《桩基设计与计算》 课件1 绪论、2 竖向受荷桩基的承载力、3 竖向受荷桩基的沉降

桩基设计与计算第一章绪论1第二章竖向受荷桩基的承载力2第三章竖向受荷桩基的沉降3第四章水平受荷桩基的承载力与位移4第五章桩基础的常规设计方法（一般步骤、高层建筑桩基、桥梁桩基、桩基础的抗震设计）5第六章复合疏桩基础的设计6第七章抗滑桩的设计与计算7*第八章桩基施工与检测8目录CONTENTS第一节桩基础的定义及应用第二节桩基础的分类第三节桩基工程的发展概况第四节桩基设计与计算概述第一章绪论地基基础地基基础方案天然人工浅深条形基础筏板基础独立基础荷载增大基础面积随之增大扩展基础交叉条形基础桩基础增加基础面积尽量采用浅基础场地浅层土质不能满足构筑物对地基承载力和变形的要求不适宜采取地基处理措施时，

考虑将荷载传至深部土层的深基础方案

主要有桩基础、沉井、地下连续墙等其中桩基历史最悠久、应用最广泛浅基础深基础第一节桩基础的定义及应用一、桩基、基桩的定义桩基础桩和承台组成。通过承台把若干根桩的顶部连接成整体，共同承受荷载的一种深基础。基桩桩基础中的每根桩软弱土层坚实土层上部结构承台桩把若干根桩连接成整体二、承载功能及承载机理承受竖向荷载承受水平荷载承受上拔荷载——由桩端下土阻力和桩周土摩阻力、

承台下土反力共同承担。——由桩侧土层的侧向阻力承担——由桩周土的摩阻力承担三、桩基础的适用情况1、荷载需由深部土层承担。2、构筑物要求沉降量小且均匀。3、需承受较大的水平荷载。4、需承受较大的上拔力。5、需抗震及减振。6、需水下机械化施工。如浅部土层较软，或浅部土层会被冲刷。如高层建筑、桥台、码头。如地下车库、干船坞等底板受水浮托力。第二节桩基础的分类一、按桩身材料分类混凝土桩素混凝土、钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土制成的桩钢桩采用钢材制成的管桩和H型钢桩组合材料桩由两种材料组合而成的桩型。如钢管混凝土桩木桩防腐处理，适用于水位以下。现只用于临时性工程二、按成桩方法分类（施工工艺）预制桩灌注桩先制桩，后沉桩先成孔，后灌注成桩工艺1

预制桩沉桩钢筋混凝土桩实心方桩空心方桩（静压法）打入、压入、振入制桩

预应力钢筋混凝土桩预应力空心方桩：500×500、600×600

工厂预制L＝4～15m钢桩

H型钢桩

常见300×300～500×5002

灌注桩（实心圆截面）钻（冲）孔灌注桩沉管灌注桩夯扩灌注桩人工挖孔灌注桩

成孔（旋转钻机或冲击钻机)→沉放钢筋笼→水下灌注混凝土

沉管（振动沉管或锤击沉管)→灌注混凝土→（内夯扩底）→边振动拔管边灌注混凝土→放钢筋笼→继续灌注混凝土（正循环排渣法、反循环排渣法）短、粗：开挖深度不超过25m；直径最大可达4m。下导管和钢筋笼浇筑水下混凝土成桩成孔钻孔灌注桩施工顺序清孔泥浆经钻杆内腔流向孔底，将钻头切削下来的岩土钻渣，经钻杆与孔壁的环状空间，携带至地面。泵吸反循环是利用离心泵的抽吸作用，在钻杆内腔造成负压状态，在大气压力作用下，冲洗液经经钻杆与孔壁的环状空间流向孔底，与岩土钻渣组成混合液，被吸入钻杆内腔，排入地面泥浆循环系统。反循环正循环沉管灌注桩的施工比较1、振动、噪声

大

小2、挤土效应预制桩（实心、封底管桩)、沉管（夯扩）灌注桩挤土钻孔桩、挖孔桩非挤土部分挤土部分预制桩（开口式管桩、H型钢桩）3、沉桩能力预制桩（打入、振入)、沉管（夯扩）灌注桩大预制桩（静压)、钻孔桩小4、造价预制桩大灌注桩小配筋：搬运起吊和锤击时的施工工况控制的，远超过正常工作荷载对强度的要求，桩身混凝土标号高、含筋率高，主筋要求通长配置，用钢量大省去了预制桩的制作、运输、吊装和打入等工序，桩不承受这些过程中的弯折和锤击应力，从而节省了钢材和造价。仅承受轴向压力时，可不用配置钢筋，或仅用少量的构造筋；需配置钢筋时，按工作荷载要求布置，通常只在上部配筋，不用接头，节约了钢的用量，也不需使用高标号混凝土，一般情况下，比预制桩经济。（但PHC管桩较经济)5、质量稳定性预制桩的接头是桩身薄弱环节灌注桩的桩身混凝土质量不易控制和保证、清孔质量影响承载力（桩底沉渣及桩侧泥皮）。6、施工工效高低预制桩灌注桩（工序多）预制混凝土方桩PrecastconcretesquarepilePHC管桩PrestressedhighstrengthConcretepipepile灌注桩钢管桩3

挤扩支盘灌注桩由主桩、底盘、中盘、顶盘及数个分支所组成。根据地质情况在硬土层中设置分支及承力盘。通过液压挤扩设备，对各分支和承力盘周围土体施以三维静压，经挤密的周围土体与砼桩身、支盘紧密地结合为一体，发挥了桩土共同承力作用。支盘桩承力盘盘径较大如：φ600mm—φ1000mm的主桩，盘径可达2000mm，其面积为主桩截面的4倍，若加上各盘环和各分支的面积总和可多达20倍。利用钢筋笼底部和侧面预先埋设的注浆管,在成桩后2-30天内用高压泵进行高压注浆浆液通过渗入、劈裂、填充、挤密等作用与桩体周围土体结合，固化桩底沉渣和桩侧泥皮，起到提高承载力、减少沉降等效果。包括：桩底后注浆、桩侧后注浆、桩底桩侧复式后注浆4

后注浆工艺三、按成桩对环境的影响分类(挤土效应）挤土桩部分挤土桩非挤土桩1

按桩径大小分小直径桩d≤250mm中等直径桩250<d<800mm大直径桩d≥800mm四、按桩的几何尺寸及特征分类2

按桩的截面形状分——圆形、方形、矩形、三角形及H形3按桩尖（端）形式分——锥形、平底、扩头五、按承载功能和机理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主动桩被动桩桩直接承受外荷载，并主动向桩周土中传递应力。如承受风力、地震力、车辆制动力的构筑物桩基。桩不直接承受外荷载，只是由于桩周土在自重或外荷下发生变形或运动而受到影响。是被动承受侧向土压力。如深基坑支护桩、港口码头及路堤边坡的抗滑桩。六、按承台位置分类低承台桩基高承台桩基承台底面位于地面（或冲刷线）以下承台底面位于地面（或冲刷线）以上高承台桩基承台位置较高或设在施工水位以上，可避免或减少墩台的水下作业，施工方便，经济。刚度较小，在水平力作用下，承台及基桩露出地面的一段自由长度周围无土来共同承受水平外力基桩的受力情况不利，桩身内力和位移都将大于在同样水平外力作用下的低承台桩基稳定性方面不如低承台桩基好七、按桩轴方向分类竖直桩单向斜桩多向斜桩工程实例/事故迪拜塔Thehighestbuildingintheworld,828m桩筏基础螺旋灌注桩:192根，直径1米，长度47米筏板厚度：3.7米基岩：钙质砂岩，60米以下钻孔灌注桩上海中心Thesecondhighestbuildingintheworld楼高632m，地上119层，地下室5层基岩：地表以下250米桩筏基础筏板：混凝土体积60881m3,直径121米，厚6m，嵌入深度30.8米

