基础工程第四章桩基础及深基础111111

第四章桩基础与深基础主要内容：4.1概述4.2桩的分类及选用4.3竖向承压桩的荷载传递4.4竖向承压桩单桩承载力的确定4.5桩的抗拔承载力与桩的负摩擦力4.6桩的水平荷载下的性状及承载力确定4.7桩基的沉降计算4.8桩基础的设计第四章桩基础与深基础——4.1概述定义：桩指垂直或稍倾斜布置于地基中，其断面积相对长度很小的杆状构件。西安灞桥（1834年清道光14年）第四章桩基础与深基础——4.1概述桩基础的应用范围上部荷载很大，只有深处才能满足承载力的持力层为了减少基础的沉降或不均匀沉降。设计基础底面比天然地面高或者基础底部的土可能被冲蚀。有很大的水平向荷载，用斜桩支撑地下水位高。在水浮力作用下地下结构可能上浮机器基础，可用桩基础控制地基基础系统振幅自振频率。桩穿过湿陷土、膨胀土、人工填土、可液化土等。第四章桩基础与深基础——4.1概述低承台桩基第四章桩基础与深基础——4.1概述高承台桩基承受水平荷载第四章桩基础与深基础4.2桩的分类及选用第四章桩基础与深基础——桩的分类及选用桩的分类按使用功能分类按承载性状分类按材料分类按成桩方法分类按桩的几何特性分类竖向抗压桩竖向抗拔桩水平受荷桩复合受荷桩摩擦型桩端承型桩摩擦桩端承摩擦桩端承桩摩擦端承桩PsPs混凝土桩钢桩组合材料桩桩非挤土土桩挤土桩部分挤土桩按桩径大小分类按桩长或折算桩长分类按桩的几何形状分类第四章桩基础与深基础——桩的分类及选用桩型选用根据结构类型、荷载性质、桩的使用功能、穿越土层、桩端持力层土类、地下水条件、施工设备、施工环境、施工经验、制桩材料。第四章桩基础与深基础4.3竖向承压桩的荷载传递第四章桩基础与深基础——竖向承压桩荷载传递主要内容：承压的单桩竖向承载力的组成桩的侧阻力桩的端阻力1.承压的单桩竖向承载力的组成作用于桩顶的竖向压力由桩侧摩阻力和桩端阻力共同承担。

Q=Qs+Qp

桩土体系荷载传递过程：即是桩侧阻力与桩端阻力发挥过程。FQsQp525QsQp10152030200400600800Q/kNs/mm第四章桩基础与深基础——竖向承压桩荷载传递1.承压的单桩竖向承载力的组成在荷载增加的过程中，桩身上部的侧阻力先于下部土层先发挥。FQsQp

通过荷载的传递分析，可以得到几个要点：②一般情况下，侧阻力先于端阻力发挥。③工作荷载下，对于一般摩擦型桩，侧阻力发挥作用的比例明显高于端阻力发挥④对于长径比较大的桩，即使桩端持力层为岩层或坚硬土层，由于桩身本身的压缩，在荷载作用下端阻力也很难发挥，当l/d≥100，端阻力基本可以忽略第四章桩基础与深基础——竖向承压桩荷载传递1.承压的单桩竖向承载力的组成侧阻力发挥作用所需的相对位移一般不超过20mm。大直径桩，位移量s=(3%~6%)d情况下，侧阻力完全发挥绝大部分作用。桩端阻力充分发挥作用，一般土层所需位移量可能较大，打入桩Sp/d=10%，钻孔桩Sp/d=20~30%，Sp为桩端沉降量FQsQp第四章桩基础与深基础——竖向承压桩荷载传递1.承压的单桩竖向承载力的组成三种情况下端阻力与侧阻力发挥作用的情况第四章桩基础与深基础——竖向承压桩荷载传递2.桩的侧阻力

第四章桩基础与深基础——竖向承压桩荷载传递竖向荷载作用下桩土体系荷载传递的过程可简单描述为:桩身位移s(z)和桩身荷载Q(z)随深度递减,桩侧阻力qs(z)自上而下逐步发挥,桩侧阻力qs(z)的发挥值与桩土相对位移量有关。第四章桩基础与深基础——竖向承压桩荷载传递

