桩基础及其它深基础1-5

第七章桩基础及其它深基础

当建筑场地浅层地基土质不能满足建筑物的地基承载力和变形的要求，也不宜采用地基处理等措施时，往往需要以地基深层坚实土层或岩层作为地基持力层，采用深基础方案，深基础主要有桩基础、沉井基础、墩基础和地下连续墙等几种类型，其中以桩基的历史最为悠久，应用最为广泛。7.1概述桩基是一种古老的基础型式。桩工技术在我国经历了几千年的发展过程。早在7000-8000年前的新石器时代，为了防止猛兽，人类祖先就在湖泊和沼泽地里栽木桩筑平台，修建居住点。榫卯木构件（公元前5000-3300年）我国最早的桩基是在浙江河姆渡的原始社会居住的遗址中发现的。据古籍《法苑珠林》记载，塔基是在淤泥中打下木桩而形成的。超化寺塔，位于郑州新密县原超化寺遗址上，建于唐开元二年（公元714年）。平面呈正方形，共十三层，高约28米。建于北宋天圣年间1023-1032的山西太原晋祠圣母殿，是采用桩基的古建筑，至今保存完好。（1）地基的上层土质太差而下层土质较好；或地基软硬不均或荷载不均，不能满足上部结构对不均匀变形的要求。（2）地基软弱，采用地基加固措施不合适，或地基土性特殊，如存在可液化土层、自重湿陷性黄土、膨胀土及季节性冻土等。（3）除承受较大垂直荷载外，尚有较大偏心荷载、水平荷载、动力或周期性荷载作用。（4）上部结构对基础的不均匀沉降相当敏感；或建筑物受到大面积地面超载的影响。（5）地下水位很高，采用其它基础型式施工困难；或位于水中的构筑物基础，如桥梁、码头、钻采平台。（6）需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。7.1.1桩基础的适用性7.2、桩基的基本要求与极限状态设计2持力层与桩长3桩的合理布置4桩基的水平承载力1桩基形式地质条件。建筑的体型与结构特点建筑功能对地下空间利用的方式1）能提供足够大的单桩承载力。2）保证建筑物不产生过大的沉降与差异沉降。3）考虑桩基造价。4）考虑桩基施工技术的可能性。

5桩基适用范围7.2.1桩基础设计基本要求7.2.2桩基础设计原则（《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008））承载能力极限状态——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。正常使用极限状态——桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的限值。设计依据①所有桩基均应进行承载能力极限状态验算桩基竖向（抗压或抗拔）承载力和水平承载力计算；桩端平面以下软弱下卧层承载力验算；桩基抗震承载力验算；承台及桩身承载力计算。

设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基，设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均或桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基，以及软土地基上多层建筑减沉复合疏桩基础应进行沉降计算；承受较大水平荷载或对水平变位要求严格的建筑桩基的水平变位验算。②需要进行变形验算的桩基③抗裂或裂缝宽度验算不允许出现裂缝或需要限制裂缝宽度的混凝土桩身和承台应进行抗裂或裂缝开展宽度验算。原则：单桩承受的竖向荷载不超过单桩竖向承载力特征值；桩基础的沉降量不超过建筑物的允许沉降量；位于坡地、岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。7.2.3、建筑桩基的安全等级建筑桩基安全等级与重要性系数安全等级破坏后果建筑物类型重要性系数一级二级三级很严重严重不严重重要的工业与民用建筑；对桩基变形有特殊要求的工业建筑一般的工业与民用建筑次要的建筑1.1（1.2）1.0（1.1）0.9（1.0）根据《建筑桩基技术规范》JGJ94-94进行设计时：①桩基承载能力极限状态的计算采用作用效应的基本组合和地震作用效应组合。②当进行桩基的抗震承载能力计算时，荷载设计值和地震作用设计值应符合《建筑抗震设计规范》GB50011-2001的规定。③按正常使用极限状态验算桩基沉降时采用荷载的长期效应组合。④验算桩基的水平变位、抗裂、裂缝宽度时，根据使用要求和裂缝控制等级，分别采用作用效应的短期效应组合。.根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002进行设计时：①按单桩承载力确定桩数时，传至承台底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合；相应的抗力采用单桩承载力特征值。②计算地基变形时，传至承台底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合；相应的限值为地基变形允许值。③确定桩承台高度、配筋和验算桩身材料强度时，上部结构传来的荷载效应组合按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。④验算桩台或桩身的裂缝宽度时，按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。7.2.4、桩基计算的荷载效应组合不同的分类标准（一）按承台

