第四章+桩基础
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基础工程-桩基础-(史上最全面)
5）、按现行抗震设计规范规定进行抗震验算。
2、 下列桩基应进行变形验算：
1)、桩端持力层为软弱土的一,二级桩基以及 桩端持力层为粘土,粉土或存在软弱下卧层 一级建筑桩基,应验算沉降并考虑上部结构 与基础共同作用.沉降不超过建筑沉降允许 值；
2）、受水平荷载较大或对水平变位要求严格 的一级建筑桩基应验算水平位移。
第四章 桩基础
本章教学目标： 1 了解桩基础的使用，熟悉桩基础的设计内容、
设计原则、分类及成桩效应； 2 了解桩基础单桩传递机理，熟悉掌握桩基础
竖向承载力的确定，熟悉群桩效应； 3 了解单桩沉降计算，熟悉群桩沉降计算及减
小桩负摩阻力的措施。 4 掌握桩基础承台设计，熟悉桩基础设计步骤
及施工图绘制。
4.1概述
桩基按极限状态设计法设计，应满足承载 能力极限状态和正常使用极限状态的要求。
建筑桩基分三个安全等级。 桩基设计应进行下列计算和验算：
1、所有桩基础都应进行承载能力计算,计算内容包括：
1)、按使用功能，受力特征进行 竖向(压.拔)和水平承载 力计算,不宜超过承载力特征值。 某些条件下群桩基 础宜考虑桩.土、承台共同作用；
3、 下列桩基应进行桩身和承台抗裂和 裂缝宽度验算：
根据使用条件要求混凝土不得出现裂 缝的桩基应进行抗裂验算；使用上需 限制裂缝宽度的桩基应进行裂缝宽度 验算。
4、建于软土上的一、二级建筑桩基施 工 过程和使用期间必须进行沉降观
测直到 稳定。
4.1.4 桩基设计内容
桩基设计包括下列基本内容： 1、桩的类型及几何尺寸的选择； 2、单桩竖向（和水平向）承载力的
载的桩基。 桩基应用：以有百年历史，承载力高、稳 定性好，沉降均匀的特点，在不良土上修 建建筑，普遍应用的基础形式。
2、 下列桩基应进行变形验算：
1)、桩端持力层为软弱土的一,二级桩基以及 桩端持力层为粘土,粉土或存在软弱下卧层 一级建筑桩基,应验算沉降并考虑上部结构 与基础共同作用.沉降不超过建筑沉降允许 值；
2）、受水平荷载较大或对水平变位要求严格 的一级建筑桩基应验算水平位移。
第四章 桩基础
本章教学目标： 1 了解桩基础的使用，熟悉桩基础的设计内容、
设计原则、分类及成桩效应； 2 了解桩基础单桩传递机理，熟悉掌握桩基础
竖向承载力的确定，熟悉群桩效应； 3 了解单桩沉降计算，熟悉群桩沉降计算及减
小桩负摩阻力的措施。 4 掌握桩基础承台设计，熟悉桩基础设计步骤
及施工图绘制。
4.1概述
桩基按极限状态设计法设计，应满足承载 能力极限状态和正常使用极限状态的要求。
建筑桩基分三个安全等级。 桩基设计应进行下列计算和验算：
1、所有桩基础都应进行承载能力计算,计算内容包括：
1)、按使用功能，受力特征进行 竖向(压.拔)和水平承载 力计算,不宜超过承载力特征值。 某些条件下群桩基 础宜考虑桩.土、承台共同作用；
3、 下列桩基应进行桩身和承台抗裂和 裂缝宽度验算：
根据使用条件要求混凝土不得出现裂 缝的桩基应进行抗裂验算；使用上需 限制裂缝宽度的桩基应进行裂缝宽度 验算。
4、建于软土上的一、二级建筑桩基施 工 过程和使用期间必须进行沉降观
测直到 稳定。
4.1.4 桩基设计内容
桩基设计包括下列基本内容： 1、桩的类型及几何尺寸的选择； 2、单桩竖向（和水平向）承载力的
载的桩基。 桩基应用：以有百年历史，承载力高、稳 定性好，沉降均匀的特点，在不良土上修 建建筑，普遍应用的基础形式。
基础工程-赵明华-第四章-桩基础-4
4.3 单桩竖向承载力的确定
一、基本概念
单桩承载力：指单桩在外荷（桩顶或沿桩身）作用下，不 丧失稳定性、不产生过大变形时的承载能力。 竖向极限承载力Quk：指单桩在竖向荷载作用下达到破坏状 态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载。通 常等于总极限侧阻力Qsk和总极限端阻力Qpk之和
Quk Qsk Qpk 竖向承载力设计值R：JGJ94-94 (已废止) 考虑承载能力极限状态，以分项系数表述的基桩承载力值
A's— 全部纵向钢筋的截面积
j — 稳定系数，≤1.0，查规范表格
yc— 成桩工艺（工作条件）系数，由桩型按规范取值
4.3 单桩竖向承载力的确定
三、按单桩竖向静载试验确定
优缺点：直观、可靠，但费时费力 。 基本要求 试验数量：不宜小于总数的1％，且不少于3根 对象：地基条件复杂、桩施工质量可靠性低及本地区采用的
新桩型或新工艺等情况下的桩基 试验时间：灌注桩待桩身砼达设计强度；预制桩考虑一定休
止期（砂类土≮7天；粉土≮10天，非饱和粘性土≮15天， 饱和粘性土≮25天） 取值方法：按现行《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003) 进行，取各试桩的平均值（极差≤平均值的30%）作为Quk值， 将其除以2得承载力特征值Ra
R Qsk Qpk
s p
4.3 单桩竖向承载力的确定
一、基本概念
竖向承载力特征值Ra：单桩竖向极限承载力标准值除以安全系 数后的承载力值
JGJ94-2008
Ra Quk / K (K 2)
GB50007-2011规定，初步设计时可按经验公式进行预估
