桩基础和深基础

软土层第三章桩基础和深基础昆明学院冯博士

如果建筑场地浅层的土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求、而又不宜采取地基处理措施时，就需要考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的深基础方案。桩基础是应用最为广泛的一类深基础。桩基础是最古老的基础型式之一。在人类有历史记载以前，就已经在地基土条件不良的河谷及洪积地区采用桩基础来建造房屋；在许多不同文化时期的初期，都可以找到桩基础的房屋。1982年在智利发掘的文化遗址所见到的桩，距今大约有12000～14000年。我国最早的桩基础距今大约有7000多年，是在浙江宁波附近的河姆渡，作为古代木结构建筑的基础是有圆木桩、方木桩和板桩组成的桩基础。圆木桩直径在6～8cm之间，板桩厚2.4～4.0cm，宽10～50cm，木桩均系下部削尖，入土深度最深达115cm。这是最早的桩的雏形。我国秦代的渭桥、隋朝的郑州超化寺、五代的杭州湾大海堤、南京的石头城和上海的龙华塔等，都是我国古代桩基础的典范。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。榫卯木构件砖木结构，七层，高40.64米，塔身外平面为八角形，龙华塔位于上海市徐汇区，相传是三国东吴（222－265）孙权为孝敬他的母亲而建，故又名报恩塔。唐末毁于战火,北宋太平兴国二年（977）重建。塔基共分四层，第一层在离地表2米多处，打有直径0.18米、长30米的木桩多根，桩间填有三合土。龙华塔宋代，桩基技术已经比较成熟。如建于北宋天圣年间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。阶段年代主要桩型特点初期阶段人类有历史记载以前（我国7000多年前）～19世纪木桩石桩1.由天然材料制作而成，桩身较短，桩径小；2.桩竖直设置，主要用于传递竖向荷载；3.多设置于地基条件不良的河谷及洪积地区4.采用简单人工锤打沉桩。发展阶段19世纪中叶～20世纪20年代除天然材料做成的桩外，主要是混凝土桩和钢筋混凝土桩1.受水泥工业出现及其发展的影响；2.桩型不多，开始使用打桩机械沉桩；3.桩基设计理论和施工技术比较简单，处于“萌芽”阶段；4.桩身尺寸有所扩大，桩径约30cm，桩长9～15m；5.土力学的建立为桩基技术的发展提供了理论基础。现代化阶段第二次世界大战后～现在除钢筋混凝土桩外，发展了一系列的桩系，如钢桩系列、水泥土系列、特种桩（超高强度、超大直径、变截面等）系列，以及天然材料的砂桩、灰土桩和石灰桩等。1.发展了众多的新型的桩型，形成现代桩基的各种不同体系；2.桩基技术和理论引进了其它学科的先进的研究成果，大大地拓宽了它的研究领域和深度，桩的应用范围大大扩展；3.人工沉桩被复杂的机械和专门化的工艺代替。12概述桩基础的类型34单桩承载力群桩承载力5桩基础设计第三章桩基础和深基础1概述第三章桩基础和深基础基本概念桩：设置于土中的竖直或倾斜的柱型基础构件，由侧阻力和端阻力共同承受荷载。承台：连接桩与上部结构之间的构件，将上部结构荷载分散到各桩上。桩基础单桩基础群桩基础：桩与桩顶连接的承台共同组成的基础。群桩中的单桩称为基桩。3.1概述桩基础图片/承台

3.1概述一、桩基础的优点

桩基础的适用性

1.承载力高

2.沉降量小

3.能承受一定的水平荷载和上拔力，稳定性好

4.可以提高地基基础的刚度5.可提高建筑物的抗震能力

6.便于实现基础工程机械化和工业化

3.1概述二、桩基础的适用范围1.建筑物荷载较大，地基上部软弱而下部不太深处埋藏有坚实地层时；2.高层建筑或其它重要的建筑物，不允许地基有过大的沉降或不均匀沉降时；3.高耸建筑物或构筑物对限制倾斜有特殊要求时；4.建筑物为敏感性结构，而地基土极不均匀时；5.大型或精密的机械设备基础，对沉降或沉降速率有严格要求；6.地震区，以桩基作为结构抗震措施时。7.采用其它地基基础形式会遇到施工困难时(排水不易,流砂,开挖困难)8.采用其它地基基础形式不经济时。3.1概述二、桩基础的适用范围海洋构筑物3.1概述向家坝桩基工程3.1概述建筑桩基3.1概述北京地铁五号线桩基工程3.1概述桩基设计原则1.单桩承受的竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值；2.桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值；3.对位于坡地岸边的桩基应进行稳定性验算。3.1概述桩基的安全等级3.2桩基础的类型安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要的工业与民用建筑二级严重一般的工业与民用建筑三级不严重次要的建筑物桩基设计内容

