载荷试验载荷试验n经验公式法丙级建筑桩基丙级建筑桩基两种两种破坏破坏方式方式单桩破坏模式单桩破坏模式群桩破坏模式群桩破坏模式抗拔桩基承载力验算抗拔桩基承载力验算单桩破坏单桩破坏uks kiii iTq u l基桩抗拔极限基桩抗拔极限承载力标准值承载力标准值516a抗压桩摩阻力经验值抗压桩

27、摩阻力经验值抗拔系数新老规范一致扩底桩有所调整思路：对抗思路：对抗压桩参数进压桩参数进行折减得到行折减得到抗拉桩抗拔抗拉桩抗拔极限承载力极限承载力抗拔桩基承载力验算抗拔桩基承载力验算整体破坏整体破坏基桩抗拔极限承载力标准值基桩抗拔极限承载力标准值gks k1liiiTuq ln群桩数群桩数群桩外围周长群桩外围周长思路：思路： 首先将群桩看成一个整体破坏的大桩首先将群桩看成一个整体破坏的大桩 然后进行所有桩的平均然后进行所有桩的平均/2/2kgkgpkkpNTGNTG同时验算抗拔承载力同时验算抗拔承载力群桩整体破坏模式群桩整体破坏模式单桩破坏模式单桩破坏模式第三节第三节 竖向荷载下的群桩承载竖向

28、荷载下的群桩承载力计算力计算 Vertical bearing capacity of group piles竖向荷载下的群桩承载力竖向荷载下的群桩承载力单桩与群桩单桩与群桩n基本概念基桩(Foundation Pile)桩基础中的单桩桩基础中的单桩复合桩基(Composite pile foundation)有基桩和承台下地基土共同承担有基桩和承台下地基土共同承担荷载的桩基础荷载的桩基础减沉复合疏桩基础(Composite foundation with settlement-reducing piles)软土地基天然地基承载力基本满足要求的情况下软土地基天然地基承载力基本满足要求的情况下

29、为减少沉降采为减少沉降采用疏布摩擦型桩的复合桩基用疏布摩擦型桩的复合桩基变刚度调平设计(Optimized design of pile foundation stiffness to reduce differential settlement)考虑上部结构形式、荷载和地层分布以及相互作用效应，通过考虑上部结构形式、荷载和地层分布以及相互作用效应，通过调整桩径、桩长、桩距等改变基础支承刚度分布，以促使建筑调整桩径、桩长、桩距等改变基础支承刚度分布，以促使建筑物沉降趋于均匀、承台内力降低的设计方法物沉降趋于均匀、承台内力降低的设计方法竖向荷载下的群桩承载力竖向荷载下的群桩承载力承台类型承台类型

30、条形承台对应条形基础对应条形基础独立承台对应独立基础对应独立基础筏型承台对应筏型基础对应筏型基础箱型承台对应箱型基础对应箱型基础竖向荷载下的群桩承载力竖向荷载下的群桩承载力群桩的工作形状群桩的工作形状端承型群桩端承型群桩承台底部分担荷载小桩侧荷载分担小主要荷载由桩端岩土体承担ukunQP群桩承载力群桩承载力单桩承载力单桩承载力桩基的沉降验算也可以简化或者省掉桩基的沉降验算也可以简化或者省掉嵌岩桩嵌岩桩对沉降无特殊要求条形基础下不超过两排的桩基对沉降无特殊要求条形基础下不超过两排的桩基简单的工业厂房桩基（桩端为密实土层）简单的工业厂房桩基（桩端为密实土层）竖向荷载下的群桩承载力竖向荷载下的群桩承

31、载力群桩的工作形状群桩的工作形状摩擦型群桩摩擦型群桩上部荷载作用效应分为：上部荷载作用效应分为：桩端应力效应桩端应力效应桩侧应力效应桩侧应力效应承台应力效应承台应力效应叠加u压力值增大压力值增大u影响深度增大影响深度增大u群桩承载力不等于群桩承载力不等于 单桩承载力之和单桩承载力之和ukunQP群桩效应：群桩效应：摩擦群桩才具有的特征摩擦群桩才具有的特征受土性、桩距、桩数、桩的长径比、桩长受土性、桩距、桩数、桩的长径比、桩长与承台宽度比、成桩方法等多因素的影响而与承台宽度比、成桩方法等多因素的影响而变化变化群桩效应又影响群桩基础的荷载分配特征群桩效应又影响群桩基础的荷载分配特征及群桩破坏模式及