Ra qpa Ap up qsiali Ra qpa Ap (桩底嵌入完整及较完整硬质岩)
《基础工程》教案(四1——单桩承载力)
黏性土
1 软塑 0.75 I L 1 可塑、硬塑 0 I L 0.75 坚硬 I L 0
中密 密实 中密 密实 中密 密实 中密 密实 中密 密实 中密 密实
黑龙江工程学院
粉土 粉砂、细砂 中砂 粗砂、砾砂 圆砾、角砾 碎石、卵石 漂石、块石
本表采用。
基础工程
第四章 桩基础 之单桩承载力
表 4-2 修正系数 值
hd
桩端土情况 透水性土 不透水性土
4～20 0.70 0.65
20～25 0.70～0.85 0.65～0.72
>25 0.85 0.72
注： h 为桩的埋置深度，取值同式(4-4)； d 为桩的设计直径。
表 4-3 清底系数 m0 值
黑龙江工程学院
23
基础工程
第四章 桩基础 之单桩承载力
②
S n 1 2 ，且24h未稳定 Sn
黑龙江工程学院
13
基础工程
第四章 桩基础 之单桩承载力
3、极限荷载和轴向容许承载力的确定 直接计算法 曲线分析法
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14
基础工程
第四章 桩基础 之单桩承载力
①直接计算法——P-S曲线明显转折
破坏荷载
极限荷载 P j 容许荷载
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4
基础工程
第四章 桩基础 之单桩承载力
单桩承载力之单桩轴向容许承载力的确定
计算目的： 1、确定桩长 2、验算桩长
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5
基础工程
第四章 桩基础 之单桩承载力
4.1.1 单桩工作机理
(一) 荷载传递与土对桩的支承力 1、桩顶轴向位移（沉降）=桩身弹性压缩+桩底土层压缩 桩身弹性压缩桩与侧土的相对位移
桩基础的设计计算
长桩的问题
无量纲法 (桩身在地面以下任一深度处的内力和位移的简捷计算方法) 当桩的支承条件、入土深度符合一定要求时，可利用比较简捷的计算方法计算。即无量纲法。 主要特点： 利用边界条件求x0、 0时，系数采用简化公式； 利用x0、 0是Q0、M0的函数的特征，代入基本公式后，无须再计算x0、 0，可由已知的Q0、M0直接计算。
单击此处添加大标题内容
多排桩在外力作用平面内有多根桩，各桩受力相互影响，其影响与桩间净距L1有关。 单排桩或L1≥0.6h1的多排桩 k=1.0； L1＜0.6h1的多排桩 h1——地面或最大冲刷线以下桩柱 计算埋入深度：h1=3(d+1) ；但h1值不 得大于桩的入土深度（h）；
L1
H
q1、q2——梯形土压力强度。
桩顶为弹性嵌固——适合于墩 台受上部结构约束较强的情况。 轻型桥台用锚柱固接； 摩擦力较大的毛毡支座； 固定支座的单孔桥。
——单位水平力作用在地面或最大冲刷线处，桩在该处产生的转角；
——单位弯矩作用在地面或最大冲刷线处，桩在该处产生的转角；
x0、 0的计算 摩擦桩、柱承桩 x0、 0 的计算 桩底受力情况分析 桩底为非岩石类土或支承在岩基面上，在外荷作用下，桩底产生位移 xh、 h，桩底 x 处产生竖向位移 x h，桩底的抗力情况如下图所示。如竖向地基系数为C0，桩底竖向力增量：
z——地面或最大冲刷线以下地基系数计算点的深度； n——随不同计算假定而设置的指数。 “m”法假定—— “K”法假定——地基系数C沿深度分两段变化，在桩身第一挠曲零点以上按凹形抛物线变化（n=2），以下为常数K。 “C”法假定——地基系数C沿深度分两段变化， ， ； 的桩长段地基系数C取常数。 “张有龄”法假定（常数法）——地基系数C沿深度不变为常数C=K0（n=0）。
无量纲法 (桩身在地面以下任一深度处的内力和位移的简捷计算方法) 当桩的支承条件、入土深度符合一定要求时，可利用比较简捷的计算方法计算。即无量纲法。 主要特点： 利用边界条件求x0、 0时，系数采用简化公式； 利用x0、 0是Q0、M0的函数的特征，代入基本公式后，无须再计算x0、 0，可由已知的Q0、M0直接计算。
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多排桩在外力作用平面内有多根桩，各桩受力相互影响，其影响与桩间净距L1有关。 单排桩或L1≥0.6h1的多排桩 k=1.0； L1＜0.6h1的多排桩 h1——地面或最大冲刷线以下桩柱 计算埋入深度：h1=3(d+1) ；但h1值不 得大于桩的入土深度（h）；
L1
H
q1、q2——梯形土压力强度。
桩顶为弹性嵌固——适合于墩 台受上部结构约束较强的情况。 轻型桥台用锚柱固接； 摩擦力较大的毛毡支座； 固定支座的单孔桥。
——单位水平力作用在地面或最大冲刷线处，桩在该处产生的转角；
——单位弯矩作用在地面或最大冲刷线处，桩在该处产生的转角；
x0、 0的计算 摩擦桩、柱承桩 x0、 0 的计算 桩底受力情况分析 桩底为非岩石类土或支承在岩基面上，在外荷作用下，桩底产生位移 xh、 h，桩底 x 处产生竖向位移 x h，桩底的抗力情况如下图所示。如竖向地基系数为C0，桩底竖向力增量：