1、桩的类型和几何尺寸的选择；

2、单桩竖向（和水平方向）的承载力的确定；

3、确定桩的数量、间距和平面布置；

4、桩基承载力和沉降验算；

5、桩身结构设计；

6、承台设计；

7、绘制桩基施工图。3.1概述第三章桩基础和深基础2桩基础的类型按桩的数量分类按承台位置分类按使用功能分类按承载性状分类按桩的材料分类按桩的直径分类按施工方法分类按桩的设置效应分类3.2桩基础的类型按桩的数量分类

1）单桩基础2）群桩基础

3.2桩基础的类型按承台位置分类

1）高承台桩基2）低承台桩基

低承台桩基:桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触的桩基础。高承台桩基:桩身上部露出地面，承台底面位于地面以上的桩基础。低承台桩基高承台桩基3.2桩基础的类型桩基础，其最大桥墩高达178米，创下连续钢构箱梁桥墩高度的世界之最3.2桩基础的类型钻孔灌注桩基础柱式墩身。该图为钢筋笼吊装现场。3.2桩基础的类型3.2桩基础的类型3.2桩基础的类型按使用功能分类竖向抗压桩：以承受竖向抗压荷载为主的桩，包括摩擦桩、端承桩和中间类型的桩。应进行竖向承载力计算，必要时还需计算桩基沉降，验算软弱下卧层的承载力以及负摩阻力产生的下拉荷载。竖向抗拔桩：主要承受竖向上拔荷载的桩。应进行桩身强度和抗裂计算以及抗拔承载力验算。

水平受荷桩：主要承受水平荷载的桩。应进行桩身强度和抗裂验算以及水平承载力和位移验算。

复合受荷桩（也称为纵横弯曲桩）：承受竖向和水平荷载均较大的桩。应按竖向抗压（或抗拔）桩及水平受荷桩的要求进行验算。3.2桩基础的类型抗拔桩：又称锚桩。主要由桩周摩阻力或扩大桩头阻力构成抗拔力。水下建筑抗浮桩、输电塔桩基础、发射塔基础等。端承桩：桩穿过软弱土层，桩端支承在坚硬土层或岩层上时，则桩顶极限荷载主要靠桩尖处坚硬岩土层提供的反力来支承，桩侧摩擦力很小，可以忽略不计。3.2桩基础的类型按承载性状分类摩擦桩：当软土层很厚，桩端达不到坚硬土层或岩层上时，则桩顶的极限荷载主要靠桩身与周围土层之间的摩擦力来支承，桩尖处土层反力很小，可忽略不计。摩擦端承桩:桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩端阻力承受。端承摩擦桩:桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩侧阻力承受。3.2桩基础的类型混凝土桩：包括普通钢筋混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩。钢桩：常用钢管桩和H型桩。木桩：用木材制作而成。目前很少使用。组合桩：用两种或两种以上材料做成的桩。可因地制宜加以选取。

3.2桩基础的类型按桩的材料分类大直径桩：桩径d≥800mm。近年来的发展较快，应用范围逐渐增大。因为桩径大且桩端还可以扩大，因此，单桩承载力较高。此类桩除大直径钢管桩外，多数为钻、冲、挖孔灌注桩。通常用于高层或重型建（构）筑物的基础，并可实现柱下单桩的结构型式。正因为如此，也决定了大直径桩施工质量的重要性。中等直径桩：250mm<d<800mm。这类桩长期以来在工业与民用建筑物中大量使用，成桩方法和工艺繁多。小直径桩：桩径d≤250mm。由于桩径小，施工机械，施工场地及施工方法一般较为简单。小桩多用于基础加固（树根桩或锚杆静压桩）及复合桩基础。3.2桩基础的类型按桩的直径分类

预制桩灌注桩3.2桩基础的类型按施工方法分类预制混凝土桩在工厂或施工现场制作，用锤击打入、振动打入、静力压力、水冲送入或旋入等方式沉桩桩的预制

场地压实、平整→场地地平作三七灰土或浇筑混凝土→支模→绑扎钢筋骨架、安设吊环→浇筑混凝土→养护至百分之30强度拆模→支间隔端头模板、刷隔离剂、绑钢筋→浇筑间隔桩混凝土→同法间隔制作第二层桩→养护至70%强度起吊→达100%强度后运输。3.2桩基础的类型

预制桩

优点：桩身质量易于保证，单桩承载力较高；

缺点:（1）桩身规格、长度受限，接桩影响桩质量和承载力发挥；（2）打入或压入式沉桩存在挤土效应问题；（3）噪音污染(静压桩不存在此问题）、接、截桩麻烦。适用条件：

（1）不需考虑噪音污染和震动影响的环境；

（2）持力层上覆盖为较松软地层，无坚硬夹层；

（3）持力层顶起伏变化不大，桩长易于控制；

（4）水下桩基工程；（5）大面积打桩工程；（6）不宜穿越密实或稍密的砂层。（易折断，挤土明显）3.2桩基础的类型

钢筋混凝土预制桩制作－钢筋、模板施工

3.2桩基础的类型采用叠层法生产时，上层桩和邻桩浇筑，必须在下层和邻桩的混凝土强度达到设计强度的30%以后才能进行。浇筑完毕后，立即加强养护，防止由于混凝土收缩产生裂缝，养护时间不少于7d。3.2桩基础的类型钢筋混凝土预制桩制作－混凝土浇筑桩在起吊搬运时，必须做到平稳，避免冲击和振动，吊点应同时受力，且吊点位置应符合设计规定。如无吊环，设计又未作规定时，绑扎点的数量及位置按桩长而定，应符合起吊弯矩最小的原则，可按图所示的位置捆绑。

