第9节课土力学复习和桩基础概述

1、2017年岩土工程师桩基础规范前4章2017.1.10主讲人：狼王网络授课课程即时答疑专有桩的定义桩基础2由设置于岩土中的桩和与桩顶连接的承台 共同组成的基础或由柱与桩直接连接的单桩基础。设置于土中的竖直或倾斜的柱型构件， 在竖向荷载作用下，通过桩土之间的 摩擦力（桩侧摩阻力）和桩端土的承 载力（桩端阻力）来承受和传部结构的荷载。§1概 述软 土层34567桩基础的适用性一、桩基础的优点1.承载力高2. 沉降量小3. 能承受一定的水平荷载和上拨力，稳定性好4.可以提高地础的刚度、改变其自振频率5.可提高物的抗震能力6.便于实现基础工程机械化和工业化桩基础的突出优点：承载力高、变形量小

2、、抗液化、抗拉拔能力强。89101112单桩基础采用一根桩（通常为大直径桩）桩基的分类以承受和传部结构荷载的基础。群桩基础由两根及以上的基桩组成的桩基础。基桩（桩群中的单桩）桩基础承台(将群桩顶部联成整体的钢筋混凝土部分)13不同的分类标准§7.2桩和桩基的分类1415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1、按承台与地面的相对位置分类端承型桩摩擦型桩1616分类分类标准依据类型亚类按承载性状分摩擦型桩纯摩擦桩在极限承载力状态下，桩顶荷载由桩侧阻力承受端承摩擦桩 在极限承载力状态下，桩顶荷载主要由桩侧阻力承受端承型桩纯端承桩在极限承

3、载力状态下，桩顶荷载由桩端阻力承受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2、按承载性状分类17（1）预制桩在施工前预先制作成型，再用各种机械设备把它沉入地基至 设计标高的桩，称为预制桩。预制桩可以是木桩、钢桩或钢筋混凝土桩等。沉桩方法有气锤打入、振动沉桩、静压桩等。（）灌注桩灌注桩为在工地现场通过机械钻孔、挤土或人力挖掘等在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。依照成孔方法不同，灌注桩可分为钻（冲）孔灌注桩、沉管灌注桩和挖孔灌注桩等几大类。183、按桩的施工方法分类 钻（冲）孔灌注桩：优点：施工过程中无挤土、无振动、噪音小， 且桩径不受限制。缺点：泥浆沉

4、淀不易清除， 影响端部承载力的充分发挥，并造成较大沉降。19沉管灌注桩：优点：在内无水环境中沉放钢筋和浇灌混凝土，从而为桩身混凝土的质量供了保障。缺点：a.拔除套管时，如果提管速度过快会造成缩颈、夹泥，甚至断桩。b.沉管过程的挤土效应除产生与预制桩类似的影响外，还可能使混 凝土尚未结硬的邻桩被剪断。对策：a.提管速度；b.采取“跳打”顺序施工。20人工挖孔灌注桩挖孔桩主要适用于粘性土和水位较低的条件，最忌在含水砂层中施工，因易引起流砂坍孔，十分。21（1）非挤土桩：成桩过程对桩周围的土无挤压作用的桩称为非挤土桩。主要有：钻（冲）孔桩，挖孔桩。（2）部分挤土桩（少量挤土桩）：成桩过程对周围土产生

5、部分挤压作用的桩称为部分挤土桩。主要有：工型或 H 型钢桩，钢板桩，开口桩，开口钢筋混凝土管桩。（3）挤土桩：成桩过程中，桩孔中的土未取出，全部挤压到桩的四周，这类桩称为挤土桩。主要有：木桩、钢筋混凝土桩，闭口的沉管灌注桩。桩或钢筋混凝土管桩，224、按成桩方法和成桩过程的挤土效应分类竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平受荷桩以及复合受荷桩。木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩以及组合材料桩。小直径桩（d250mm）、中等直径桩（250d700）和大直径桩（d700mm）等。237、按桩径大小分类6、按桩身材料分类5、按桩的使用功能分类7.3.1桩的荷载传递一、单桩承载力的桩侧阻力地基土对桩的支承作用桩

6、端阻力但两者并不是步发挥的24竖向荷载下单桩的工作性能25竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力并通过它向土中扩散的过程 。26不同荷载下轴力沿深度的变化对10根桩长为2746m的大直径灌注桩的荷载传递性能的 足尺试验结果。试验表明，桩侧发挥极限摩阻力所需要的位 移很小，粘性土为13mm，无粘性土为57mm；除两根支承 于岩石的桩外，其余各桩（桩端持力层为卵石、砾石、粗砂 或残积粉质粘土）在设计工作荷载下，端承力都小于桩顶荷 载的10。单桩荷载传递的基本规律基础的功能在于把荷载