后注浆大直径超长灌注桩：980根、直径1米、长86米地下连续墙：66幅，长50米，厚1.2米钻孔灌注桩上海环球金融中心楼高492米，地上101层，地下3层结构体系：4个角部组合巨型柱+核心筒基岩：地表以下250米桩筏基础主楼筏板：混凝土体积37800m3，直径100m，

厚度4~4.5m，开挖深度22m钢管桩：直径700mm，长79m钢管桩上海500kv世博地下变电站地下建筑：地下室深度34.5米，水浮力>结构自重桩长82米

扩底抗拔桩2019年8月28日上午深圳罗湖区船步路附近一栋6层高楼房坍塌沉管灌注桩专家组现场研判，初步认为：沉管灌注桩，摩擦桩房屋基底土层较差，建筑下方有暗渠暗渠水流常年作用下造成桩周水土流失和桩身腐蚀，最终造成桩基础发生脆性破坏，导致楼体局部倾斜下沉。上海市地基基础设计规范2010中规定：预应力混凝土管桩在抗震设防烈度为8度时禁用。上海莲花河畔——楼脆脆事件（2009年6月27日）PHC管桩概况层数：13层上部结构：钢筋混凝土剪力墙基础：条形承台梁+桩基桩基“PHC管桩”第三节桩基工程的发展概况初级阶段(19世纪之前)

发展阶段

(19世纪后期~20世纪中叶)钢管桩和钢筋混凝土桩逐渐使用并发展桩型不多，设计理论和施工技术简单现代化阶段(20世纪中期以后）木桩经济发展、建筑规模扩大，新桩型和新工艺的发展计算机技术的应用，基础理论研究发展桩基工程技术的发展历史桩基工程最新进展施工工艺和技术设计计算试验和检测桩端（侧）后注浆长螺旋压灌灌注桩挤扩支盘桩大桩径、超长桩桩基础的变形控制理论桩基与上部结构共同作用理论复合疏桩基础复合受荷桩室内模型试验、离心试验现场大吨位载荷试验现场桩基检测测试技术第四节桩基设计与计算概述桩基荷载:不超过地基的承载能力桩基变形量:小于允许变形值桩基结构:（包括承台和桩身）

应有足够的强度、刚度及耐久性一、总原则和技术要求二、设计计算内容及其方法桩基设计桩基类型、桩径、桩长桩数及平面布置桩身结构及承台结构设计桩基计算结构强度验算承载力计算变形计算内容计算结果分析施工图绘制桩基础设计计算方法承载力极限状态（Ultimatelimitstate/ULS）桩基达到最大承载能力、整体失稳或发生不适于继续承载的变形验算内容承载力（桩基持力层和下卧层）桩基稳定性桩身和承台的结构强度桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值验算内容沉降量和水平位移桩身裂缝正常使用极限状态（Serviceabilitylimitstate/SLS）荷载：标准组合抗力：承载力特征值或容许值安全系数：根据经验确定可靠度不明确1、基于容许承载力的定值设计法

承载能力极限状态验算方法2、以概率理论为基础的极限状态设计法荷载、承载力、变形参数的实测值是具有变异性和不确定性的随机变量荷载效应：取基本组合抗力：取强度设计值采用分项系数失效概率符合规定的限值，达到一定的可靠度抗力恒载活载1.61.21.4荷载承载力定值标准组合特征值/容许值=标准值/安全系数概率基本组合设计值=标准值/分项系数承载力极限状态桩基计算结构强度验算承载力计算变形计算定值设计法概率极限设计法三、本课程学习内容桩基计算理论常规桩基础的设计（五）竖向受荷桩基（承载力与沉降）（二、三）水平受荷桩基（承载力与变形）（四）*桩基施工与检测（八）非常规桩基础的设计（六、七）桩基设计与计算第一章绪论1第二章竖向受荷桩基的承载力2第三章竖向受荷桩基的沉降3第四章水平受荷桩基的承载力与位移4第五章桩基础的常规设计方法（一般步骤、高层建筑桩基、桥梁桩基、桩基础的抗震设计）5第六章复合疏桩基础的设计6第七章抗滑桩的设计与计算7*第八章桩基施工与检测8目录CONTENTS第二章竖向受荷桩基的承载力第一节单桩的竖向抗压承载性状第二节单桩竖向抗压承载力的确定第三节群桩的竖向抗压承载性状第四节群桩竖向抗压承载力的确定第五节桩的竖向抗拔承载力第六节桩的负摩阻力第一节单桩的竖向抗压承载性状把桩顶荷载P传递给地基通过桩侧摩阻力QS及桩端阻力QP传递PQSQP总摩阻力总端阻力桩的作用一、桩的荷载传递荷载传递过程：复杂的、动态桩侧、桩端阻力发挥：与桩土相对位移有关，有极限值桩侧阻力qS、桩端阻力qP与桩土相对位移S的函数曲线形状复杂，与土层性质、埋深、施工工艺和桩径等有关1、荷载传递函数（一）影响桩侧阻力qS

及桩端阻力qP的因素PQSQP荷载传递函数？分类加工软化型加工硬化型土非软化硬化型主要特征参数极限阻力qu极限位移suqsu1su1qsu3qsu2su2su3发挥极限值pSu、qSu所需的极限位移Su不同发挥端阻极限值qSu所需位移较大（桩底直径10％以上）发挥侧阻极限值pSu所需位移较小

（粘性土为4～6mm，

砂性土为6～10mm）研究人员拟合实测曲线，提出荷载传递函数表达式代表性：指数曲线，双曲线和理想弹塑性关系桩侧摩阻力的传递函数桩端阻力的传递函数

影响桩的荷载传递(桩侧阻端阻的大小及分布)因素很复杂主要因素：荷载大小荷载传递函数（与土层性质、埋深、施工工艺和桩径等有关）荷载大小不同，相应的QS及QP大小和分布不同2、桩顶荷载继续增大，桩端处：QZ不为零，桩端反力(端阻QP

）发挥，桩端出现竖向位移。持续增大，位移继续增大，桩侧摩阻力全部达极限，新增荷载将全由桩端土承担。荷载很大，桩端阻力达极限，桩将急剧下沉、破坏。PQSQPPQSQZ＝0PQSQZ＝0荷载较小，上部桩身压缩，侧阻QS发挥，桩身轴力QZ=P-QS，QZ随深度递减。某截面处Q＝0增大，QS自上而下发挥荷载大小不同，相应的QS及QP大小和分布不同，即桩的荷载传递情况不同某级荷载作用下桩的荷载传递情况Q0桩顶荷载QP桩端反力位移SZ摩阻力qsz轴力QZ如何求解Q0作用下的SZ、qsz、QZ的分布呢？QS=qsUL理论分析试验研究(1)深度效应（端阻）qPZhcptc临界深度：入土深度超过一定深度后，