吊点的合理位置

(a)1个吊点；(b)2个吊点；(c)3个吊点；(d)4个吊点

3.2桩基础的类型桩的运输打桩前，桩从制作处运到现场前备打桩，并应根据打桩顺序随打随运以避免二次搬运。桩的运输方式，在运距不大时，可用起重机吊运；当运距较大时，可采用轻便轨小平台车运输。桩的堆放堆放桩的地面必须平整、坚实，垫木间距应与吊点位置相同，各层垫木应位于同一垂直线上，堆放层数不宜超过4层。不同规格的桩，应分别堆放。

3.2桩基础的类型接桩3.2桩基础的类型3.2桩基础的类型钢筋混凝土预制桩施工送桩接桩锤击沉桩桩锤是对桩施加冲击，将桩打入土中的主要机具。桩锤主要有落锤蒸汽锤、柴油锤和液压锤。用锤击沉桩时，为防止桩受冲击应力过大而损坏，力求采用“重锤轻击”。如采用轻锤重击，锤击功能很大一部分被桩身吸收，桩不易打入，且桩头容易打碎。

3.2桩基础的类型静压力桩

静力压桩是利用静压力将桩压入土中，施工中虽然仍然存在挤土效应，但没有振动和噪音，适用于软弱土层和邻近有怕振动的建（构）筑物的情况。静力压桩机有机械式和液压式之分，目前使用的多为液压式静力压桩机，压力可达5000kN。3.2桩基础的类型混凝土、钢筋混凝土灌注桩灌注桩是直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼并灌注混凝土而成。灌注桩能适应各种地层，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。但其操作要求严格，施工后需较长的养护期方可承受荷载，成孔时有大量土渣或泥浆排出。根据成孔工艺不同，分为干作业成孔的灌注桩、泥浆护壁成孔的灌注桩、套管成孔的灌注桩和爆扩成孔的灌注桩等。灌注桩施工工艺近年来发展很快，还出现夯扩沉管灌注桩、钻孔压浆成桩等一些新工艺。3.2桩基础的类型灌注桩优点：桩长可随持力层起伏而变化；无接、截桩麻烦；仅承受轴压时不用配钢筋，需配置钢筋时按工作荷载要求布置；节约用钢量；直径大，单桩承载力大，比预制桩经济；承载力由桩身成型和混凝土质量保证。缺点：施工问题如局部夹土、混凝土离析、缩颈等；泥浆护壁污染环境适用条件：各种地基土3.2桩基础的类型灌注桩的施工方法沉管灌注桩沉管灌注桩是利用锤击或振动方法将带有预制混凝土桩尖（桩靴）的桩管（钢管）沉入土中成孔。当桩管打到要求深度后，放入钢筋骨架，边浇筑混凝土，边拔出桩管而成桩。施工工艺主要包括：就位→沉钢管→放钢筋笼→浇筑混凝土→拔钢管3.2桩基础的类型桩基础图片/灌注桩基础3.2桩基础的类型3.2桩基础的类型螺旋钻孔灌注桩粘性土砂性土3.2桩基础的类型螺旋钻

钻孔桩3.2桩基础的类型

沉管灌注桩3.2桩基础的类型为了提高桩的质量和承载能力，沉管灌注桩常采用单打法、复打法等施工工艺。3.2桩基础的类型单打法(又称一次拔管法)：拔管时，每提升0.5～1.0m，振动5～10s，然后再拔管0.5～1.0m，这样反复进行，直至全部拔出。复打法：在同一桩孔内连续进行两次单打，或根据需要进行局部复打。施工时，应保证前后两次沉管轴线重合，并在混凝土初凝之前进行。

沉管灌注桩容易出现的质量问题及处理方法颈缩

①颈缩：指桩身的局部直径小于设计要求的现象。

②当在淤泥和软土层沉管时，由于受挤压的土壁产生空隙水压，拔管后便挤向新灌注的混凝土，桩局部范围受挤压形成颈缩。

③当拔管过快或混凝土量少，或混凝土拌和物和易性差时，周围淤泥质土趁机填充过来，也会形成颈缩。

④处理方法：拔管时应保持管内混凝土面高于地面，使之具有足够的扩散压力，混凝土坍落度应控制在50～70mm。拔管时应采用复打法，并严格控制拔管的速度。3.2桩基础的类型人工挖孔灌注桩施工机具

