第三章 桩基础(3.22) 兼容模式 修复的

第三章桩基础本章主要内容§3.1概述§3.2桩的分类及质量检验§3.3单桩的承载力§3.4群桩的竖向承载力§3.5承台设计§3.6桩基础设计软土层§3.1概述桩的应用1、历史－十九世纪以前，木桩(1)7000-8000年前浙江河姆渡(2)3000-4000年前在罗马(3)西安灞桥,北京御河桥,隋唐建塔2、十九世纪开始，材料和动力进步铸铁管桩(1824年)3、十九世纪末，现场钻孔桩

(1897)现场灌注护坡桩造价低现场灌注护坡桩造价低二、特点优点1、将荷载传递到下部好土层,承载力高2、沉降量小3、抗震性能好,穿过液化层4、承受抗拔(抗滑桩)及横向力(如风载荷)5、与其他深基础比较,施工造价低缺点施工环境影响,

预制桩施工噪音,

钻孔灌注桩的泥浆三、适用条件1、竖向荷载大而集中的结构及在沉降方面有较高要求的建筑物，如高层建筑、大型建筑；2、受大面积地面荷载影响的结构，如重型工业厂房；

3、作用有很大倾覆力矩的高耸结构物，如烟囱、铁塔；4、对沉降非常敏感的建筑,如精密设备基础；5、作为地震区的结构抗震性能。

§3.2桩的分类及质量检验一、桩的分类

(一)按承台分

承台:将几个桩结合起来传递荷载（二）按施工方法分（三）按设置效应分（四）按受力性能分（五）按桩径大小分软土层(一)按承台分承台:将几个桩结合起来传递荷载1、高承台桩承台在地面以上,水利工程中采用，由斜桩承受水平荷载，如高桩码头、海上采油固定式平台、桥桩,码头,栈桥等。2、低承台桩承台在地面以下,承台本身承担部分荷载(工业与民用建筑中采用)软土层低承台桩高承台桩(二)按施工方法不同分（预制桩和灌注桩）1、预制桩：在工厂或施工现场制作。

按采用的材料不同分为：钢筋砼桩、钢桩、木桩；

按沉桩方法不同分为：振动打入、静压和旋入等；(1)钢筋砼桩：承载力高，耐久性好，质量易保证，广泛采用；

普通实心方形截面：边长300~550mm，制作运输、堆放较方便。桩长：现场预制：25~30m工厂预制：≤12m，可以分节施工三角形空心桩、十字形桩：用料省，自重较轻；(2)木桩：杉木、松木桩，桩径（小头）160-260mm

桩长：4~6m，承载力低，较少采用；钢筋砼预制桩横截面类型空心三角形截面桩身2、灌注桩：直接在设计桩位处开孔，孔内放钢筋笼，浇筑砼而成；优点：节省钢材（可不加钢筋），持力层起伏不平时，可根据深度决定桩长，便于施工；沉管灌注桩：可以采用锤击、振动、振动冲击等方法沉管开孔。钻孔灌注桩挖孔灌注桩：人工或机械挖掘开孔(1)沉管灌注桩施工顺序：锤击、振动、振动冲击→沉入钢管→管内灌砼→振动拔管→上部三分之一按构造配筋，灌砼→成型。锤击沉管灌注桩：，桩长,打至硬塑粘土层或中粗砂层。优点：施工设备简单，进度快，造价低。缺点：可能产生缩颈、断桩，砼强度不足等事故；缩颈：（局部截面缩小）常发生在软硬土层交界处或软土层处，地表下不深处，拨管速度应控制在≤0.8m/min管内砼量应充足，灌注的充盈系数达1.1~1.5（实际砼用量与按桩径和桩长计算得出的体积之比），原因：软硬土层交界处、软土层处等土中拔管速度过快，混凝土没有充实；断桩：发生在地表下不深处，原因：相邻桩施工时振动作用产生水平力以及土体上拱形成桩身的拉力，桩距不宜太小，减少振动；（2）钻孔灌注桩钻孔桩，桩长，单桩承载力1～2MN。施工程序：钻机开孔→排除孔内土→清除孔底残渣→安放钢筋笼→灌砼目前国内的钻孔灌注桩在钻进时不下钢套筒，而是利用泥浆保护孔壁以防坍孔。桩径800，1000，1200mm，优点：承载力高，桩身变形小；（3）挖孔灌注桩：人工或机械挖掘开孔人工挖土：每挖0.9~1.0m深，浇灌砼护壁，在护壁内安装钢筋笼浇砼。挖孔桩直径：，深，，桩长

