《基础工程》 课件 第4章 桩基础

基础工程第四章桩基础第四章桩基础知识要点桩基础概述桩的类型桩的适用条件桩与土的相互作用桩承载力的确定桩基的沉降桩基础设计第四章桩基础—1.概述软土层桩的功能桩Pile：指垂直或者稍倾斜布置于地基中，其断面相对其长度较小的杆状构件。桩的功能：通过杆件的侧壁摩阻力和端阻力将上部结构的荷载传递到深处的地基上。桩基础是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。第四章桩基础—1.概述桩基础历史悠久山西晋祠圣母殿河姆渡文化遗址的木桩基础山西晋祠圣母殿：建于北宋天圣年间（公元1023年一1032年），（崇宁元年公元1102年）重修，是我国宋代建筑的代表作。河姆渡文化遗址：约7000年前。第四章桩基础—1.概述适用范围广：适用于不同的地基、不同的建筑物承载力高：大直径桩、超长桩的使用沉降量小：利用深层坚硬地基（岩基）施工性好：可避免水下施工、机械化程度高减小工程量：避免深基坑开挖适用于不同的工作方式：受压、受拉、受弯桩基础特点第四章桩基础—2.桩的类型高承台桩基础低承台桩基础上部结构桩承台上部结构桩承台桩基础分类根据桩基承台底面位置的不同可将桩基础分为高承台基础和低承台基础(简称高桩承台和低桩承台)。高桩承台的承台底面位于地面(或局部冲刷线)以上，基桩部分桩身沉人土中，可避免或减少水下作业，施工较为方便，在桥梁工程中应用较广。低桩承台的承台底面位于地面(或局部冲刷线)以下，基桩全部沉入土中，其受力性能好，能承受较大的水平外力，多用于工业与民用建筑物。第四章桩基础—2.桩的类型按桩身材料划分按使用功能划分按承载性能划分按桩的设置效应按桩径大小划分桩的分类第四章桩基础—2.桩的类型按材料木桩钢筋混凝土桩钢管（型钢）桩复合桩木桩预制方桩钢管（型钢）桩钢筋混凝土管桩第四章桩基础—2.桩的类型管桩施工第四章桩基础—2.桩的类型预制方桩施工打入末节桩体电焊接桩第四章桩基础—2.桩的类型灌注桩第四章桩基础—2.桩的类型人工挖孔桩人工挖孔桩一般直径较粗，能够承载楼层较少且压力较大的结构主体，应用比较普遍。第四章桩基础—2.桩的类型沉管灌注桩采用锤击、静压、振动、振动冲击或内夯成孔。施工时在放样后先放置预制混凝土桩尖，再套上钢管沉入地基。也有钢管本身带有活瓣桩尖而不用预制混凝土桩尖。钢管沉入地基后在管内放入钢筋笼并浇注混凝土。沉管灌注桩施工工艺第四章桩基础—2.桩的类型钻进成孔下钢筋笼及导管灌注混凝土成桩各种钻孔桩在施工时都要把桩孔位置处的土排出地面，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，最后浇灌混凝土，钻孔桩一般用钢套筒护壁，所用钻机具有回旋钻进、冲击、磨头磨碎岩石和扩大桩底等多种功能，钻进速度快，深度可达120m，能克服流砂、消除孤石等障碍物，并能进入微风化硬质岩石。其最大优点在于能进入岩层，刚度大，因之承载力高而桩身变形很小。钻孔灌注桩施工工艺第四章桩基础—2.桩的类型钻孔灌注桩第四章桩基础—2.桩的类型按使用功能竖向抗压桩竖向抗拔桩水平受荷桩复合受荷桩竖向抗压桩竖向抗拔桩第四章桩基础—2.桩的类型按使用功能竖向抗压桩竖向抗拔桩水平受荷桩复合受荷桩水平受荷桩复合受荷桩第四章桩基础—2.桩的类型按承载性能摩擦桩端承摩擦桩端承桩摩擦端承桩摩擦型桩摩擦桩端承摩擦桩摩擦端承桩端承型桩端承桩第四章桩基础—2.桩的类型按成桩排土方式划分挤土桩预制桩沉管灌注桩部分挤土桩开口钢管桩H型钢桩开口预应力钢筋混凝土桩非挤土桩预钻的孔钢筋混凝土桩钻（挖、冲）孔灌注桩挤土效应：在饱和软土中进行密集桩群施工将导致土中超孔隙水压的剧增；地表隆起；浅层土体水平位移；深层土体位移；先打设的桩被抬起、挤偏、甚至弯曲、断裂。导致原有建筑物下沉、局部抬起，临近地面开裂、地下管线位移、破坏。第四章桩基础—2.桩的类型按尺寸按桩径d≤250mm小直径桩250mm＜d＜800mm中直径桩d≥800mm大直径桩按长度l>60m长桩l<10m短桩第四章桩基础—3.桩的适用条件要求：截面边长300—500mm，分节长度≤12m；预应力管桩外径300—600mm，分节长5—13m；优点：承载力高，耐久性好，质量较易保证缺点：自重大，打桩难，桩长难统一，工艺复杂钢筋混凝土预制桩第四章桩基础—3.桩的适用条件分类：沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔桩原理：直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼灌注混凝土成桩特点：能适应各种地层，无需接桩，施工时无振动，无挤土，，噪音小，宜在建筑物密集地区使用。施工关键：桩身的成型和混凝土质量。混凝土灌注桩第四章桩基础—3.桩的适用条件优点：重量轻、刚性好，装卸、运输、堆放方便，不易损坏；承载力高；桩长易于调节；排土量小，对邻近建筑物影响小；接头连接简单；工程质量可靠，施工速度快。缺点：成本高，易腐蚀，打桩机具设备较复杂，振动与噪音较大。钢桩钢桩第四章桩基础—4.桩与土的相互作用QpQQs桩土间的静力平衡第四章桩基础—4.桩与土的相互作用单位侧摩阻力qs的分布qs侧摩阻力u为桩的周长S0Sp各点位移Q轴向力NZ`S0SpNZqs第四章桩基础—4.桩与土的相互作用单位侧摩阻力qs的分布qs-s曲线