第四章桩基础与深基础——竖向承压桩荷载传递

值得指出的是：荷载传递曲线（N-z曲线)，侧阻力分布曲线（qs-z曲线)和桩断面位移曲线（s-z曲线）都是随桩顶荷载的增加而不断变化的。第四章桩基础与深基础——竖向承压桩荷载传递

粘性土中打入桩的qs沿深度的分布近似抛物线形，桩顶处无摩阻力，桩身中段摩擦阻力最大。

砂土中打入桩的qs

值，开始时随深度近乎线性增加，至一定深度后即接近均匀分布，称此深度为侧阻临界深度。第四章桩基础与深基础——竖向承压桩荷载传递qs的主要影响因素土的类型和土性：砂土侧阻大于粘土，密实土大于松散土侧阻大小与相对位移有关：相对位移与荷载大小桩土模量比有关。侧阻与桩径和桩的入土深度有关。成桩工艺：可挤密土，打入桩可提高侧阻，密实的土可能降低侧阻。饱和粘性土具有桩承载力的“时效性”第四章桩基础与深基础——竖向承压桩荷载传递主要内容经典理论计算法桩的端阻力的影响因素端阻力的深度效应3.桩的端阻力第四章桩基础与深基础——竖向承压桩荷载传递经典理论计算法以古典刚塑性理论为基础,

把桩视为一宽度为b，埋深为d＝l的深基础。当在桩上加荷载至土体发生剪切破坏时，根据所假设的不同滑裂面形状，用基础极限承载力的原理，求出桩端极限承载力qsu。第四章桩基础与深基础——竖向承压桩荷载传递由于桩的入土深度相对于桩的断面尺寸大很多，所以桩端土体大多数属于冲剪破坏或局部剪切破坏，只有桩相对较短，桩穿过软弱土层支撑于坚实土层时，才发生类似于浅基础的整体剪切破坏。较常用的太沙基型和梅耶霍夫型滑动面形状。根据承载力理论得出的极限端阻力的一般表达式为：第四章桩基础与深基础——竖向承压桩荷载传递桩的端阻力影响因素桩端阻力主要取决于桩端土的类型和性质：一般粗粒土高于细粒土，密实土高于松散土。桩端阻力还受成桩工艺的影响：挤土桩对松土有挤密作用，桩端承载力提高，对密实土扰动原状土结构，产生超孔隙水压力，影响桩端阻力。非挤土桩成桩可能扰动原状土，在桩底形成沉渣和虚土。则端阻力明显降低。大直径桩产生应力松弛。第四章桩基础与深基础——竖向承压桩荷载传递端阻力的深度效应按经典极限承载力理论，桩的单位极限端阻力qp应当随桩土深度的增加而线性增加。但试验表明，端阻力有明显的深度效应，存在一个临界深度hc，当桩端深度小于hc时，端阻线性增加，当大于hc时，端阻趋于常数。第四章桩基础与深基础——竖向承压桩荷载传递桩的端阻力临界深度特点桩的端阻力临界深度随持力层砂土的相对密度的提高而提高。上部覆盖压力使临界深度减小，但极限端阻基本相同端阻临界深度hc随桩径增大而增加第四章桩基础与深基础——竖向承压桩荷载传递4.4竖向承压桩单桩承载力的确定第四章桩基础与深基础第四章桩基础与深基础——单桩承载力的确定主要内容：现场试验法触探法经验统计分析法一般规定设计采用的单桩竖向承载力标准值应符合以下规定：设计等级为甲级，应通过单桩静载试验确定。设计等级为乙级，当地质条件简单，可参照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。设计等级丙级，根据原位测试和经验参数确定。单桩承载力的确定条件1）在荷载作用下，桩在地基中不丧失稳定性2）在荷载作用下，桩顶不产生过大位移3）在荷载作用下，桩身材料不发生破坏第四章桩基础与深基础——单桩承载力的确定1、现场试验法：单桩竖向静载荷试验规范要求：在同一条件下的试桩数量，不宜少于总桩数的1%，并且不少于3根。第四章桩基础与深基础——单桩承载力的确定单桩竖向静载荷试验第四章桩基础与深基础——单桩承载力的确定根据试验曲线确定单桩竖向极限承载力当曲线的陡降段明显时，取相应陡降段的起点荷载值。当曲线是缓变型，取桩顶总沉降量s=40mm所对应的荷载值，当桩长大于40m时，宜考虑桩身弹性压缩。对于直径大于或等于800mm的桩，可取s=0.05D(D为桩端直径）对应的荷载值。第四章桩基础与深基础——单桩承载力的确定根据试验Q-S曲线确定单桩竖向极限承载力③在某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级沉降量的2倍，且经24小时尚未达到稳定，取这一级荷载值。④按上述方法判断困难时，可结合其他辅助方法综合判别。第四章桩基础与深基础——单桩承载力的确定极限承载力标准值确定当各桩极限承载力极差不超过平均值的30%时，可取其平均值作为单桩的竖向极限承载力标准值。当极差超过平均值的30%时，增加试验桩数。对于桩承台只有3根桩或少于3根桩的情况取最小值作为标准值单桩竖向承载力特征值

