第三章桩基础

极限荷载确定
P~S曲线法 S~logt法 桩身破坏时的荷载
按上述破坏标准确定破坏荷载，并将破 坏荷载前一级荷载确定为极限荷载
桩的轴向容许承载力确定：
[P] Pj K
安全系数 K=2.0
0 4 8 12
桩顶下沉量s/mm
20
40
60
桩顶荷载Q/10kN 80 100 120 140 160
桩端后压浆灌注桩： 无试验资料时，可按下式计算： [ Ra ] 1 uΣβ si qik l i p Ap qr
2
注意：桩身自重与置换土重的差值作为荷载考虑（当自重 计入浮力时，置换土重也计入浮力）。
βsi：i 层土的侧阻力增强系数；
βp：端阻力增强系数。
土层名称 粘性土、粉土 粉砂 细砂 中砂 粗砂 砾砂 碎石土
单桩轴向承载力容许值按土的支承力的确定 • 单桩轴向承载力容许值确定方法 静载荷试验方法
设计规范经验公式方法
静力触探方法 动测试桩方法 静力分析方法
• 静载荷试验法 适用条件——特殊大桥，必要时在施工前先做试桩并进 行载荷试验。方法准确可靠，但耗时费力。
试验装置
锚桩法——锚桩、横梁、千斤顶等组成。 锚桩数量——2~4根，上拔力有一定的储备； 锚桩与试桩间的间距＞3倍试桩桩径；（具体布置要 求见P.90内容） 试桩数量≥2根或总桩数的2%，沉降量测点≥2个
• 静力触探法
1 [ Ra ] [uΣ i i l i i A R ] 2
式中各项参数的取值见P.97相关内容。 • 单桩轴向受压承载力的抗力系数
按前述方法确定的单桩轴向受压承载力容许值，应根
据桩的受荷阶段及受荷情况乘以下表规定的抗力系数。
受荷阶段 作用效应组合 永久作用与可变作用组合 抗力系数 1.25 1.00 1.25 1.25
地基土的固结度——桩底承载力随地基土的固结度提高
而增大； 桩径大小——类似于基础底面地基承载力； 深度效应——桩底端进入持力层的深度（临界深度—— 在砂土、硬粘土持力层中，桩底极限阻力随深度线形增大，
到达临界深度后保持稳定。临界深度与持力层上覆荷载、
持力层密度有关）。
与临界深度hcp相关的影响因素： • 随砂的相对密度Dr增大而增大 • 随桩径的增大而增大 • 随上覆压力的增大而减小 与稳定端阻qpl相关的影响因素 • 随相对密度Dr增大而增大 • 与桩径及上覆压力无关
加载方式 分级加载（预计破坏荷载1/10~1/15）、递变加载（开始
1/2.5~1/终了1/10~1/15）；
按一定时间间隔测读数据； 沉降稳定标准（施加下一级荷载的前提）：
砂性土——30min下沉量≤0.1mm； 粘性土——60min下沉量≤0.1mm。
破坏标准：
桩顶沉降突然增大，总沉降量＞40mm，本级荷载沉降量为前一 级荷载的5倍以上； 本级荷载沉降量为前一级荷载的2倍以上，24h未达稳定； 加载后期，桩顶沉降随荷载近似线性比例增长，且总沉降量＞ 75mm
sb
Qp
sb
Nl
Qs
荷载传递特征
桩侧阻力发挥至极限值是由上而下逐渐发挥； 桩侧阻力极限值发挥与桩底阻力极限值发挥所对应的位 移量不同；
桩底阻力：粘性土——桩底直径25%；砂性土——桩底直径8~10%
桩侧阻力：粘性土——4~6mm；砂性土——6~10mm
侧阻力、底阻力的发挥与桩型、桩长、持力层条件有关
计入浮力时，置换土重也计入浮力）。
c1：端阻力发挥系数； c2i：i 层侧阻力发挥系数；
岩石层情况
完整、较完整 较破碎 破碎、极破碎
c1
0.6 0.5 0.4
c2
0.05 0.04 0.03
frk：桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值； hi ：桩嵌入各岩层部分的厚度，不包括强风化层和全风化 层； m：岩层层数，不包括强风化层和全风化层；
1.5~1.6 2.2~2.5
βs
1.3~1.4 1.5~1.8
1.5~1.6 1.5~1.7 1.6~1.8 1.5~1.8 1.6~2.0 1.8~2.0 1.8~2.1 2.0~2.3 2.2~2.4 2.2~2.4
βp
桩端后压浆灌注桩桩侧阻力增强范围：
在饱和土层中压浆
在非饱和土层中压浆 仅对桩端以上8~12m范围的侧阻力进 行增强修正
5．单桩承载力的确定
确定单桩承载力是分析桩基础承载力与变形等问题的
基础。
单桩承载力——单桩在荷载作用下，地基土和桩身的强度 和稳定性均能得到保证，变形也在允许范围以内，以保证
结构物的正常使用所能承受的最大荷载。
轴向承载力 横轴向承载力
单桩轴向荷载传递机理和特点 • 荷载传递过程与土对桩的支承力 轴向荷载作用下桩身轴力、桩身截面位移、桩侧摩阻力
密实
2500
3000
3500
钢管桩：考虑桩底闭塞及挤土效应特点。
Pj s uΣli qik p Apqrk