未发生剪切破坏之前，桩侧摩阻力qs（z）是截面位移s（z）成正比例

当桩侧与土之间的相对位移量使摩阻力达到其极限值时，桩土间的极限摩擦阻力qu可用类似于土的抗剪强度的库伦公式表达

第四章桩基础—4.桩与土的相互作用负摩阻力正摩阻力负摩阻力桩相对土向下土相对桩向下负摩擦的产生桩周附近地面大面积堆载大面积降低地下水位欠固结土,新填土湿陷性黄土遇水湿陷砂土液化、冻土融陷负摩擦力的确定成为荷载，下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻力。第四章桩基础—4.桩与土的相互作用lnNegative-+摩阻力轴向力N桩顶位移Sp桩身压缩Sc土的位移Se负摩擦区正摩擦区l中性点负摩阻力对于一般桩,因为桩土都有变形，视二者的相对位移量和方向。第四章桩基础—4.桩与土的相互作用消除或减小负摩阻力的措施负摩阻力土相对桩向下桩侧涂层法：在可能产生负摩阻力范围的桩段，采用在桩侧涂沥青或其他化合物的办法来降低土与桩身的摩擦，从而消减负摩阻力的方法称为涂层法；预钻孔法：在桩位采用预钻孔，然后将桩插入，在桩周围灌入膨润土混合浆，达到消减负摩阻力的方法，该方法一般适用于黏性土地层；地基处理法：对于松散填土、欠固结土层，如采用预固结法、强夯法等使土层密实；对于湿陷性黄土采用浸水等方法消除湿陷，从而达到消减与避免负摩阻力产生的方法；第四章桩基础—5.桩承载力的确定建筑桩基设计等级设计等级建筑类型甲级（1）重要的建筑（2）30层以上或高度超过100m的高层建筑（3）体型复杂且层数相差超过10层的高低层(含纯地下室)连体建筑（4）20层以上框架－核心筒结构及其他对差异沉降有特殊要求的建筑（5）场地和地基条件复杂的7层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑（6）对相邻既有工程影响较大的建筑乙级除甲级、丙级以外的建筑丙级场地和地基条件简单、荷载分布均匀的7层及7层以下的一般建筑第四章桩基础—5.桩承载力的确定桩基竖向（抗压或抗拔）承载力和水平承载力计算；对桩身和承台结构承载力计算；对桩侧土Cu小于10kPa、长径比大于50的桩进行桩身压屈验算；对砼预制桩应按吊装、运输和锤击作用进行桩身承载力验算；对钢管桩应进行局部压屈验算；桩端平面以下软弱下卧层承载力验算；对于抗浮、抗拔桩基应进行基桩和群桩的抗拔承载力计算；对抗震设防区桩基应进行抗震承载力验算。所有桩基均应进行承载力计算及稳定性验算建筑桩基设计原则第四章桩基础—5.桩承载力的确定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、荷载分布显著不均匀或桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基；软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础。需要进行沉降验算的桩基抗裂或裂缝开展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。建筑桩基设计原则第四章桩基础—5.桩承载力的确定单桩竖向承载力概念单桩竖向承载力是指单桩在外荷载作用下，不丧失稳定性、不产生过大变形时的承载能力。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，称之为单桩竖向极限承载力。第四章桩基础—5.桩承载力的确定影响承载力的因素竖向荷载作用下，桩丧失承载能力一般表现为两种形式：桩周土阻力不足，桩发生急剧且量大的竖向位移；或者虽然位移不急剧增加，但因位移量过大而不适于继续承载；桩身材料的强度不够，桩身被压坏或拉坏。桩的竖向承载力应分别根据桩周土体或岩体的阻力和桩身材料强度确定，采用其中的较小者。上部下部侧阻力端阻力第四章桩基础—5.桩承载力的确定单桩竖向承载力的基本验算《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008要求：荷载效应标准组合：轴心竖向力作用Nk