垂直运输工具：单轨电动葫芦配提升金属架与轨道，活底提土吊桶。

排水机具：潜水泵。

通风设备：鼓风机和送风管。

挖掘工具：镐、锹、土筐等。此外，还有井内外照明，电等设备3.2桩基础的类型挖孔桩的优点是，可直接观察地层情况，孔底易清除干净，设备简单，噪声小，场区各桩可同时施工，桩径大，适应性强，桩端可以入岩，又较经济；缺点是桩孔内空间狭小、劳动条件差，可能遇到流砂、塌孔、有害气体、缺氧、触电和上面掉下重物等危险而造成伤亡事故，在松砂层（尤其是地下水位下的松砂层）、极软弱土层、地下水涌水量多且难以抽水的地层中难以施工或无法施工。3.2桩基础的类型3.2桩基础的类型3.2桩基础的类型桩基础图片/人工挖孔桩灌注桩施工3.2桩基础的类型桩基础图片/人工桩3.2桩基础的类型3.2桩基础的类型人工挖孔桩3.2桩基础的类型3.2桩基础的类型3.2桩基础的类型3.2桩基础的类型按桩的设置效应分类挤土桩：成桩过程中对土体有较大排挤和扰动。除施工噪音较大外，不存在泥浆及弃土污染问题，当施工质量好，方法得当时，其单方混凝土材料所提供的承载力较非挤土桩及部分挤土桩高。；部分挤土桩：当挤土桩无法施工时，可采用预钻小孔后打较大尺寸预制或灌注桩的施工方法，也可打入敞口桩。成桩过程中对土体有明显排挤和扰动，但不如挤土桩强烈。包括有长螺旋压灌灌注桩、冲孔灌注桩、钻孔挤扩灌注桩、搅拌劲芯桩、预钻孔打入（静压）预制桩、打入（静压）式敞口钢管桩、敞口预应力混凝土空心桩和H型钢桩；非挤土桩：在成桩过程中基本对桩相邻土不产生挤土效应。设备噪音较挤土桩小，而废泥浆、弃土运输等可能会对周围环境造成影响。3.2桩基础的类型挤土桩挤土效应对桩距的影响饱和土中的挤土桩产生超静孔隙水压力桩周土体隆起和侧移桩受拔力和横向推力预制桩邻桩抬起，挤斜，断裂。灌注桩邻桩颈缩，错位，断裂。所以，桩距宜大。非饱和土中的挤土桩桩周土部分压缩。挤土效应减小所以，桩距可小一点。3.2桩基础的类型桩的选型原则将荷载分配给承载力高，模量高的土层。提高单桩承载力。好土层很深，不易达到时，应设法让更多土层参与工作。如：扩大承台面积，加大桩长和桩距，采用变截面桩（好土中用大截面）考虑桩端利用好土夹层的可能性。采用绝对沉降和差异沉降较小的桩型。施工的难易程度和周边环境的限制。造价和工期。3.2桩基础的类型第三章桩基础和深基础3单桩承载力单桩承载力的构成单桩轴向荷载的传递机理桩侧阻力桩端阻力

桩－土相互作用3.3单桩承载力Qs桩侧摩阻力Qp

桩端阻力桩的竖向荷载传递过程桩侧摩阻力和桩端阻力桩在轴向荷载下的破坏模式back3.3.1

竖向荷载作用下单桩的工作性能3.3单桩承载力桩在轴向压力荷载作用下:桩顶将发生轴向位移(沉降)=桩身弹性压缩+桩底土层压缩置于土中的桩与其侧面土是紧密接触的，当桩相对于土向下位移时就产生土对桩向上作用的桩侧摩阻力。桩顶荷载沿桩身向下传递的过程中，必须不断地克服这种摩阻力，桩身轴向力就随深度逐渐减小，传至桩底轴向力也即桩底支承反力。桩底支承反力=桩顶荷载-全部桩侧摩阻力(1)桩的竖向荷载传递过程3.3.1

竖向荷载作用下单桩的工作性能3.3单桩承载力(1)桩的竖向荷载传递过程3.3单桩承载力微元体材料力学静力平衡条件(1)桩的竖向荷载传递过程3.3单桩承载力桩侧摩阻力和桩底阻力的发挥程度与桩土间的变形性态有关，并各自达到极限值时所需要的位移量是不相同的。试验表明：桩底阻力的充分发挥需要有较大的位移值，粘性土中约为桩底直径的25%，砂性土中约为8%～10%。而桩侧摩阻力只要桩土间不太大的相对位移就能充分的发挥，一般认为粘性土为4～6mm，砂性土为6～10mm。(2)桩侧摩阻力和桩端阻力3.3单桩承载力桩侧阻力的发挥先于桩端阻力。模型和现场的试验研究表明，桩的承载力随着桩的入土深度，特别是进入持力层的深度而变化，这种特性称为深度效应。桩底端进入持力砂土层或硬粘土层时，桩底的极限阻力随着进入持力层的深度线性增加。达到一定深度后，桩底阻力的极限值保持稳值。这一深度称为临界深度hcp。桩侧的极限摩阻力随着进入持力层的深度线性增加。达到一定深度后，保持稳值。这一深度称为临界深度hcs。back(2)桩侧摩阻力和桩端阻力3.3单桩承载力1）单桩的破坏模式影响因素桩周土的抗剪强度桩端支承情况桩的尺寸桩的类型