（二）材料（三）形状（四）按尺寸（五）承载机理（六）施工方法（七）施工对土体的挤土效应7.3桩的分类高承台桩：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软土层(一)按承台承台:将几个桩结合起来传递荷载低承台桩基高承台桩基（二）按桩材料分（桩身材料选择）木 便宜； 轻，易于处理 可修剪至任意长度 水位下耐久 水位上易腐烂 对荷载较大的情况不适用混凝土（钢筋混凝土） 适合桩的范围很广 地下水对混凝土的侵蚀 混凝土的质量控制非常重要钢

贵 易处理 承受很大的打桩应力 高强度、高抗弯刚度 长度可很长，可承担荷载大 暴露部分易腐 在海岸工程中长期使用需要保护 薄截面桩可能会屈曲复合桩（三）按桩的截面形状分实心 方桩 圆形桩空心

管桩 工字型桩

Y型桩等异型桩工Y（四）按尺寸按断面(直径）的大小：大直径:d>800mm;小直径:

d≤250mm;中等直径:250mm<d≤800mm按长度（长径比）短桩：L≤15m；

中长桩：15m<L≤40m；长桩:40m<L≤80m（>3)；超长桩：L>80mL/（：桩的特征长度）(五)按承载性状分(1)端承型桩：是指在竖向荷载作用下,桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承受。(2)摩擦型桩：是指在竖向荷载作用下，桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力承受。（六）按施工方法分预制桩 混凝土桩（实心、空心），预应力管桩 钢桩（各种截面） 沉桩方法：锤击、振动锤、静压灌注桩 沉管灌注桩 钻孔灌注桩 挖孔桩 爆破灌注桩 现浇薄壁管桩

关键就是要成孔打入桩锤击法沉桩是用桩锤（或辅以高压射水）将桩击入地基中的施工方法，适用于地基土为松散的碎石土（不含大卵石或漂石）、砂土、粉土以及可塑粘性土的情况。锤击法沉桩伴有噪声、振动和地层扰动等问题，在城市建设中应考虑其对环境的影响。打入预制桩——第一节桩体打入预制桩——电焊接桩

压入桩静压法沉桩是采用静力压桩机将预制桩压入地基中的施工方法。静压法沉桩具有无噪声、无振动、无冲击力、施工应力小、桩顶不易损坏和沉桩精度较高等特点。但较长桩分节压入时，接头较多会影响压桩的效果。钻孔灌注桩钻机钻孔吊钢筋笼入孔浇筑混凝土成桩挖孔灌注桩：指用人工方法挖掘成孔（护壁：砼），安放钢筋笼，灌注混凝土而成的桩。优点：可直接鉴别检验成孔质量，干作业，桩身质量易保证无挤土效应影响，施工简单，造价低。活瓣圆台形模板适用条件：粘性土和地下水位较低的条件，忌在含水砂层中施工，防止产生流砂塌孔。宜做大直径桩，单桩承载力大。缺点：劳动条件差。人工挖孔灌注桩人工挖孔桩人工挖孔灌注桩干浇混凝土（七）按施工对土体的挤土效应分 挤土桩：实心桩或者闭口的管桩打入或压入地基中，将挤开大量的土体。部分挤土桩：同样是打入或者压入到地基中，但截面积小，开口管桩，H型桩，I型桩或者箱形桩非挤土桩：首先在地基中取土成孔（钻、挖孔），然后在钻孔内成桩荷载传递机理发挥过程7.4.1单桩竖向承载力荷载传递(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

7.4

竖向荷载作用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。

竖向荷载下单桩的荷载传递7.4.2、桩侧负摩阻力问题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的作用，反而会产生下拉的摩阻力，使桩身的轴力增大，如图11-3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。1.产生桩侧负摩阻力的条件三类情况：第一类情况为桩周土在自重作用下固结沉降或浸水导致土体结构破坏、强度降低而下沉（湿陷）；第二类情况为外界荷载作用导致桩周土固结沉降；第三类情况为因降水导致桩周土中有效应力增大而固结。负摩阻力的分布中性点：桩截面位移与土层竖向位移相等的点位置：当桩周主要为产生固结的土层时，多为桩长的70%-75%（靠下方）处；桩支承在基岩上，中性点接近基岩面中性点之上出现负摩阻力；中性点之下出现正摩阻力。中性点处桩身轴力最大7.4.3.考虑桩侧负摩阻力的桩基承载力和沉降问题一般情况下对摩擦型桩基，可近似视（理论）中性点以上侧阻力为零计算桩基承载力。