32、群桩破坏模式竖向荷载下的群桩承载力竖向荷载下的群桩承载力群桩的工作形状群桩的工作形状反力与变形分布特征反力与变形分布特征边桩和角桩承担荷载大边桩和角桩承担荷载大中间沉降大两边小中间沉降大两边小蝶形沉降蝶形沉降 马鞍形反力分布马鞍形反力分布导致上部结构和自身导致上部结构和自身的附加弯矩、剪力，的附加弯矩、剪力，可能导致开裂可能导致开裂导致基础内力加大导致基础内力加大弯矩增加弯矩增加负面效应负面效应Pmax/Pmin 刚性基础刚性基础 柔性基础柔性基础 挤密桩基础挤密桩基础 非挤密桩非挤密桩解决途径：解决途径：变刚度调平设计变刚度调平设计竖向荷载下的群桩承载力竖向荷载下的群桩承载力群桩的工作形状群

33、桩的工作形状摩擦型群桩破坏模式摩擦型群桩破坏模式群桩破坏模式群桩破坏模式 整体与非整体破坏整体与非整体破坏群桩破坏模式群桩破坏模式 端阻破坏与侧阻破坏端阻破坏与侧阻破坏软弱下卧层冲剪破坏软弱下卧层冲剪破坏竖向荷载下的群桩承载力竖向荷载下的群桩承载力承台分担荷载承台分担荷载1 桩距离大小桩距离大小01lnsrsndwq dEr桩侧阻力桩直径桩中心距当rnd时 Wr0实测实测ndnd6 61010d d当土体的变形模量小当土体的变形模量小 取小值取小值桩间距越大桩间距越大 桩间土体承担的荷载越大桩间土体承担的荷载越大 承台效应越大承台效应越大rd竖向荷载下的群桩承载力竖向荷载下的群桩承载力承台分担

34、荷载承台分担荷载2 承台土抗力随承台宽度与桩长之比而变化承台土抗力随承台宽度与桩长之比而变化BcL施加荷载施加荷载/ /极限荷载极限荷载承承台台荷荷载载/ /施施加加荷荷载载当当Bc/L1Bc/L1时时: : 承台土抗力承台土抗力形成的压力泡包围整个桩群，导致桩侧阻形成的压力泡包围整个桩群，导致桩侧阻力、端阻力发挥值降低，相应的承台土抗力增大。力、端阻力发挥值降低，相应的承台土抗力增大。竖向荷载下的群桩承载力竖向荷载下的群桩承载力承台分担荷载承台分担荷载3 3 承台土抗力随承台区位和排列的变化承台土抗力随承台区位和排列的变化承台内区（桩群包络线以内）土抗力明显小于外区承台内区（桩群包络线以内）

35、土抗力明显小于外区单排桩条基承台土抗力大于其他排列形式群桩单排桩条基承台土抗力大于其他排列形式群桩施加荷载施加荷载/ /极限荷载极限荷载承承台台荷荷载载/ /施施加加荷荷载载竖向荷载下的群桩承载力竖向荷载下的群桩承载力考虑群桩效应的复合基桩竖向承载力特征值考虑群桩效应的复合基桩竖向承载力特征值acakcRRf A/aukRQK承台效应系数承台效应系数0.5Bc0.5Bc且小于且小于5m5m深度范围内各土层地基土深度范围内各土层地基土承载力按厚度加权平均值承载力按厚度加权平均值0.5Bc0.5Bc且小于且小于5m5mAc(AnAps)/n取消了侧阻效应取消了侧阻效应和端阻效应系数和端阻效应系数