端阻不再随深度增加而增大。3、影响qS、qP

的其它因素临界厚度：桩端持力层下有软弱下卧层，

桩端与软弱下卧层距离小于某一厚度时，

端阻力将受影响而降低。(2)成桩效应挤土桩：增强非挤土桩：减弱(3）尺寸效应（桩端）随着桩尺寸的增大，桩端极限阻力变小。

①对于软土（c≤1MPa），尺寸效应并不显著，在工程上可以不考虑；②对于硬土层，如中密－密实砂土（c≥10MPa），尺寸效应明显，值得注意。Φpa随d的增大呈双曲线型减小砂土密实度愈大，Φpa愈小Φpa：表征桩端阻力尺寸效应系数Meyerhof（1988）不同密实度砂土，φpa随桩径d变化关系(4）荷载工况静载试验，快、慢速加载对试验结果有一定影响。同一根钻孔灌注桩经过一次静载试验后（获得Qu1），再进行第二次试压（获得Qu2），两次试桩的结果，往往Qu1

≠Qu2。

粉土、砂土，Qu2>Qu1一次超载预压作用，桩周及桩底非粘性土剪切硬化，孔底沉渣被压实第二次比第一次增加20%~45%粘性土，Qu2<Qu1一次试压后，桩周土体被剪切破坏扰动，短时间内无法充分恢复初压Qu1=1920kN，隔天复压（快速法）Qu2=1440kN，降低了25.0%间隔较长时间后复压，承载力可能又会增加第2次试验不能得到客观真实的结果（二）桩的荷载传递分析影响桩的荷载传递主要因素：荷载大小、荷载传递函数。求解Q0作用下的qz、SZ、QZ的分布？Q0桩顶荷载QP桩端反力QS=qsUL位移SZ摩阻力qsz轴力QZ①基本公式桩身轴力QzQ0QSQZsZzS0Spl1、荷载传递的理论分析桩顶位移S0任意截面位移SZQz求一次导SZ求二阶导②基本微分方程③方程解根据边界条件及假定荷载传递函数（qZ-SZ关系式）求解。按照求解微分方程的途径不同，荷载传递分析主要有解析法、位移协调法。解析法传递函数为简单曲线方程，直接代入微分方程求得解析解。代表性的传递函数模型：理想弹塑性模型(佐藤•悟,1965)位移协调法传递函数复杂，难以直接求得解析解将桩划分成许多单元体，从桩端开始分析，考虑每个单元的内力与位移协调关系，用迭代法求解桩的荷载传递及桩顶沉降量。qs边界条件结果某级荷载Q0下的SZ、qz、QZ沿深度Z的分布桩顶荷载QO与桩顶沉降S0的关系理想弹塑性模型的解析解方法Z=L时，Z=0时，QZ=Q0QZzQ0Qpl2、荷载传递的实测试验分析桩的静载荷试验,同时测得桩身轴力QZ②某级Q0下

桩侧摩阻力qz

桩端反力qp③某级Q0下SZ的分布④得到一些参数qz-sz的关系参数qp-sp的关系参数。①Q0-S0关系曲线即：测定Q0、S0、QZ→求得qs、qp、Sz荷载传递函数长10m、直径600mm的钢筋混凝土灌注桩，桩身埋设钢筋计，经静载荷试验测得桩身不同深度处的桩身轴力QZ如下表所示，试计算沿桩身各部位的桩侧摩阻力qs和桩端土阻力qp

。U=πd=3.14×0.6=1.884(m)0―2m,2―4m,4―6m,解：深度(m)0246810桩身轴力Qz(KN)700650480260140100【例题2-1】6―8m,8―10m,QP=Qz=100(KN)；校核：qsz（三）影响荷载传递性状的因素1）Eb/Es2）Ep/Es3）L/d4）D/d二、单桩桩顶荷载沉降Q—S曲线及单桩破坏模式（1）桩侧土弹性阶段0-1段（直线）桩身各点的摩阻力<极限侧阻，qs(z)<qsu

（2）桩侧土弹塑性阶段1－2段（曲线）桩头附近侧阻力达到极限（1点），Q～s为曲线。桩侧土达塑性状态后，不再具有抗变形刚度，桩位移增大，即Δs/ΔQ不断增大。（3）桩侧土完全塑性阶段2－3段（直线），桩侧阻力全部达到极限,新增荷重全部由桩端承担，直到持力层破坏。（一）桩的理想化Q-S曲线Q/kNs/mm123O该Q-s曲线为理想化的曲线均质地基传递函数为理想弹塑性实际工程桩：Q-s曲线复杂得多摩擦型桩桩端持力层地基反力小，2-3段较陡。整个Q-s曲线呈陡降型。端承型桩桩端持力层地基反力大，2-3段较缓。整个Q-s曲线呈缓变型缓。Q/kNs/mm123O（二）单桩破坏模式及Q-S曲线形式1、桩身材料破坏（端承桩/柱桩）桩底支承在坚实的基岩上，桩侧为软土破坏：桩身压曲Q-S曲线：呈现明显破坏荷载桩承载力：取决于桩身材料强度破坏拐点前，曲线是平缓型桩身强度大，桩端穿过抗剪强度较低土层，达到强度较高土层破坏：桩底土体：逐渐形成滑动面桩底持力层以上软土层：不能阻止滑动土楔的形成土体整体剪切破坏桩顶急剧下沉Q-S曲线：出现明显拐点、明确破坏荷载桩承载力：取决于桩底土层支承力，桩侧摩阻力作用很小2、桩端土整体剪切破坏（端承型摩擦桩）破坏拐点前，曲线是缓变型3、刺入剪切破坏（摩擦型桩）桩身强度大，桩入土深，桩周土强度均匀破坏：桩侧：剪切破坏桩端：刺入破坏桩身贯入土中Q-S曲线：没有明显转折点强度=桩侧摩阻力+桩底阻力曲线上无明显拐点曲线属于陡变型4、桩侧纯剪切破坏（纯摩擦桩）桩端土层软弱破坏：桩侧纯剪切破坏Q-S曲线：竖直向切线强度：侧摩承担，端阻不起作用破坏拐点前，曲线是陡变型Q-S曲线形式的小结端承型桩：破坏前，Q-S曲线缓变型摩擦型桩：破坏前，Q-S曲线陡变型*关于端承型桩与摩擦型桩的划分主要取决于土层分布，但也与桩长、桩的刚度、桩端是否扩底、成桩方法等有关。举例：桩的长径比l/d增大l/d≥40，均匀土层端阻分担荷载比趋于0l/d≥100，即使桩端位于坚硬地层，端阻分担荷载值也可以忽略第二节单桩竖向抗压承载力的确定一、概述桩基极限状态承载能力极限状态沿桩身全长摩阻力和桩端阻力达到极限，或桩身材料强度达极限。再增加荷载，将产生整体失稳或出现不适于继续承载的变形。正常使用极限状态桩基变形达到建筑物正常使用允许极限值。单桩在荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载变形时所对应的最大荷载。1、单桩极限承载力2、单桩容许承载力（承载力特征值）、承载力设计值单桩极限承载力单桩承载力特征值（容许值）单桩承载力设计值安全储备——定值设计法——可靠度设计法设计方法承载力定值特征值特征值/容许值=标准值/安全系数可靠度分析方法概率极限状态设计值设计值=标准值/分项系数（1）安全系数法（建筑桩基规范08版）（2）分项系数法

