桩基础(很基础、很经典)

4.桩基础
4-1-2 桩基的分类
按承载性状分类（荷载传递方式）
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 端 承 型 桩
摩 端 擦 承 桩 桩
端 承 摩 擦 桩
摩 擦 端 承 桩
4.桩基础
4-1-2 桩基的分类
桩基
按承台位置：
高承台桩基——承台底面位
压曲破坏：沉降量很小，桩端阻为主，桩材控制承载力，穿
越软弱土层的小直径桩和嵌岩桩属于此类； 整体剪切：沉降量较大，桩端阻为主，桩端桩侧土控制承载 力，打入式短桩、钻孔短 桩属于此类； 刺入破坏：沉降量大，桩侧阻为主，桩顶容许沉降控制承载 力，一般情况下的钻孔灌注桩属于此类。
4.桩基础
4-2-4 桩侧负摩阻力
4.桩基础
灌注桩的施工
钻进机械
旋转钻进 冲击钻进 冲抓钻进

图 4.6 冲击钻机示意图 1—滑轮；2—主杆；3—拉索；4—斜 撑；5—卷扬机；6—垫木；7—钻头
4.桩基础
人工挖孔桩
原理：采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达
所需深度后再进行扩孔，利用钻（冲）孔机具钻土成孔，然后 清除孔底残渣，安装钢筋笼，浇灌混凝土。
特点：历史悠久、承载力高、稳定
性好、沉降量小而均匀、便 于机械化施工、适应性强。
低承台桩基示意图
4.桩基础
4-1-1 基本概念
上部结构荷载 承台
基桩
单桩基础
群桩基础
4.桩基础
4-1-1 桩基础应用

地基土质差或软硬不均，不能满足上部结构对变形的要求。 地基软弱或土性特殊，自重湿陷性黄土、膨胀土等。 荷载大，且伴有较大偏心、水平、动力或周期性荷载作用。 水中基础施工困难，如桥梁、码头、钻采平台等。 需要长期保存、具有重要历史意义的建筑物。
4.桩基础
4-1-2 桩基的分类
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。如 挖孔、钻孔、冲孔及爆扩成孔灌注桩等。
4.桩基础
4-1-2 桩基的分类
预制桩的分类及特点
混凝土预制桩 • 要求：截面边长300500mm，分节长度≤12m。预应力
• • • • • • • •
管桩外径300600mm，每节长513m； 优点：承载力高，耐久性好，质量较易保证。 缺点：自重大，打桩难，桩长难统一，工艺复杂。 钢桩 要求：直径2501200mm，批量生产。 优点：穿透性强，承载能力高，应用方便。 缺点：成本高，易锈蚀。 木桩 要求：桩径160 260mm，桩长4 6m。 优点：制作运输方便，打桩设备简单。 缺点：承载力低，仅在一些加固工程与临时工程中采用。
支墩
千斤顶
加压 沉降观测点
试验桩
(a)
(b)
图4.18 静载实验装置
• 试验装置：①加荷系统：包括加力装置和反力装
置、②位移观测系统 • 测试方法：分级（开始阶段1/5－1/8倍预估破坏荷 载，终了阶段1/10—1/15）慢速维持荷载法。
4.桩基础
4-3-2 由竖向抗压静载试验确定 反力装置
开挖检查：只限于对所暴露的桩身进行观察检查。 抽芯检查：在灌注桩桩身内钻孔，取混凝土芯样进 行观察，看它的连续性。 反射波法：测砼的连续性，是否存在孔洞、断桩等。
动测法：高应变测桩承载力，低应变只能测砼质量。
4.桩基础
4-1-4 桩基设计原则