优点：设备简单，互不干扰，噪音小，孔底可以清除干净，较经济，适应性强。桩端Dd振动沉桩预制桩1－13m离心预应力预制钢筋混凝土人工挖孔桩广州市亚洲大酒店人工挖孔桩螺旋钻

沉管螺旋钻孔灌注桩粘性土砂性土

扩底桩人工挖孔扩孔桩（芝加哥法）英国1.0-3.0m0.6-0.9m爆破扩底桩内夯式扩底桩200kN钢锤碎石混凝土钢筋笼钻扩桩挤扩桩（支盘桩）（三）按设置效应分类桩的设置效应：桩周土所受排挤作用引起桩周土天然结构，应力状态和性质的变化，从而影响桩的承载力和变形性质；大量排土桩不排土桩小量排土桩（四）按受力性能分类端承型桩：桩上荷载由桩端承受，忽略桩身侧面的承载能力，变形很小。摩擦型桩：桩上荷载主要由桩侧摩擦力承受，同时考虑桩侧摩擦力和桩端下土的支承作用。端承桩摩擦桩PsPsP（五）按桩径大小分小直径桩中等直径桩大直径桩二灌注桩的质量检验1、开挖检查：只限于观察检查所开挖的外露部分；

2、钻芯法：在桩身内进行钻孔取砼芯样进行单轴抗压强度试验，了解砼有无离析、空洞等；3、声波检测法：预先在大桩中埋入3~4根金属管，利用超声波在砼不同强度中传播速度的变化来进行质量检测；4、动测法：小应变动测法(检验桩身完整性)、大应变动测法(测承载力)；

§3.3单桩的承载力单桩承载力取决于：（1）土对桩的阻力；（2）桩身材料强度。一、一般规定1、甲级建筑物：必须由现场静载荷试验确定单桩承载力；并结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定。试验桩数：在同一条件下的试桩数量不宜小于总桩数的1%，且大于等于3根。2、乙级建筑物：可参照地质条件相同的桩试验资料根据具体情况确定；3、丙级建筑物：可用经验公式估算。二、桩的承载力分析1、竖向承载力的组成（单桩竖向极限承载力）摩阻力所需位移很小端阻力需要较大位移;不同阶段二者分担比不同单桩轴向荷载的传递过程就是桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程。Q/kNQskQpkQS/mmQsk桩侧摩阻力Qpk桩端阻力2、桩侧摩阻力摩阻力的分布S0qs摩阻力Sp各点截面位移Q轴向力NS0Sp靠近桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥，侧阻力先于端阻力发挥。土的极限摩阻力影响因素

随着深度增加,砂土中存在临界深度

超静孔隙水压力消散，土的触变性打入预制桩,挤土使qs增加(1)挤密(2)残余应力钻孔预制桩,常使qs减少(1)泥皮(2)应力松弛但是也有水泥浆渗入土中使表面粗糙其他施工因素粘性土的摩阻力有时效,3、桩的端承力(1)常作为基础承载力问题(太沙基解)太沙基梅耶霍夫型很小(1)很难达到整体破坏(2)端承力与深度有关(3)存在临界深度极限承载力的三部分滑动土体自重产生的抗力滑裂面上的粘聚力产生的抗力侧荷载D产生的抗力(2)土的极限端阻力影响因素与土性有关,存在临界深度与施工方法有关桩端充填粉土z端阻qohcr三、