R偏心竖向力作用Nk

R

Nkmax1.2R式中Nk—基桩或复合基桩的平均竖向力；

Nkmax—桩顶最大竖向力；

R—基桩或复合基桩竖向承载力特征值。Nk第四章桩基础—5.桩承载力的确定《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008要求：地震效应和荷载效应标准组合：轴心竖向力作用NEk1.25R偏心竖向力作用NEk1.25R

NEkmax

1.5R式中NEk—基桩或复合基桩的平均竖向力；

NEkmax—桩顶最大竖向力；

R—基桩或复合基桩竖向承载力特征值。单桩竖向承载力的基本验算Nk第四章桩基础—5.桩承载力的确定

单桩竖向抗压承载力按经验公式计算按桩身结构确定承载力φ——纵向弯曲系数fc——混凝土轴心抗压强度设计值，kPa；f′y——纵向钢筋抗压强度设计值，kPa；A——桩身横截面积，m2；A′s——全部纵向钢筋的截面面积，m2。第四章桩基础—5.桩承载力的确定静载荷试验锚桩横梁压重平台联合方式压重平台方式第四章桩基础—5.桩承载力的确定静载荷试验对于陡降型Q-s曲线，可取曲线发生明显陡降的起始点（第二个拐点所对应的荷载为Qu；对于缓变型Q-s，宜根据桩顶总沉降量，取s=40mm对应的荷载值为Qu。桩端直径D大于等于800mm的桩，取s=0.05D对应的荷载值；桩长大于40m时，宜考虑桩身弹性压缩。对于s-lgt曲线，应取曲线尾部出现明显下弯的前一级荷载值；第四章桩基础—5.桩承载力的确定按静力触探法确定承载力当按双桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值Quk

时，对于粘性土、粉土和砂土，如无当地经验时可按下式计算：第四章桩基础—5.桩承载力的确定按静力触探法确定承载力（单桥探头）当根据单桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，如无当地经验可按下式计算：qsk—pc曲线

qsik——用静力触探比贯入阻力值估算的桩周第i层土的极限侧阻力；li——桩周第i层土的厚度；Psk——桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值（平值）；第四章桩基础—5.桩承载力的确定经验公式一般工况嵌岩桩大直径桩钢管桩、混凝土空心桩、后注浆灌注桩及液化效应的计算详见课本与规范。第四章桩基础—5.桩承载力的确定3456>6≤0.40.06~0.080.14~0.170.22~0.260.32~0.380.50~0.800.4~0.80.08~0.100.17~0.200.26~0.300.38~0.44>0.80.10~0.120.20~0.220.30~0.340.44~0.50单排桩条形承台0.15~0.180.25~0.300.38~0.450.50~0.60承台效应系数ηc考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值