(3)单桩的破坏模式3.3单桩承载力2）常见的单桩破坏模式

屈曲破坏整体剪切破坏刺入破坏(3)单桩的破坏模式3.3单桩承载力

(1)屈曲破坏※荷载--沉降(Q-S)关系曲线特征：呈“急进破坏”的陡降型※破坏模式特点：当桩底支承在坚硬的土层或岩层上，桩周土层极为软弱，桩身无约束或侧向抵抗力。桩在轴向荷载作用下，如同一细长压杆出现纵向挠曲破坏，其沉降量很小，具有明确的破坏荷载（图a)※桩的承载力取决于桩身的材料强度。※穿越深厚淤泥质土层中的小直径端承桩或嵌岩桩，细长的木桩等多属于此种破坏。3.3单桩承载力(2)

整体剪切破坏※荷载--沉降(Q-S)关系曲线的特征：呈“急进破坏”的陡降型※破坏模式特点：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，桩在轴向荷载作用下，由于桩底上部土层不能阻止滑动土楔的形成，桩底土体形成滑动面而出现整体剪切破坏。此时桩的沉降量较小，桩侧摩阻力难以充分发挥，主要荷载由桩端阻力承受，呈现明确的破坏荷载(图b)。※桩的承载力主要取决于桩端土的支承力。※一般打入式短桩、钻扩短桩等均属于此种破坏。3.3单桩承载力(3)

刺入破坏 ※(Q-S)关系曲线特征：一般当桩周土质较软弱时,荷载～沉降(Q-S)关系曲线为呈“渐进破坏”的缓变型曲线，无明显拐点，极限荷载难以判断，桩的承载力主要由上部结构所能承受的极限沉降su确定；当桩周土的抗剪强度较高时，荷载～沉降(Q-S)关系曲线可能为陡降型，有明显拐点，桩的承载力主要取决于桩周土的强度。※破坏模式特点：当桩的人土深度较大或桩周土层抗剪强度较均匀时，桩在轴向荷载作用下将出现刺入破坏，如图c所示。此时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。※一般情况下的钻孔灌注桩多属于此种情况。3.3单桩承载力单桩竖向容许承载力：单桩在轴向荷载作用下，地基土和桩本身的强度和稳定性均能得到保证，变形也在容许范围之内所容许承受的最大荷载，它是以单桩轴向极限承载力(极限桩侧摩阻力与极限桩底阻力之和）考虑必要的安全度后求得的。确定方法有多种，考虑地基土具有多变性、复杂性和地域性，几种方法作综合考虑和分析，合理地确定。3.3.2

单桩竖向承载力的确定3.3单桩承载力取决于二方面：①桩身的材料强度②地层的支承力设计时分别按这两方面确定后取其中的小值。如按桩的载荷试验确定，则已兼顾到这两方面。3.3.2

单桩竖向承载力的确定3.3单桩承载力按材料强度确定用静载试验确定按静力触探法确定按设计规范经验公式确定

back3.3单桩承载力按材料强度确定back3.3单桩承载力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。广东最大可加载3000t。3.3单桩承载力按静载试验确定次梁锚筋锚桩主梁千斤顶百分表3.3单桩承载力3.3单桩承载力3.3单桩承载力桩顶试验中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。3.3单桩承载力测试方法加载应分级：

每级荷载约为预估的破坏荷载的1/10-1/15。有时也采用递变加载，开始1/2.5—1/5，终了阶段1/10—1/15。测读沉降时间：

每级加荷后的第一小时内，按2、5、15、30、45、60min测读一次，以后每隔30min测读一次，直至沉降稳定为止。沉降稳定的标准：

对砂性土为30min内不超过0.lmm，对粘性土为lh内不超过0.lmm。3.3单桩承载力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款的情况，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。3.3单桩承载力荷载～沉降（Q~s）曲线取值方法：①Q~s曲线有明显陡降段时，取相应于陡降段起点的荷载值。②Q~s曲线为缓变型时，取桩顶s=40mm所对应的荷载值。

作荷载～沉降（Q~s）曲线3.3单桩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。

计算参加统计的极限承载力的平均值，当满足其极差不超过平均值的30%时，可取其平均值为单桩竖向极限承载力Qu；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。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。

单桩竖向承载力特征值Ra=Qu/2（取安全系数为2）3.3单桩承载力触探仪的探头贯入土中时的贯入阻力与受压单桩在土中的工作状况有相类似。将探头压入土中测得探头的贯入阻力，取得资料与试桩结果进行比较，通过大量资料的积累和分析研究，建立经验公式确定轴向受压单桩容许承载力。测试时，可采用单桥或双桥探头。

按静力触探法确定3.3单桩承载力《建筑桩基规范》粘性土砂性土3.3单桩承载力式中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。3.3单桩承载力经验公式法例题某承台下设置了3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，qsia=7kPa；粉土，厚2.5m，qsia=28kPa；粘土，很厚（桩端进入该层2m），qsia=35kPa，qpa=1800kPa。试计算单桩竖向承载力特征值。