（上海市地基基础设计规范）Ra——特征值（桥涵规范称容许值）Qu——标准值K——安全系数(＝2)，经验确定R——承载力设计值Qsk——侧阻标准值Qpk——端阻标准值γs——侧阻抗力分项系数，概率理论γp——端阻抗力分项系数，概率理论我国相关规范对此采用的方法及术语不同承载力验算，荷载与承载力确定方法配套行业标准《建筑桩基技术规范》国标《建筑地基基础规范》《公路桥涵地基基础规范》静载试验单桩承载力特征值上海地基基础规范设计值（分项系数法）设计方法荷载承载力定值标准组合特征值/容许值=标准值/安全系数概率极限状态基本组合设计值=标准值/分项系数注意：3、单桩极限承载力的确定方法静载荷试验法经验参数法静力计算法静力触探等原位测试动力法单桩极限承载力：反映桩身材料、桩侧土和桩端土性状、施工方法等的综合指标主要由土阻力方面确定由桩身材料强度方面确定轴心受压、偏心受压、桩身压曲破坏JGJ94-2008桩基规范设计等级对应方法甲级静载试验乙级1地质条件简单静力触探等原位测试+经验参数2其余单桩静载试验丙级原位测试+经验参数设计采用的极限承载力标准值JGJ94-2008桩基规范静载试验《建筑基桩检测技术规范》JGJ106大直径端承桩深层平板（直径一致）试验确定端阻力嵌岩桩直径0.3m岩基平板载荷试验——极限端阻力直径0.3m嵌岩短墩载荷试验——极限侧阻力/端阻力经验参数法极限侧/端阻力标准值——轴力测试元件由静载试验确定建立标准值与土的原位测试指标间的经验关系包括：土层物理指标、岩石饱和单轴抗压强度、静力触探等竖向承载力标准值、侧阻和端阻的标准值确定二、竖向静载荷试验1、试验装置：加载系统+量测系统加载加载千斤顶反力架：锚桩、压重量测荷载传感器位移计2、试验方法加载：逐级等量加载慢速维持荷载法循环加卸载法快速维持和再发测定每级荷载下的桩顶沉降终止加载条件3、试验成果曲线与承载力的确定荷载位移曲线曲线有陡降拐点时Q-s曲线s－lgt曲线Q－s曲线无明显拐点时一般取s＝40～60mm对应的荷载s-lgt曲线静载试验：确定单桩承载力标准值Q-s曲线发生明显陡降的起始点对应的荷载尾部明显向下弯曲的前一级荷载值三经验参数法土的物理指标与承载力参数之间的经验关系规范给出桩侧、桩端阻力经验参数表《建筑桩基技术规范》《公路桥涵地基与基础设计规范》《水运工程桩基设计规范》选用各行业、各地方承载力参数表全国各地

地基性质差别很大各行业桩基也有各自特点*混凝土预制桩及中小直径灌注桩*钢管桩

λp——桩端土塞效应系数*大直径桩（d≥800mm)

ψsi、ψ

p——桩侧阻、端阻尺寸效应系数*混凝土空心桩λp——桩端土塞效应系数Aj——空心桩桩端净面积AP1——空心桩敞口面积*嵌岩桩ζr——嵌岩段侧阻和端阻综合系数

与嵌岩深度、岩石软硬有关frk——岩石单轴抗压强度标准值土中、极限侧阻力嵌岩段、极限侧端阻力*后注浆灌注桩βsi

βp

——后注浆侧阻力、端阻力增强系数无当地经验,按表2-5取值桩径>800mm，尺寸效应修正非竖向增强段极限侧阻后注浆竖向增强段极限侧阻后注浆极限端阻lgi——后注浆竖向增强段内第i层土厚度（m）泥浆护壁成孔灌注桩，单一桩端后注浆，桩端以上12m桩端桩侧复式注浆，桩端以上12m及各桩侧注浆断面以上12m，重叠扣除干作业灌注桩，桩端以上、桩侧注浆断面上下各6m解：表2-3查得极限侧阻标准值qsik①黏土层：qs1k=55kPa②粉土层：qs2k=46~66kPa，取qs2k=56kPa

③粉细砂层：qs3k=48~66kPa，取qs3k=57kPa

④中砂层：qs4k=74~95kPa，取qs4k=85kPa

有效桩长（承台底至桩端）16.5-1.5-0.5=14.5m，表2-4查得极限端阻标准值:qpk=5500~7000kPa，取qpk=6300kPa

某预制桩截面尺寸为450mm×450mm桩尖高度0.5m桩尖入土深度16.5m（天然地面）承台埋深1.5m试确定该预制桩的竖向承载力特征值依次穿越土层：①厚度h1=4m、液性指数IL=0.75的黏土层②厚度h2=5m、孔隙比e=0.805的粉土层③厚度h3=4m、中密的粉细砂层④桩尖进入密实的中砂层3.5m竖向极限承载力标准值竖向承载力特征值【例题2-2】四静力计算法土力学原理、静力分析1、极限端阻力的计算以刚塑体理论为基础，假定不同的破坏面形态，便可导出不同的极限端阻力理论公式，如太沙基公式：Nc、Nr、Nq——承载力系数，与土的φ有关ζc、ζr、ζq——桩端形状系数B、h——桩端直径及桩的入土深度C——土的内聚力γ、γ0——桩端以下土的有效重度\桩端以上土的有效重度2、极限侧阻力的计算qsu计算总应力法：α法(粘性土)有效应力法：β法(非粘性土)

λ法(粘性土)1)α法（属于总应力法）Cu——桩侧粘土层的平均不排水剪切强度α——取决于cu和桩进入粘土层的厚度2）β法(有效应力法)

3)λ法(综合了α法、β法的特点)λ根据大量静载荷试验资料回归分析得出随桩入土深度l增加而递减，至20米以下变化较小反映了侧阻的深度效应。λ～l的关系五静力触探法静力触探资料1、单桥探头qsik——静力触探比贯入阻力值估算，查规范表格psk——桩端附近静力触探比贯入阻力标准值

应考虑桩端全截面以上8d（d为桩径）和以下4d范围内土层的影响探头——锥尖角度600，锥底截面积15cm2，侧壁高度7cm。单桥——只有一个桥路测量系统，只能测量一个参数（比贯入阻力ps）2、双桥探头fsi——第i层土的探头平均侧阻力qc——桩端平面以上4d、以下1d范围内的探头阻力平均值双桥——有两个桥路测量系统，分别测量锥头阻力qc及侧壁摩阻力fs。六动力法间接方法：打桩公式、动测法1、打桩公式理论基础：刚体（桩）碰撞能量守恒打桩：桩受锤冲击贯入土中过程贯入度：打入桩受到锤一次冲击贯入土中距离打桩公式：贯入度与桩锤锤击能量、土的阻力（相当于极限承载力）