c

—群桩效应系数Ac—基桩所对应的承台底地基土净面积不考虑地震作用考虑地震作用第四章桩基础—5.桩承载力的确定有效应力法计算负摩阻力下拉荷载对于摩擦型基桩，可取桩身计算中性点以上侧阻力为零，并可按下式验算基桩承载力。对于端承型基桩尚应考虑负摩阻力引起基柱的下拉荷载。负摩阻力出现时的承载力验算摩擦型基桩

端承型基桩

第四章桩基础—5.桩承载力的确定群桩效应预制桩沉桩：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；应力叠加：桩底应力增加,使承载力不足;总的沉降增加。侧阻发挥程度降低，端阻发挥程度提高;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。承台效应：承台可部分承受荷载。单桩承载力加起来等于群桩承载力？第四章桩基础—5.桩承载力的确定岩石土>6d压力扩散深度群桩效应第四章桩基础—5.桩承载力的确定软弱下卧层验算对于桩距不超过6d的群桩基础，桩端持力层下存在承载力低于桩端持力层承载力1/3的软弱下卧层时，需要验算软弱下卧层的承载力第四章桩基础—5.桩承载力的确定软弱下卧层验算各桩端的压力扩散线不相交于硬持力层中，即硬持力层厚度t<(sa-de)ctanθ/2的群桩基础及单桩基础第四章桩基础—5.桩承载力的确定承受拔力的桩基，应按同时验算群桩基础呈整体破坏和呈非整体破坏时基桩的抗拔承载力抗拔桩基承载力验算整体剪切非整体剪切第四章桩基础—5.桩承载力的确定水平承载力作用机理：水平荷载或弯矩作用下，桩身产生横向位移或挠曲变形，并挤压桩侧土体，同时桩侧土反作用于桩，产生侧向土抗力，桩土共同作用。破坏模式刚性桩（αh≤2.5）：桩身刚体转动破坏，承载力主要由桩的水平位移和倾斜控制；柔性桩（

αh≥2.5）：桩身发生挠曲变形，破坏时桩身某点弯矩超过截面抵抗矩或土体屈服失稳，承载力由桩身水平位移及最大弯矩值控制。刚性桩柔性桩HH第四章桩基础—5.桩承载力的确定单桩水平容许承载力取决于桩的截面刚度、入土深度、土质条件、桩顶容许水平位移和桩顶嵌固情况等因素。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。此外，也可根据理论计算，从桩顶水平位移容许值出发，或从材料强度、抗裂度验算出发，还可参考当地经验加以确定。水平静载荷试验极限荷载(Hu)是相当于桩身应力达到强度极限时的桩顶水平力，此外，使得桩顶水平位移超过30~40mm或者使得桩侧土体破坏的前一级水平荷载宜作为极限荷载。第四章桩基础—5.桩承载力的确定水平静载荷试验单桩水平静载荷试验装置加荷方法：对于承受反复作用的水平荷载的桩基，其单桩试验宜采用多循环加卸载方式，每级荷载的增量应取预估水平极限承载力的1/10~1/15。终止加荷的条件：当出现下列情况之一时，即可终止试验：桩身己断裂。桩侧地表出现明显裂缝或隆起。桩顶水平位移超过30~40mm(软土取40mm)。第四章桩基础—5.桩承载力的确定桩数n桩间距Sa4d5d6d30.6490.7370.8130.88140.6260.7130.8000.85860.5850.6730.7510.82190.5390.6280.7080.781120.5040.5960.6780.755160.4700.5660.6540.736200.4460.5460.6400.729注：d为桩径。桩的相互作用系数ηih(m)ηrh(m)ηrh(m)ηr2.62.923.02.483.42.322.72.803.12.423.62.232.82.673.22.383.82.232.92.573.32.354.02.22桩顶嵌固影响系数ηr根据单桩的水平承载力计算群桩的水平承载力