3.3单桩承载力某桩基础，承台埋深2.5m，桩截面为方形，尺寸为0.4m，桩长20m的混凝土预制桩，其双桥静力触探结果如下表，据此计算基桩承载力特征值。3.3单桩承载力土名层厚/m层底深/mfsi/kPaqc/kPa填土2.52.5--淤泥质黏土10.012.515.8-黏土8.020.545.51800细砂9.029.590.55500第二层淤泥质黏土：3.3单桩承载力对于饱和砂土，桩端阻力修正系数α取1/2；由于桩端位于地面下22.5m，桩端以上4d为22.5-4×0.4=20.9m。依然处于细砂层中，所以qc=5500kPa单桩承载力特征值Ra=Qu/2=1906/2=953kN第三层黏土：第四层细砂：受上拔力的桩：抗拔承载力计算公式：理论计算经验公式影响抗拔承载力的因素：土类别桩长度桩径桩类型施工方法3.3单桩承载力3.3.3

桩的抗拔承载力桩基受拔可能出现的情况：单桩受拔群桩中部分桩受拔群桩整体受拔单桩或部分桩受拔的承载力：back3.3单桩承载力(一)负摩阻力的意义及其产生原因

(二)中性点及其位置的确定(三)减小负摩力的工程措施3.3.4

桩侧负摩阻力3.3单桩承载力产生负摩擦的条件和原因在桩顶竖向荷载作用下，当桩相对于桩侧土体向下位移时，土对桩产生的向上作用的摩阻力，称为正摩阻力。但是，当桩侧土体因某种原因而下沉，且其下沉量大于桩的沉降（即桩侧土体相对于桩向下位移）时，土对桩产生的向下作用的摩阻力，称为负摩阻力。

3.3单桩承载力1.引起桩侧负摩阻力的条件是：桩侧土体下沉必须大于桩的下沉

2.负摩阻力的产生原因(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)打桩引起的超静孔隙水压力消散正摩阻负摩阻

桩土之间相对位移的方向决定了桩侧摩阻力的方向，当桩周土层相对于桩侧向下位移时，桩侧摩阻力方向向下，称为负摩阻力。3.3单桩承载力后果使桩的桩身轴力加大。中性点3.3单桩承载力中性点深度ln的确定(1)

应按桩周土层沉降与桩沉降相等的条件计算确定。(2)

经验方法软土持力层中性点3.3单桩承载力减小负摩阻力的工程措施对可能出现负摩阻力的桩基，宜按下列原则设计：①对于填土建筑场地，先填土并保证填土的密实度，待填土地面沉降基本稳定后再成桩；②对于地面大面积堆载的建筑物，采取预压等处理措施，减少堆载引起的地面沉降；③对位于中性点以上的桩身进行处理，以减少负摩阻力；④对于自重湿陷性黄土地基，采取强夯、挤密土桩等先行处理，消除上部或全部土层的自重湿陷性；⑤采用其他有效而合理的措施。3.3单桩承载力1）在预制桩表面涂一层沥青；沥青越软越厚为佳。2）对干作业成孔灌注桩加双层筒形塑料薄膜；3）对现场灌注桩也可在桩与土之间填充高稠度膨胀土泥浆等方法，来消除或降低负摩阻力的影响。3.3单桩承载力第三章桩基础和深基础4群桩承载力群桩效应——在竖向荷载作用下，由于承台、桩、地基土的相互作用情况不同，群桩基础中一根桩的承载力发挥和沉降性状往往与相同情况下的独立单桩有显著差别，这种现象称为群桩效应。3.4群桩承载力群桩基础：由2根以上桩组成的桩基。群桩效应系数η：群桩效应可用群桩效应系数η和沉降比ζ表示。指群桩竖向极限承载力Pu

与群桩中所有桩的单桩竖向极限承载力Qu总和之比，即：

沉降比ζ:是指在每根桩承担相同荷载条件下，群桩沉降量Sn

与单桩沉降量S之比群桩效率系数η越小，沉降比ζ越大，则表示群桩效应越强，也就意味着群桩承载力越低，沉降越大。3.4群桩承载力压力扩散深度S>6dS=(3-4)d摩擦型群桩3.4群桩承载力应力重叠沉降增加单桩承载力下降，η<1。

摩擦型群桩受力特点（1）在竖向荷载作用下，桩顶大部分荷载通过桩侧阻力传到桩周土和桩端土中，其余部分由桩端承受。由于桩端土的贯入变形和桩身弹性压缩，对低桩承台群桩，承台底也产生一定反力，分担一部分荷载，使承台底土、桩间土、桩端土都参与工作，形成承台、桩、土相互作用，使群桩的工作性质复杂。（2）群桩中基桩的性质明显不同于单桩，群桩承载力小于单桩承载力之和，群桩沉降量则大于单桩的沉降量。3.4群桩承载力端承型群桩的桩底持力层刚硬、桩端贯入变形小，由桩身压缩引起的桩顶沉降不大，承台底面土反力很小。