关系的表达式（1）能量守恒Q——锤重H——落距e——贯入度R——桩的贯入阻力h——桩锤回弹高度α——损耗系数，0<α<1锤击功QH转化有效功：桩沉入土所作功Re无效功桩锤回弹Qh其它能量消耗αQH（如发声、发热、锤垫的变形等）（2）打桩公式确定承载力精度较低α值影响因素复杂，变化范围大与桩材料、打桩方法（有无桩垫、桩帽等）、土性质等有关，很难确定假设桩为刚体，采用简化弹性碰撞模式条件：长桩、桩锤能量不足、桩身刚度不足、贯入度很小，结果：锤击能量消耗在桩身弹性变形，该模式与实际相差大桩的极限承载力打桩公式应用贯入度e桩承载力Qu计算承载力√？施工停锤标准？√（预期）2、动测法桩顶施加动力作用，通过测定桩的动力响应，分析桩的工作性状动力响应信号的时域信号、频率信号、传递函数分析应力（应变）、加速度、速度、频率、振幅动力作用大锤小锤设备瞬态瞬态稳态冲击力脉冲荷载持续周期荷载高应变法低应变法承载力确定桩身质量检测（完整性）桩土永久位移桩土弹性变形高应变法低应变法激振能量：足以使桩土之间发生相对位移，桩产生永久贯入度用于承载力测定激振能量较小只能激发桩土体系某种弹性变形不能使桩土之间产生相对位移土的弹性变形与其强度之间并没有内在的因果关系仅用于桩身质量（完整性）测定高应变动测法测定桩基强度锤击贯入法（其原理类似打桩公式法）Smith法（波动方程分析法）Case法波形拟合法对应力波和速度波等进行分析得到打桩时的阻力具体参见第八章七由桩身强度确定单桩承载力

1.桩身轴心受压承载力2）当桩身不符合上述规定时

桩自由长度较大的高承台桩周为可液化土层地基承载力特征值<25kPa

2.桩身偏心受压承载力一般不考虑偏心距的增大影响高承台桩距桩身穿越液化土土的不排水抗剪强度<10kPa考虑偏心距

3.桩身压屈计算打入式钢管桩，验算桩身局部压屈1)当t/d=1/80~1/50，ds<600mm，

最大锤击压应力<钢材屈服强度设计值

3)当ds≥900mm2）当ds>600mm时

可不进行局部压曲验算t-钢管桩壁厚，d-钢管桩外径

第三节群桩的竖向抗压承载性状一、群桩效应基本概念群桩效应——承台、桩、土之间相互影响和共同作用群桩效率系数η和沉降比ζ基桩极限承载力单桩极限承载力群桩沉降量单桩沉降量η越小、ζ越大，群桩效应越强，即群桩承载力越低、群桩沉降越大。承载力沉降工作性状复杂，桩群中任一基桩工作性状都不同于孤立的单桩。群桩承载力≠各单桩承载力之和群桩沉降明显超过单桩二、群桩效应的机理分析群桩基础通过桩顶承台连接群桩－土－承台形成相互影响、共同作用的体系群桩的工作性状与单桩有很大的区别相互作用桩与土桩与桩承台与桩土桩1桩2承台土1、桩与土相互作用挤土桩非密实砂土及非饱和粘性土挤土效应使土挤密，增加桩的侧阻力饱和软土挤土引起超孔隙水压力，随后孔压消散、桩间土再固结触变恢复侧阻、端阻有显著时间效应软粘土中挤土桩承载力随时间增长土的再固结还会发生负摩阻力桩所承受的力由侧阻及端阻传递到地基土荷载传递类型（端承桩及摩擦桩）、桩距都会影响群桩效应端承桩，群桩效应不明显摩擦桩，群桩效应明显桩距越小，群桩效应越明显2、桩与桩相互作用岩石土压力扩散深度端承桩大间距小间距摩擦桩承台下桩间土分担荷载摩擦型桩基，承受荷载可高达总荷载三分之一甚至更高承台与土面可能分开，分担荷载作用不存在、不可靠3、承台与桩土相互作用承台对于各桩的摩阻力和端承力有影响承台底部土、桩、承台三者有基本相同的位移，减少了桩土相对位移，桩顶附近桩侧阻力不能充分发挥。承台底面向地基施加附加应力，桩侧阻力和端阻力增加。刚性承台调节各桩受力中心荷载下桩顶竖向位移基本相等，各桩分担竖向力不等

受力：角桩>边桩>中心桩，马鞍形分布整体作用会使质量好、刚度大的桩多受力，质量差、刚度小的桩少受力，增加了桩基础的总体可靠度端承桩大部分荷载由桩端传递桩侧摩阻力及承台土反力传递荷载较小桩－土－承台相互影响小，

群桩效应弱摩擦桩大部分荷载由桩侧摩阻力传递承台土反力传递荷载桩－土－承台相互影响大

群桩效应强常规桩距为3～4d群桩效应是桩－土－承台相互影响、共同作用的结果。影响因素很多，主要取决于桩型、桩数和桩距。小结群桩效应弱端承型桩基桩数小于4根的摩擦型桩基承载力群桩＝单桩之和基桩＝单桩群桩效应强摩擦型群桩上部结构刚度好、体型简单的建筑物差异沉降适应性较强的排架结构和柔性构筑物变刚度调平设计的桩基刚度相对弱化区软土地基的减沉复合疏桩承载力群桩≠单桩之和基桩≠单桩群桩＝基桩之和群桩效应有很多影响因素，主要取决于桩型、桩数和桩距：如何考虑群桩效应？三、群桩的荷载传递特性低承台桩基，由于承台-地基土-桩的相互作用，桩基的工作性状、荷载传递均趋于复杂，明显不同于独立单桩群桩基础中，桩的侧阻和端阻、承台土反力、桩顶反力等都随着群桩的桩距、桩数、桩长、承台宽度等变化而呈现出一定的变化规律桩距承台桩长土性侧阻桩距承台土性端阻桩距桩端持力层桩群内外面积比承台底土性挤土固结荷载水平承台土反力桩距承台与上部结构刚度桩数土性荷载水平桩顶反力四、群桩的破坏模式整体破坏非整体破坏群桩承载力计算模式：由群桩破坏模式确定群桩破坏模式理论上：群桩侧阻破坏、群桩端阻破坏实用上：整体破坏、非整体破坏土性、桩距、承台设置方式、成桩工艺有关整体破坏砂土、粉土、非饱和松散黏性土中的挤土桩，

桩距较小低承台群桩非整体破坏无挤土效应的钻孔群桩1、侧阻破坏侧阻呈非整体破坏，单桩单独破坏整体剪切破坏桩端持力层为密实砂土或硬黏土，上覆层为软土，桩不太长局部剪切破坏上覆土层为非软土刺入破坏存在软弱下卧层、桩端持力层为松散、中密砂土、粉土、高压缩性黏土