z——地面或最大冲刷线以下地基系数计算点的深度； n——随不同计算假定而设置的指数。 “m”法假定—— “K”法假定——地基系数C沿深度分两段变化，在桩身第一挠曲零点以上按凹形抛物线变化（n=2），以下为常数K。 “C”法假定——地基系数C沿深度分两段变化， ， ； 的桩长段地基系数C取常数。 “张有龄”法假定（常数法）——地基系数C沿深度不变为常数C=K0（n=0）。
基础工程-赵明华-第四章-桩基础-3
五、桩侧负摩阻力
负摩阻计算：经验公式
qsni
n
' i
(一般)
qsni cu
(软土或中等强度粘土)
qsni Ni / 5 3 (砂土)
n— 负摩阻力系数(0.15~0.5)，见表4-4； i'— 桩周第iห้องสมุดไป่ตู้土平均竖向有效上覆压力；
cu— 土的不排水抗剪强度，kPa； Ni— 桩周第i层土经杆长修正后的平均标准贯入试验击数
Q
o
s
o
Q
Z
s
4.2 竖向荷载下单桩的工作性能
四、单桩的破坏模式
刺入破坏
桩入土深度较大而桩 周土强度均匀，荷载主要 由桩测摩阻力承受，桩端 阻力可忽略不计。 Q-s曲 线可能为缓变型或陡变型。 承载力以桩侧阻力为主， 由桩顶容许沉降量控制设 计。
Q o
s
Q o
s Z
4.2 竖向荷载下单桩的工作性能
4.1 概 述
五、桩基设计原则
所有桩基均应进行承载能力计算
桩基竖向承载力（抗压、抗拔及负摩阻）、水平承载力计算 桩端平面以下软弱下卧层验算 桩基抗震承载力计算 桩身结构设计（预制桩吊运和沉桩强度验算、桩身压屈验算、
钢管桩局部压屈验算、岸坡桩稳定性验算等） 桩基尚应进行变形验算 桩端平面以下存在软弱土层、体型复杂且荷载分布显著不均
中性点的位置取决于桩－土 间的相对位移，并与桩端阻 所占荷载比例有关，通常可 取中性点深度ln与桩周变形土
层下限深度l0之比为b，则 ln = b l0。一般b =0.5~1.0（基 岩上的桩b 取1.0）
Ⅰ
桩侧土下
沉曲线 摩阻力分
桩下沉 布曲线 Ⅱ 曲线
桩底下沉
有负摩阻力时的荷载传递
负摩阻计算：经验公式
qsni
n
' i
(一般)
qsni cu
(软土或中等强度粘土)
qsni Ni / 5 3 (砂土)
n— 负摩阻力系数(0.15~0.5)，见表4-4； i'— 桩周第iห้องสมุดไป่ตู้土平均竖向有效上覆压力；
cu— 土的不排水抗剪强度，kPa； Ni— 桩周第i层土经杆长修正后的平均标准贯入试验击数
Q
o
s
o
Q
Z
s
4.2 竖向荷载下单桩的工作性能
四、单桩的破坏模式
刺入破坏
桩入土深度较大而桩 周土强度均匀，荷载主要 由桩测摩阻力承受，桩端 阻力可忽略不计。 Q-s曲 线可能为缓变型或陡变型。 承载力以桩侧阻力为主， 由桩顶容许沉降量控制设 计。
Q o
s
Q o
s Z
4.2 竖向荷载下单桩的工作性能
4.1 概 述
五、桩基设计原则
所有桩基均应进行承载能力计算
桩基竖向承载力（抗压、抗拔及负摩阻）、水平承载力计算 桩端平面以下软弱下卧层验算 桩基抗震承载力计算 桩身结构设计（预制桩吊运和沉桩强度验算、桩身压屈验算、
钢管桩局部压屈验算、岸坡桩稳定性验算等） 桩基尚应进行变形验算 桩端平面以下存在软弱土层、体型复杂且荷载分布显著不均
中性点的位置取决于桩－土 间的相对位移，并与桩端阻 所占荷载比例有关，通常可 取中性点深度ln与桩周变形土
层下限深度l0之比为b，则 ln = b l0。一般b =0.5~1.0（基 岩上的桩b 取1.0）
Ⅰ
桩侧土下
沉曲线 摩阻力分
桩下沉 布曲线 Ⅱ 曲线
桩底下沉
有负摩阻力时的荷载传递
基础工程-第4章 桩基础-
桩顶荷载一般包括轴向力、水平力和力矩，为简化 起见，在研究桩的受力性能及计算桩的承载力时，对 竖向受力情况单独进行研究。
4.3.1 桩的荷载传递
竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部 首先受到压缩而发生相对于土的向下位 移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上 的摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过程 就是不断克服这种摩阻力并通过它向土 中扩散的过程 。 如果桩侧摩阻力不足以抵抗竖向荷载， 一部分竖向荷载将传递到桩底，桩底持 力层也将产生压缩变形，故桩底土也会 对桩端产生阻力。
4.4 单桩竖向承载力的确定
单桩的承载力： 是指单桩在竖向荷载作用下，不丧失稳定性、不产生过 大变形时的承载能力。 单桩的竖向承载力主要取决于两方面： 一是地基土对桩的支承能力； 二是桩身的材料强度。 一般情况下，桩的承载力由地基土的支承能力所控制， 材料强度往往不能充分发挥，只有对端承桩、超长桩以及 桩身质量有缺陷的桩，桩身材料强度才起控制作用。
（1）静载荷试验装置及其方法：
试验装置主要由加荷稳压、提供反力和沉降观测三部分组成。
主梁
千斤顶 百分表 次梁 锚筋 锚桩
基准柱
试验时加载方式通常 有慢速维持荷载法、快 速维持荷载法、等贯入 速率法、等时间间隔加 载法以及循环加载法。 锚桩桁架法 工程中最常用的是慢速维持荷载法，即逐级加载，每级 加载值为单桩承载力特征值的1/8-1/5，当每级荷载下桩顶 沉降量小于0.1mm/h时，则认为已趋于稳定。然后施加下 一级荷载直到试桩破坏，再分级卸载到零。