由单桩极限承载力标准值除以安全系数2，则为单桩竖向承载力特征值。第四章桩基础与深基础——单桩承载力的确定其他现场试验方法动测法：一般作为单桩静载试验的辅助方法（主要有：低应变法、高应变法、声波透射法）。深层平板载荷试验：适用于土层坚硬，且为大直径高承载力端承桩。取值为：临界荷载，或极限荷载一半，或s/d=0.01~0.015对于荷载。不大于最大加荷值的一半。试验采用刚性承压板直径为800mm,并且紧靠承压板周围外侧土层高度不小于0.8m。岩基载荷试验：嵌岩桩是指桩端嵌入完整和较完整的未风化或中等风化的硬质岩体的桩，嵌入最小深度不小于0.5m，桩端承载力特征值一般用岩基载荷试验确定，取值方法：根据Q-s曲线取比例界限或取极限承载力处以安全系数3为桩端承载力特征值。第四章桩基础与深基础——单桩承载力的确定其他现场试验方法对丙级建筑物，可采用原位测试的静力触探及标准贯入试验参数确定单桩竖向承载力特征值Ra。一般根据静力触探的比贯入阻力与侧阻力和端阻力间建立经验关系(P165表4-4）。可用下式直接确定单桩竖向承载力特征值。2、触探法对于砂土可利用标准贯入试验参数N63.5,查表(4-2,4-3)得相应的极限侧阻力标准值qsk,极限端阻力标准值qpk值除以安全系数2,作为侧阻力特征值qsa,端阻力特征值qpa。第四章桩基础与深基础——单桩承载力的确定在初步设计时，单桩竖向承载力特征值可用下式估算：式中：

qsa、qpa，可根据不同地区静载试验统计结果分析得到，没有静载试验资料，用表(4-2，4-3)qsk,qpk值除以安全系数2。当桩端嵌入完整及较完整的硬质岩，可用下式估算桩的承载力特征值。嵌岩桩桩端以下3倍桩径范围内应无软弱夹层,破碎带和洞穴分布,并应在桩底应力扩散范围内无岩体临空面。3、经验统计分析法第四章桩基础与深基础——单桩承载力的确定4.5桩的抗拔承载力与桩的负摩擦力第四章桩基础与深基础第四章桩基础与深基础—抗拔承载力和负摩擦力主要内容：单桩抗拔承载力桩土的负摩擦力负摩擦力的概念和形成负摩擦力的分布负摩擦力的计算第四章桩基础与深基础—抗拔承载力和负摩擦力

深埋的轻型结构和地下结构的抗浮桩、冻土地区受到冻胀的桩，高耸结构受到较大倾覆力，会发生部分或全部桩承受上拔力的情况，需要对桩基进行抗拔验算。桩受到拉拔荷载时，桩周土产生的应力状态、应力路径和土的变形都不同于承压桩的情况。一般抗拔的摩阻力小于抗压的摩阻力，尤其砂土。1、单桩的抗拔承载力桩基一般发生两种拔出情况：单桩拔出和群桩拔出

