《基础工程课件》课件-4 桩基础4.3-4.8

4.3桩基竖向荷载的传递4.3.1单桩轴向荷载的传递机理桩顶沉降＝桩端沉降＋桩身压缩量桩侧摩阻力与桩侧表面的法向压力及桩土界面相对位移成正比。侧阻的深度效应桩顶轴力Q＝桩侧总阻力Qs+

桩端总阻力Qp桩侧阻对应的δu数值：黏性土4~6mm;砂类土6~10mm桩端阻对应的δu数值：黏性土d/10~d/4（d为桩径）；砂类土d/12~d/10影响荷载传递的主要因素之一：桩的长径比l/d短桩：l/d<10中长桩：10~40长桩：40~100超长桩：>100长径比很大的桩都属于摩擦桩。4.3.2桩侧负摩阻力p.1251.产生负摩阻力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。

中性点产生负摩阻力的情况有多种，例如：位于桩周欠固结的软黏土或新填土在重力作用下产生固结；大面积堆载使桩周土层压密；在正常固结或弱超固结的软粘土地区，由于地下水位全面降低(例如长期抽取地下水)，致使有效应力增加，因而引起大面积沉降；自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷；地面因打桩时孔隙水压力剧增而隆起、其后孔压消散而固结下沉等。

后果使桩的竖向承载力减小，而桩身轴力加大。2.负摩阻力的计算（不成熟）详见4.5.43.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。（见教材）

4.3.3竖向荷载下的群桩效应群桩基础：由2根以上桩组成的桩基。在竖向荷载作用下，由于承台、桩、土相互作用，群桩基础中的一根桩（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。群桩效应系数η：>1=1<14.3.3.1端承型群桩基础端承型群桩基础中各根单桩的工作性状接近于独立单桩，故η＝1。

4.3.3.2摩擦型群桩基础应力重叠沉降增加单桩承载力下降，η<1。

当桩距小于3d（d为桩径）时，桩端处应力重叠现象严重；当桩距大于6d时，应力重叠现象较小。

对打入较疏松的砂类土和粉土中的挤土群桩，其桩间土和桩端土被明显挤密，所以群桩效应系数η常大于1。

4.3.3.3承台底面贴地的影响（承台效应）由摩擦型桩组成的群桩基础，当其承受竖向荷载而沉降时，承台底面一般与地基土紧密接触，因此承台底面必产生土反力，从而分担了一部分荷载，使桩基承载力随之提高（承台效应）。考虑到一些因素可能会导致承台底面与基土脱开（例如挤土桩施工时产生的孔隙水压继续消散而引起地基土固结下沉），为了保证安全可靠，（国标要求）设计时一般不考虑承台贴地时承台底反力对桩基承载力的贡献（即不考虑承台效应）。考虑承台效应的计算方法详见4.4.3.2节或《建筑桩基技术规范》。力会在承台修筑后结论设计群桩基础时，一般可不考虑群桩效应对单桩竖向承载力的影响，即取群桩效应系数η＝1，但对摩擦型桩基、设计等级为甲级以及部分乙级的建筑物桩基，必须进行沉降验算，以确保桩基沉降不超过允许值。4.4单桩竖向承载力的确定取决于二方面：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。按材料强度计算低承台桩基的单桩承载力时，可把桩视作轴心受压杆件，而且不考虑纵向压屈的影响（取纵向弯曲系数为1），这是由于桩周存在土的约束作用之故。对于通过很厚的软黏土层而支承在岩层上的端承型桩或承台底面以下存在可液化土层的桩以及高承台桩基，则应考虑压屈影响。4.4.1.1

静载荷试验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。4.4.1单桩竖向极限承载力的确定

桩承载力自平衡测试法自平衡测试方法的原理自平衡试桩法是在桩尖附近安设荷载箱，沿垂直方向加载，即可同时测得荷载箱上、下部桩身各自的承载力。自平衡测桩法的主要装置是一种经特别设计可用于加载的荷载箱。它主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成。顶、底盖的外径略小于桩的外径。将荷载箱与钢筋笼焊接成一体放入桩体后，即可浇捣混凝土成桩。试验时，在地面上通过油泵加压，随着压力增加，荷载箱将同时向上、向下发生变位，促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥可用于摩擦型桩，用于端承型桩时还须在桩顶堆载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；粉土和黏性土不得少于15天；饱和软黏土不得少于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款的情况，取前一级荷载值。④Q~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。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。4.4.1.2原位测试法——根据静力触探试验资料确定4.4.1.3按土的抗剪强度指标确定（少用）4.4.1.4经验参数法（规范经验公式）（1）中小直径桩（d<800mm）式中Qu——单桩竖向承极限载力；qsik