4.3 竖向荷载下单桩的工作性能
本节重点： 竖向荷载作用下单桩的工作性能。
本节难点： 单桩的破坏模式已及单桩承载力的确定。
4.3 竖向荷载下单桩的工作性能
单桩工作性能的研究是单桩承载力分析理论的基础， 通过桩土相互作用分析，了解桩土间的传力途径和单 桩承载力的构成及其发展过程，以及单桩的破坏机理 等，对正确评价单桩承载力设计值具有一定的指导意 义。
土木(建筑)基础工程课件-第四章-桩基础
01
02
03
横向稳定性
分析桩身在水平方向上的 稳定性，确保在风、地震 等水平荷载作用下桩身的 稳定性。
纵向稳定性
评估桩身在垂直方向上的 稳定性，特别是在承受较 大竖向荷载时桩身的稳定 性。
整体稳定性
综合考虑横向和纵向稳定 性，对整个桩基础进行稳 定性分析。
桩基础的设计原则
满足承载力要求
根据建筑物的重量和使用要求 ，确保桩基础具有足够的承载
桩基础工程与环境保护的结合
总结词
随着环境保护意识的提高，桩基础工程 与环境保护的结合成为未来的发展趋势 ，旨在实现工程建设与环境保护的和谐 发展。
VS
详细描述
桩基础工程与环境保护的结合包括环保材 料的应用、施工过程的节能减排、水土保 持和生态修复等方面。通过采用环保材料 和优化施工工艺，减少对环境的破坏和污 染；同时，加强水土保持和生态修复工作 ，恢复和改善周边生态环境，实现工程建 设与环境保护的和谐发展。
总结词
随着科技的不断进步，新型桩基础正逐渐被研发和应用，以 满足更加复杂和多样化的建筑需求。
详细描述
新型桩基础如空心桩、扩基桩、预应力桩等，具有更高的承 载力和适应性，能够适应不同地质条件和建筑要求。这些新 型桩基础在高层建筑、大型桥梁和特殊结构中得到广泛应用 ，提高了工程的安全性和稳定性。
桩基础施工技术的改进和创新
总结词：典型案例
详细描述：该高层建筑高度达到80米，由于地质条件复杂，采用桩基础设计以确 保建筑安全。设计过程中，对地质勘察、桩基选型、承载力计算等方面进行了综 合考虑，确保了建筑的安全性和稳定性。
某大型桥梁的桩基施工
总结词
大型工程实践
详细描述
该大型桥梁跨越河流，由于地质条件不稳定，采用桩基施工。施工过程中，采 用了先进的施工技术和设备，如大直径钻孔灌注桩、钢筋笼加工和吊装等，确 保了桥梁的稳定性和安全性。
基础工程第四章桩基础(1)
方法1. 静载荷试验（实图） 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。
主梁
次梁
加压
千斤顶 沉降 观测点
试验桩
(a)
锚桩 (4根)
重物
支墩
千斤顶 加压
沉降 观测点
试验桩
(b)
图4－11 单桩静载荷试验的加荷装置
(a)锚桩横梁反力装置；(b)压重平台反力装置
甲级、丙级以外的建筑；
丙级 场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以的一般建筑 。
功能重要、荷载大、重心高、风载和地震作用效应大 荷载和刚场度地分、布环极境为条不件均特，殊对差异沉降适应能力差
第4章 桩基础
（三）桩基计算规定 1、应根据桩基的使用功能和受力特征分别进行桩基的
竖向承载力和水平承载力计算； 2、桩身（含桩身压曲、钢管桩局部压曲）和承台结构
二、桩基设计原则 （一）桩基的极限状态
1.承载能力极限状态 ：对应于桩基达到最大承载力导致整体 失稳或发生不适于继续承载的变形。
2.正常使用极限状态：对应于桩基达到建筑物正常使用所规定 的变形限值或达到耐久性要求的某项 限值。
第 4章 桩 基 础
（二）建筑桩基设计等级划分
设计
建筑类型
等级
甲级 乙级
承载力计算； 3、软弱下卧层验算； 4、坡地、岸边桩基整体稳定性验算；
5、抗浮、抗拔桩基的抗拔承载力（基桩和群桩）验算；
6、抗震设防区抗震承载力验算。
第4章 桩基础
（四）应计算沉降的桩基 1、设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层
的建筑桩基 ； 2、设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均匀
第四章 桩基础.56
力特征值取单桩竖向承载力特征值，即
R Ra
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、体型简单的建筑物；（由 于其可适应较大的变形，承台分担的荷载份额往往也较大） （2）对差异沉降适应性较强的排架结构和柔性构筑物; （采用考虑承台效应的复合桩基不致降低安全度） （3）按变刚度调平原则设计的桩基刚度相对弱化区； （按变刚度调平原则设计的核心筒外围框架柱桩基，适当增加沉
等代墩基的分层总和法是计算桩基变形的一 种常用方法。该方法忽略桩、桩间土和承台构成 的实体墩基变形，不考虑桩基侧面应力扩散作用， 认为桩基础沉降只是由桩端平面以下各土层的压 缩变形构成。等效作用分层总和法的计算模式如 图所示。 等效作用面位于桩端平面，面积为桩承台的 投影面积，桩端平面的附加压力近似取承台底附 加压力，桩端平面以下地基附加应力按布辛奈斯 克解计算。
Qk max 926KN 1.2Ra 955.2KN
所以承载力满足要求.