对于端承型桩基，应计算中性点以上负摩阻力形成的下拉荷载，并以下拉荷载作为外荷载的一部分验算其承载力。

桩侧和桩端土能提供的承载力要超过桩身强度所能承受的荷载，桩身先于土发生曲折或桩顶压屈破坏。易发生桩身材料屈服破坏的桩型：端承桩超长摩擦桩屈曲破坏单桩的破坏形式7.5单桩承载力的确定方法整体剪切破坏桩穿透较软弱土层进入较硬持力土层，当桩底压力超过持力土层的极限承载力时，在土中形成完整的滑裂面，土体向上挤出而破坏。易发生整体剪切破坏的桩型：桩端进入硬土层的摩擦桩刺入剪切破坏桩周与桩端以下均为具有中等强度的均质土层。易发生刺入剪切破坏的桩型：均质土中的摩擦桩土较软土较硬单桩竖向承载力确定方法桩身材料强度能提供的承载力混凝土R=c

fcAp钢筋混凝土R=（c

fcAp+0.9fy’As）fy’—钢筋抗压强度设计值

—桩的稳定系数c—基桩施工的工艺系数静载荷试验是评价单桩承载力诸法中可靠性较高的一种方法。

缺点：时间长；费用高。静载荷试验挤土桩在设置后须隔一段时间才开始载荷试验。这是由于打桩时土中产生的孔隙水压力有待消散，且土体因打桩扰动而降低的强度也有待随时间而部分恢复。所需的间歇时间：预制桩在砂类土中不得少于7天；粉土和粘性土不得少于15天；饱和软粘土不得少于25天。灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后才能进行。加荷分级不应少于8级，每级加载量宜为预估极限荷载的1/8~1/10。符合下列条件之一时可终止加载：1.当荷载～沉降(Q~s)曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过40mm;2.Δsn+1/Δsn≥2，且经24h尚未达到稳定；3.25m以上的非嵌岩桩，Q~s曲线呈缓变型时，桩顶总沉降量大于60~80mm；4.在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大于100mm。单桩竖向极限承载力Qu应按下列方法确定：1.作荷载～沉降(Q~s)曲线和其他辅助分析所需的曲线。2.当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载值。3.当出现终止加载条件第二条的情况，取前一级荷载值。4.Q~s曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40mm所对应的荷载值，当桩长大于40m时，宜考虑桩身的弹性压缩。单桩竖向极限承载力Qu的确定1）按右式计算n根试桩的实测极限承载力标准值2）极差不超过平均值的30%时，取其平均值为单桩竖向抗压极限承载力在同一条件下，进行静载荷试验的桩数不宜少于总桩数的1％，且不应少于3根。3）当极差超过平均值的30%时，宜增加试桩数并分析离差过大的原因，结合工程具体情况确定极限承载力Qu。5)单桩竖向承载力特征值K—安全系数，取K=24）对桩数为3根及3根以下的柱下桩台，则取最小值为单桩竖向极限承载力Qu经验公式法仅限初步设计阶段或不很重要的工程qsik

—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，查表，和土性及成桩方法有关，沉管灌注桩小，因质量难保证；对预制桩有深度修正系数（灌注桩不修正）qpk

—桩端持力层极限端阻力标准值，查表，和土性及入土深度有关（a）一般预制桩、灌注桩（d<800mm）1)、《建筑桩基技术规范》l1l2l3qs1qs2qs3qpQAP—桩身的横载面面积(m2)；u

—桩身周长(m)，对于钻、挖、冲孔灌注桩应采用桩直径计算。li—按土层划分的各段桩长(m)。（b）大直径桩d≥800mmqsik

同样查表；qpk

为d=0.8m的端阻标准值Ysi

、Yp

—尺寸效应修正系数（c）嵌岩桩以往按端承设计，欠妥：桩不很短时侧阻部分发挥；嵌深段有侧阻，嵌深>5d则端承极小。所以嵌深度过大无用K—安全系数，取K=22）《建筑地基基础设计规范》式中Ra——单桩竖向承载力特征值；

qpa、qsia——桩端端阻力、桩侧阻力特征值，由当地静载荷试验结果统计分析算得（查表）；

Ap——桩底横截面面积；

up——桩身周边长度；

li——第i层岩土的厚度。

当桩端嵌入完整或较完整的硬质岩中时，单桩竖向承载力特征值可按下式估算：

Ra=qpaAp初步设计时按土的抗剪强度指标确定（少用）例题

有一根直径为480mm的灌注桩，桩长10.5m，桩侧土层自上而下依次为：淤泥，厚6m，qs1k=7kPa；粉土，厚2.5m，qs2k=28kPa；粘土，很厚（桩端进入该层2m），qs3k=35kPa，qpk=1800kPa。试计算单桩竖向承载力标准值和竖向承载力特征值。

（1）选择桩的类型和几何尺寸；（2）确定单桩竖向（和水平向）承载力设计值；（3）确定桩的数量、间距和布桩方式；（4）验算桩基的承载力和沉降；（5）桩身结构设计；（6）承台设计；（7）绘制桩基施工图。4.1.2桩基设计内容4.1.3桩基设计原则