36、简化了计算过程简化了计算过程对于端承型桩基对于端承型桩基 桩数少于桩数少于4 4根摩擦型桩不根摩擦型桩不计承台效应计承台效应对于液化土对于液化土 湿陷性土湿陷性土 欠固结土欠固结土 新填土新填土 高灵敏软土高灵敏软土 沉桩导致超孔隙水压力及隆沉桩导致超孔隙水压力及隆起等不考虑承台效应起等不考虑承台效应竖向荷载下的群桩承载力竖向荷载下的群桩承载力考虑群桩效应的复合基桩竖向承载力特征值考虑群桩效应的复合基桩竖向承载力特征值caakcRRf A竖向荷载下的群桩承载力竖向荷载下的群桩承载力考虑群桩效应的复合基桩竖向承载力特征值考虑群桩效应的复合基桩竖向承载力特征值caakcRRf AkkkFGRNn满

37、足承载力要求满足承载力要求22ykikkxkikiiMxFGMyRNnyx竖向荷载下的群桩承载力竖向荷载下的群桩承载力群桩基础整体破坏情况下承载力计算群桩基础整体破坏情况下承载力计算等代墩基法等代墩基法 suiiqlbapbaP)(2uupaa2()2isikablqfa b f 群桩基础整体破群桩基础整体破坏情况下承载力坏情况下承载力深宽修正承载力深宽修正承载力基础太深可能过高侧摩阻要根据土层条件调整竖向荷载下的群桩承载力竖向荷载下的群桩承载力群桩基础整体破坏情况下承载力计算群桩基础整体破坏情况下承载力计算实体深基础法实体深基础法 中心距小于中心距小于6 6d d的摩擦群桩的摩擦群桩 桩数桩

38、数超过超过9 9根根( (含含9 9根根) )且多于且多于2 2排的桩基排的桩基土体的土体的 /4/4内摩擦角进行扩散内摩擦角进行扩散ukkap A BNGf A BK K K 安全系数安全系数2 23 3摩擦角取有效摩擦角摩擦角取有效摩擦角竖向荷载下的群桩承载力竖向荷载下的群桩承载力软弱下卧层承载力验算软弱下卧层承载力验算等代墩基法等代墩基法应力扩散应力扩散软弱下卧层软弱下卧层承载力验算承载力验算zmazzf软弱层顶面软弱层顶面附加压力附加压力软弱层顶面土层软弱层顶面土层重度厚度加权重度厚度加权深度修正后承深度修正后承载力特征值载力特征值0000()3/2()(2tan )(2tan )kk

39、sik izFGABq lAtBt扩散角扩散角 Es1/Es2范围扩大范围扩大当当t0.25B0 =0竖向荷载下的群桩承载力竖向荷载下的群桩承载力软弱下卧层承载力验算软弱下卧层承载力验算0000()3/2()(2tan )(2tan )kksik izFGABq lAtBt说明：说明：1.验算范围，一般只针对持力层下部存在强度低于验算范围，一般只针对持力层下部存在强度低于持力层强度持力层强度1/3的软弱下卧层的软弱下卧层2.传递到桩端平面的荷载，按扣除实体基础外表面总极传递到桩端平面的荷载，按扣除实体基础外表面总极限侧阻力的限侧阻力的3/4而非而非1/2的总极限侧阻力的总极限侧阻力3.桩端荷载

40、扩散基本同地基规范桩端荷载扩散基本同地基规范4.软弱下卧层只是进行深度修正软弱下卧层只是进行深度修正 深度修正的深度从承台深度修正的深度从承台底面计算至软弱层顶面。修正系数底面计算至软弱层顶面。修正系数1.0第三节第三节 竖向荷载下的桩基沉降竖向荷载下的桩基沉降计算计算 Settlement calculation for pile foundation with vertical load竖向荷载下的桩基沉降计算竖向荷载下的桩基沉降计算 桩基沉降计算的基本要求桩基沉降计算的基本要求n控制指标：控制指标：沉降量沉降量 沉降差沉降差 整体倾斜整体倾斜 局部倾斜局部倾斜n采用地基规范中采用地基规范