1、单桩的抗拔承载力第四章桩基础与深基础—抗拔承载力和负摩擦力2、桩土的负摩擦力负摩擦力的概念和形成负摩擦力的分布负摩擦力的计算第四章桩基础与深基础—抗拔承载力和负摩擦力负摩擦力的概念和形成正摩擦力：桩顶压力作用下，桩相对周围土体向下运动，因而土对桩施加向上的摩擦力，是构成承载力的一部分，这种摩擦力称为正摩擦力。负摩擦力：由于某些原因，使承压桩本身向下的位移量小于周围土体向下的位移量，从而使作用在桩上的摩擦力向下，这种实际上作用在桩上的下拉荷载，被称为负摩擦力。产生负摩擦力的原因桩周地面上分布大面积的较大荷载桩身穿过欠固结软粘土或新填土层，桩端支撑于较坚硬的土层上，桩周土在自重作用下随时间固结沉降。由于地下水大面积下降，使易压缩土层有效应力增加而发生压缩。自重湿陷性黄土浸水下沉，冻土融陷在灵敏性土内打桩引起桩周土的结构破坏而重塑固结。第四章桩基础与深基础—抗拔承载力和负摩擦力负摩擦力的概念和形成第四章桩基础与深基础—抗拔承载力和负摩擦力负摩擦力的分布桩身上负摩擦力的分布范围视桩身与桩周土的相对位移情况而定。一般除端承于基岩的非长桩外，都不是沿桩身全部分布着负摩擦力。第四章桩基础与深基础—抗拔承载力和负摩擦力负摩擦力的计算

中性点的深度ln与桩周土的压缩性和变形条件,以及桩和持力层土的刚度等因素有关,但实际上准确确定中性点的位置比较困难。桩尖沉降sp越小,ln越大,对于支承在岩层上的端承桩(sp＝0),负摩擦力可分布于全桩身。注：ln,l0---自桩顶算起的中性点深度和桩周沉降变形土层下限深度。桩穿越自重湿陷性黄土层时，ln按表列值增大10%中性点位置ln与是指桩与周围土沉降稳定时的情况，由于桩周土固结随时间发展，所以位置也随时间变化第四章桩基础与深基础—抗拔承载力和负摩擦力第四章桩基础与深基础—抗拔承载力和负摩擦力负摩擦力的计算

由于影响桩身负摩擦力的因素较多，准确计算较困难，但多数研究者认为桩侧摩擦力大小与桩侧有效应力有关。验证表明：贝伦提出的“有效应力法”接近实际。国内《桩基》规范采用该方法计算负摩擦力标准值。第四章桩基础与深基础—抗拔承载力和负摩擦力负摩擦力的计算对砂类土，可按下式估算负摩阻力标准值：减小负摩阻力的措施预制混凝土桩钢桩：桩身表面涂抹相当粘度沥青，形成滑动层。灌注桩：在浇筑前孔壁铺设塑料膜或高稠度膨润土浆，在桩壁形成滑动层调整施工顺序。第四章桩基础与深基础4.6桩在水平荷载下的性状及承载力确定第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定主要内容：单桩水平承载力的影响因素桩的水平静载试验弹性长桩在水平荷载作用下的理论分析单桩水平承载力的影响因素

桩在水平荷载作用下发生变位，会促使桩周土发生变形而产生抗力。单桩水平承载力应满足的三个要求：桩周土不会丧失稳定桩身不发生破坏建筑物不会因为桩顶水平位移过大而影响正常使用Manyofthefullystresseddesignsproducedinthisstudyhavelimitedpracticalvalue.Sincetheyspecifysomanydifferentsectionsizes,fabricationanderectioncostsaremuchhigherthannecessary.Consideringallcoststhatareinvolvedinthedesignandconstructionofasteelframestructure,thecostofmaterialshassteadilydeclinedfromapproximately40%ofthetotalto26%overthepast20years~AISC2000!.Today,fabricationanderectioncostsconstituteapproximately60%ofthetotalcost.Itisreasonabletosacrificesomeeconomyincostofmaterialsifsignificantsavingsinfabricationanderectioncostsresults.Onewaytodothisistousefewerdifferenttypesofsections,e.g.,maintainthesamesectionoverseveraldifferentcolumnsorbeams.Notonlywillthissimplifyerectionandinventory,itwillreducethenumberofexpensivecolumnsplices,andwillreducematerialcostsifthepurchaseofeachmembersizecanbeincreasedtoamillorderquantity~typically20tons!.荷载水平低时，弹性压缩变形变形荷载加大，桩变形加大，表层土屈服，水平荷载向深层传递变形第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定单桩水平承载力的影响因素水平承载力的影响因素直接决定于桩周的土质条件、桩的入土深度、桩的截面刚度、桩的材料强度以及建筑物的性质（按工程经验，应控制桩顶水平位移不大于10mm,对水平位移敏感的建筑物，则不大于6mm)。桩顶的嵌固条件和群桩中各桩的相互影响：当有刚性平台约束时，桩顶不能转动，只能平移，同样荷载下，使平台水平位移减小，但桩顶弯矩加大；群桩的影响表现为，水平荷载使桩发生水平位移，前排桩位移留下的空隙使后排桩的抗力减小。当桩数多，桩距小时，影响尤为显著。第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定桩的水平静载试验试验方法：现场制作两根相同的桩，两桩间水平放置千斤顶加载方法：采用循环加卸载法：模拟桩承载瞬时反复的水平荷载；对长期受水平荷载桩基采用慢速加载法进行试验第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定桩的水平静载试验第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定桩的水平静载试验试验过程：取单桩预估水平极限承载力的1/10~1/15作为每级加载增量。每级荷载施加后，保持恒载4分钟读位移，然后卸载，停2分钟读残余水平位移，完成一个循环，循环5次完成一级荷载的试验。然后进行下一级荷载试验，共进行10~15级荷载测试（中途不能停顿）。试验终止条件：桩身折断或者水平位移超过3~4cm时。第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定桩的水平静载试验承载力确定极限承载力除以安全系数2，作为单桩水平承载力特征值对于钢筋混凝土预制桩、钢桩、桩身截面配筋率不小于0.65%的灌注桩，也可根据静载试验结果取地面处水平位移为10mm（水平敏感的取6mm),所对应的荷载作为单桩水平承载力特征值。第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定弹性长桩在水平荷载作用下的理论分析