桩的负摩阻力1、负摩阻力的概念其存在降低了桩的承载力，并可导致桩发生过量的沉降摩擦力的方向与桩、土的相对位移有关：桩相对土上升：摩阻力向下为：“－”桩相对土下沉：摩阻力向上为：“＋”摩阻力的大小取决于：桩、土的相对位移、桩、土类别摩擦面法向力(1)桩周附近地面大面积堆载(2)大面积降低地下水位(3)欠固结土，新填土(4)湿陷性黄土遇水湿陷(5)砂土液化、冻土融解正摩阻力负摩阻力2负摩阻力的产生轴向力NlnNegative土位移Ss桩位移Sp-+摩阻力2、负摩阻力的确定：负摩阻力成为荷载的一部分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四、单桩竖直向承载力的确定桩身材料静载荷试验3经验方法：静力触探经验公式混凝土R=cfcAp钢筋混凝土R=cfcAp+fyAg钢筋抗压强度设计值1、静载试验法获得单桩承载力最可靠的方法锚桩反力梁

次梁锚筋锚桩主梁千斤顶百分表基准柱锚桩桁架法,2400吨桩顶试验中(2)通过静力载荷试验确定极限承载力Qu◎判断单桩竖向极限承载力Qu(各规范不同)如果有陡降点,取为Qu缓变曲线,取一定沉降

s=40mm(40-60mm)24小时未稳定,Sn对应的荷载◎确定平均值(极限承载力标准值),如离散太大,加一折减系数◎特征值Ra=2、静力触探、：修正系数qc,fsi：探头的端阻与侧阻双桥探头静力触探3、经验公式法地基承载力特征值桩身的混凝土强度c＝0.75

预制桩

0.6~0.7灌注桩端承桩：Q—相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值四、抗拔桩的承载力浮力,风荷载

1、现场抗拔试验

2、公式抗拔折减系数i：砂土0.5-0.7,

粉、粘土0.7-0.8五、横向受力桩的承载力确定小结单桩承载力=摩阻力+端阻力摩阻力-土性，深度（临界深度），入桩方式，桩土相对位移正摩擦力负摩擦力端阻力-土性，深度（临界深度），入桩方式确定单桩承载力的方法一群桩与群桩效应岩石土压力扩散深度>6d§3.4群桩的竖向承载力

群桩效应:由于承台、桩、土相互作用,群桩基础中的单根桩（基桩）单独受荷时的承载力和沉降性状，往往与相同地质条件和设置方法的同样独立单桩有显著差别，这种现象称为群桩效应。1、端承型群桩基础的群桩效应

桩底持力层较硬，桩身下沉量小，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，而桩端处承压面积小，各桩端的压力彼此互不影响。因此，有：端承群桩中各桩的工作特点与单桩工作情况基本一致；群桩承载力=各单桩承载力之和；群桩沉降量=单桩沉降量。岩石土

2、摩檫型群桩基础的群桩效应（1）群桩的工作特点：摩擦桩的侧摩阻力在土中引起的附加压力一般假定为按某一角度沿桩长向下扩散分布至桩端平面处。如果s<D（如s=(3~4)d）,摩擦群桩工作性状存在群桩效应，因桩端平面各基桩的应力互相叠加，使桩底压力增加，影响深度和范围增加。此时，摩擦群桩承载力不等于各单桩承载力之和，对于粘土尤其是软土地基，群桩承载力小于各单桩承载力之和,群桩沉降量大于单桩沉降量；砂土地基由于群桩产生挤密效应,桩侧摩阻力会增加，其中，中间桩增值大些，边桩和角桩小些，群桩承载力可能大于各单桩承载力之和。如果s>D（一般s>6d）,摩擦群桩各基桩的工作性状与单桩工作性状基本相同，因桩端平面各基桩的应力不存在互相叠加现象，此时，摩擦群桩承载力等于各单桩承载力之和，摩擦群桩沉降等于单桩沉降；压力扩散深度（2）承台的影响高承台：由于承台底面与土脱开，荷载全部由桩承担。承台主要是通过承台刚度对桩顶位移和荷载施加影响，类似于刚性浅基础基底反力问题。中心荷载作用下的刚性承台在迫使各桩同时均匀沉降的同时，也使各桩桩顶荷载分配有别,其中角桩最大、边桩次之，中间桩最小，桩数越多，差异越明显。随着承台柔度增加，各桩桩顶荷载的分配将逐渐与承台上的荷载分布一致。低承台：除了具有高承台的影响外，但由于低承台底面与土接触，承台底面通过桩间土反力分担荷载，使承台兼有浅基础作用，低承台桩基础也称为“复合桩基”。由于承台底可分担一部分荷载（从百分之十几到百分之五十以上），使桩基承载力随之提高。对发挥承台底桩间土反力的有利因素是：桩顶荷载水平高、桩端持力层可压缩、承台底面下土质好、桩身细而短、布桩少而疏。但下列情况下的低承台桩基在建成后，承台底面仍可能会与基土脱开：承台下为可液化土、湿陷性黄土、高灵敏度粘土、欠固结土、新近填土、可出现震陷、降水、沉桩过程产生高超静水压力及地面隆起的地基土。群桩与群桩效应1预制桩沉桩