2、端阻破坏整体剪切、局部剪切、刺入破坏，与侧阻破坏模式有关侧阻呈整体破坏，桩端演变成单独实体墩基

局部剪切/刺入破坏

基础底面大、埋深大

群桩整体失稳

存在软弱下卧层整体剪切破坏桩短、持力层土层密实

第四节群桩竖向抗压承载力的确定一、群桩承载力确定方法群桩效率系数法极限平衡法侧阻呈桩土整体破坏

（忽略群桩效应）模式一模式二（等代墩基法）侧阻呈桩土非整体破坏1、群桩效率系数法：单桩承载力为参数Ru——基桩极限承载力Qu——单桩极限承载力η

——群桩效率系数2、极限平衡法：土体强度为参数（1）侧阻呈桩土整体破坏小桩距（s≤3d）挤土型低承台群桩侧阻呈整体破坏，侧阻剪切破裂面发生于群桩、土形成的实体基础外围侧表面群桩承载力计算：视群桩为“等代墩基”（实体深基），有两种计算模式第一种实体深基础承载力Pu桩群周边极限侧摩阻力桩端平面处桩群外包尺寸面积上土的极限承载力Pu＝Psu＋Ppu＝2(A0＋B0)∑li·qsui＋qpu·A0·B0

qsui——第i层土的极限侧阻力qpu——实体基础底面单位面积承载力

可按浅基础承载力公式计算

A0、B0、L——实体基础长边、短边长和桩长

Pu＝qpuA·B考虑/4的扩散角桩端平面面积扩大，其上承载力作为Puqpu——实体基础底面单位面积承载力

可按浅基础的极限承载力公式计算

A0、B0、L——实体基础长边、短边长和桩长

第二种——桩侧各土层内摩擦角加权平均值（2）侧阻呈桩土非整体破坏

各桩单独破坏，侧阻剪切破裂面发生于各基桩桩土界面或近桩表面土体中多见于非挤土型桩群及饱和土中挤土型高承台群桩忽略群桩效应,极限承载力的计算

qsui、qpu按静力法计算二、规范中采用的计算方法桩距<6d，高桩承台

桩距≥3d-6d,且桩端进入良好持力层桩距≥6d

《建筑桩基技术规范》桩距<

6d，≥4根桩,摩擦桩，群桩效率系数法《公路桥涵地基与基础设计规范》桩距<

6d，≥

9根桩，多排摩擦桩，极限平衡法/(等代墩基法)（第二种：桩端平面处土的承载力）桩距>6d，不考虑群桩效应,单桩承载力xN不考虑群桩效应,桩承载力xN《水运工程桩基设计规范》桩距<3d-6d，且桩端进入良好持力层群桩效率系数法群桩效率系数η基桩极限承载力单桩极限承载力94版规范：引入考虑承台、桩、土相互作用的分项群桩效应系数各因素对群桩效应效果不同，单一系数难以如实反映群桩问题侧阻：ηs端阻：ηp承台：ηc08版规范：只考虑承台效应系数ηc，为简化计算且留更多安全储备粘性土：侧阻削弱效应与端阻增强效应某种程度上相互抵销非粘性土：侧阻与端阻效应ηs、ηp一般大于1试验表明：低桩承台的分担荷载作用明显，不可忽视分项群桩效应系数1、94版规范复合基桩承载力设计值RQsk

、Qpk——单桩侧阻端阻标准值Qck——有效承台面积地基土承载力总极限阻力标准值

A

c——承台底与土接触的面积

f

ck——承台底1/2承台宽度深度范围（≤5m）内地基土极限承载力标准值基桩：群桩基础中的单个桩复合基桩：考虑承台效应的基桩荷载试验时：桩侧阻力与桩端阻力未分离

R＝ηspQsp/γsp＋ηcQck/γc

Qsp——载荷试验确定的单桩极限承载力标准值ηsp——桩侧阻力桩端阻力综合群桩效应系数复合基桩承载力特征值RRa—单桩承载力特征值fak—承台底1/2承台宽度深度范围(≤5m）内地基土的承载力特征值Ac—基桩所对应分配的承台底与土接触的净面积A—承台底面积Ap—单桩截面积当承台底面以下是软土、欠固结土、湿陷性黄土等，不考虑承台作用2、08版规范只考虑承台效应三、群桩软下卧层的承载力计算桩端持力层厚度有限，其下为软弱下卧层时，软弱下卧层验算群桩可能出现的破坏模式

（1）基桩冲剪破坏（2）群桩冲剪破坏基桩冲剪破坏群桩整体验算原则附加应力+自重应力<承载力特征值位置：软弱下卧层顶面处σz＋σcz≤faz

σz——附加应力σcz——地基土自重应力

faz——深度修正后地基土承载力特征值软弱下卧层顶面处1、基桩单独冲剪破坏桩距>6d高桩承台群桩低承台下地基土可能出现自重固结、液化、湿陷、震陷、挤土隆起后再固结等的群桩桩距略小于6d，但桩侧土层很软弱假设桩端应力扩散不重叠，扩散角θ（查表）

N——桩顶竖向荷载qsi——第i层土的极限侧摩阻力de——单桩直径

t——桩端以下持力层的厚度2、群桩整体冲剪破坏桩距≤6d基桩桩端冲剪锥体扩散线在持力层中相互交叉重叠σz二种方法计算（1）扩散角法

（2）近似线弹性理论假设群桩和桩间土为实体基础（1）扩散角法压力以θ角向下扩散，扣除实体基础周边极限侧阻力

F——桩承台顶面竖向力设计值

G——承台及台上土的自重

A0、B0——实体基础长边、短边长

qsi

——第i层土的极限侧摩阻力

ht——桩端以下持力层的厚度

P0深基础基底附加压力P0基底附加压力向下扩散作用在软弱层顶附加应力σzFGGfθθA0Az0zLtQsσz（2）按线弹性理论近似计算

σz＝a（σh－γ1h）

有条件时可按Mindlin应力解计算

压缩模量Gh——实际基础自重，承台+桩土第五节桩的竖向抗拔承载力一、概述（1）塔式高耸结构物的桩基础如高压输电塔、电视塔、微波通信塔、烟囱、海洋石油平台等的桩基础。

抗拔桩应用（2）拉锚体系或结构的桩基础如悬索桥中的锚桩基础或其锚碇块底下的桩基础地基土或单桩静载荷试验中所用的锚桩。（3）承受较大浮托力作用的桩基础如上部荷载较小且受地下水浮力作用的的地下车库、地下商场、地铁车站等地下空间结构、以及船闸、船坞等水工结构物的桩基础。（4）承受巨大水平荷载的叉桩结构，

如码头、桥台、挡土墙下的斜桩。（5）特殊条件及特殊地基上的建筑物，如地震荷载作用下的建筑物、膨胀土及冻胀土地基上的建筑物。上拔力分类恒定上拔力拉拔与下压反复交替风载、地震、交变荷载设计时满足抗压、抗拔两方面仅抗压、并验算抗拔力设计满足抗拔抗拔承载力受两方面因素制约等截面抗拔桩抗拔能力十分有限应变软化，即抗拔能力超过峰值后，随着上拔位移的增加会逐渐降低，趋于一个终值并非理想形式桩身材料的抗拉强度桩周表面特性(即桩侧壁的几何特征)土的物理力学特性非等截面抗拔桩，如扩底桩(夯扩、爆扩、机扩、掏扩)不仅发挥桩侧摩阻力还能充分发挥扩大部分的扩孔阻力二、等截面桩的工作形状及机理分析（一）上拔破坏形态1）沿桩土侧壁界面剪破2）桩周土体破坏3）复合剪切面破坏4）桩身拔断

常见软岩中粗短灌注桩完整通长的沿岩土破坏如倒锥体或喇叭形土体破坏硬粘土较长钻孔灌注桩桩侧不平滑，粘土与桩身表面粘结较好（二）上拔工作性状1、荷载－位移关系抗拔桩与抗压桩：荷载位移曲线不同抗拔1）特点第一、第二拐点：相距近、难区分接近极限荷载曲线变化：不显著变形量：抗拔力达极限值后陡变上升抗压Q/kNs/mm123O2）软化现象超过极限抗拔力的变形后，随着桩的上拔量的增加，抗拔力相反地下降，桩迅速破坏。上拔力与上拔量关系曲线原因：抗拔桩周围土的松动受荷边界条件改变桩周表面积减小桩侧土的抗剪强度由峰值强度跌落为残余强度3）上拔荷载形式对比砂土中，短期维持荷载、循环荷载循环荷载上拔量大，承载力降低约30％2、入土深度试验反映：约为20倍桩径当l>20d时，承载力增量随入土深度增加迅速增长原因上拔作用下，