第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定弹性长桩在水平荷载作用下的理论分析

第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定弹性长桩在水平荷载作用下的理论分析桩的水平荷载下的理论分析弹性长桩的水平变形与承载力通常按横向弹性地基梁方法进行分析。采用文克尔地基模型分析在横向荷载和桩侧土抗力共同作用下桩的挠度曲线，通过挠度曲线微分方程，可求出桩身截面的弯矩、剪力和变形。

H0x第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定弹性长桩在水平荷载作用下的理论分析

第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定弹性长桩在水平荷载作用下的理论分析常数法：假定kh沿桩的深度为常数，即n=0K法：假定kh在挠度面曲线的第一个零点zt以上沿深度按直线（n=1）或抛物线（n=2)增加，其下则为常数(n=0）M法：假定kh随深度成比例增加，即n=1C法：假定kh随深度呈抛物线变化，n=0.5,m=cH0x（a）常数法（b）k法Kh=mz（c）m法Kh=cz0.5（d）c值法第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定弹性长桩在水平荷载作用下的理论分析单桩挠度曲线微分方程

用M法：n=1代入

代入得代入方程

由水平变形系数：N0H0M0xz承台底面

第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定弹性长桩在水平荷载作用下的理论分析单桩挠度曲线微分方程N0H0M0xz承台底面

微分方程代入边界条件，可得到完全埋置桩沿桩身z的水平土压力，各截面的内力和变形，其简式如下第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定弹性长桩在水平荷载作用下的理论分析单桩挠度曲线微分方程第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定弹性长桩在水平荷载作用下的理论分析

桩受水平荷载的理论分析，在m法中反映地基土性质的参数是m值。m值应通过水平静荷载试验确定，当无试验资料时，可查表（p173表4-10）按经验值。第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定弹性长桩在水平荷载作用下的理论分析

