第三章 桩基础

Ra q pa Ap
三、群桩的竖向承载力 群桩效应
1、不考虑群桩效应 2、考虑群桩效应


群桩竖向承载力Rna 各单桩竖向承载力之和nRa
群桩上作用荷载nQ时的沉降 单桩上作用荷载Q时的沉降
---群桩效应系数 ---沉降比
端承桩
Rna nRa
1
h 以下产生应力叠加
D、
Q~S曲线呈缓变型，取桩顶总 沉降量s=40mm所对应的荷载 参加统计的试桩，当极差不超过平 均值的30%时，取平均值为单桩竖 向承载力；当极差超过平均值的 30%时，增加试桩数量
O Qu Qu
/
Q
Ra Qu / 2
su
A
B
s 图5-3 单桩荷载－沉降曲线 单桩的荷载 —沉降曲线 A-陡降型； B－缓变型
桩顶轴向位移构成：
–桩身发生的压缩变形 –桩底土层发生的压缩变形
桩底轴向位移构成：
？
桩任意点轴向位移构成：
？
截面位移、桩侧的摩阻力、轴力
在深度z处取dz
Q
S0
N0 Q
S0 Z
Nz
SZ
dz
z
z
L
N z dNz
Sb
ds
Nz
Qb
l
Nl
QS
N z z u p dz ( N z dN z ) 0
x K s v ks---桩侧土的侧压力系数，
挤土桩，K0<Ks<Kp；
非挤土桩，因桩孔中土被清除，Ka<Ks<K0
Ka 、 K0和Kp分别为主动、静止和被动土
压力系数。
采用上述公式计算深度z处的单位侧阻 时，如取
v z
u c a x tan a c a k s tan a c a k s z tan a
O Qu Qu
/
Q
su
A
B
s 图5-3 单桩荷载－沉降曲线 单桩的荷载 —沉降曲线 A-陡降型； B－缓变型

B、当陡降段明显时，取相应于陡降段起
n 1 n
点的荷载值Qu s 2 C、s ，且24小时尚未达到稳定，取 前一级荷载
O Qu Qu
/
Q
su
A
B
s 图5-3 单桩荷载－沉降曲线 单桩的荷载 —沉降曲线 A-陡降型； B－缓变型
第三章 桩基础 第一节 概述
软土 层
新加坡发展银行,四 墩, 每墩直径7.3m 将荷载传递到下部 好土层,承载力高
大直径钻孔桩 部分风化及 不风化泥岩 风化砂岩及粉砂岩
新加坡发展银行, 四墩7.3m
现场灌注 护坡桩
造价低
现场灌注 护坡桩
造价低
低承台桩基
高承台桩基
特点
优点 1. 将荷载传递到下部好 土层,承载力高 2. 沉降量小 3. 抗震性能好,穿过液 化层 4. 承受抗拔(抗滑)及横 向力(如风载荷) 5. 与其他深基础比较, 施工造价低 缺点 施工环境影响,

三、按承载性状分：
– 端承桩 – 摩擦桩
四、按桩的使用功能分类
1.竖向抗压桩 2.竖向抗拔桩 3.水平受荷桩 4.复合受荷桩
§3-3 桩的竖向承载力
孤立的一根桩称为单桩，群桩中性能 不受邻桩影响的一根桩可视为单桩。
一． 单桩轴向荷载的传递
1．桩身轴力和截面位移
桩顶荷载较小:
桩身上部受压向下位移
原理进行设计
(3)

桩端扩底直径与桩身直径之比D/d：
D/d越大, 桩端阻力分担的荷载比越大， 中长桩： D/d=3, 桩端阻力分担的荷载比为35%， D/d=1, 桩端阻力分担的荷载比为5%
桩的长径比l/d： l/d<10----短桩, l/d>10----中长桩 l/d>40----长桩，l/d>100----超长桩
卸载观测：
每级卸载值是加载值得2倍 每级卸载后，间隔15，15，30min各测 记一次，即可卸下一级荷载 全部卸载后，隔3~4小时再测读一次