第六节桩基础沉降的计算
对以下桩基础应进行沉降验算：①地基 基础设计等级为甲级的建筑桩基础；②体 形复杂、荷载不均匀或桩端以下存在软弱 土层的设计等级为乙级的建筑物桩基础； ③软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础.计 算桩基础沉降时，最终沉降量宜按单向压 缩分层总和法计算，即
Quk Qsk Qpk u li qski Ap q pk 1.6 (25 11 60 4 60 1) 0.16 4200 1592 KN
单桩承载力标准值为
Ra Quk 1592 796kN 2 2
3.桩基承载力验算
Qk 793KN Ra 796KN
图4-24 群桩基础软弱下卧层承载力验算
第4章__桩基础-3(4-7)
预制桩、钢桩
灌注桩
序 号
地基土类别
m (MN/m 4 )
相应单桩在地 面 处水平位移 (mm)
m (MN/m 4 )
相应单桩在 地 面处水平 位移 (mm)
1
淤泥、淤泥质土，饱和湿陷性黄土
2-4.5
10
2.5-6
6-12
流塑 (I L ＞ 1) 、软塑 (0.75 ＜ I L ≤
4.5-6.0
10
2 1) 状粘性土， e ＞ 0.9 粉土，松散粉细 砂，松散填土
身不发生破坏。
24
(2)弹性桩
2.5< h <4时为半刚性桩。h ≥ 4 时为柔性桩。半刚性桩
和柔性桩统称为弹性桩。
• 在水平荷载作用下桩身发生挠曲变形， 桩的下段可视为嵌固于土中而不能转 动，随着水平荷载的增大，桩周土的 屈服区逐步向下扩展，桩身最大弯矩 截面也因上部土抗力减小而向下部转 移，
• 半刚性桩的桩身Байду номын сангаас移曲线只出现一个 位移零点
8
4．5 桩的负摩擦问题
一、 产生负摩擦的条件和原因
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。
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。
9
产生负摩阻力的情况
• 为了简化，可根据桩顶荷载H0、M0及桩的变形
系数a计算如下系数：
• 由得系相数应的CI从换表算4深—度7查
h z
• 则桩身最大变 弯矩的深度为：
zmax
h
37
第四章 桩基础
第四章桩基础§4.1概述4.1.1桩基础的使用深基础：埋深较大，以下部坚实土层或岩层作为持力层的基础。
深基础的作用：把所承受的荷载相对集中地传递到地基的深层。
深基础何时采用：建筑场地的浅层土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求；又不适于采取地基处理措施时。
深基础的类型：桩基础，地下连续墙，沉井等。
承台:将几个桩结合起来传递荷载4.1.2桩基础的类型桩基础的类型（按承台与地面相对位置的高低）：①高承台桩基础承台底面位于地面以上,桥桩,码头,栈桥②低承台桩基础承台底面位于地面以下,承台本身承担部分荷载（注：工民建，低承台桩基础，竖直桩；桥梁港湾海洋构筑物，高承台，斜桩，承受较大水平荷载）4.1.3桩基设计原则桩基础的设计应按变形控制设计。
桩基础设计时，上部结构传至承台上的荷载效应组合与浅基础相同。
桩基础设计满足的基本条件：①单桩承受的竖向承载力不应超过单桩竖向承载力特征值；②桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值；③对位于坡地岸边的桩基础应进行稳定性验算。
4.1.4桩基设计内容七个基本内容：①桩基础的类型和几何尺寸的选择；②单桩竖向（和水平向）承载力的确定；③确定桩的数量、间距和平面布置；④桩基础承载力和沉降验算；⑤桩身结构设计；⑥承台设计；⑦绘制桩基础施工图。
§4.2桩的类型4.2.1桩的分类（三种分类方式）①按承载性状分类（荷载传递方式）和竖向受力情况：分类依据：根据桩侧与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比例的不同。
摩擦型桩——摩擦型桩——端承摩擦桩端承型桩——端承型桩：桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，但桩端阻力分担较多，其桩端一般进入中密以上的砂类、碎石类土层，或位于中等风化、微风化及新鲜基岩顶面。
（此类桩侧摩阻力属次要，不可忽略）——摩擦端承型桩②按施工方法分类：预制桩——在工厂或施工现场制成的各种形式的桩，如锤击桩、振动桩、静压桩等。
灌注桩——在施工现场的桩位上用机械或人工成孔，然后在孔内灌注混凝土而成。
第四章 桩基础(三)
2. 对于混凝土护壁的挖孔桩，计算单桩水平承
载力时，其设计桩径取护壁内直径。
16
3.当桩的水平承载力由水平位移控制，且缺少单桩 水平静载试验资料时，预制桩、钢桩、桩身配筋 率不小于0.65%的灌注桩的单桩水平承载力设计 值计算公式:
EI Rha 0.75 0 a x
3
(4.4.2-4)
(4.4.2-12) (4.4.2-13)
20
Pc
n1 n2 Rh
B Bc 1m
Pc c f ak ( A nAps )
h — 群桩效应综合系数； 式中： i — 桩的相互影响效应系数； r — 桩顶约束效应系数（桩顶嵌入承台长度50～ 100mm时），按表4.4-3取值； l — 承台侧向土抗力效应系数（承台侧面回填土为 松散状态时取 l 0 ）； b — 承台底摩阻效应系数； sa / d — 沿水平荷载方向的距径比； n1 ，n 2 — 分别为沿水平荷载方向与垂直水平荷载 方向每排桩中的桩数； m— 承台侧面土水平抗力系数的比例系数，当无试 验资料时可按表4.4-2取值；
18
5.群桩基础（不含水平力垂直于单排桩基纵向轴线 和力矩较大的情况）的基桩水平承载力特征值应考 虑由承台、桩群、土相互作用产生的群桩效应，可 按下列公式确定： (4.4.2-5) Rh h Rha 考虑地震作用且 sa d 6 时：
h ir l
(4.4.2-6)
sa d i 0.15n1 0.10n2 1.9
4.4 单桩水平承载力
一、单桩在水平荷载作用下的 破坏机理和特点
桩在水平荷载作用下的工作情况较轴向 受力时要复杂些，但仍然是从保证桩身材料和 地基强度与稳定性以及桩顶水平位移满足使用 要求来分析和确定桩的水平承载力。 桩在水平荷载作用下，桩身产生横向位 移或挠曲，并与桩侧土协调变形。桩身对土产 生侧向压应力，同时桩侧土反作用于桩，产生 侧向土抗力。桩土共同作用，互相影响。