桩周土松动占整个入土深度比例较大

抵抗桩拔出剪应力要有足够入土深度才会增长抗拔力与入土深度的关系最优化的入土深度三、等截面桩抗拨承载力的确定1、现场抗拔试验试验装置：液压千斤顶试验方法：逐级加载、应力控制数据：上拔荷载P与上拔位移量Δ的关系曲线定义：单桩桩顶能稳定承受的最大抗拔荷载确定方法：抗拔试验、静力计算公式、规范法（一）单桩抗拔承载力承载力判定（1）P-S曲线陡升起始点荷载（破坏荷载的前一级荷载）（2）S－lgt曲线尾部显著弯曲的前一级荷载（3）上拔位移量控制桩顶变形量为0.025d时的荷载2、静力计算法竖向受压桩侧摩阻力的静力计算公式（1）圆柱状剪切破坏（2）复合剪切面破坏（1）圆柱状剪切破坏灌注桩实际破坏面：界面以外附近土体内，非直接在界面上，只需土的抗剪强度β法α法——桩周土平均有效内摩擦角饱和粘性土：总应力计算不排水荷载条件下(如作用时间较短)，不排水分析法α法（1）破坏时所能动员的桩径dm>钻孔桩桩径d砂性土实际剪切面：桩土界面外6mm

（2）与桩身应力范围相适应的土内摩擦角直剪试验确定（3）破坏时土的侧压力系数β法（2）复合剪切面破坏估算出可能的锥形体几何尺寸Wp，Ws——桩和锥形土体有效重力Z1——倒锥形土体高度，估算或者试算静力计算公式注意：（1）侧壁阻力上拔时地面附近可能产生锥形剪切面。若出现复合剪切面，浅层土体实际水平土压力降低（2）在一定条件下，桩材料的泊松效应影响不容忽视受压，侧向膨胀，水平应力增加受拉，侧向收缩，水平应力减小条件：中硬或软黏土可忽略硬黏土和岩石地基，土体不可忽略与变形模量有关3、规范法抗拔桩折减系数λ桩土界面法向应力：上拔<下压灌注桩试验表明：λ<1，随桩入土深度增加而增大抗拔，较长桩经济合理取值砂土：0.50~0.70粘性土、粉土：0.70~0.80l/d<20：取小值计算验算λ<1（二）等截面桩群的抗拔承载力桩身材料强度(包括桩与承台的连接部强度)基于地层抗拔承载力：单桩、群桩以其中小者作为计算依据

群桩抗拔承载力

现场静载荷试验，困难验算：理论或经验公式验算模式：（1）整体破坏（2）非整体破坏整体破坏模式非整体破坏模式1、群桩呈非整体破坏2、群桩呈整体破坏《建筑桩基技术规范》

基桩抗拔承载力标准值基桩极限承载力标准值

ul

——桩群外围周长3、抗拔承载力验算地基承载力，同时验算：群桩、基桩基桩材料的受拉承载力：《混凝土结构设计规范》Gp——基桩自重，地下水位以下为浮重度

Ggp——桩土总自重设计值/总桩数,地下水位以下取浮重度优点：增加不多材料，显著增加抗拔承载力四、扩底桩的上拔工作形状与机理分析（一）扩底桩的上拔破坏形态各种形状复合剪切破坏面圆柱形冲剪式剪切面基本破坏形式状如喇叭曲线滑动面靠近地表：倒锥形扩大头处：破坏形态复杂多变，随施工方法、基础埋深、土的特性而变土层埋藏条件对上拔破坏形态影响极大浅层软土，扩大头在下卧硬土层完整滑动面限制在下卧土层上层软土层不出现清晰滑动面呈大变形位移(塑流)均匀的软粘土地基土体内部

不出现明显滑动面扩大头底部真空吸力吸引四周软土，填补空隙地面呈现浅平的凹陷圈相当大范围内土体在不同程度上被牵动（二）扩底桩的上拔工作性状与机理1、荷载传递规律扩大头抗拔阻力占比大桩侧摩阻力发挥，与扩大头端地基土挤压引起土抗力发挥不同步。扩大头顶部附近侧壁侧摩阻力忽略扩大头存在导致该段桩土相对位移很小地表较早出现一条或多条环向裂缝、浅部桩一土脱开扩大头上移带动相当大范围土体一起运动不考虑桩侧地表下1.0m范围内的桩土界面摩阻力软黏土中扩大头底部真空吸力不容忽视，长期不存在2、荷载－位移曲线扩底桩(1、2、3):“有后劲”等截面桩(4、5):“峰后低头减强”等截面桩相对位移达到4~10mm时达到峰值，其后逐渐下降。曲线有明显转折点，甚至峰后低头减强。扩底桩桩侧摩阻力达到峰值后，扩大头抗拔阻力继续增长桩上拔位移量相当大(有时可达数百毫米)，才可能因土体整体破坏而失去稳定相当大上拔变位变化幅度内，上拔阻力可随上拔位移持续同步增长，呈现后劲扩大头抗拔阻力百分比随着上拔位移逐渐增加接近破坏荷载时，扩头阻力往往是决定因素五、扩底桩抗拔极限承载力的计算QSQB基本计算模式扩底桩破坏机理复杂、破坏形态多样，不存在普遍适用公式两种常见模式公式，仅供初步设计估算施工设计应按现场试验确定摩擦圆柱法QSQB基本计算模式1、基本计算公式侧壁摩阻力QS与等截面桩相同QS计算长度地面到扩大头顶部

硬裂隙土，扣除靠近地面1.0m范围侧壁摩阻力桩长L

地面至扩大头中部

若最大断面不在中部，则算到最大断面处。扩底部分承载力QB(1)粘性土(按不排水状态考虑)

(2)砂性土(按排水状态考虑)w——扩底扰动引起的抗剪强度折减系Nc、Nq——承载力因素

QSQB基本计算模式2、摩擦圆柱法直径=扩大头最大直径(1)粘性土(不排水状态下)(2)砂性土(排水状态下)L——桩长，系从地面算至扩大头最大断面处六、等截面桩与扩底桩的受力性状比较1、承载力大小2、受力体系3、荷载位移曲线4、计算桩侧摩阻力的有效桩长第六节桩的负摩阻力定义因某种原因,桩周土体下沉，土体沉降速率>桩的下沉桩侧土相对桩向下位移，土对桩产生向下作用摩阻力效果负摩阻力：非桩承载力，为桩上外荷载桩外荷载增大，承载力相对降低，沉降加大一、负摩阻力产生原因（1）大面积堆载引起地面沉降。

如：桥头路堤高填土的桥台桩基础

地坪大面积堆放重物的车间

仓库建筑桩基础（2）土层中抽取地下水或其他原因。

地下水位下降，土层自重固结下沉（3）桩穿过欠固结土层（如填土）进入硬持力层，土层自重固结下沉（4）密集群桩打桩。

桩周土中产生很大的超空隙水压力，打桩停止后桩周土的再固结作用引起下沉二、负摩阻力的分布及中性点某一深度处，桩侧土下沉量=桩身的位移量深度以上：桩侧土下沉>桩的位移，向下作用的负摩阻力深度以下：桩侧土下沉<桩的位移，向上作用的正摩阻力中性点——正、负摩阻力变换处的位置桩的位移土体位移桩侧摩阻力桩侧轴力中性点的位置桩底持力层的刚度桩周土的压缩性和应力历史桩周土层上的外荷载桩的长径比时间效应