（4）单桩竖向承载力的确定：

A、做Q~S曲线
曲线A：桩底持力层不坚实，桩径不大，破坏时桩端刺入持 力层 曲线B：桩底为非密实砂类土或粉土，清孔不净残留虚土， 桩底面积大，桩底塑性区随荷载增长逐渐扩展
' v '
侧阻将随深度线性增大
然而，砂土中的模型桩试验表明， 当桩入土深度达到某一临界值后，侧阻 就不随深度增加了，这个现象称为侧阻 的深度效应 综上所述，桩侧极限摩阻力与所在的深度、 土的类别和性质、成桩方法等许多因素有关。
根据经验：桩侧摩阻力达到极限值所需 的桩土滑移极限值则与土的类别有关、
而与桩径大小无关，根据试验资料：
锚桩反力梁
主梁 基准柱 次梁 千斤顶 百分表
锚筋 锚桩
锚桩 桁架 法,2400吨
（3）试验要点：
加载方式：
慢速维持荷载法，
即逐级加载，每级荷载达到相 对稳定后，加下一级荷载，直 至试桩破坏 加载分级：不小于8级 沉降观测：5，10，15，15， 15，30，30，…
O
Qu
Qu
/
摩 擦 桩
Rna nRa
各桩传布的应 力互相叠加 沉降一定下， 摩擦型群桩承 载力<单桩承 载力之和 摩擦型群桩沉 降>单桩

桩距↑， ↑
预制桩施工噪音, 钻孔灌注桩的泥浆
有地下室时,有一定 干扰,深基坑中做 桩


以下情况可用桩基：
承载力、变形不能满足要求的高重建筑物； 承载力满足要求、沉降量过大 重型工业厂房、荷载很大的建筑物（仓库等） 地基软弱，或某些特殊性土上的各类永久性建筑 物； 作用有较大水平力和力矩的高耸结构物（如烟囱、 水塔等）的基础，或需以桩承受水平力或上拔力 的其他情况； 需减弱振动影响的动力机器基础； 地基土有可能被水流冲刷的桥梁基础； 需穿越水体和软弱土层的港湾与海洋构筑物基础
（2）一般情况下，侧阻力先于端阻
力发挥作用
（3）在工作荷载Q下，对于一般摩
擦型桩，侧阻力发挥的比例明显高
于端阻力发挥作用的比例
（4）对于l/d较大的桩，即使桩端持
力层为岩层或坚硬土层，由于桩本 身的压缩作用，在工作荷载下，下 端阻力也很难发挥。l/d≥100时，端 阻力基本可以忽略而成为摩擦桩
粘性土：约为4~6mm
砂类土：约为6~10mm
（2）桩端阻力：
q pu c cNc 1bN qhNq
由于
N q , N
b h ，所以： 接近，
q pu c cNc qhNq
桩端阻力随入土深度线性增加
试验结果：入土深度小于某值时，桩 端阻力随入土深度线性增加，大于该 值后，桩端阻力不变--端阻的深度效应
Q
su
A
B
s A-陡降型； 图5-3 单桩荷载－沉降曲线 单桩的荷载 —沉降曲线 B－缓变型
终止加载条件：出现下列情况之一
–荷载~沉降曲线上有陡降段，且桩 顶总沉降量s>40mm
–
sn 1 2 sn
，且24小时尚未达到
稳定
–25m以上非嵌岩桩，荷载~沉降呈 缓变形，桩顶s>60~80mm –特殊条件下，可根据具体要求加 载至桩顶s>100mm
A C
B D
O
桩截面位移

极限摩阻力可用类似于土 的抗剪强度的库伦表达式：
u c a x tan a
ca---桩侧表面与土之间的附着力
a ---桩侧表面与土之间的摩擦角
x ---深度z处作用于桩侧表面的法向压力， 成正比例 它与桩侧土的竖向有效应力 v
x K s v



桩基础设计的原则：
、单桩承受的竖向荷载≤单桩竖向 承载力 2、桩基础的沉降≤建筑物沉降允许 值 3、坡地岸边的桩基，进行稳定性验 算
1
§3-2 桩的分类

一、按施工方法分：
– 预制桩
–钢筋混凝土桩 –钢桩 –木桩
气锤打入 振动沉桩 静压桩
– 灌注桩 –沉管灌注桩 –钻（冲、磨）孔灌注桩 –挖孔灌注桩（人工挖孔、机械挖 孔） –爆扩孔灌注桩
3
、按静力学公式计算：
初步设计时：可用公式估算单桩承
载力
摩擦桩：
Ra q pa Ap u p qsia li
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。 Ap——桩底横截面面积； up——桩身周边长度； li——第i层岩土的厚度
端承桩：
z
SZ
dz
z
N z dNz
ds
Qb
l
Nl
Sb
QS
N z Q u p z dz
0
z
1 z s Ap E p
Q

z
0
N z dz
Nz
τz,δ
z
单桩静载荷试验，埋设应 力或位移量测元件测出
S0
N0 Q
S0 Z
Nz
SZ
dz
z
z
L
N z dNz
Sb
ds
Nz
Qb