载力时，其设计桩径取护壁内直径。
16
3.当桩的水平承载力由水平位移控制，且缺少单桩 水平静载试验资料时，预制桩、钢桩、桩身配筋 率不小于0.65%的灌注桩的单桩水平承载力设计 值计算公式:
EI Rha 0.75 0 a x
3
(4.4.2-4)
(4.4.2-12) (4.4.2-13)
20
Pc
n1 n2 Rh
B Bc 1m
Pc c f ak ( A nAps )
h — 群桩效应综合系数； 式中： i — 桩的相互影响效应系数； r — 桩顶约束效应系数（桩顶嵌入承台长度50～ 100mm时），按表4.4-3取值； l — 承台侧向土抗力效应系数（承台侧面回填土为 松散状态时取 l 0 ）； b — 承台底摩阻效应系数； sa / d — 沿水平荷载方向的距径比； n1 ，n 2 — 分别为沿水平荷载方向与垂直水平荷载 方向每排桩中的桩数； m— 承台侧面土水平抗力系数的比例系数，当无试 验资料时可按表4.4-2取值；
18
5.群桩基础（不含水平力垂直于单排桩基纵向轴线 和力矩较大的情况）的基桩水平承载力特征值应考 虑由承台、桩群、土相互作用产生的群桩效应，可 按下列公式确定： (4.4.2-5) Rh h Rha 考虑地震作用且 sa d 6 时：
h ir l
(4.4.2-6)
sa d i 0.15n1 0.10n2 1.9
4.4 单桩水平承载力
一、单桩在水平荷载作用下的 破坏机理和特点
桩在水平荷载作用下的工作情况较轴向 受力时要复杂些，但仍然是从保证桩身材料和 地基强度与稳定性以及桩顶水平位移满足使用 要求来分析和确定桩的水平承载力。 桩在水平荷载作用下，桩身产生横向位 移或挠曲，并与桩侧土协调变形。桩身对土产 生侧向压应力，同时桩侧土反作用于桩，产生 侧向土抗力。桩土共同作用，互相影响。
基础工程-赵明华-第四章-桩基础-7
抗弯拉 按梁板验算承台正截面受弯承载力。
破坏面
≥45 ≥45
破坏面
aox hc
aoy bc
4.6 桩基础设计
四、设计算例
例题4-2
解题思路：首先根据场地施工条件等选取基桩持力层、桩 型、桩径，进而确定单桩承载力、所需根数、布桩及承台 尺寸，再验算桩基承载力及承台的强度。
确定基桩持力层、桩材、桩型、外形尺寸及单桩 承载力特征值；
再按剪切复核；强度计算包括抗冲、抗剪、局部承压及抗弯。
抗冲切 破坏方式可分沿柱(墙)边的冲切(向下)和边桩 或角桩对承台的冲切(向上)两类。柱边冲切破 坏锥体斜面与承台底面的夹角≥45(桥梁35)。
抗剪切 剪切破坏面为一通过柱（墙）边与桩边连线所 形成的斜截面。
局部受压 验算最大轴向荷载桩桩顶与承台砼局部受压。
Mx、My—垂直x，y轴方向计算截面处弯矩设计值； xi、yi—垂直y轴和x轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离； Ni—扣除承台和承台上土自重设计值后i桩竖向净反力设计值， 当不考虑承台效应时，则为i桩竖向总反力设计值。
4.6 桩基础设计
三、承台梁板计算
ho1 ho
承台厚度及强度计算
承台厚度可按冲切及剪切条件确定，一般先按冲切计算，
4.5 群桩基础设计
三、复合基桩的竖向承载力特征值
建筑桩基规范(JGJ 94-2008)：分两类情况先计算基桩或复 合基桩的竖向承载力特征值R，再乘以桩数即为群桩基础的 总承载力 对于端承型桩基、桩数少于4根的摩擦型桩基，和由于地层 土性、使用条件等因素不宜考虑承台效应时，基桩竖向承载力 特征值取单桩竖向承载力特征值，即:
i i
h0
Ni
xi
y
x
h0 x
破坏面
≥45 ≥45
破坏面
aox hc
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4.6 桩基础设计
四、设计算例
例题4-2
解题思路：首先根据场地施工条件等选取基桩持力层、桩 型、桩径，进而确定单桩承载力、所需根数、布桩及承台 尺寸，再验算桩基承载力及承台的强度。
确定基桩持力层、桩材、桩型、外形尺寸及单桩 承载力特征值；
再按剪切复核；强度计算包括抗冲、抗剪、局部承压及抗弯。
抗冲切 破坏方式可分沿柱(墙)边的冲切(向下)和边桩 或角桩对承台的冲切(向上)两类。柱边冲切破 坏锥体斜面与承台底面的夹角≥45(桥梁35)。
抗剪切 剪切破坏面为一通过柱（墙）边与桩边连线所 形成的斜截面。
局部受压 验算最大轴向荷载桩桩顶与承台砼局部受压。
Mx、My—垂直x，y轴方向计算截面处弯矩设计值； xi、yi—垂直y轴和x轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离； Ni—扣除承台和承台上土自重设计值后i桩竖向净反力设计值， 当不考虑承台效应时，则为i桩竖向总反力设计值。
4.6 桩基础设计
三、承台梁板计算
ho1 ho
承台厚度及强度计算
承台厚度可按冲切及剪切条件确定，一般先按冲切计算，
4.5 群桩基础设计
三、复合基桩的竖向承载力特征值
建筑桩基规范(JGJ 94-2008)：分两类情况先计算基桩或复 合基桩的竖向承载力特征值R，再乘以桩数即为群桩基础的 总承载力 对于端承型桩基、桩数少于4根的摩擦型桩基，和由于地层 土性、使用条件等因素不宜考虑承台效应时，基桩竖向承载力 特征值取单桩竖向承载力特征值，即:
i i
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x
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第四章桩基础
（3）桩的端承力 • 常作为基础承载力问题(太沙基解)
太沙基
很小
qpu2BN cNcqN q
qpucNc qNq
(1)很难达到整体破坏 梅耶霍夫型 (2)端承力与深度有关
(3)存在临界深度
三、单桩的破坏形式
屈曲破坏—取决于桩身的材料强度 整体剪切破坏--取决于桩端土的支承力 刺入破坏---取决于桩周土强度（土较硬）
正摩阻 负摩阻
2. 负摩擦力的确定(负摩阻力成为荷载的一部分)
• 对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负摩阻力;
• 对于一般桩,因为桩土都有变形,视二者的相对位 移量和方向.
