桩基础的设计

一、桩基础的设计、施工与检测

一、桩基础的设计

1．桩基分类

1）按材料

有木桩、钢筋混凝土桩、预应力混凝土桩、钢桩

2）按受力特点

有摩擦桩、柱桩

3）按施工方法

有打入桩、钻孔桩、挖孔桩

2．桩基内力计算

1）计算方法

（1）极限地基反力法

即极限平衡法，假定桩侧土体处于极限平衡状态，按土的极限静力平衡来推求桩的横向承载力，不考虑桩本身的挠曲变形，该法仅适用于刚性短桩。

（2）弹性地基反力法

弹性地基反力指对应于桩的位移x所产生的反力。将土体假定为弹性体，用梁的弯曲理论求解桩的横向抗力。有线弹性地基反力法和非线性弹性地基反力法。

q=kz n x m

线弹性地基反力假定地基为服从虎克定律的弹性体，地基反力q与桩上任一点的位移成正比，但未考虑地基土的连

续性，对于某些如剪切刚度较大的岩

石地基不成立。

张氏法：假定地基系数沿深度

为一常数，即n=0（我国张有龄30

年代提出）。按此得出地面处土的侧

向抗力最大（因地面处位移最大），

与试验证明的非粘性土和正常固结

粘性土的地面处侧向抗力较小相矛盾。只在坚硬岩石中地基系数才可能沿深度不变。

q=k h x

K法：假定桩侧土地基系数在第一弹性零点t至地面间随深度增加，而t以后为常数。该法由苏联人提出，所计算得的桩身最大弯矩大于实测值，偏于安全，现在已取消。

m法：假定桩侧土地基系数随深度呈线性增加，即n=1。该法我国目前应用较多，几乎所有桩基规范均用此法，但该法假定的地基系数随深度无限增长，与实际情况不符。

q=mzx

C法：假定桩侧土地基系数沿深度呈抛物线增加，即n=0.5。该法由日本人提出，《公路桥规》在推荐m法的同时也推荐了该法。

q=cz1/2x

m法、C法适用于一般粘性土和砂性土，张氏法比较适用于超固结粘性土、地表有硬层的粘性土和地表为密实的砂土等情况。

非线性弹性地基反力法适用于栈桥及柔性系缆浮标等有较大位移的结构计算。

（3）复合地基反力法

即p—y曲线法，假定桩侧土上部为塑性区，采用极限地基反力法；下部为弹性区，采用弹性地基反力法。适用于承受反复荷载、在地基中产生较大应变时的桩基（如海洋结构物桩基）。

（4）弹性理论法

假定桩埋置于各向同性半无限弹性体中并假定土的弹性系数为常数或随深度按某种规律变化。其最大缺点是不能计算出在地面以下位移、转角及弯矩、土压力等。2）内力计算

桩基内力计算有刚性基础和弹性基础之分，其中刚性基础采用极限地基反力法计算，弹性基础一般采用弹性地基反力的m法计算。

αh≤2.5 刚性基础

αh＞2.5 弹性基础

（1）单桩计算宽度b0

b0=kψk0b

式中：k ψ—基础形状的换算系数。

k 0—考虑基础实际的空间工作条件不同于假设的平面工作条件的系数，

b

k 110+

= 对于垂直于力的作用方向有多根桩时，nb 0≤B ＋1（B 为该排桩的外边距） （2） 地基比例系数m

m 为桩侧土水平地基系数C 的比例系数，用来表征桩侧土对桩身产生弹性抗力大小的一个系数。m 与土的类别和物理性质（特别是压缩性）有关，对于同一类土，桩身侧向位移越大，m 则越小；桩身侧向位移越小，m 则越大。

非岩石类土的比例系数m 和m 0值

C=my ，是指y 深度处基础底面土的地基系数。 注：

a)当基础地面或局部冲刷线以下h m =2（d ＋1）米深度内为不同土层时，则m 应取该深度内各土层的换算值。

b)当基础侧面设有斜坡或台阶，且其坡度或台阶总宽与深度之比超过1：20时，表中m 值应减小50%。 （3） 桩身计算长度l p

由于桩基与一般的杆件不同，桩身埋于土中，受到桩侧土的侧向约束作用，且每一根桩所承受的力也不相等，承台对桩顶也有约束作用，当桩基础中的一根或某几根桩发生纵向弯曲或屈曲时，承台会调整各桩桩顶的荷载作用；另外，桩身轴向力沿深度变化，桩侧摩阻力随土的类别和物理性质而变。因此，确定桩身纵向弯曲计算长度

比较复杂，设计中可根据桩身特点、桩侧土类别和物理性质及单桩和多桩按下表公式

计算。

桩身纵向弯曲计算长度l p

3）刚性桩基础计算

（1） 置于非岩石地基上基础 aW

C mh b Hh M 04018)

2312++=

（ω

)

23(26)34(2

00300Hh M mh b aW

HC Hh M mh b y +++= ωσ2

00max

min

a

C A N ±= 地面或局部冲刷线以下任一点深度y 处侧向应力、弯矩为：

ωσ)(0y y my x -=

⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+=)2(1202

0y y my b H y M M y ω

（2） 嵌入岩层内的基础 aW C mh b Hh M 0406)

12++=

（ω

ωσ2

00max min

a C A N ±= 地面或局部冲刷线以下任一点深度y 处侧向应力、弯矩为： ωσ)(y h my x -=

⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+=)2(122

0y h my b H y M M y ω

基础嵌入处的横向力为：

H mh b P -=6

3

0ω 以上式中各符号意义如下： N —作用于基础底面的竖向力； A 0—基底面积；

a —基础底面顺外力作用方向的基础长度； W —基底截面抵抗矩。 （3） 基础侧面土的容许应力 )tan (cos 4

2

1C y x +⋅⋅≤φγφ

ηησ 式中：φ—土的内摩擦角；

γ—土的容重（为透水层时取浮容重）； C —土的凝聚力；

η1—系数，对超静定拱桥墩台取η1=0.7，其他结构取η1=1.0；