7、传递给地基土。作为桩基主要传力 构件的桩是一种细长的杆件，它与土的界面主要为侧表面，底面只占桩与土的接触总面积的很小部分（一般低于1%），这就意味着桩侧界面是桩向土传递荷载的重要的，甚至是主要的途径。竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的 摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力并通过它向土中扩散的过程。27设桩身轴力为Q，桩身轴力是桩顶荷载N与深度Z的函数Q =f (N , Z )28桩身轴力沿深度分布的实测资料29桩的长径比L/d是影响荷载传递的主要因一，随着长径比L/d 增大，桩端土的性质对承载力的影响减小，当

8、长径比L/d接近100时，桩端土性质的影响几乎等于零。 发现这一现象的重要意义在于纠正了“桩越长，承载力 越高”的片面认识。希望通过加大桩长，将桩端支承在 很深的硬土层上以获得高的端阻力的方法是很不的， 增加了工程造价但并不能提高很多的承载力。桩越长，端阻力所占的比例越低30桩侧摩阻力和桩端阻力的分布规律及影响因素1. 桩的侧阻随深度呈线性增大。2. 桩侧极限摩阻力与所在的深度、土的类别和性质、成 桩方法等多种因素有关。3. 随着桩顶荷载的逐级增加，桩截面的轴力、位移和桩 侧摩阻力不断变化。4. 桩端阻力的发挥不仅滞后于桩侧阻力，而且其充分发 挥所需的桩底位移值比桩侧摩阻力到达极限所需的桩身

9、截面位移值大得多。5. 桩长对荷载的传递也有着重要的影响。317.3.2单桩的破坏模式一、单桩的破坏模式影响因素桩周土的抗剪强度桩端支承情况桩的桩的类型32二、常见的单桩破坏模式屈曲破坏整体剪切破坏刺入破坏轴向荷载下基桩的破坏模式33（一）屈曲破坏当桩底支承在坚硬的土层或岩层上，桩周土层极为软弱，桩身无约束或侧向抵抗力。桩在轴向荷载作用下，如同一细长压杆出现纵向挠曲破坏，荷载沉降(Q-S)关系曲线为“急剧破坏” 的陡降型，其沉降量很小，具有明确的破坏荷载。桩的承载力取决于桩身的材料强度。如穿越深厚淤泥质土层中的小直径端承桩或嵌岩桩，细长的木桩等多属于此种破坏。34（二）整体剪切破坏当具有足够强

10、度的桩穿过抗剪强度较低的土层，达到强度较高的土层，且桩的长度不大时，桩在轴向荷载作用下，由于桩底上部土层不能滑动土楔的形成，桩底土体形成滑动面而出现整体剪切破坏。此时桩的沉降量较小，桩侧摩阻力难以充分发挥， 主要荷载由桩端阻力承受，荷载沉降(Q-S)关系曲线也为陡降型，呈现明确的破坏荷载。桩的承载要取决于桩端土的支承力。一般打入式短桩、钻扩短桩等均属于此种破坏。35（三）刺入破坏当桩的入土深度较大或桩周土层抗 剪强度较均匀时，桩在轴向荷载作用下将出现刺入破坏。此时桩顶荷载主 要由桩侧摩阻力承受，桩端阻力极微，桩的沉降量较大。一般当桩周土质较软弱时，荷载沉降(Q-S)关系曲线为“渐进破坏”的缓变

11、型，无明显拐点，极限荷载难以，桩的承载力主要由上部结构所能承受的极限沉降su确定；当桩周土的抗剪强度较高时， 荷载沉降(Q-S)关系曲线可能为陡降型，有明显拐点，桩的承载要取决于桩周土的强度。一般情况下的钻孔灌注桩多属于此种情况。36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。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。负摩阻正摩阻371、负摩阻力发生的条件1)桩穿过欠压密的软粘土或新填土，而支承于坚硬土层（硬粘性土、中密以上砂土、卵石层或岩层）时；在桩周地面有大面积堆载或超填土时；2)3)4)由于抽取水或桩周水位

12、下降，使桩周土下沉时：挤土桩群施工结束后，孔隙水消散，隆起的或扰动的土体逐渐固结下沉时；自重湿陷性黄土浸水下沉或冻土融化下沉时。5)382、桩侧负摩阻力的分布规律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而变。 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q= k s' tgj ' = x s'z土位移Sn0zns-lnNegative中性点+桩位移Sp摩阻力轴向力N393.减少桩侧负摩阻力影响的措施1）.在桩的中性点以上部分涂以薄层涂料，以降低负摩阻力，常用沥青涂层，价格便