砂土,非饱和土和一般粘性土，填土有挤密作用，使承载力增加。饱和粘土,超静孔压积累，地面上浮,先入桩上浮，土层扰动，使承载力降低。2应力叠加桩底应力增加，使承载力不足;总的沉降增加。3桩之间互相调节个别桩承载力低总体上可互补；个别桩受荷，其他桩帮助传递荷载。4承台可部分承受荷载。

国内外的大量工程实践和试验研究证明：用单一的群桩效应系数不能正确反映群桩基础的工作状态，原因是：群桩基础的沉降量只要满足建筑物桩基变形允许值的要求，无需按单桩的沉降量控制；群桩基础的基桩与单桩的工作条件不同，其极限承载力也不一样。目前工程上考虑群桩效应的方法有两种：群桩分项效率系数法：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一基桩的侧阻力和端阻力分别乘以群桩效应系数。《建筑桩基础技术规范》（JG94-2008）等代实体基础法：把承台、桩、桩间土当成一个整体埋置于桩端平面深度的深基础，进行承载力和变形验算。《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）四、群桩基础基桩竖向承载力的确定群桩分项效率系数法不再采用单一安全系数，代之以采用侧阻力、端阻力、承台土的抗力系数γs、γp、γc。或侧阻端阻综合抗力系数γsp和承台土的抗力系数γc。根据桩群-土-承台相互作用特性，经大量试验和统计分析，给出各项群桩效应系数：侧阻力群桩效应系数ηs、端阻力群桩效应系数ηp、侧阻端阻综合群桩效应系数ηsp以及承台土阻力群桩效应系数ηc。利用按规范与经验求得的单桩总极限侧阻力、端阻力，或按静荷载试验测得的单桩极限承载力，得基桩承载力设计值。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系数基桩承载力设计值为二粘性土中的群桩承载力

取下列两种破坏型式所得的较小值：

1、桩距较大，发生冲切剪切破坏，群桩竖向承载力=各根单桩极限承载力之和2、整体剪切破坏：群桩与桩间土看作假想的实体基础（假想实体基础）三砂土中的群桩承载力单排群桩