41、中 中低压缩中低压缩性土指标性土指标n高耸结构沉降量比地基规范高耸结构沉降量比地基规范小小50mm50mm遵循了地基规范的原则遵循了地基规范的原则竖向荷载下的桩基沉降计算竖向荷载下的桩基沉降计算 桩基沉降计算与天然地基沉降计算比较桩基沉降计算与天然地基沉降计算比较导致桩底面下导致桩底面下压力加大压力加大实体深基础实体深基础MindlinBoussinesqMeBww刚性承台群桩解实体基础解桩基沉降桩体范围的变形桩下土体沉降桩基沉降桩体范围的变形桩下土体沉降竖向荷载下的桩基沉降计算竖向荷载下的桩基沉降计算 桩基沉降计算与天然地基沉降计算比较桩基沉降计算与天然地基沉降计算比较 、 分别为端阻与侧阻

42、荷载分担系数分别为端阻与侧阻荷载分担系数竖向荷载下的桩基沉降计算竖向荷载下的桩基沉降计算 桩中心距不大于桩中心距不大于6倍桩径倍桩径实体深基础法实体深基础法等效基础面积等于承等效基础面积等于承台投影面积台投影面积竖向荷载下的桩基沉降计算竖向荷载下的桩基沉降计算 桩中心距不大于桩中心距不大于6倍桩径倍桩径等效基础面积等于承台投影面积等效基础面积等于承台投影面积等效作用的附加压力等效作用的附加压力p p0j 0j取承台底附加压力取承台底附加压力等效作用面以下（等代实体深基础底以下）的应力分布按等效作用面以下（等代实体深基础底以下）的应力分布按BoussinesqBoussinesq解确定解确定附加

43、压力统一取准永久值附加压力统一取准永久值上述公式是角点法公式上述公式是角点法公式 矩形基础中心点沉降可简化矩形基础中心点沉降可简化(1)(1)011mmijijijijeejjisizzsspE 经验修经验修正系数正系数桩基等桩基等效系数效系数承台底面承台底面附加压力附加压力竖向荷载下的桩基沉降计算竖向荷载下的桩基沉降计算 桩中心距不大于桩中心距不大于6倍桩径倍桩径ess 经验修正系数经验修正系数 1.1.该表有一定改动（书表该表有一定改动（书表5 52020）2.2.对于后注浆施工工艺成桩的对于后注浆施工工艺成桩的 乘以乘以0.70.7（砂、砾、卵石）（砂、砾、卵石）0.80.8（黏性土、粉

44、土）（黏性土、粉土）3.3.对于饱和土体中采用一般预制桩对于饱和土体中采用一般预制桩 根据情况乘以根据情况乘以1.31.31.81.8相对相对9494规范规范 适用地区更广适用地区更广考虑了施工因素考虑了施工因素 相对合理相对合理竖向荷载下的桩基沉降计算竖向荷载下的桩基沉降计算 桩中心距不大于桩中心距不大于6倍桩径倍桩径ess 等效沉降系数等效沉降系数 e e2b1b0e) 1(1CnCnCC0、C1、C2由下列参数确定由下列参数确定; 距径比距径比Sa/d 长径比长径比l/d 基础长宽比基础长宽比Lc/Bc矩形布桩时矩形布桩时短边桩数短边桩数竖向荷载下的桩基沉降计算竖向荷载下的桩基沉降计算

45、单桩单桩 单排桩单排桩 疏桩基础疏桩基础思路：思路：采用采用Mindlin解决侧阻与端阻解决侧阻与端阻形成的附加压力形成的附加压力采用采用Boussinesq解决承台底解决承台底反力在桩端下形成的附加反力反力在桩端下形成的附加反力分别计算对沉降计算范围内分别计算对沉降计算范围内所有桩与承台的作用形成的附所有桩与承台的作用形成的附加压力加压力将附加压力求和将附加压力求和 采用分层总采用分层总和法计算沉降计算点的沉降和法计算沉降计算点的沉降考虑桩压缩量考虑桩压缩量竖向荷载下的桩基沉降计算竖向荷载下的桩基沉降计算 单桩单桩 单排桩单排桩 疏桩基础疏桩基础附加压力附加压力影响范围内基桩数影响范围内基桩