《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）规定：建筑桩基采用以概率理论为基础的极限状态设计法，并按极限状态设计表达式计算。（1）承载能力极限状态：应于桩基受荷达到最大承裁能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：对应于桩基变形达到为保证建筑物正常使用所规定的限值或桩基达到耐久性要求的某项限值。4.2桩的分类与质量检测低承台桩：低承台桩基的承台底面位于地面以下高承台桩：承台底面位于地面以上4.2.1按承载性状分类摩擦型桩摩擦桩端承摩擦桩端承型桩端承桩摩擦端承桩4.2.2按施工方法分类锤击打入振动打入静压预制桩混凝土预制桩钢桩木桩4.2.2.1预制桩打入方式实心方桩：截面300-500mm

桩长25-30m

分节长度12m配筋：主要受起吊、运输、吊立和沉桩等各阶段的应力控制预应力混凝土管桩：先张法离心成型法制作高压蒸汽养护（PHC管桩）混凝土强度等级≥C80未经高压蒸汽养护（PC管桩）混凝土强度等级：C60-C80外径为300-600mm，节长5-13m。三股钢绞线大管桩与其它大管桩系列产品技术参数一览表

C2

型号

A0A1A2B1B2C1新型桩

外径（mm）10001200120012001200140014001200壁厚（mm）130130130145145150150145预留孔数

1820201618182016钢绞线数量（束）

1820203236364048轴向承载力（kN）85141064610105108871055413610132809600含混凝土拉应力抗裂弯矩（kN•m）7191032125014351571220021391944破坏弯矩（kN•m）10551468184621802360300031482767上海宝山钢铁集团马迹山港的25万吨级海上钢桩图一：电弧喷涂图二：防腐施工后图三：打桩现场图四：防腐处理锤击法135桩机+D100柴油桩锤施工桩锤桩斜撑立柱立柱支撑车体导杆式柴油打桩锤筒式柴油打桩锤液压桩锤具有桩锤短，打击力大，回跳次数多，噪音低，无油烟，燃料省等特点振动打入法

静压法沉桩深度一般应根据地质资料及结构设计要求估算，施工时以最后贯入度和桩尖设计标高两方面控制。最后贯入度系指沉至某标高时，每次锤击的沉入量，通常以最后每阵的平均贯入量表示。锤击法常以10次锤击为一阵振动沉桩以min为一阵最后贯入度则根据计算或地区经验确定，一般可取最后两阵的平均贯入度为10-50mm/阵。

4.2.2.2灌注桩灌注桩是直接在所设计桩位处成孔，然后在孔内下设钢筋笼（也有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；保证灌注桩承载力的关键在于桩身的成型及混凝土质量（1）沉管灌注桩打桩机就位灌注混凝土沉管边拔管边振动安放钢筋笼继续浇灌混凝土成型沉管灌注桩锤击：直径300-500mm，桩长20m

振动：直径300-500mm，内击式沉管灌注桩（弗朗基桩）吊脚桩缩颈桩（2）钻(冲)孔灌注桩钻（冲）孔灌注桩用钻机(如螺旋钻、振动钻、冲抓锥钻、旋转水冲钻等）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，可撑开钻头的扩孔刀刃使之旋转切土扩大桩孔，浇注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。泥浆护壁，泥浆应选用膨润土或高塑性粘土在现场加水搅拌制成，一般要求其比重为1.1-1.15，粘度为10-25s，含砂率<6％，胶体率>95%。施工时泥浆水面应高出地下水面lm以上，清孔后在水下浇灌混凝土。常用桩径：为800、1000、1200mm等。最大优点：入土深，能进入岩层，刚度大，承载力高，桩身变形小，并可方便地进行水下施工。

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1.2-1.5m400-600mm（3）挖孔桩挖孔桩可采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达所需深度后再进行扩孔、安装钢筋笼及浇灌混凝土而成。内径应≥800mm，开挖直径≥1000mm，护壁厚≥100mm，每节高500-1000mm，桩身长度宜限制在40m以内。特点：直接观察地层情况，孔底易清除干净，设备简单、噪音小、场区内各桩可同时施工，且桩径大，适应性强，比较经济。4.2.3按桩的设置效应分类排挤作用将使土的天然结构、应力状态和性质发生很大变化，从而影响桩的承载力和变形性质。这些影响统称为桩的设置效应。按设置效应可分为下列三类：（1）非挤土桩：如钻(冲或挖）孔灌注桩及先钻孔后再打入的预制桩，因设置过程中清除孔中土体，桩周土不受排挤作用，并可能向桩孔内移动，使土的抗剪强度降低，桩侧摩阻力有所减小。（2）小量挤土桩：冲击成孔灌注桩、H型钢桩、开口钢管桩和开口预应力混凝土管桩等。在桩的设置过程中对桩周土体稍有排挤作用，但土的强度荷变形性质变化不大。（3）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等在锤击和振动贯人过程中都要将桩位处的土体大量排挤开，使土体结构严重扰动破坏，对土的强度及变形性质影响较大。（1）开挖检查。（2）抽芯法。(直径100-150mm）（3）超声波检测法。（4）动测法。声波透视法测桩示意图对于内部有缺陷（离析、蜂窝、孔洞、裂隙、泥砂夹层、夹泥等）的混凝土，由于缺陷、裂缝使声波反射或绕射，波幅也将明显减小，4.2.4桩的质量检验：单桩工作性能的研究是单桩承载力分析理论的基础。通过桩土相互作用分析，了解桩土间的传力途径和单桩承载力的构成及其发展过程，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。