一般桩距

桩距

四、群桩承载力验算方法验算原则(1)符合下列情况之一可不验算群桩承载力=各单桩承载力之和a、端承桩桩基各桩的受力状态基本不相互影响b、摩擦桩桩基：柱下n<9

墙下不超过2排（条形承台）(2)符合下列情况之一需验算群桩承载力摩擦桩桩基：柱下：n≥9

桩距:≤6d（桩径）墙下：超过两排桩距≤桩径2.验算方法（视为假想的实体基础）

除了端承桩之外，对于群桩效应较强的桩基，均应验算群桩的地基承载力和软弱下卧层的地基承载力。

3.5桩承台的设计

一般的桩基础均要设置承台。作用：将桩联成一整体，把上部结构传来的荷载转换、调整、分配于各桩。分类：柱下独立承台、柱下或墙下条形承台、筏板承台、箱形承台。设计内容：确定承台材料及强度等级；几何平面形状和尺寸；承台结构承载力计算；符合构造要求内容参照《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）承台的最小宽度：不应小于500mm。承台边缘至边桩中心的距离：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（墙下条形承台不小于75mm）。承台厚度：条形和柱下独立承台不应小于300mm，筏板、箱形承台板的厚度应满足整体刚度、施工条件及防水要求。对于桩布置于墙下或基础梁下的情况，承台板厚度不宜小于250mm，且板厚与计算区段最小跨度比不宜小于1/20。承台最小埋深：500mm。承台混凝土的强度等级：不宜低于C20；承台底面钢筋的混凝土保护层不宜小于70mm，当设素混凝土垫层时，保护层厚度不应小于40mm。承台板下混凝土垫层：厚度宜为100mm，强度等级宜为C7.5。一、构造要求形状:方形,矩形,三角形,多边形,圆形最小宽度500mm最小厚度300mm桩外缘距离承台边150mm

边桩中心距离承台边1.0d桩嵌入承台大桩横向荷载100mm,

小桩50mm,钢筋伸入承台30d

(6)混凝土强度等级C20,保护层70mm1.0d15cm10cm

承台配筋：柱下独立桩基承台的受力钢筋应通长配置。矩形承台板宜双向均匀通长配筋，直径不宜小于φ10，间距100~200mm。对于三桩承台，应按三向板带均匀配置，最里面的三根钢筋相交围成的三角形应位于柱截面范围以内。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》关于最小配筋率的规定，主筋直径不宜小于φ12mm，架立筋不宜小于φ10mm，箍筋直径不宜小于φ6mm。承台与桩之间的连结：桩顶嵌入承台的长度，对于大直径桩不宜小于100mm；中直径桩不宜小于50mm。混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度不宜小于30~35倍主筋直径；对于抗拔桩不应小于40倍主筋直径。预应力混凝土桩可采用钢筋与桩头钢板焊接的连接方法。

承台之间的连接：对于单桩承台，宜在两个互相垂直的方向上设置连系梁；对于两桩承台，宜在其短向设置联系梁；有抗震要求的柱下独立承台，宜在纵横方向设置连系梁；连系梁顶面宜与承台位于同一标高，连系梁的宽度不宜小于250mm，高度取承台中心距1/10~1/15，配筋据计算确定，不宜小于4φ12mm。二、柱下桩基独立承台（一）承台受弯计算当承台配筋不足时承台将产生弯曲破坏。（梁式破坏）1、柱下多桩矩形承台

屈服线柱桩最大弯矩产生在平行于柱边两个方向的屈服线处

弯矩计算截面取柱边和承台高度变化处（杯口外侧或台阶边缘），按下式计算弯矩：算出弯矩后，按下式计算配筋后取各向最大值双向配筋，并应符合构造要求。

有：等边和等腰两种形式。(1)等边三桩承台式中

M—由承台形心至承台边缘距离范围内板带的弯矩设计值；Nmax—扣除承台和其上填土自重后的三桩中相应于荷载效应基本组合时的最大单桩竖向力设计值；

s—桩距；

c—方柱边长，圆柱时c＝0.866d（d为圆柱直径）。算出弯矩后，按下式配筋2、柱下三桩三角形承台注：《建筑地基基础设计规范》和《建筑桩基技术规范》不同(2)等腰三桩承台式中：M1,M2—分别为由承台形心到承台两腰和底边的距离范围内板带的弯矩设计值；

s—长向桩距；—短向桩距与长向桩距之比，当小于0.5时，应按变截面的二桩承台设计；c1、c2—分别为垂直于、平行于承台底边的柱截面边长。注：《建筑地基基础设计规范》和《建筑桩基技术规范》不同

