CSU基础工程讲稿7-1

第2节 桩的分类及构造
一、桩的分类
1 按桩身材料分类
木桩
桩
的 钢桩
材
预制混凝土桩
料 分
混凝土桩
现场灌注桩混凝土桩
类 组合桩
第2节 桩的分类及构造
2 按桩承载性能（土对桩的支撑特点）分类
(1)摩擦桩 Shaft friction (2)端承桩 End bearing (3)摩擦端承桩 (4)端承摩擦桩
h—桩的入土深度(m)，h小于10m时，按10m计算。
(1) 竖向荷载（Q、T） (2) 横向荷载（H、M）
T
Q M
H
第3节 单桩轴向荷载
横向荷载（H、M）下桩的内力与变位分析，主要涉及
弯矩和剪力的计算，将在第5节讲述
Q
M
H
M
Q
H
=+
第3节 单桩轴向荷载
单桩轴向荷载的传递
单桩轴向荷载的传递 桩身轴力与侧摩阻力和端阻力
主
桩侧摩阻力和端阻力关系
要
qs z
Q0
Qz
S0
SZ
Sb
Qb
Sb
Qb
QS
第3节 单桩轴向荷载
任一深度z桩身截面的荷载为
q（S z）

1 u
dQ（z） dz
Q（z）
Qo

u

z o
q（s
z）
d
z
竖向位移为
dS（z） Q（z）dz EP A
S（z）
So

1 Eo A
z
Q（z）dz
o
q（S z）
EP A u
基础
浅基础
深基础
基
刚性基础
钢筋混凝土
柱下条形基础
桩基础
础
（无筋扩展基础）
扩展基础
筏板基础
沉井基础
箱形基础
沉箱基础
加
柱下独立基础 柱下独立基础
地下连续墙基础
深
组合型深基础
基础的类型
墙下条形基础 墙下条形基础
基础面积加大
第1节 概 述
当场地浅层土质不满足地基承载力和变形的要求；不宜 采取地基处理措施时，考虑以下部坚实土层或岩层作为持 力层的深基础方案，而桩基础是应用最为广泛的一类深基 础。
荷载
桩身弯矩
上部 结构 荷载
承 台
桩顶
荷载+
QHM
H1M1
EI
d4x dZ 4

mZxz
b1
传递方程
剪力M Q
地基
单桩 承载力
桩顶 轴向 荷载Q
桩身 位移
侧摩 阻力
桩端 阻力
土桩 对身
s S
0
e

Sb
[ 1 Ep Ap
(l0
l)
1 C0 A0
]Q
1
桩顶轴向 位移
=
桩身轴向 弹性变形
第3节 单桩轴向荷载
3. 桩侧、桩端阻力的荷载分担比与桩的分类
桩侧、桩端阻力的荷载分担情况，除了与桩侧、桩 端土的性质有关以外，还与桩土相对刚度、长径比l/d 有关。
按桩侧阻力与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比， 将桩分为摩擦型桩和端承型桩两大类和四个亚类。
第3节 单桩轴向荷载
4、桩侧、桩端阻力的荷载分担比影响因素
第2节 桩的分类及构造
7、 按桩径大小分类 (1).小桩d≤250mm (2).中等直径桩 250mm<d<800mm (3).大直径桩d≥800mm
第2节 桩的分类及构造
二、各类桩的主要特点 1. 振动、噪声-锤击或振桩、沉管灌注桩>钻孔桩>静压桩 2. 挤土效应_钢筋混凝土桩、沉管灌注桩>钻孔挖孔灌注 桩 3. 沉桩能力_钻孔灌注桩>钢桩>预制钢筋混凝土桩 4. 施工应力_ 预制桩的配筋>灌注桩 5. 质量稳定性_预制桩的接头的薄弱环节，沉桩的挤土效 应可使先打设的桩被抬起，如果接桩不牢固，会使上下两 节桩脱开。沉管灌注桩的挤土效应也可能使混凝土桩被剪 断，对策是采取“跳打”
桩土界面导致侧摩阻力扩散，在桩底处的扩散面积为A0
第3节 单桩轴向荷载
s e