46、数压缩层范围内土层压缩层范围内土层端阻比例系数端阻比例系数Ip与与Is查表得到查表得到桩身压缩量桩身压缩量Ip Is采用采用Mindlin解解承台底均布压力承台底均布压力Boussinesq解解竖向荷载下的桩基沉降计算竖向荷载下的桩基沉降计算 单桩单桩 单排桩单排桩 疏桩基础疏桩基础计算繁琐计算繁琐 精度有限精度有限有限元进行地基、基础、有限元进行地基、基础、上部结构共同分析上部结构共同分析第四节第四节 桩身承载力验算桩身承载力验算桩身承载力验算桩身承载力验算 轴心受压桩正截面受压承载力轴心受压桩正截面受压承载力桩顶下桩顶下5d范围内桩身螺旋箍间距不大于范围内桩身螺旋箍间距不大于100mm0.

47、9ccpsysNf AfA如果不满足前面规定如果不满足前面规定ccpsNf A c：成桩工艺系数：成桩工艺系数 取值为取值为0.6（软土地区挤土桩）（软土地区挤土桩）0.90（干作业非挤土灌注桩）（干作业非挤土灌注桩）n对于高承台基础、软弱土、液化土对于高承台基础、软弱土、液化土前面乘一个系数进行修正以考虑压曲前面乘一个系数进行修正以考虑压曲如果同时是偏心受压如果同时是偏心受压 对初始偏心距乘以偏心距对初始偏心距乘以偏心距增大系数来考虑挠曲对轴向偏心距的影响增大系数来考虑挠曲对轴向偏心距的影响第五节第五节 桩基设计桩基设计Structure design of pile foundation总

48、步骤总步骤 桩基设计步骤桩基设计步骤1 1、收集设计资料收集设计资料2 2、选择桩型、桩断面尺寸、桩长的选择、选择桩型、桩断面尺寸、桩长的选择3 3、确定单桩承载力、确定单桩承载力4 4、确定群桩的桩数及布桩、确定群桩的桩数及布桩5 5、群桩承载力与变形验算、群桩承载力与变形验算6 6、桩基中各桩受力与结构设计、桩基中各桩受力与结构设计7 7、承台结构设计、承台结构设计设计过程中要满足构造要求设计过程中要满足构造要求两种设计状态两种设计状态 一一. 桩基础的两种极限状态桩基础的两种极限状态（一）桩基承载力极限状态（一）桩基承载力极限状态1 1、超过最大承载力、超过最大承载力2 2、产生不适于继

49、续承载的变形、产生不适于继续承载的变形3 3、桩基发生整体失稳、桩基发生整体失稳（二）桩基正常使用极限状态（二）桩基正常使用极限状态变形、耐久性变形、耐久性桩基的设计等级：甲、乙、丙桩基的设计等级：甲、乙、丙资料准备资料准备 二二.资料准备资料准备岩土工程勘察资料岩土工程勘察资料 岩土体物理力学参数岩土体物理力学参数 及原位测试资料及原位测试资料 不良地质作用不良地质作用 地下水地下水 岩土体液化评价岩土体液化评价 特殊土地基评价特殊土地基评价2. 环境条件：场地现状环境条件：场地现状 周围建筑周围建筑 周围建筑桩基经验周围建筑桩基经验 环境要求等环境要求等3. 建筑物有关资料建筑物有关资料 安全等级安全等级 平面布置平面布置 结构类型结构类型 荷载荷载 使用及要求使用及要求4.施工条件施工条件桩基构造要求桩基构造要求 三三.桩基构造要求桩基构造要求灌注桩灌注桩桩基构造要求桩基构造要求 三三.桩基构造要求桩基构造要求灌注桩灌注桩有所提高有所提高桩基构造要求桩基构造要求 三三.桩基构造要求桩基构造要求灌注桩灌注桩混凝土强度予以提高：满足钢筋混凝土规范要求混凝