（二）承台受冲切计算当承台有效高度不足时，承台将产生冲切破坏。承台冲切破坏的方式：柱对承台的冲切；角桩对承台的冲切。冲切破坏锥体斜面与承台底面的夹角≥45o柱边冲切破坏锥体的顶面在柱与承台交界处或承台变阶处，底面在桩顶平面处；角桩冲切破坏的顶面在内缘处，底面在承台上方；计算以矩形或方形桩、柱为例，圆形桩、柱换算成方形。计算中假定承台与地基土脱空，对非脱空承台偏于安全。(a)柱对承台冲切计算简图(b)矩形承台角桩冲切计算简图注：《建筑地基基础设计规范》和《建筑桩基技术规范》稍有不同（1）柱对承台的冲切验算Fh0aixaiyc1c245oF45oh0（2）角桩对承台的冲切验算①多桩矩形承台角桩的冲切（2）角桩对承台的冲切验算②三桩三角形承台角桩的冲切（三）承台受剪切计算

桩基承台的抗剪计算，在小剪跨比的条件下具有深梁的特征。柱下桩基独立承台应分别对柱边和桩边、变截面和桩边联线形成的斜截面进行受剪计算（如图)。当柱边外有多排桩形成多个剪切斜截面时，尚应对每个斜截面进行验算。b0如何定？axh0

1)对于阶梯形承台应分别在变阶处(A1-A1,B1-B1）及柱边处（A2-A2，B2-B2）进行斜截面受剪计算。计算变阶处截面A1-A1、B1-B1的斜截面受剪承载力时，其截面有效高度均为h0l

，截面计算宽度分别为by1和bx1。计算柱边截面A2-A2和B2-B2处的斜截面受剪承载力时，其截面有效高度均为h01＋h02，截面计算宽度按下式计算：b0的确定

2)对于锥形承台应对A-A及B-B两个截面进行受剪承载力计算截面有效高度均为h0，截面的计算宽度按下式计算：b0的确定

当承台的混凝土强度等级低于柱或桩的混凝土强度等级时，尚应验算柱下或桩上承台的局部受压承载力。当进行承台的抗震验算时，应根据现行《建筑抗震设计规范》的规定对承台的受弯、受剪切承载力进行抗震调整。（四）局部受压计算No结构与地质资料桩型、桩长、桩距初选承台底面标高确定单桩承载力确定桩数及其平面上的布置验算各桩荷载确定群桩承载力承台设计桩身结构设计一桩基础的设计步骤§3.6桩基础设计绘施工图

层，d=800mm-1000mm灌注桩和边长为450mm-500mm

的预制桩；二、桩的类型和桩长的选择1、楼层、荷载大小决定桩的类型层，d=500mm灌注桩和边长为400mm的预制桩；

层，d=1000mm-1200mm钻孔灌注桩和边长为≥500mm

的预制桩；2、桩尖入坚实土层深度（确定桩长）粘性土、粉土、砂土：不宜小于（1~3）d碎石土：不宜小于1倍桩径桩端下坚实土层厚度：不宜小于4倍桩径3、桩的设置深度（施工时桩的设置深度必须满足设计要求)持力层层面平整、土层均匀：土层复杂、层面起伏：三、桩的根数及布置1、桩的根数n

轴心受压时：偏心受压时：（1）截面形心和荷载合力作用点重合，仍按中心受压计算；（2）截面形心和荷载合力作用点不重合，按中心受压扩大

10%~20%2、桩的间距(s)

中心受压：

间距过大，承台体积和用量大；间距过小，摩擦桩应力重叠现象严重，沉降量增加；3、桩在平面上的布置（a）单排布置（墙下桩基）（b）双排、多排布置（墙下、柱下）a行列式b梅花式c不等距排列d纵横墙交接处四方布桩方式四、桩基础承载力计算和验算(一)群桩中单桩承载力特征值对于9根以上,非端承桩的桩基础,要考虑群桩效应,考虑承台承载能力单桩承载力特征值群桩效应系数抗力分项系数（二）桩基础中的单桩荷载验算1、竖直荷载(1)中心荷载实际分布假设的分布FG假设每个桩的荷载Ra—单桩承载力特征值XY三根桩的荷载计算MyMx

偏心竖向荷载

荷载线性分布假设MyMx987216345XYxiyi（三）假想实体深基础承载力验算当单独基础n9根