桩顶荷载集中通过桩端传给桩底持力层，桩侧阻力忽略不计，即不考虑桩端平面处的应力叠加现象。

岩石土端承型群桩3.4群桩承载力端承型群桩受力特点1）承台分配给各桩桩顶的竖向荷载，其大部分直接传递到桩端。2）桩侧阻力分担荷载较小，传递到桩端平面应力重叠效应较小。3）桩端持力层较坚硬，承台底土反力小，故承台底土分担荷载的作用可忽略不计。4）群桩承载力等于个单桩承载力之和Qg=∑Qi

群桩沉降等于单桩的沉降sg=si

群桩效应系数η=15）桩端下存在软弱下卧层时，应进行相关的验算。3.4群桩承载力由于各影响因素对群桩效应特性的影响效果不同，用单一的群桩效率系数难以如实反映群桩效应问题，为此《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)引入分项群桩效应系数，即桩侧阻群桩效应系数

，桩端阻群桩效应系数

，桩侧阻端阻综合群桩效应系数

以及承台底土阻力群桩效应系数

。3.4群桩承载力对于一般建筑物和受水平力较小的高大建筑物，当桩基中各桩的桩径相同时，可假定：①.承台是刚性的；②.各桩刚度相同；③.x、y是桩基平面的惯性主轴。3.4群桩承载力桩基承载力计算桩顶荷载（竖向力）计算轴心竖向力作用下偏心竖向力作用下3.4群桩承载力水平力作用下基桩竖向承载力验算

1、荷载效应基本组合

偏心

2、地震作用效应组合3.4群桩承载力

轴心

偏心

轴心按规范确定基桩竖向承载力设计值当根据静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准值时，按下式计算基桩竖向承载力设计值：3.4群桩承载力软弱下卧层验算3.4群桩承载力整体冲切破坏基桩冲切破坏桩距＜6d，将桩基视为整体基础：Flb0t

z

G

3.4群桩承载力压力扩散角原则是持力层刚度越大，扩散角越大。3.4群桩承载力桩距＞6d，基桩冲剪破坏群桩承载力不符合设计要求时的补救措施：1.对中小直径桩（非端承桩）当承载力相差较多时，必须补桩，并重新设计承台；当承载力相差不多时，可通过加大承台面积、加大承台间联系梁的刚度等措施来弥补。2.对大直径灌注桩通常须对地基或桩身砼作补强处理。3.4群桩承载力工程实例

某18层大楼采用人工挖孔桩基础，桩长25m。在挖孔过程中，由于地下水的剧烈流动和大量涌入，使得花岗岩残积土强度降低，且由于灌注桩底和桩身砼时，难于将地下水完全排出，因而影响了桩身的完整性和单桩承载力。

3.4群桩承载力措施：沿桩身轴线钻孔，钻孔穿过桩端进入残积土，然后在桩端下方采用三重管旋喷工艺灌注水泥浆，在桩端下形成一水泥“结石”人工地基。在以水泥浆回灌桩身钻孔的同时，采用压密灌浆工艺对桩身缺陷进行补强。经动测检验，处理后桩身完整性良好，单桩承载力从处理前的5093~6287kN提高到约8200kN，满足原设计7900kN的要求。3.4群桩承载力某框架柱采用桩基础，正方形承台下均布5根直径为600mm的钻孔灌注桩，桩长15m，承台顶面处柱的竖向轴力标准值Fk=3840kN，Myk=161kN.m。承台及其上覆土自重标准值Gk=447kN，计算基桩最大竖向力。3.4群桩承载力3.4群桩承载力某5桩承台桩基，桩径为0.6m，地震作用荷载效应标准组合下，作用于承台顶竖向荷载Fk=8000kN，弯矩Mk=480kN.m，承台及其上土Gk=500kN，考虑地震作用效应时基桩的承载力设计值应为多少？所以基桩承载力特征值第三章桩基础和深基础5桩基础设计设计要求——安全、合理、经济对桩和承台：足够的强度、刚度和耐久性对地基：足够的承载力和不产生过量变形计算桩数：按正常使用极限状态，荷载效应的标准组合计算变形：按正常使用状态，荷载效应的准永久组合，不计入风荷载和地震作用确定承台高度、计算基础内力及配筋：按承载力极限状态，荷载效应基本组合设计荷载取值单桩承载力桩基沉降3.5桩基础设计No结构与地质资料桩型、桩长、桩距确定桩数n桩基中单桩承载力验算软弱下卧层验算实体深基础验算承台设计沉降计算桩基础的设计步骤3.5桩基础设计一、必要的资料准备在设计之前，首先应通过调查研究，充分掌握一些基本的设计资料，其中包括上部结构的情况(如平面布置、结构型式、荷较大小以及构造和使用上的要求)、工程地质与水文地质勘察资料、基础材料的来源及施工条件(如桩的制作、运输、沉桩设备)等。并了解当地使用桩的经验，以供设计参考。3.5桩基础设计二、初步选择桩的类型、桩长及桩的截面尺寸等