13、宜，效果比较好。2）.对钢桩再加一层厚度为3mm的薄膜(兼作防锈用)；3）.对现场灌注桩也可在桩与土之间灌注斑脱土浆等方法，来消除或降低负摩阻力的影响。40单桩的竖向极限承载力：是指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。单桩的竖向极限承载要取决于两方面：一是地基土对桩的支承能力；二是桩身的材料强度。41单桩竖向承载力的确定Ra（一）按静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值（1）静载荷试验装置及其方法：主梁次梁千斤顶百分表锚筋锚桩42基准柱获得单桩承载力最可靠的方法锚桩桁架法,2400吨（2）终止加载条件：当出现下列情况之一时即可终止加载：某级荷载下，

14、桩顶沉降量为前一级荷载下沉降量的5倍；某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的2倍，且经过24小时尚未达到相对稳定；已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大质量时。工程地质手册p80545自平衡加载：46（3）按试验结果确定单桩竖向极限承载力 根据沉降随荷载的变化特征确定：对于陡降型 Qs 曲线，可取曲线发生明显陡降的起始点所对应的荷：载为；： 根据沉降量确定对于缓变型 Qs 曲线，一般可取s=4060mm对应的荷载值为对于大直径桩可取所对应的荷载值。此外，也可根据终止加载条件中的前一级荷载值作为474849桩基：由设置于岩土中的桩和与桩顶联结的承台共同组成的基础或由柱与桩直接联结的单桩基础

15、。基桩：桩基础中的单桩。复合桩基：由基桩和承台下地基同承担荷载的桩基础。复合基桩：单桩及其对应面积的承台底地基土组成的复合承载基桩。软土层50复合桩基中基桩的承载力含有承台底的土阻力， 故称为复合基桩。5152535455565758596061626364上海莲花河畔景苑倒塌65桩基设计原则一、桩基设计的基本要求1. 桩基必须是安全适用的。2. 桩基设计必须是合理的。3.桩基设计必须是二、桩基设计原则（一）桩基的极限状态的。1.承载能力极限状态：对应于桩基达到最大承载力导致整体失稳或发生不适于继续承载的变形。2.正常使用极限状态：对应于桩基达到物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项

16、限值。6667686970（三）桩基计算规定1、应根据桩基的使用功能和受理特征分别进行桩基的竖向承载力和水平承载力计算；2、桩身（含桩身压曲、承载力计算；3、软弱下卧层验算；桩局部压曲）和承台结构4、坡地、岸边桩基整体稳定性验算；5、抗浮、抗拔桩基的抗拔承载力（基桩和群桩）验算；6、抗震设防区抗震承载力验算。71（四）应计算沉降的桩基1、设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的桩基 ；2、设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均匀或桩端平面以下存在软弱土层的桩基；3、软土地基多层减沉复合疏桩基础。（五）应计算水平位移的桩基受水平荷载较大、或对水平位移有严格限制的桩基。72软土层73747

17、5767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109110111112113114115116117118桩基承载力验算1.桩顶荷载效应计算桩顶荷载简图119（3)水平力作用下:H= Hkikn（2)偏心竖向力作用下:N= Fk + Gk? M xk yi ? M yk xiikn? y2? x2jj（1）轴心竖向力作用下:N= Fk + Gk kn2.桩基竖向承载力计算荷载效应标准组合:（1）轴心竖向力作用下:Nk? R（2）偏心竖向力作用下:Nk? R? 1.2RNk max（3）水平

18、力作用下:? RhaHik120基桩水平承载力特征值基桩或复合基桩竖向承载力特征值2.桩基竖向承载力计算（3）作用下:? 1.25RNEk? 1.5RNEk max121122u 当时，表示桩端以上土层比桩端以下土层软（上软下硬，上层土对下层土的约束较弱），应对桩端截面以下土层进行折减后再取平均值;u 当时，表示桩端以上土层比桩端以下土层硬，直接偏安全地取桩端截面以下土层的比贯入阻力值作为平均值。u 把每条折线对应的土层位置看明白123124125126127128129130131132二、按地基土对桩的支承能力确定单桩竖向极限承载力标准值：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。1、单桩竖向承载力特征值：133安全系数， K =2。单桩竖向极限承载力标准值R= 1 QaKu k基桩竖向承载力特征值不考虑承台效应：R：基桩考虑承台效应：复合基桩对符合下列条件的摩檫性桩基，宜考虑承台效应：1341、上