土的固结是一个时间过程

桩的负摩擦力产生与发展也是时间过程

中性点位置不断变化ln——中性点深度l0——桩周软弱土层下陷深度lnlolnlolnlo中性点位置计算精确计算困难，下表提供经验值中性点深度比粘性土、粉土中密以上砂砾石/卵石基岩ln/l00.5~0.60.7~0.80.91.0三、负摩阻力的计算1单桩负摩阻力——桩周土负摩阻力系数，可按规范表取值

——桩周第i层土平均竖向有效应力填土、湿陷性黄土、欠固结土层固结、地下水降低大面积堆载p2

基桩负摩阻——群桩效应负摩阻力群桩效应系数群桩效应导致基桩负摩阻力降低桩侧分担土体重量<单桩负摩阻力极限值，基桩负摩阻力降低基桩负摩阻力＝×单桩负摩阻力？为什么>的时候，不降低

愈小，群桩效应愈强最大取1saxsay3

基桩的下拉荷载单桩总负摩阻力＝负摩阻力强度

×负摩阻力深度范围内桩身表面积li

——中性点以上土层厚度

4

负摩擦桩的承载力验算摩擦型基桩，中性点以上抵抗侧阻力为零端承型基桩，考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载Ra——抵抗摩阻力只计中性点以下部分【例题2-3】-7.3m-1.8m某建筑基础，采用钻孔灌注桩，桩径1m，桩长9m，承台底面埋深1.8m。当地下水位由-1.8m降至-7.3m后，求单桩负摩阻力引起的下拉荷载。解：（1）求中性点深度

桩长内压缩层厚度l0=8.5m

查表得中性点深度ln为8.57.65桩端持力层为砂卵石，属端承型桩，考虑负摩阻力引起的下拉荷载。7.651.8~3.8m淤泥0.23.8~7.3m淤泥质黏土0.27.3~9.45m黏土0.3

（2）桩侧负摩阻力计算桩顶以上土的自重负摩阻力系数取值

7.65Σ(kN)1.8~3.8m淤泥13.14265.81611.843.8~7.3m淤泥质黏土3.5236.837.3~9.45m黏土2.15309.20四、消减负摩阻力措施（1）桩侧涂层（2）预钻孔法（3）双层套管法（4）设置消减负摩擦桩群桩（5）地基处理（6）其它预防方法

降低侧摩阻力、隔离法、预处理法等第二章竖向受荷桩基的承载力第一节单桩的竖向抗压承载性状第二节单桩竖向抗压承载力的确定第三节群桩的竖向抗压承载性状第四节群桩竖向抗压承载力的确定第五节桩的竖向抗拔承载力第六节桩的负摩阻力思考题1、什么是桩的荷载传递函数?2、简述单桩破坏模式及Q-S曲线形式？3、单桩极限承载力确定方法有哪些？4、群桩效应的机理是什么？5、简述刚性承台群桩的桩顶荷载分配规律。6、扩底桩的上拔荷载-位移曲线与等截面桩有何区别？7、桩的负摩阻力产生的原因有哪些？桩基设计与计算第一章绪论1第二章竖向受荷桩基的承载力2第三章竖向受荷桩基的沉降3第四章水平受荷桩基的承载力与位移4第五章桩基础的常规设计方法（一般步骤、高层建筑桩基、桥梁桩基、桩基础的抗震设计）5第六章复合疏桩基础的设计6第七章抗滑桩的设计与计算7*第八章桩基施工与检测8目录CONTENTS第三章竖向受荷桩基的沉降第一节竖向受荷桩基的沉降性状第二节桩基沉降计算方法概述第三节荷载传递法第四节弹性理论法第五节剪切位移法第六节桩基沉降的简化计算方法第一节竖向受荷桩基的沉降性状一单桩沉降性状Se：桩身弹性压缩Sb：桩端土体压缩

（桩侧摩阻力、桩端荷载引起）桩端刺入变形（正常条件下很小，忽略不计）

1、单桩沉降量S组成2、影响单桩沉降因素桩土相对压缩性的指标，愈小桩相对愈易压缩荷载水平低，单桩沉降小摩擦桩，沉降随l/d和k的增大而减小端承桩，桩端持力层硬，单桩沉降小P/PuEb/Esl/d

K荷载水平持力层模量/桩周模量长径比相对刚度各因素相互作用l/d↗K↘持力层影响降低桩身压缩量占总沉降量比例增大刚性桩柔性桩持力层影响大小桩身压缩量总比例小总比例大举例实心混凝土K1000水泥搅拌桩K50短桩长桩短桩长桩桩端沉降√桩身压缩√√√桩端压缩桩身沉降持力层影响沉降离散性刚性桩比例大大大柔性桩比例大小小二、沉降的群桩效应单桩：桩侧摩阻力影响较大

群桩：桩端土层压缩性影响较大群桩附加应力沿深度衰减慢影响深度和压缩层厚度：大大超过单桩群桩沉降较大，实际工程不允许沉降不仅是校核条件，也是确定承载力的依据应力扩散深度沉降比Rs桩数常用桩距、非条形排列下，桩数增加，Rs增大桩距桩距>常用桩距，桩距增大，

Rs减小长径比长径比l/d增大,Rs增大桩型端承型群桩：无群桩效应，Rs接近1摩擦桩群桩：相互影响大，桩数较多时，Rs>10sG：群桩沉降量s1：单桩沉降量Rs越大，群桩效应越明显第二节桩基沉降计算方法概述第二节沉降计算方法概述（1）荷载传递法（单桩分析）（2）弹性理论法（3）剪切位移法（4）有限单元法（×）（5）简化计算方法沉降计算复杂，根据荷载特点、土层参数、桩型选择合适的计算模式和计算参数。沉降计算是否复合实际，很大程度上取决于计算参数的选取。第三节荷载传递法一、基本原理桩：弹性桩侧与土体：非线性弹簧

模拟桩土间荷载传递关系桩端与土体：非线性弹簧桩侧非线性弹簧

τ

–s曲线桩侧摩阻力τ与剪切位移s关系

桩端非线性弹簧

-s曲线桩端抗力与桩端位移s的关系p0pi-1pipi+1pnΔLSiSb传递函数静力平衡条件几何条件和物理条件基本微分方程解微分方程得到单桩的荷载分布、沉降量p(z)、τ(z)s(z)、s0p(z)p(z)+dp(z)τ(z)dz二、解析法解析法假定传递函数为简单曲线方程，直接求解微分方程佐腾悟方法——理想弹塑性

Kezdi方法——指数曲线Gardner方法——双曲线Vijayvergiya方法——抛物线详见第二章三、位移协调法传递函数很复杂或不能用关系式表达实测的传递函数，无法求得解析解只能采用数值解法桩长L、截面AP、弹模EP，桩侧传递τ(z)-s曲线桩：n个单元，每个单元长ΔL=L/nn大小取决于计算精度

n＝10，满足实用要求p0in-1nΔLpb

s0Pileelement

位移协调法τnSn1Pn-1PbPnSbSn2Τn-1Sn-1，1Pn