l0 Ep Ap
Q
1 Ep Ap
l
Q(z)dz
0
C0=m0h为竖向地基抗力系数，按m法取
值，对端承桩A0=A
Q
Ap l0
sb

Q C0 A0
l
桩底面地基土竖向抗力系数c0=m0h
m0—桩底地基土竖向抗力系数的比例系数，kN/m4，取m0=m ；A0
桩侧摩阻力
A
B
C
D
桩截面位移
第3节 单桩轴向荷载
由此可见，桩侧和桩端阻力的发挥，需要一定的 桩土相对位移，即桩侧和桩端阻力是桩土相对位 移的某种函数，这种特定的函数关系，通常称之 为荷载传递函数。实际的荷载传递函数比较复杂， 与土层性质、埋深、桩径等有关，一般需要对其 进行简化。荷载传递函数主要的特征参数是极限 摩阻力和对应的极限位移。
第3节 单桩轴向荷载
1 桩侧极限摩阻力与对应的桩侧极限位移
桩侧摩阻力得到充分的发挥----相对位移小 一般认为粘性土中为4～6mm，砂性土中为6～10mm
2 桩端阻力与对应的桩端极限位移
桩底阻力充分发挥----位移值大 在粘性土中约为桩底直径的25％，在砂性土中约为
8％～10％，对于钻孔桩，由于孔底沉渣压缩的影响， 发挥端阻极限值所需位移更大。
小相等、方向相反
第3节 单桩轴向荷载
3 桩侧摩阻力和端阻力关系
Q Qs Qp
桩身上部土层的摩阻力先于下部土层发挥出来，桩侧阻力先 于桩端阻力发挥出来.
桩底土层压缩变形
桩端位移
加大桩侧摩阻力
第3节 单桩轴向荷载
dz Z L
ds
4 荷载传递基本方程
S0
Q0
Qz
Sz
Qz dQz
第6章 桩基础 Chapter 6 Pile Foundation
第1节 概述 第2节 桩的分类及构造 第3节 竖向荷载下的单桩 第4节 横向荷载下的单桩 第5节 单桩承载力的确定 第6节 桩基础的荷载传递 第7节 群桩基础内力和位移计算分析 第8节 群桩作用和桩基的竖向承载力 第9节 桩基础设计
第6章 桩基础 Chapter 6 Pile Foundation
Su Qsu Q
Su Qsu Q
1
Q
Q
1
Qsu Q
0ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱEs
0
Qa Qu Q
Q
Q
0 Es
0
Qa
Q
Qu
Q
Q
0 Es
0
Qa Qu Q
S Z (a) 均匀土中的摩擦桩
Q
Q
Es 0
0
Qa Qu Q
Qsu Q
S Z (b) 端承于砂层中的摩擦桩
Q
Q
0 Es
0
Qa Qu Q
S Z ( c) 扩底端承桩
Q
Q
0 Es
0
Qa Qu Q
Su Qsu Q
S Z (d) 孔底有沉淤的摩擦桩
S Z (e) 孔底有虚土的摩擦桩
S Z (f) 嵌入坚实基岩的端承桩
Qsu Q
第3节 单桩轴向荷载
三 桩的轴向刚度系数（Axial stiffness of pile）
桩顶轴向位移 S0
s0=se+sb
桩身弹性压缩变形se 桩底处地基土的沉降sb
第1节 概 述
优越性 承载力高 沉降小而均匀 用料较省 机械化程度高 广泛适用于各类地层条件
第1节 概 述
应用范围
(1)软弱特殊土上的永久建筑物，不允许过大沉降和沉降差； (2)高重建筑物，地基承载力不能满足设计需要； (3)桥梁、烟囱、输电塔等，承受较大水平和上拔力； (4)精密或大型设备，需要减小基础振动对结构的影响； (5)地震区，桩基作为结构抗震措施或穿越可液化地基； (6)水上基础，当施工水位较高或河床冲刷较大，采用浅基础 施工困难或不能保证基础安全。
第3节 单桩轴向荷载
轴向荷载 Q
单桩（单排桩） 群桩（多排桩） 刚性桩 弹性桩
轴向变位与承 轴向变位与承
载力设计
载力设计
横向荷载 H,M
横向变位与承 横向变位与承
载力设计
载力设计
第3节 单桩轴向荷载
2 3EIYM
3 2EIYM 4 EIM
桩顶
边界条件
桩顶位移
x 11
+
桩底土 变形
桩材 的料 支强 撑度
第3节 单桩轴向荷载(书中第四节）
√单桩轴向荷载的传递
√桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素
机理
√桩的轴向刚度系数——变形
√桩侧负摩阻力
√单桩承载力确定方法
承载力
（第四节）
第3节 单桩轴向荷载
桩基础上承受的荷载的种类
QT M
H
第3节 单桩轴向荷载
一般而言，上部结构由承台 传给基桩的荷载分为：
桩底
底土层压缩变形
两部分压缩变形
构成桩顶轴
向位移
第3节 单桩轴向荷载
P
y0
Fx
FX
yx
h
Fx
FX
yx
nh
yh
nh
elastic plastique
yx
elastic plastique
yx
elastic plastique
yh
y
Fx
FX
0
y
x
h
Fx
FX
y
x
y
nh
h
nh
elastic plastique
摩擦桩 端承摩擦桩 摩擦端承桩 端承桩(柱桩)
第2节 桩的分类及构造