、qpk——桩侧第i层岩土极限侧阻力标准值、极限端阻力标

准值，由当地静载荷试验结果统计分析算得（查

表4-5、4-6）；Ap——桩端面积；up——桩身周长；

li——第i层岩土的厚度。《建筑桩基技术规范》（2）大直径桩（d≥800mm）表4-7大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数，查表4-8桩身周长，当人工挖孔桩桩周护壁为振捣密实的砼时，可按护壁外直径计算。对于扩底桩变截面以上2d长度范围不计侧阻力。

(3)嵌岩桩Qu＝upΣqsikli+ζrfrkAp(4-15)式中

frk——岩石饱和单轴抗压强度标准值，黏土岩取天然湿度单轴抗压强度标准值；

ζr——桩嵌岩段侧阻和端阻综合系数，与嵌岩深径比hr/d、岩石软硬程度和成桩工艺有关，可按表4-9采用；表中数值适用于泥浆护壁成桩，对于干作业成桩（清底干净）和泥浆护壁成桩后注浆，ζr应取表列数值的1.2倍。(4)后注浆灌注桩

4.4.2单桩竖向承载力特征值Ra《建筑地基基础设计规范》式中

qsia、qpa——桩侧阻力、桩端阻力特征值，由当地静载荷试验结果统计分析算得。Ra＝upΣqsiali+qpaAp

给出的计算单桩竖向承载力特征值的经验公式：

4.4.3基桩竖向承载力特征值R桩基础中的单桩称为基桩。考虑承台效应时，摩擦型桩基中的基桩承载力包含承台底土阻力的贡献，这种基桩称为复合基桩。4.4.3.1不考虑承台效应对于端承型桩基、桩数少于4根的摩擦型柱下独立桩基、或由于地层土性、使用条件等因素（如承台底为可液化土、湿陷性土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土，成桩引起超孔隙水压力和土体隆起）不宜考虑承台效应时，基桩竖向承载力特征值应取单桩竖向承载力特征值，即

R=Ra

式中，R为基桩（复合基桩）竖向承载力特征值。4.4.3.2考虑承台效应对于符合下列条件之一的摩擦型桩基，宜考虑承台效应确定其复合基桩的竖向承载力特征值：(1)上部结构整体刚度较好、体型简单的建（构）筑物；(2)对差异沉降适应性较强的排架结构和柔性构筑物；(3)按变刚度调平原则设计的桩基刚度相对弱化区；(4)软土地基的减沉复合疏桩基础。不考虑地震作用时

R=Ra+ηcfakAc

（自学）[例4-2]某柱下独立承台埋深为1.3m，平面尺寸为3500mm×2100mm，承台下设置混凝土预制桩6根，桩截面为350mm×350mm，桩距sa=4d=1400mm，桩长12m。桩侧上部土层为厚8m的软塑状粉质粘土，qsik=40kPa，fak=100kPa；下部土层为硬塑粘土，qsik=72kPa，qpk=4000kPa。试计算该桩基的单桩和复合基桩竖向承载力特征值。[解]Qu=upΣqsikli+qpkAp=4×0.35×(40×8+72×4)+4000×0.352=1341.2kN由sa/d=4，Bc/l=2.1/12=0.175<0.4，查表4-11，并根据表下附注第5点，得ηc=0.8×0.14=0.112所以

R=Ra+ηcfakAc=670.6+0.112×100×(3.5×2.1-6×0.352)/6=683kN习题4－2〔例〕某场区从天然地面起往下的土层分布是：粉质黏土，厚度l1=3m，qs1a=24kPa；粉土，厚度l2=6m，qs2a=20kPa；中密的中砂，qs3a=30kPa，qpa=2600kPa。现采用截面边长为350mm×350mm的预制桩，承台底面在天然地面以下1.0m，桩端进入中密中砂的深度为1.0m，试确定单桩承载力特征值。〔解〕

在实际工程中是如何确定桩承载力的？重要工程又无经验时打试验桩试桩（静载荷试验）确定单桩承载力设计、施工（工程桩）桩身完整性及承载力检测一般工程按经验公式及工程经验确定单桩承载力4.5桩基承载力验算p.1384.5.1桩基中基桩的桩顶荷载（竖向力）计算轴心竖向力作用下(4-25)偏心竖向力作用下矩形承台水平力作用下式中Mxk、Myk——相应于标准组合作用于承台底面的外力

对通过桩群形心的x、y轴的力矩标准值；

xi、yi——桩i至通过桩群形心的y

、x轴线的距离，三桩承台三桩承台桩顶竖向力计算

1号桩桩顶竖向力N1k：

2号桩桩顶竖向力N2k：

式中s1、s2――分别为长向桩距和短向桩距。

4.5.2基桩承载力验算轴心竖向力作用下：Nk≤R

(4-30)

偏心竖向力作用下：Nk≤R

(4-30)