第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定弹性长桩在水平荷载作用下的理论分析

桩身最大弯矩及其位置

为了配筋计算，设计受水平荷载桩时需确定桩身最大弯矩的位置和大小。当配筋率较小时，桩身能承受的最大弯矩决定了桩的水平承载力。最大弯矩点的深度z0的位置为：

最大弯矩值：CⅡ可通过

CⅠ查表得第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定弹性长桩在水平荷载作用下的理论分析

小结

当缺少单桩水平静载试验资料时，可根据上述方法计算桩顶的变形和桩身内力，然后按一定的标准确定单桩水平承载力。对于预制桩、钢桩、桩身配筋率不小于0.65%的灌注桩，桩的水平承载力主要由位移控制对于桩身配筋率小于0.65%的灌注桩，桩的水平承载力则主要由桩身强度控制同时当建筑物对桩有抗裂要求时，对水平受力桩应进行抗裂验算第四章桩基础与深基础—水平荷载下的性状及承载力确定第四章桩基础与深基础4.7桩基的沉降计算第四章桩基础与深基础—桩基的沉降计算主要内容：简述实体深基础法明德林-盖得斯（Geddes）法适用范围：《地基基础设计规范》规定，对基桩需进行沉降验算的有：地基设计等级为甲级的建筑物桩基体型复杂、荷载不均匀或桩端以下存在软弱土层的设计等级为乙级的建筑物桩基摩擦型桩计算方法类型：假想的实体深基础法、明德林应力计算法第四章桩基础与深基础—桩基的沉降计算明德林解是当荷载作用于无限半无限弹性体内部时求弹性体内部应力场的解答。弹性体内任意点M(x,y,z)处引起的竖向应力第四章桩基础与深基础—桩基的沉降计算实体深基础法这类方法的本质是将桩端平面作为弹性体的表面，用布辛内斯克计算桩端以下各点的附加应力，再用与浅基础沉降计算一样的单向压缩分层总和法计算沉降。假想的实体深基础就是将在桩端以上的一定范围的承台、桩基桩周土当成一实体深基础。（即不计桩顶到桩端间的压缩变形）。适用桩距：s≤6d第四章桩基础与深基础—桩基的沉降计算实体深基础法两种假设：荷载沿桩群外侧扩散扣除桩群四周摩阻力第四章桩基础与深基础—桩基的沉降计算实体深基础法荷载扩散法扩散角取桩所穿越个土层内摩擦角的加权平均值的1/4。桩端平面处的附加压力p0为：有时忽略桩身长度l部分桩土混合体的的总重量与同体积原地基土间的总重量之差，可用下式近似计算：Pc0—承台底面高程处地基土的自重力,地下水位以下取浮重度。第四章桩基础与深基础—桩基的沉降计算实体深基础法沉降计算计算出桩端底面处的附加应力p0后，可按扩散后的面积进行分层总和法沉降计算：式中：pi—为桩端平面下第i个分层土的竖向附加应力平均值；pi=p0(i+i-1)/2第四章桩基础与深基础—桩基的沉降计算实体深基础法扣除桩群侧壁摩阻力法桩端底面处的附加应力p0：注意!

上式是一个近似计算公式，在计算承台底的附加应力时，没有扣除承台以上地基土自重，这一差别可认为被l段混合体的重量与原地基土重量之差所抵消。G是什么？第四章桩基础与深基础—桩基的沉降计算明德林-盖得斯（Geddes）法盖得斯根据荷载传递的特点,将作用于单桩顶上的总荷载Q分解为桩端阻力Qp(=αQ)和桩侧阻力Qs(=(1-α)Q);而桩侧阻力又可分为均匀分布的总摩阻力Qs1(=βQ)和随深度线性增加的总摩阻力Qs2(=1-α-β)Q)所组成。++Q=第四章桩基础与深基础—桩基的沉降计算明德林-盖得斯（Geddes）法盖得斯根据明德林解，推导出Qp、Qs1、Qs2在地基中产生的附加应力，进而计算桩基沉降。α和β根据实测资料确定。假设摩擦桩桩侧阻力沿桩身线性增长，即β=0。每根摩擦桩在地基中某点的竖向附加应力为该桩端荷载和桩侧荷载产生的附加应力σzp和σzs之和，对m根桩，将所有附加应力叠加：应力影响系数可用明德林应力公式积分得到。用分层总和法进行沉降计算：

第四章桩基础与深基础—桩基的沉降计算第四章桩基础与深基础—桩基础的设计桩基础的设计步骤调查研究，收集设计资科选定桩型、桩长、截面尺寸确定单桩竖向承载力设计值、确定桩数及其平面布置桩基础验算承台的设计与计算群桩及群桩效应群桩基础：由三根或三根以上的桩组成的桩基础群桩效应：群桩基础受力后，其总的承载力往往不等于各个单桩的承载力之和，这种现象称为群桩效应。第四章桩基础与深基础—桩基础的设计群桩及群桩效应竖向压力下的群桩效应分析