土位移Ss
qn si k0'ztg'n'i
ln
-
Negative
+ 桩位移Sp 摩阻力 轴向力N
3、解决方法：
1）通过计算预估下沉的沉降量。 2）在预制桩表面涂一薄层沥青。 3）在桩土之间加一层土浆，减少摩擦力。
1.0-3.0 m
0.6-0.9 m
UK英国
英国是近代工业革 命的发源地，正式 名称“联合王国”， 全称“大不列颠及 北爱尔兰联合王国
（the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland）”
爆破扩底桩
挤扩桩（支盘桩）
七、桩的质量检验
承台在地面以下, 承台 本身可承担部分荷载
2.高承台桩基
承台在地面以上,桥桩, 码头,栈桥
软土层
青岛·前海栈桥
１８９１年登州镇总兵章高元奉调率兵移驻青岛后，先在青岛村 （今人民会堂处）修建总兵衙门，然后在前海处搭起一座长２００ 米左右、铁木结构的简易码头，当时只供军用，故名栈桥。
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位移量和方向
Qn
Qn-Qs Qs Nl=Q+(Qn-Qs)
单桩产生负摩阻力时的荷载传递
O1—中性点 Qn—下拉荷载
（1）中性点的位置
影响因素：与桩周土的性质和外界条件(堆载、降水、 浸水等）变化有关。
（2）负摩阻力强度
（3）下拉荷载计算
n
Fn u p lni ni i 1
2. 群桩负摩阻力计算
l2
1
I s2,k
s
m nj
p j1 i1
j,i hj,i E sj,i
m nj h j,i E p
j1 i1 sj ,i
I p,k
1
I s2,k
采用上式计算时，桩端阻力比α。和桩基沉降计算经验系数ψp应 根据当地工程的实测资料统计确定。
群桩中任一基桩的下拉荷载
n
Q
n g
nFn
nup
lni ni
i 1
其中：
n
s ax s ay
d
qn
' n
d
4
n
Fn u p lni ni i 1
4.5.3 解决方法： 1）通过计算预估下沉的沉降量。 2）在预制桩表面涂一层薄层沥青 3）灌注桩在桩土之间加一层土浆，减少摩擦力。
F
B0
l
G
A’
（1）实体深基础（s≤6d）
沉降计算方法同前基础
s ps'
s ps'
实体深基础桩基沉降计算经验系数应根据地区桩基础沉降观 测资料及经验统计确定。不具备条件时， ψp按下表选用：
实体深基础桩底平面处的基底附加压力p0k按下列方 法考虑: 1）考虑扩散作用时：
p0k
第四章 桩基础
第二部分
4.4 桩基础沉降的计算
随着建筑物越来越高大，所遇到的地质条件日 趋复杂，特别是考虑桩间土承担一部分荷载后， 沉降已成为一个控制条件，使得桩基沉降计算 成为桩基设计的一个重要内容。
桩基础沉降的计算范围
需要进行沉降计算 ：
地基基础设计等级为甲级建筑物的桩基。 体型复杂或桩端以下存在软弱土层的设计等级 为乙级建筑物桩基。 对沉降有严格要求的建筑物桩基。 摩擦型桩基。
pk
c
Fk
G
' K
A
c
G
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Ad
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19KN / m 3 地下水位以下扣除浮力。
A
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0
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4
2）不考虑扩散作用时：
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pk
c
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GK
G fk
2 a0 A
b0
qsia li m d l
4.5桩的负摩问题
正摩阻
负摩阻
ห้องสมุดไป่ตู้
4.5.1 负摩擦的产生条件
(1)桩周附近地面大面积堆载 (2)大面积降低地下水位 (3)欠固结土,新填土 (4)湿陷性黄土遇水湿陷 (5)砂土液化、冻土融解
负摩阻
引起桩侧负摩阻力的条件是，桩侧土体下沉必须大 于桩的下沉。
4.5.2 负摩擦力的计算
负摩擦力的确定：负摩阻力成为荷载的一部分 对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻力, 对于一般桩,因为桩土都有变形,视二者的相对
G—桩基承台及承台上土自重；
Gfk—实体深基础的桩基桩间土自重；
γm—实体深基础底面以上各层土的 加权平均重度。
G fk m d l
p0k
pk
c
Fk
GK
2
a0 b0 A
qsia l i
明德林应力（Mindlin）公式
单桩荷载分担
n
地基应力： j,i zp,k zs,k
k 1
第k根桩的端阻力在深度z 处产生的应力:
zp,k
Q
l2
I pk
第k根桩的侧摩阻力在深度z处
产生的应力:
sp,k
Q
l2
I s1,k
1
I s2,k
对于一般摩擦型桩，可假定桩侧摩阻力全部是沿桩身线形 增长的（β=0），则：
sp,k
Q
桩间土的压缩变形（包括桩身压 缩、桩端贯入变形）；
桩端平面以下压缩变形。
地基基础规范GB50007推荐的群桩沉 降的计算
不计桩身压缩量及桩与土间的相对位移，以假想 基础为刚性整体，验算桩端以下土沉降。
计算方法：单向压缩分层总和法：
s
m nj
p j1 i1
j,i h j,i E sj,i
Δhj,i ——桩端平面下第j层土第i 个分层厚度（m）；
σj,i——桩端平面下第j层土 第i个分层的竖向附加应力(kPa)；
ψp——桩基沉降计算经验系 数，各地区根据当地的工程实测资
料统计对比确定；
地基内的应力分布宜采
用各向同性均质线性变 形体理论．按实体深基 础（s≤6d）或其他方法 (包括明德林应力公式 方法)计算：
不需要沉降计算的情况：
嵌岩桩、设计等级丙级建筑物桩基，对沉 降无特殊要求的条形基础下不超过两排桩的桩 基。吊车工作制级别A5级A5以下的单层工业 厂房桩基（桩端下为密实土层）。
4.4.1 单桩沉降的计算
在竖向荷载作用下单桩沉降由三部分
组成：
（1）桩身弹性压缩引起的桩顶沉降；
（2）桩侧阻力引起的桩周土中的附加 应力以压力扩散角，致使桩端下土体 压缩而产生的桩端沉降；
4.6 桩的水平承载力
桩基受水平荷载：风荷载地震作用、机械制动力、土压 力、水压力、波浪、撞击等。 桩型：斜桩、竖直桩。 当水平荷载与竖向荷载的合力与竖直线的夹角不超过5
4.6.1 水平荷载下桩的工作性状 桩在水平荷载下承载能力极限状态：
（1）桩身在水平荷载下破坏。 （2）桩顶水平位移超过建筑物允许变 形值。
式中 s——桩基最终计算沉降量
（mm）； m——桩端平面以下压缩层范围
内土层总数； Esj,i ——桩端平面以下第j层土第 i个分层在自重应力至自重应力加附
加应力作用段的压缩模量（MPa）； nj——桩端平面下第j层土的计
算分层数；
s