4.3竖向荷载下单桩的工作性能N0=Q由深度z处微元dz上静力平衡：τz与NZ关系：桩端阻力=桩底轴力桩侧总阻力：up桩周长桩顶位移δ0=sZ截面：Z=l时：4.3.1桩的荷载传递若通过沿桩身若干截面预先埋设应力量测元件（传感器）可获得桩身轴力Ns分布图，可利用上式求出τz和δz分布图。传感器4.3.2桩侧摩阻力和桩端阻力

桩侧土压力系数“拱作用”。σvc’不一定等于覆盖应力δu粘性土4—6mm砂土6—10mm.4.3.3单桩的破坏模式：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、桩的尺寸以及桩的类型

4.3.3.1屈曲破坏桩底坚埂、桩侧软弱，无约束；桩在轴向荷裁作用下如同一细长压杆出现纵向挠曲破坏。“陡降型”破坏4.3.3.2整体剪切破坏当具有足够强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，桩底土层不能阻止滑动土楔的形成，发生整体剪切破坏。

4.3.3.3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，桩在轴向力作用下将出现刺入破坏。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。当桩周土质较弱时，Q-s曲线“渐进破坏”的缓变型，无明显拐点，极限荷载难以判断，承载力主要由su确定；当桩周土抗剪强度较高时、Q-s曲线可能为陡降型，有明显拐点、桩的承载力主要取决于桩周土的强度。4.3.4桩侧负摩阻力（1）穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层；（2）桩周存在软弱土层，临近桩地面有较大长期荷载，或地面大面积堆载。（3）降低地下水位，土有效应力增加，产生显著沉降。QNl负摩阻力正摩阻力中性点深度la应按桩周土层沉降与桩的沉降相等的条件确定单桩负摩阻力标准值：桩周负摩阻力系数桩周第i层土平均竖向有效上覆压力(KPa)经验公式：软土或中等强度粘土：砂土：土的不排水抗剪强度桩周第i层土经钻杆长度修正后的平均标准贯入实验击数桩侧总的负摩阻力：桩的周长中性点以上各土层厚度4.4单桩竖向承载力的确定4.4.1按材料强度确定按材料强度确定单桩竖向求载力时，可将桩视为轴心受压杆件，根据桩材相应按《混凝土结构设计规范》或《钢结构设计规范》计算。混凝土桩：

4.4.2按地基土的支承能力确定

4.4.2.1静载荷试验方法试桩数量.不宜少于总数1%，并不少于3根。预制桩间歇时间：砂类土：10天；粉土、粘性土：15天；饱和粘性土：25天施工工艺系数（1）实验装置加荷稳压装置提供反力装置沉降观测装置

试验时加载方式常有慢速维持荷载法、快速维持荷载法、等贯入速率法以及循环加载法。工程中最常用的是慢速维持荷载法即逐级加载，每级荷载值约为单桩承载力设计值的1/5-1/8。当每级荷载下桩顶沉降量小于0.1mm/h时，加下一级荷载直到试桩破坏，再分级卸载引零。（2）终止加载条件①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24h尚未达到稳定③已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量时；（3）按试验结果确定单桩承载力根据沉降随荷载的变化特征确定QU根据沉降量确定QU一般：S=40-60大直径桩：S=0.03-0.06d细长桩（l/d>80)：S=60-80根据沉降随时间的变化特征确定Qn，取曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值作为极限荷载Qn。计算平均值Qn统计：桩极限承载历实测值与平均值之比：Αi的标准差：λ折减系数，查桩规范4.4.2.2按土的抗剪强度指标确定以土力学原理为基础，在土的杭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，所以仍是经验性公式。单桩极限承载力：

Qsu、Qpu

桩侧总极限摩阻力和桩端总极限阻力：由于桩的设置附加于地基上的重力，常设相等上式简化为：

4.4.2.3静力触探法静力触探是将圆锥形的金属探头，以静力方式按一定速率均匀压入土中，借助探头的传感器，测出探头侧阻fs及端阻qc。探头由浅入深测出各种土层的这些参数后，即可算出单桩承载力。