桩与土的相互作用问题：松砂和欠密实土的挤密作用饱和软粘土和挤土桩端承桩

由于持力层坚硬，不允许桩下沉，故桩侧摩阻力不易发挥，上部荷载通过桩身直接传到桩端土层上，而桩端处承载压面积很小，各桩端的压力彼此互不影响，故可认为端承群桩中各桩的工作情况与单桩工作情况基本一样；同时，由于桩的变形很小，桩间土基本不承担荷载，群桩的承载力就等于各单桩的承载力之和，群桩的沉降量也与单桩基本相同。第四章桩基础与深基础—桩基础的设计群桩及群桩效应竖向压力下的群桩效应分析摩擦型桩摩擦群桩主要通过每根桩侧面的摩擦阻力将上部荷载传布到桩周及桩端的土层中。桩侧摩阻力在土中按某一角度α沿桩长向下扩散到桩端平面上。桩距S较大时，例如Sa＞6d(d为桩径)，桩端平面处各桩传来的压力互不重叠或重叠不多，这时群桩中各桩的工作情况仍和单桩单独工作一样，故群桩的承载力也等于各单桩承载力之和桩距较小时，例如常用桩距S＝(3～4)d，桩端处地基中各桩传来的附加应力就会相互重叠，使得桩端处压力要比单桩时增大许多，桩端以下压缩土层的深度也要比单桩时深很多。第四章桩基础与深基础—桩基础的设计群桩及群桩效应竖向压力下的群桩效应分析产生的后果一、可能使桩端持力层总应力超过土层承载力二、由于附加应力数值增大，范围加宽加深，而使群桩基础的沉降大大高于单桩的沉降，特别是如果在桩端持力层下存在高压缩性土层的情况。第四章桩基础与深基础—桩基础的设计群桩及群桩效应竖向压力下的群桩效应分析承台在群桩效应中的作用低承台与桩间土直接接触，能分担部分荷载，最高能达荷载的1/3。下列情况承台分担荷载为零桩基础承受经常出现的动力作用，如铁路桥梁的桩基承台下存在可能产生负摩阻力的土层，如湿陷性土、欠固结土、新近填土、高灵敏度粘土、可液化土下列情况承台分担荷载为零在饱和软粘土中沉入密集群桩，引起超孔隙水压力和土体隆起，随后桩间土逐渐固结而下沉的情况。桩周堆载或降水而可能引起桩周地面与承台脱开第四章桩基础与深基础—桩基础的设计群桩及群桩效应竖向压力下的群桩效应分析承台对桩的摩阻力和端阻力的影响①低承台限制了桩群上部的桩土相对位移，从而使基桩上段侧阻力发挥值降低，即对侧阻力起“削弱效应”。侧阻力的承台效应随承台底土体压缩性提高而降低。承台对桩的摩阻力和端阻力的影响②承台底面向地面施加的竖向附加应力，又促使桩侧阻力和端阻力有所增加。承台对桩的摩阻力和端阻力的影响③刚性承台对群桩有调节各桩受力的作用:在中心荷载作用下各桩的竖向位移相等，但各桩分担竖向力并不相等，各桩的受力特点是：角桩受力分配大于边桩，边桩的大于中心桩，呈马鞍形分布。同时整体作用会使质量好刚度大的桩多受力，质量差、刚度小的桩受力少。最后使桩共同工作，增加了桩基整体可靠度。第四章桩基础与深基础—桩基础的设计群桩及群桩效应竖向压力下的群桩效应分析影响群桩效应的主要因素一、是群桩自身的几何特征，包括承台的设置方式(高或低承台)、桩距、桩长、及桩长与承台宽度比、桩的排列形式、桩数；二、是桩侧与桩端的土性、土层分布和成桩工艺(挤土或非挤土)。度量群桩承载力因群桩效应而降低或提高幅度的指标是群桩效应系数ηb。第四章桩基础与深基础—桩基础的设计桩基础的设计步骤调查研究，收集设计资科选定桩型、桩长、截面尺寸确定单桩竖向承载力设计值、确定桩数及其平面布置桩基础验算承台的设计与计算第四章桩基础与深基础—桩基础的设计桩基础的设计步骤确定单桩竖向承载力设计值、确定桩数及其平面布置