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p j1 i1
j,i hj,i E sj,i
（3）桩端荷载引起桩端下土体压缩所 产生的桩端沉降。
目前单桩沉降计算方法主要 有下述几种：
（1）荷载传递分析法；
（2）弹性理论法
（3）剪切变形传递法：
（4）有限单元分析法
（5）其他简化方法。
这些计算方法的详尽介绍参见 有关书籍。
4.4.2 群桩沉降的计算
群桩沉降组成：
Qn
Qn-Qs Qs Nl=Q+(Qn-Qs)
单桩产生负摩阻力时的荷载传递
O1—中性点 Qn—下拉荷载
（1）中性点的位置
影响因素：与桩周土的性质和外界条件(堆载、降水、 浸水等）变化有关。
（2）负摩阻力强度
（3）下拉荷载计算
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Fn u p lni ni i 1
2. 群桩负摩阻力计算
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采用上式计算时，桩端阻力比α。和桩基沉降计算经验系数ψp应 根据当地工程的实测资料统计确定。
群桩中任一基桩的下拉荷载
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其中：
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4.5.3 解决方法： 1）通过计算预估下沉的沉降量。 2）在预制桩表面涂一层薄层沥青 3）灌注桩在桩土之间加一层土浆，减少摩擦力。
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（1）实体深基础（s≤6d）
沉降计算方法同前基础
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实体深基础桩基沉降计算经验系数应根据地区桩基础沉降观 测资料及经验统计确定。不具备条件时， ψp按下表选用：
实体深基础桩底平面处的基底附加压力p0k按下列方 法考虑: 1）考虑扩散作用时：
p0k
第四章 桩基础
第二部分
4.4 桩基础沉降的计算
随着建筑物越来越高大，所遇到的地质条件日 趋复杂，特别是考虑桩间土承担一部分荷载后， 沉降已成为一个控制条件，使得桩基沉降计算 成为桩基设计的一个重要内容。
桩基础沉降的计算范围
需要进行沉降计算 ：
地基基础设计等级为甲级建筑物的桩基。 体型复杂或桩端以下存在软弱土层的设计等级 为乙级建筑物桩基。 对沉降有严格要求的建筑物桩基。 摩擦型桩基。
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19KN / m 3 地下水位以下扣除浮力。
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2）不考虑扩散作用时：
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4.5桩的负摩问题
正摩阻
负摩阻
ห้องสมุดไป่ตู้
4.5.1 负摩擦的产生条件
(1)桩周附近地面大面积堆载 (2)大面积降低地下水位 (3)欠固结土,新填土 (4)湿陷性黄土遇水湿陷 (5)砂土液化、冻土融解
负摩阻
引起桩侧负摩阻力的条件是，桩侧土体下沉必须大 于桩的下沉。
4.5.2 负摩擦力的计算
负摩擦力的确定：负摩阻力成为荷载的一部分 对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻力, 对于一般桩,因为桩土都有变形,视二者的相对
G—桩基承台及承台上土自重；
Gfk—实体深基础的桩基桩间土自重；
γm—实体深基础底面以上各层土的 加权平均重度。
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明德林应力（Mindlin）公式
单桩荷载分担
n
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第k根桩的端阻力在深度z 处产生的应力:
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第k根桩的侧摩阻力在深度z处
产生的应力:
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对于一般摩擦型桩，可假定桩侧摩阻力全部是沿桩身线形 增长的（β=0），则：
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桩间土的压缩变形（包括桩身压 缩、桩端贯入变形）；
桩端平面以下压缩变形。
地基基础规范GB50007推荐的群桩沉 降的计算
不计桩身压缩量及桩与土间的相对位移，以假想 基础为刚性整体，验算桩端以下土沉降。
计算方法：单向压缩分层总和法：
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Δhj,i ——桩端平面下第j层土第i 个分层厚度（m）；
σj,i——桩端平面下第j层土 第i个分层的竖向附加应力(kPa)；
ψp——桩基沉降计算经验系 数，各地区根据当地的工程实测资
料统计对比确定；
地基内的应力分布宜采
用各向同性均质线性变 形体理论．按实体深基 础（s≤6d）或其他方法 (包括明德林应力公式 方法)计算：
不需要沉降计算的情况：
嵌岩桩、设计等级丙级建筑物桩基，对沉 降无特殊要求的条形基础下不超过两排桩的桩 基。吊车工作制级别A5级A5以下的单层工业 厂房桩基（桩端下为密实土层）。
4.4.1 单桩沉降的计算
在竖向荷载作用下单桩沉降由三部分
组成：
（1）桩身弹性压缩引起的桩顶沉降；
（2）桩侧阻力引起的桩周土中的附加 应力以压力扩散角，致使桩端下土体 压缩而产生的桩端沉降；
4.6 桩的水平承载力
桩基受水平荷载：风荷载地震作用、机械制动力、土压 力、水压力、波浪、撞击等。 桩型：斜桩、竖直桩。 当水平荷载与竖向荷载的合力与竖直线的夹角不超过5
4.6.1 水平荷载下桩的工作性状 桩在水平荷载下承载能力极限状态：
（1）桩身在水平荷载下破坏。 （2）桩顶水平位移超过建筑物允许变 形值。
式中 s——桩基最终计算沉降量
（mm）； m——桩端平面以下压缩层范围
内土层总数； Esj,i ——桩端平面以下第j层土第 i个分层在自重应力至自重应力加附
加应力作用段的压缩模量（MPa）； nj——桩端平面下第j层土的计
算分层数；
s
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（3）桩端荷载引起桩端下土体压缩所 产生的桩端沉降。
目前单桩沉降计算方法主要 有下述几种：
（1）荷载传递分析法；
（2）弹性理论法
（3）剪切变形传递法：
（4）有限单元分析法
（5）其他简化方法。
这些计算方法的详尽介绍参见 有关书籍。
4.4.2 群桩沉降的计算
群桩沉降组成：