4.4.2.4经验公式法利用经验公式确定单桩竖向极限承载力标准值Quk，是一种沿用多年的传统方法，《桩基规范》在《地基规范》基础上，积累了丰富的资料，使其适用于各类基桩，并以极限状态设计形式表示。(1)一般预制桩及灌注桩

(2)大直径征(d≥0.8m)大直径桩的桩底持力层一般都呈渐进破坏，其Q-s曲线呈缓变型，单桩承载力的取值常以沉降控制，极限端阻随桩径的增大而减少，且以持力层为无粘性土时为甚。由于大直径桩一般为钻、冲、挖孔灌注桩，在无粘性土的成孔过程中将使孔壁因应力解除而松弛使侧阻降幅随孔径的增大而增大。(3)嵌岩桩一般情况下，只要嵌岩桩不是很短，上覆土层的侧阻力就能部分发挥；此外，嵌岩深度内也有侧阻力作用，故传递到桩端的应力随嵌岩深度增大而递减，当嵌岩深度达5d时，该应力接近于零。所以桩端嵌岩深度一般不是很大，超过某一界限则无助于提高桩的竖向承载力。4.4.3动力试桩法HQe土对桩的抗力回跳高度能量损耗材料的非弹性变形能量消耗系数确定十分复杂，与桩的材料、打桩方式、土的性质有关，采用不同的假定得出不同的α4.5桩基竖向承载力设计值

国内外大量工程实践和试验研究结果表明，采用单一的群桩效率系数不能正确反映群桩基础的工作状况，其低估了群桩基础的承载能力。目前工程上考虑群桩效应的方法有两种：①以概率极限设计为指导，通过实测资料的统计分析对群桩内每根桩的侧阻力和端阻力分别乘以群桩效应系数；②把承台、桩和桩间土视为一假想的实体基础，进行基础下地基承载力和变形验算。4.5.2承台下土对荷载的分担作用桩基在荷载作用下，由桩和承台底地基土共同承担荷载，构成复合桩基，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。承台底分担荷载的作用随桩群相对于基土向下位移幅度的加大而增强，为了保证台底与土保持接触而不脱开并提供足够的上阻力，则桩端必须贯入持力层促使群桩整体下沉。此外，桩身受荷压缩，产生桩-土相对滑移，也使底反力增加。

4.5.3按规范确定桩基竖向承载力设计值桩基的群桩效应难以通过承台一桩一土相互作用分析的理论方法求解，《桩基规》根据大量试验，经统计分析，给出了随基土类别、桩距-桩径比sa/d、承台宽-桩长比Bc／l等因素而变化的各项群桩效应系数值。其分别定义为：侧阻群桩效应系数：端阻群桩效应系数：侧阻端阻综合群桩效应系数：承台土阻力群桩效应系数：复合基桩或基桩的竖向承载力设计值R为：静载荷试验确定竖向承载力标准值时：Qck—相应于任一复合基桩的承台底地基土的总极限阻力标准值；qck—承台底1/2承台宽度深度范围（<=5m）内地基土极限阻力标准值;Ac—承台底地基土净面积；