H0—群桩的水平承载力；n—桩的根数；H—单桩的水平承载力；ηH—群桩的水平承载力

效率系数。第四章桩基础—5.桩承载力的确定水平受荷桩的理论分析kh

：水平抗力系数常数法m法k法C法桩的位移第四章桩基础—6.桩基的沉降桩基沉降验算对以下桩基应沉降验算：地基基础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；摩擦型桩基。计算桩基沉降变形时，桩基变形指标应按下列规定选用：由于土层厚度与性质不均匀、荷载差异、体型复杂、相互影响等因素引起的地基沉降变形，对于砌体承重结构应由局部倾斜控制；对于多层或高层建筑和高耸结构应由整体倾斜值控制；当其结构为框架、框架－剪力墙、框架－核心筒结构时，尚应控制柱（墙）之间的差异沉降。

s—沉降计算值；[s]—桩基沉降容许值。第四章桩基础—6.桩基的沉降桩中心距不大于6倍桩径的群桩基础：其最终沉降量计算可采用等效作用分层总和法。附加应力自重应力平均附加压力等效作用面等效作用面Ψ见课本表4-30Ψe见《桩基技术规范》附录E桩基沉降验算第四章桩基础—7.桩基础设计桩基础的设计步骤No结构、地质和环境资料桩型、桩长、断面桩数和布置验算单桩承载力桩基沉降验算承台与桩身设计计算设计结束单桩承载力特征值RaNo荷载、持力层、相邻建筑根据施工条件决定桩型根据持力层深度确定桩长根据荷载大小决定桩截面桩端进入持力层深度：1～3d，进入较好岩体0.5m。桩端下持力层厚度>4d。根据第二节的方法确定单桩承载力特征值1单桩的静载荷试验2其他现场试验3原位测试4经验方法初估桩数nFk

竖向荷载效应的标准组合Gk

设计地面下承台底面以上结构和土的自重，容重用20kN/m3桩距摩擦桩一般>3d扩底灌注桩>扩底直径的1.5倍群桩承载力合力作用点与长期荷载的重心重合承载力验算采用正常使用极限状态下荷载效应的标准组合沉降验算采用正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合承台和桩身强度验算时采用承载能力极限状态下荷载效应的基本组合承台尺寸、厚度承台的抗冲切、抗弯、抗剪验算钢筋混凝土桩的配筋等设计第四章桩基础—7.桩基础设计结合上部结构和建设场地的情况，桩基础可采用以下各种类型。第四章桩基础—7.桩基础设计确定单桩竖向承载力需满足下列规定设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确定；设计等级为乙级的建筑桩基，当地质条件简单时，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；设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定。第四章桩基础—7.桩基础设计确定桩的数量和平面布置桩位布置墙下桩基桩的最小中心距：（一般3~4d)；尽量使群桩形心与荷载重心重合；纵横墙交接处宜布置桩。柱下独立承台桩的最小中心距：≥3d（一般3~4d)；边桩距承台边缘：≥d。

中心受压偏心受压第四章桩基础—7.桩基础设计二桩布置三桩布置四桩布置六桩布置单排布置双排布置交叉布置墙角布置桩位布置第四章桩基础—7.桩基础设计验算作用于单桩上的竖向力实际分布假设的分布FkGk竖直中心荷载作用中心荷载作用第四章桩基础—7.桩基础设计偏心荷载作用水平荷载作用验算作用于单桩上的竖向力第四章桩基础—7.桩基础设计承台设计承台的埋置深度一般与浅基础相同，主要由建筑物结构设计和环境条件决定；对于承台应进行抗弯、抗冲切和抗剪计算；构造基本要求承台形状：方形，矩形,三角形,多边形,圆形宽度≥50cm；厚度≥30cm；桩外缘距离承台边≥15cm；边桩中心距离承台边≥1.0D桩嵌入承台深度：大桩横向荷载≥10cm,小桩≥5cm,钢筋伸入承台30d混凝土标号不低于C30,保护层5cm配筋要求>5、10cm承台

1.0d15cm第四章桩基础—7.桩基础设计承台的抗弯计