3 按成桩（地点）方式分类
预 √预制钢筋混凝土桩—方形、圆形、管形、三角形和T形、H形、 制 I形等异形截面 桩 √预应力钢筋混凝土桩—为减少钢筋混凝土桩的钢筋用量和桩身
裂缝混凝土强度C60～C80
(VEDIO2) (VEDIO1)
yx
elastic plastique
yx
elastic plastique
yh
y
Fx
FX
y
0
h1
x
h
Fx
FX
y
x
y
nh
h
nh
limited plastique
yx
elastic plastique
yx
elastic plastique
yh
y
Fx
FX
0
y
x
h
h1=h Fx
FX
y
x
y
nh
h
nh
plastique
第2节 桩的分类及构造
总阻力
Total resistance force
桩侧与桩端/总阻力
Side friction or toe force/ Total resistance force
桩型
Types of pile
Q Qs Qp
Qs 0.8 Q
Qs 0.60 ~ 0.75 Q Qp 0.60 ~ 0.75 Q Qp 0.8 Q
d 2S（z） dz 2
第3节 单桩轴向荷载
二 桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素 桩侧摩阻力是桩侧与桩周土相对位移 的函数，可用曲线OCD表示，常简化为折 线OAB。一旦桩土界面相对滑移超过某一 极限值，侧摩阻力保持极限值不变,桩端 阻力发挥效应,由于桩端持力层的大量压 缩和塑性变形，位移增加速度显著增大， 直至桩端阻力达到极限，位移增大至破 O 坏。此时，桩达到其极限承载力。
yx
plastique
yx
end point élastique
yh
y
Fx
FX
y
0
h1
x
h
Fx
FX
y
x
y
nh
h
nh
P0’ P1 P2 P3 P yx h1= 0
h1= h
yx
y0 yh
第3节 单桩轴向荷载
土对单桩轴 向荷载支撑
桩侧摩阻力Qsu Side friction
摩擦力f
Friction force
深基础与浅基础的区别: 深度（相对于支撑面积）； 侧摩阻力(由于非基坑开挖所致);施工方法（非基坑方法）
第1节 概 述
概念
※桩—土层中/垂直或微倾杆件/荷载传 递到侧壁深部的基础 ※单桩—独立的单一的一根桩,群桩中 性能不受相邻桩影响的一根桩 ※基桩—群桩中相互影响的一根桩 ※桩基础—由基桩和连接于桩顶的承台 共同组成基础。承台把桩联结起来并承 受上部结构的荷载，通过基桩传递到桩 侧和桩底的地基中
√钢桩（钢管桩和H形桩）—型钢和钢管
现 场
钻（冲）孔灌注桩(视频)
灌 人工挖孔灌注桩 注
桩 沉管灌注桩和夯扩桩(视频)
第2节 桩的分类及构造
4、按设置效应（成桩方式对土层的影响）分类
(1).非挤土桩：钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩 (2).部分挤土桩：冲击成孔、预钻孔打入式预制桩、混凝 土管桩、H型钢桩、敞口钢管桩等 (3).挤土桩：沉管灌注桩、打入、静压实心预制桩、闭口 钢管桩
第2节 桩的分类及构造
5、按设置方向分类
(1) 竖直桩 vertical piles
(2) 斜 桩 raking piles
第2节 桩的分类及构造
6、 按承台底面位置分类
高承台桩 低承台桩
高出地面；污工少 稳定性差 流冰层下>25cm
低于地面或局部冲刷线 侧向约束；稳定性好 冻结线以下>25cm 旱地或季节性河流
内
荷载传递基本方程
容
Q
桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素
桩的轴向刚度系数
桩侧负摩阻力 桩的抗拔力
第3节 单桩轴向荷载
一
单桩轴向荷载的传递
单桩轴向荷载的传递 桩身轴力与侧摩阻力和端阻力 桩侧摩阻力和端阻力关系
荷载传递基本方程
1 单桩轴向荷载的传递
桩身轴力
截面位移
轴向荷载向下传递
桩侧摩阻力
传递到下部轴力减小
（1） Nb随长径比l/d增大而减小，桩身下部侧阻的发挥相应
降低 （2）桩端土与桩侧土相对刚度Rbs（Rbs定义为桩端土与桩侧 土的压缩模量或变形模量之比）的增大而增大 （3）桩与桩侧土的相对刚度大，桩端阻力大 （4）对扩底桩，增大扩底直径与桩身直径之比D/d，桩端分 担的荷载可以提高
第3节 单桩轴向荷载
粘聚力c
Cohesion
桩端阻力Qpu Toe bearing
Ｑu
W Qsu
Qpu
第3节 单桩轴向荷载
Q(kN)
0
15.0 26.7
43.7 60.1
D(m)
第3节 单桩轴向荷载
2 桩身轴力与侧摩阻力和端阻力
桩顶荷载
桩身压缩变形
桩土界面相对位移
产生摩阻力
桩身截面的轴向力随深度逐渐减小
传至桩底截面的轴向力与桩底支承反力（即桩端阻力）大