Eb/Es=100, 桩身轴力上段随深度降低， 下段沿深度不变，桩侧摩阻力上段可得发 挥，下段无法发挥。桩端阻力分担了60% 以上荷载------端承桩
(2)
桩身刚度与桩侧土刚度比Ep/Es：

Ep/Es越大, 传递到桩端的荷载越大， Ep/Es≤10, 桩端阻力分担的荷载几乎为0

砂桩、碎石桩、灰土桩应按复合地基工作
振动沉桩 预制桩1－13m
Pile Point
离心预应力预制钢筋混凝土
人工挖孔桩
1.0-3.0 m
0.6-0.9 m
广州市亚洲大酒店人工挖孔桩
螺旋钻
爆破扩底桩
钢筋笼
碎石
混凝土
内夯式扩底桩200kN钢锤
钻扩桩
wenku.baidu.com
挤扩桩（支盘桩）
各种桩基础的施工动画

二、按设置效应分：
– 大量排土桩(挤土桩）（实心预制桩、 下端封闭管桩） – 小量排土桩（部分挤土桩）（下端 开口的钢管桩、H型钢桩） – 不排土桩（非挤土桩）（先钻孔后， 再打入预制桩、钻孔桩）
向抗压静载荷试验，直至加载破坏， 确定竖向极限承载力。
（2）试验准备：
选桩位，沉桩
确定加载装置 筹备荷载与沉降测量仪表
从成桩到试桩停歇时间： –预制桩：
• 在砂土中入土不少于7天 • 在粘性土中入土不少于15天 • 在饱和软粘土中入土不少于25 天 –灌注桩：桩身混凝土应达到设计强 度
(3)
l/d越大, 传递到桩端的荷载越小，桩身下 部侧阻力的发挥值越小 l/d, 很大的桩都属于摩擦桩，扩大D不能 提高承载力

3、桩侧摩阻力和桩端阻力
（ 1） 桩侧摩阻力：是桩截面对桩
周土的相对位移的函数[τ=f(δ)]。
如下图中的曲线OCD表示，常简化为折线 OAB。

桩侧摩阻力
AB段表示一旦桩土界面相对滑移超 过某一极限值，侧摩阻力将保持极限 值不变。
z
1 dN z u p dz
τz 与该处的轴力N的变 化率成正比
τz ---桩侧单位面积上的荷载传递
dz d z N z Ap E p d z N z Ap E p dz
Nz
Ap E p d z z u p dz2
2
Q
S0
S0
N0 Q
Nz
L
Z
τ --桩截面对桩周土 的相对位移δ 的函 数τ=f(δ)
阻力
桩侧表面受到向上摩
荷载增加:
位移加大—摩阻力向下渐次发挥—桩底持力 层受压引起桩端反力—桩端下沉
桩身整体下移—加大桩身各截面位移—桩侧
各处摩阻力进一步发挥--摩阻力都达到极 值—桩顶荷载增量都由桩端阻力承担—持力 层破坏

归纳如下：
（1）在荷载增加的过程中，桩身
上
部的侧阻力先于下部侧阻力发挥作用
l
Nl
QS
桩底轴力=桩端总阻力
桩侧总阻力
值得指出： N z , z , z 随桩顶荷载的增加而不断变化
Q
S0
N0 Q
S0 Z
Nz
SZ
dz
z
z
L
N z dNz
Sb
ds
Nz
Qb
l
Nl
QS

2、影响荷载传递的因素：
(1)

桩端土与桩周土的刚度比Eb/Es：
中长桩: Eb/Es=1, 均匀土层，桩侧摩阻力几乎均 匀分布，几乎承担了全部荷载------摩擦桩
（2）当桩端持力层为密实砂卵石或
其他承载力类似的土层时，对单桩竖 向承载力很高的大直径端承桩，可用 深层平板载荷试验。 （3）地基基础设计为丙级的建筑物， 可采用静力触探、标贯试验参数确定。 （4）初步设计时，可按公式估算
2
、单桩竖向静载荷试验
与工
（1）试验目的：在现场，采用
程规格尺寸完全相同的试桩，进行竖
桩端阻力的发挥滞后于桩侧阻力， 其充分发挥所需的桩底位移值比桩侧 摩阻力达到极限所需的桩身截面位移 值大的多。
桩端阻力的安全储备一般大于桩侧 摩阻力的安全储备
二、单桩竖向承载力的确定
–桩身材料强度 –地层支承力
1
、规定：
单桩
（1）桩的竖向承载力应通过
竖向静载荷试验确定。在同一条件
下的试桩数量，不宜少于总桩数的 1%，且不应少于3根。