1.桩的类型2.桩的截面尺寸3.桩长4.桩端进入持力层的深度3.5桩基础设计1、桩型选择的原则1）地质条件——选择桩型首要因素2）建筑条件——决定桩型的重要因素3）施工对周围环境的影响4）施工的可行性——选择桩型的前提条件5）经济分析3.5桩基础设计粘土2d砂土1.5d碎石1.0d

4d持力层软弱下卧层2、桩长的确定

桩长的确定—关键是桩端持力层的选择

桩端全断面进入持力层深度，依据各类持力层中成桩的可能性和尽可能提高桩端阻力的要求决定，一般为1~3倍桩径；

坚硬持力层较厚且施工条件允许，宜达桩端阻力的临界深度；

持力层较薄且有软弱下卧层，桩端下坚实土层厚度不宜小于4倍桩径。3.5桩基础设计三、确定桩的数量及其平面布置3.5桩基础设计1.桩的根数

初步估算桩数时，当桩基为轴心受压时，桩数n按下式估算偏心受压时，应按轴心受压确定的桩数增加10～20％选择最优的桩距就是合理布桩，这是使桩基设计做到经济和有效的重要一环。

一般常用桩距为：s=3~4d

桩距太大会增加承台的面积，使其体积和用料加大而不经济；

桩距太小则会使摩擦桩基承载力降低，沉降加大，且给施工造成困难。

桩的边距s1（桩的中心至承台边的距离）一般不小于桩的直径，亦不得小于300mm。3.5桩基础设计

2.桩的中心距

一般桩的最小中心距应符合表规定。对于大面积桩群,尤其是挤土桩，桩的最小中心距还应按表列数值适当加大。3.5桩基础设计3.桩的平面布置－－确定承台尺寸在确定桩数、桩距和边距后，根据布桩的原则，选用合理的排列方式，尺寸。

布置原则:①力求使桩基中各桩受力比较均匀:

作用在板式承台上荷载的合力作用点，应与群桩横截面的重心相重合或接近；②桩基在承受水平和弯矩较大方向有较大的抵抗矩，以增强桩基的抗弯能力。3.5桩基础设计p.160平面布置形式对称式梅花式行列式环状排列，不等距排列，外密内疏等3.5桩基础设计为了使桩基中各桩受力比较均匀，群桩横截面的重心应与竖向永久荷载合力的作用点重合或接近。为了节省承台用料和减少承台施工的工作量，在可能情况下，墙下应尽量采用单排桩基，柱下的桩数也应尽量减少。一般地说，桩数较少而桩长较大的摩擦型桩基，无论在承台的设计和施工方面，还是在提高群桩的承载力以及减小桩基沉降量方面，都比桩数多而桩长小的桩基优越。3.5桩基础设计六、桩基承台设计3.5桩基础设计四、确定单桩承载力

五、软弱下卧层验算、沉降验算

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承台应有足够的强度和刚度桩基承台的设计包括确定承台的材料、底面标高、平面形状及尺寸、剖面形状及尺寸以及进行受弯、受剪、受冲切和局部受压承载力计算，并应符合构造要求。1.构造要求

承台形状方形、矩形、三角形、多边形、圆形(1)最小宽度

500mm(2)最小厚度

300mm(3)桩外缘距离承台边

150mm

边桩中心距离承台边

1.0d(4)桩嵌入承台大直径桩

100mm,小桩

50mm

(5)混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度不宜小于钢筋直径的30倍

1.0d

150mm100mm3.5桩基础设计承台混凝土强度等级不应低于C20，承台底面钢筋的混凝土保护层厚度不应小于70mm，当有混凝土垫层时，不应小于40mm。

承台的配筋，对于矩形承台，钢筋应按双向均匀通长布置，钢筋直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm；对于三桩承台，钢筋应按三向板带均匀布置，且最里面的三根钢筋围成的三角形应在柱截面范围内。

3.5桩基础设计2.承台的计算

承台计算包括受弯、受剪、受冲切及局部受压承载力计算。受弯计算的结果→承台的钢筋配置受冲切和受剪计算→承台的厚度3.5桩基础设计1.受弯计算(1)柱下多桩矩形承台Mx＝∑Niyi

My＝∑Nixi

式中Mx、My——分别为垂直于y轴和x轴方向计算截面处的弯矩设计值；

xi、yi——垂直于y轴和x轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离；

Ni——扣除承台和其上填土自重后相应于荷载效应基本组合时的第i桩竖向力设计值。

3.5桩基础设计2.承台受冲切计算(1)柱对承台的冲切3.5桩基础设计式中

Fl——扣除承台及其上填土自重，作用在冲切破坏锥体上相应于荷载效应基本组合的冲切力设计值，；

βhp——受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，βhp取1.0，

当h大于等于2000mm时，βhp取0.9，其间按线性内插法取用；

ft——承台混凝土轴心抗拉强度设计值；

h0——冲切破坏锥体的有效高度；

3.5桩基础设计β0x、β0y——冲切系数；

λ0x、λ0y——冲跨比，λ0x＝a0x／h0、λ0y＝a0y／h0，a0x、a0y为柱边或变阶处