γsγpγspγc—分别为桩侧阻、桩端阻、桩侧阻瑞阻综合抗力及承台底土阻抗力分项系数，可按表8.12采用；ηsηpηsp—分别为桩侧阻、桩端阻、桩侧阻端阻综合群桩效应系数，可按表8.13取值；ηc—台底土阻力群桩效应系数，可按下式计算：其中：当承台底面与土脱开(非复合桩基)时，不应考虑承台效应，即取ηc＝o，ηs、ηp、ηsp取表8.13中Bc/l=0.2一栏的对应值；对端承桩基和桩数不超过3根的非端承桩基，也不考虑群桩效应，ηc＝o，ηs=ηp=ηsp=1.04.6桩基承载力和沉降验算4.6.1桩顶作用效应荷载效应地震作用效应作用效应相应基本组合荷载效应基本组合地震作用效应基本组合4.6.1.1基桩桩顶荷载效应的计算假定：承台是刚性的各桩刚度相同x,y是桩平面惯性主轴轴心竖向力作用下:偏心竖向力作用下:水平力:当基桩承受较大水平力，或为高承台桩基时，桩顶作用效应的计算应考虑承台与基桩协同工作和土的弹性抗力。自重荷载分项系数取1.2，有利时1.04.6.1.2地震作用效应对主要承受竖向荷载的抗震设防区低承台桩，下列条件不考虑地震作用1、按《建筑抗震设计规范》规定可不进行天然地基和基础抗震承载力计算的建筑物。2、不位于斜坡地带和地震可能导致滑移、地裂地段的建筑物。3、桩端及桩身周围无可液化土层；4、承台周围无液化土、淤泥、淤泥质土。对位于8度和8度以上抗震设防区的高大建筑物低承台桩基，在计算各基桩的作用效应和桩身内力时可考虑承台与基桩共同工作和土的弹性抗力作用。4.6.2基桩竖向承载力验算4.6.2.1荷载效应基本组合轴心荷载：偏心荷载：4.6.2.2地震作用效应组合地震灾害调查表明，不论桩周土类别如何，基桩承载力均可提高25%。轴心荷载：偏心荷载：4.6.3桩基软弱下卧层承载力验算软弱下卧层经深度修正后的地基承载力标准值地基承载力分项系数，可取1.651.桩距sa<=6d，可按整体冲剪考虑：桩侧第I层土的极限侧阻力标准值2.桩距sa>6d，且硬持力层厚度t<(sa-dc)ctanθ/2的群桩基础，以及单桩基础，应作基桩冲剪破坏计算圆桩de=d方桩de=1.13b当建筑物对桩基的沉降有特殊要求，或桩端存在有软弱下卧层，或为摩擦型群桩基础时，尚应考虑桩基的沉降验算。目前在工程中计算桩基沉降量，仍假定桩群为一假想的实体深基础，按与浅基础相同的计算方法和步骤计算桩尖平面以下由附加应力引起的压缩层范围内地基的变形量，但计算过程中各土层的压缩模量，按实际的自重应力和附加应力由实验曲线确定，同时，基底边长取承台底面边长(ac、bc)；最后引入桩基等效沉降系数ψe对沉降计算结果加以修正，4.6.4桩基沉降验算桩基最终沉降量按分层总和法计算的桩基沉降量桩基等效沉降系数，可按《桩基规》有关规定计算。桩基沉降计算经验系数4.6.5桩基负摩阻力验算群桩中任一基桩：下拉荷载标准值Qgn，可取单桩下拉荷载Qn乘以负摩阻力桩群桩效应系数ηn（单桩ηn=1）当土层不均匀和建筑物对不均匀沉降较敏感时，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载计入附加荷载验算桩基沉降。验算基桩竖向承载力设计值R时:端承型基桩：应计入下拉荷载Qgn

，摩擦型基桩：取桩身计算中性点以上侧阻力为零QNl负摩阻力正摩阻力4.7桩的水平承载力与位移建筑工程中的桩基础大多以承受竖向荷载为主，但在风荷载、地震荷载、机械制动荷载或土压力、水压力等作用下，也将承受一定的水平荷载。尤其是桥梁工程中的桩基，除了满足桩基的竖向承载力要求之外，还必须对桩基的水平承载力进行验算。确定单桩水平承载力的方法，以水平静载荷试验最能反映实际情况，所得到的承载力和地基土水平抗力系数最符合实际情况，若预先埋设量测元件，还能反映出加荷过程中桩身截面的内力和位移。此外，也可采用理论计算，根据桩顶水平位移容许值，或材料强度、抗裂度验算等确定，还可参照当地经验加以确定。4.7.1单桩水平静载荷试验桩和承台：足够的强度、刚度和耐久性地基（主要桩端持力层)：足够的承载力和不产生过量的变形4.8桩基础设计①进行调查研究，场地勘察，收集有关资料；②综合勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构条件确定桩基持力层；③选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造；④确定单桩承裁力设计值；⑤根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平面布置；⑥根据桩的平面布置，初步拟订承台轮廓尺寸及承台底标高；⑦验算作用于单桩上的竖向和横向荷载；⑧验算承台尺寸及结构强度；⑨必要时验算桩基的整体承载力和沉降量，验算软弱下卧层地基承载力；⑩单桩设计，绘制桩和承台的结构及施工详图。设计桩基之前必须充分掌握设计原始资料，包括建筑类型、荷载、工程地质勘察资料、材料来源及施工技术设备等情况，并尽量了解当地使用桩基的经验。4.8.1收集设计资料4.8.2桩型、桩长和截面尺寸选择桩基设计时，首先应根据建筑物的结构类型、荷载情况、地层条件、施工能力及环境限制(噪音、振动)等因素，选择预制桩或灌注桩的类别，桩的截面尺寸和长度以及桩端持力层等。一般当土中存在大孤石、废金属以及花岗岩残积层中未风化的石英脉时，预制桩将难以穿越；当土层分布很不均匀时，混凝土预制桩的预制长度较难掌握，在场地土层分布比较均匀的条件下，采用质量易于保证的预应力高强混凝土管桩比较合理。桩的长度主要取决于桩端持力层的选择粘性土、粉土：不宜小于2d，砂类土：不宜小于1.5d，碎石类土:不宜小于1d。当存在软弱下卧层时:桩端以下硬持力层厚度不宜小于4d嵌岩灌注桩的周边嵌入微、中等风化岩体的dmin不宜小于0.5m，