根据单桩承载力设计值和上部结构物荷载确定桩数

中心荷载时：n=(Fk+Gk)/Ra

偏心荷载时：桩基中各桩受力可能不均等，桩数可按上式确定值增加10％～20％。

布置桩并确定承台的形状和尺寸，考虑的原则是：①摩擦桩桩中心距sa≥3d。扩底灌注桩sa≥1.5d，当扩底直径大于2m时，桩端扩底静距不小于1m,扩底直径不大于3d。桩在平面上的布置多采用行列式，也可采用梅花式，可以等距排列也可以不等距排列。②尽可能使群桩横截面的形心与长期荷载的合力作用点重合，以便使各桩受力均匀；对于荷载作用点位置变化的建筑物，可使群桩重心位于变化幅度之中③对于桩箱基础宜将桩布置于墙下;对于带肋的桩筏基础,宜将桩布置于肋下;同一结构单元,避免使用不同类型的桩;对于大直径桩宜采用一柱一桩;尽可能将桩布置在靠近承台的外围部分,以增加桩基的惯性矩。第四章桩基础与深基础—桩基础的设计桩基础的设计步骤第四章桩基础与深基础—桩基础的设计桩基础的设计步骤桩基验算验算内容：单桩承载力验算

桩基沉降验算

其他方面的验算注意!不同的验算所用荷载效用组合不同！第四章桩基础与深基础—桩基础的设计桩基础的设计步骤承台的设计与计算包括承台的尺寸、厚度和构造要求，应满足抗冲切、抗弯、抗裂要求。而对钢筋混凝土桩，对于桩的配筋、构造和预制桩吊运中的内力、沉桩中的接头进行设计计算。第四章桩基础与深基础—桩基础的设计收集资料：建筑物地质、环境条件桩型、桩长、断面单桩承载力特征值Ra桩数、桩布置验算单桩承载力验算桩基沉降承台、桩身设计的计算结束桩基设计步骤图第四章桩基础与深基础—桩基础的设计群桩基础中单桩承载力验算通常假设各桩受力按线性分布，在中心荷载作用下，各桩承担其平均值，在偏心作用竖向作用下，各桩分配的竖向力按与群桩的形心之距离呈线性变化。轴心竖向力Fk作用下：偏心竖向力Fk、Mxk、Myk作用下：第四章桩基础与深基础—桩基础的设计群桩基础中单桩承载力验算当作用于桩基上的外力主要为水平力时，应对桩基的水平承载力进行验算，在有相同截面桩组成的桩基础中，可假设各桩受到横向力Hik相同，即：确定每根桩上的受力后,用下式验算单桩承载力：在中心竖向力作用下:

Qk≤Ra在偏心竖向力作用下:Qk≤1.2Ra在水平荷载作用下:

Hik≤RHa

第四章桩基础与深基础—桩基础的设计群桩基础中单桩承载力验算竖向受压桩，在设计时需考虑桩身强度的要求，一般而言桩承载力主要取决于地基岩土对桩的支撑能力，但对于端承桩，超长桩或桩身有缺陷的桩，可能由桩身混凝土强度控制，由于与材料强度有关的设计，荷载效应组合采用承载力能力极限状态下荷载效应的基本组合，应满足：采用荷载效应的基本组合

第四章桩基础与深基础—桩基础的设计承台的设计计算承台厚≥300mm，宽度≥500mm，承台边缘距边桩中心距≥1D，且边缘挑出部分≥150mm。对条形承台梁边缘挑出部分≥75mm。为保证群桩与承台之间连接的整体性，桩顶嵌入承台的长度，对大直径桩≥100mm

普通桩≥50mm。混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度对于HPB235级钢筋≥30倍主筋直径。对于HRB335和HRB400级钢筋≥35倍主筋直径。承台构造要求第四章桩基础与深基础—桩基础的设计承台的设计计算当承台板厚度比较小,而配筋量又不足时,承台在柱荷载作用下,常先发生弯曲破坏,柱下独立桩基承台呈“梁式破坏”,其挠曲裂缝在平行于柱边两个方向交替出现,最大弯矩产生平行于柱边两个方向的屈服线处。承台的抗弯计算第四章桩基础与深基础—桩基础的设计承台的设计计算1.多桩矩形承台对于矩形承台，弯矩计算截面取在柱边和承台高度变化处,计算公式为：承台的抗弯计算式中：Ni为不计承台及其上填土自重相应于荷载效应基本组合时第i桩竖向净反力设计值第四章桩基础与深基础—桩基础的设计承台的设计计算2.等边三角形三桩承台通常采用三角形承台，可分为等边三角形和等腰三角形两种，应以受力最大桩计算设计弯矩：承台的抗弯计算sa式中：M—由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯距设计值；