λs 、λp ：侧阻挤土效应系数、底端闭塞效应系数，闭口桩 λs=λp=1，开口桩按p.94方法计算。
Ap：桩底投影面积
钻（挖）孔桩： [ Ra ] uΣqik l i Ap qr
注意：桩身自重与置换土重的差值作为荷载考虑（当自重 计入浮力时，置换土重也计入浮力）。
P.92表3-3增加粉土沉桩桩侧土摩阻力标准值 qik（新规范）
稍密 粉土 中密 20~35 35~65
密实
65~80
P.93表3-4增加粉土沉桩桩端土承载力标准值 qrk（新规范）
桩尖进入持力层的相对深度
1>hc/d 粉土 中密 1700 4>hc/d ≥1 2000 hc/d≥4 2300
端承桩——桩身截面位移小，侧阻力不易发挥，可忽略不计，但 较长柱桩应考虑桩侧阻力的作用； 摩擦桩——桩侧阻力先达极限值，然后底阻力达到极限，较长摩擦 桩或桩底未达较硬土层，桩底阻力达不到极限值，极限 承载力由桩顶位移控制。
• 桩侧摩阻力的影响因素及其分布 土的性质——侧阻力随土的抗剪强度提高而增大，土的 抗剪强度与土性、法向应力有关；
hcp
qpl
• 单桩在轴向荷载作用下的破坏模式 单桩在竖向荷载下是否破坏取决于两种强度： 地基土强度 桩身材料强度 桩身屈曲破坏——桩底端进入坚硬土层或岩基，桩身细 长或桩侧土为软土，类似于压杆； 整体剪切破坏——桩身强度足够，桩底端到达较硬土层， 持力层上覆压力不足以阻止桩底地基土发生整体剪切破坏； 刺入破坏——桩身强度足够，桩底端未达坚硬土层，桩 顶发生较大的竖向位移。
ζs：覆盖层土的侧阻力发挥系数；
frk
ζs
0.8
0.5 0.2
2MPa≤frk<15MPa
15MPa≤frk<30MPa Frk>30MPa
qik：i 层土侧阻力标准值，无试验资料时按沉桩、钻（挖） 孔桩相应表格查取。
n：土层层数，强风化和全风化岩层按土层考虑。 当河床岩层有冲刷时，桩基须嵌入基岩，嵌岩桩按桩 底嵌固设计，桩底嵌入岩基的深度按下式计算： 圆形桩—— h 矩形桩—— h
li——承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度，扩孔部分 不计；
Ap——桩底截面面积，用设计直径（钻头直径）计算，但
采用换浆法施工时，按成孔直径计算，对于扩底桩，取扩 底截面面积； qik——与li对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值，无试验资 料时可按P.94表3-7采用（新规范表格形式有变化）；
qr——桩端处土的承载力容许值，当持力层为砂土、碎石
MH 0.065 f rk d
MH 0.0833 f rk b
h——桩嵌入基岩的有效深度（不计风化层，且≥0.5m）； MH——基岩顶面处的桩身弯矩；
β——系数，取0.5~1.0，岩基节理发达取小值，节理不发达
取大值；
d——钻（挖）孔桩或管桩的设计直径； b——垂直于弯矩作用平面桩的边长。 frk：岩石饱和单轴抗压强度标准值。
仅对桩端以上4~5m范围的侧阻力进行 增强修正 取βsi=1.0
对于非增强影响范围
支承在基岩上或嵌入基岩内的钻（挖）孔桩、沉桩：
n 1 [ Ra ] c1 Ap f rk u c2 i hi f rki δ s u l i qik 2 i 1 i 1 m
注意：桩身自重与置换土重的差值作为荷载考虑（当自重
组合（地震作用除外）所引起时，桩允许受拉。摩擦桩单桩 轴向受拉承载力容许值按下式计算：
[ Rt ] 0.3uΣ i li qik
αi：振动沉桩对各土层桩侧阻力的影响系数，锤击、静压沉
桩身刚度——刚度小，上部变形大，侧阻力较大；刚度
大，桩身各截面变形接近，下部初始法向应力大，侧阻力 较大； 施工方法——不同施工方法，挤土效应不同（P.78图338）；
扰动影响——粘性土的灵敏度、触变形影响；砂土密实
度的影响。
• 桩底阻力的影响因素及其深度效应 土的性质——抗剪强度、受压刚度大，桩底承载力大； 持力层上覆荷载——上覆荷载大、桩底极限承载力大；
土时，如计算值超过下列数值，宜按下列值采用：粉砂 1000kPa；细砂1150kPa；中砂、粗砂、砾砂1450kPa；碎 石土2750kPa；
h——桩底的埋置深度；
有冲刷的基础，由一般冲刷线起算；
无冲刷的基础，由天然地面或实际开挖的地面线起算； h＞40m，按40m考虑，或按试验确定承载力。 λ——考虑桩入土长度影响的修正系数，按表3-8取值； m0——清底系数，按下表采用。
Qu=1500kN 25
1.90MN
单桩 P-S 曲线
单桩 S-logt 曲线
• 设计规范经验公式法（钢筋混凝土桩、预应力混凝土桩、 混凝土桩） 摩擦桩
基本形式：
单桩容许承载力 Ra ] [ 1 [桩侧极限摩阻力 su 桩底极限阻力 pu ] R R 安全系数K