桩端阻力的临界深度:

砂、砾为(3-6)d，粉土、粘性土为(5-10)d。桩端进入持力层的深度：桩全长l=承台底至持力层顶厚度+桩沉入持力层深度

+深入承台深度+桩尖长4.8.3桩数及桩位布置4.8.3.1桩的根数作用在承台上的轴向压力设计值承台及其上方填土的重力偏心受压轴心受压4.8.3.2桩的中心距桩的间距过大：承台体积增加，造价提高；间距过小：桩的承载能力不能充分发挥，且给施工造成困难

1、上部荷载的中心与桩群的横截面形心重合或接近。2、采用外密内疏4.8.3.3桩位的布置3、保持桩距Sa=(3-4)d为宜，扩底桩1.5-2.0d4.8.4桩身截面强度计算混凝土强度等级：预制桩：宜≥C30，不宜＜C20预应力混凝土桩：宜≥C30钢筋：预制桩主筋：计算确定，

4-8根14-25mm，

ρmian

宜≥0.8%，一般1%

静压法宜≥0.4%

保护层应＞30mm箍筋：直径：6-8mm，间距＜200mm灌注桩：混凝土强度：C15，水下＞C20，预制桩尖应＞C30。当桩顶轴向压力和水平力满足《桩基规》受力条件时，可按构造要求配置桩顶与承台的连接钢筋笼。一级建筑桩基，主筋：6-10根Φ12-14，ρmian

＞0.2％，锚入承台30dS(主筋直径)，伸入桩身长度≥

10d，且不小于承台下软弱土层层底深度；二级建筑桩基，主筋：4-8根Φ10-12，锚入承台30dS，且伸人桩身长度≥

5d，对于沉管灌注桩，配筋长度不应小于承台软弱土层层底厚度三级建筑桩基可不配构造钢筋。一般ρg可取0.2％一0.65％(小直径取高值，大直径取低值)对受水平荷载特别大的桩、抗拔桩和嵌岩端承桩应根据计算确定。主筋：长度一般可取4.0／α(α为桩的水平变形系数），当为抗拔桩、端承桩或承受负摩阻力和位于坡地岸边的基桩应通长配置。承受水平荷载的桩：主筋宜≥8Φ10，抗压和抗拔桩：≥6Φ10，周边均匀布置，净距≮60mm，

箍筋宜采用Φ6-8＠200-300mm的螺旋箍筋，受水平荷载较大和抗震的桩基，桩顶3—5d内箍筋应适当加密，当钢筋笼长度超过4m时，每隔2m左右应设一道Φ12-18的焊接加劲箍筋。主筋的混凝土保护层厚度应≥35mm，水下浇灌混凝土时应≥50mm。

预制桩除了满足上述计算之外，还应考虑运输、起吊和锤击过程中的各种强度验算。吊点位置应按吊点间的正弯短和吊点处的负弯矩相等的条件确定。4.8.5承台设计桩基承台可分为柱下独立承台、柱下或墙下条形承台(梁式承台)，以及筏板承台和箱形承台等。承台的作用是将桩联结成一个整体，并把建筑物的荷载传到桩上，因而承台应有足够的强度和刚度。

4.8.5.1外形尺寸及构造要求承台的平面尺寸一般由上部结构、桩数及布桩形式决定。通常，墙下桩基作成条形承台，即梁式承台；柱下桩基宜采用板式承台(矩形或三角形)，其剖面形状可作成锥形、台阶形或平板形。承台厚度应≥300mm，宽度≥500mm，承台边缘至边桩中心距离不应小于校的直径或边长，且边缘挑出部分应≥150mm，对于条形承台梁应≥75mm。为保证群桩与承台之间连接的整体性，桩顶应嵌入承台一定长度，对大直径桩宜100，对中等直径桩宜≥50mm。混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度宜≥30ds，对于抗拔桩基应≥40ds。承台的混凝土强度等级宜≥C15，采用Ⅱ级钢筋时宜≥C20。承台的配筋按计算确定，对于矩形承台板，宜双向均匀配置，钢筋直径宜≥Φ10，间距应满足100-200mm，对于三桩承台，应按三向板带均匀配置。最里面3根钢筋相交围成的三角形，应位于柱截面范围以内。

台底钢筋的混凝土保护层厚度宜≥70mm。承台梁的纵向主筋应≥Φ12。

4.8.5.2承台的内力计算模型试验研究表明，柱下独立桩基承台(四桩及三桩承台)在配筋不足的情况下将产生弯曲破坏，其破坏特征呈梁式破坏。①柱下多桩矩形承台式中MX,MY—垂直x、y轴方向计算截面处弯矩设计值；Ni——扣除承台和承台上土自重设计值后i桩竖向净反力设计值；当不考虑承台效应时，则为