GB50007-2002：基于正常使用极限状态 的概率设计原则 <桩基规范>：考虑桩基的两种极限状态，
横梁：1.7m×2.7m
锚桩 d=1.8m
直接堆载
锚桩反力梁法
4.桩基础
4-3-2 由竖向抗压静载试验确定
慢速维持荷载法
• 每级荷载大小
分级（初始阶段：每级荷载为1/5－1/8倍预估破坏荷载， 终了阶段1/10－1/15）。 • 测读沉降时间 在每级荷载施加后第一个小时内，按5、15、30、45、 60min测读一次，以后每隔30min测读一次，直至沉降 稳定为止。 • 稳定标准 每级荷载下桩顶沉降量小于0.1mm/h，并连续出现两次。
4.桩基础
内容提要
桩基础及其分类
桩基础的施工 单桩竖向抗压承载力计算 水平荷载下基桩的内力及位移计算 群桩基础受力分析
桩基础设计
4.桩基础
4-1 桩基础概述
4-1-1 基本概念
组成：基桩和连接于桩顶的承台。 作用：将上部结构荷载通过承台传
递给基桩，再由基桩传递到 地基土体（持力层） 。
4.桩基础
4-1-2 桩基的分类
预制管桩
挖土机挖承台坑
4.桩基础
电焊接桩
打入第一节桩体
打百度文库末节桩体
锤击预制桩
4.桩基础
4-1-2 桩基的分类
灌注桩的分类及特点
分类
沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔桩。
原理 直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼灌 注混凝土而成。
特点
能适应各种地层，无需接桩，施工时无振动、无挤 土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。
地面掉重物等危险而造成伤亡事故。
4.桩基础
200
柱插筋
插筋
12300
箍筋 φ 8@200 主筋 _ 22 22φ
21000
1400 1600
加劲筋 φ 16@2000 扶壁
2000 2600
图4.10 人工挖孔桩示例
600 600
4.桩基础
人工挖孔桩
4.桩基础
4-1-3 桩基的质量检测
可能存在的质量问题 预制桩：桩位偏差、桩身裂缝过大、断桩等 灌注桩：缩颈、夹泥、断桩、沉渣过厚等。 常用质量检测方法

即承载能力、正常使用。并根据桩基损坏
所造成的后果的严重性分为3个等级。
4.桩基础
4-1-4 桩基设计原则
所有桩基均应进行承载能力极限状态计算
桩基的竖向承载力（抗压和抗拔）、水平承载力计算
桩端平面以下的软弱下卧层验算
桩基抗震承载力计算 承载及桩身结构计算（包括预制桩吊运和锤击过程中的强度
Q
挥的时间
桩的刚度：影响桩周应力的分布。 土中的应力状态：主要指侧向压力 施工方法：a)挤土桩；b)非挤土桩。
Q
软弱土层
(a)
中密土层
(b)
4.桩基础
4-2-3 单桩的破坏模式
Q o
s
o
压曲
Q
Q o
s
o
Q
Q
o
s
o
Q
s Z
Z
s
Z
s
图4.12 压曲破坏
图4.13 整体剪切破坏
图4.14 刺入破坏
定义：桩周土相对于桩身下沉时产生的摩阻力。
正摩擦
负摩擦
图4.15 桩侧摩阻力示意图
4.桩基础
4-2-4 桩侧负摩阻力
产生负摩阻力的条件
桩侧大范围降低地下水，如大
面积抽水，基坑降水等
桩侧地面大面积堆载； 桩身穿越较厚松散填土、自重
湿陷性黄土、欠固结土层进入 相对较硬土层；
冻土区升温引起桩侧土沉陷。
基本要求：内径≥800mm，开挖直径≥1000mm，护壁厚
≥100mm分节支护，每节高500~1000mm桩长小于40m。
优点：符合国情，经济，设备简单，噪音小，场区内各
桩可同时施工，可直接观察地层情况，孔底易清除干净， 且桩径大、适应性强。
缺点：可能遇到流砂、塌孔、缺氧、有害气体、触电和
于地面以上，且常处于水下， 水平受力性能差，但施工方 便。可避免水下施工及节省 基础材料，多用于桥梁及港 口工程。 于地面以下，其受力能好， 具有较强的抵抗水平荷载的 能力，施工不方便。
高承台桩基 低承台桩基
上部结构
承台
低承台桩基——承台底面位
土层
桩
4.桩基础
4-1-2 桩基的分类
按桩的设置效应分类
原理 用钻机(如螺旋钻、振动钻、冲抓锥钻等)钻土成孔 (需泥浆护壁)，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，浇 灌混凝土。 施工方法 有正循环、反循环施工法。 优缺点 • 优点：入土深，能进入岩层，刚度大，承载力高，桩 身变形小，并可方便地进行水下施工。 • 缺点：要求有专门的设备（钻机），清孔较难彻底。
施工关键
桩身的成型和混凝土质量
4.桩基础
灌注桩的施工
沉管灌注桩
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
图4.5 沉管灌注桩的施工程序示意 （a）打桩机就位；（b） 沉管；（c） 浇灌混凝土；（d） 边拔管， 边振动；（e） 安放钢筋笼，继续浇灌混凝土；（f） 成型
4.桩基础
灌注桩的施工
钻（冲）孔灌注桩
非挤土桩 成桩过程中对桩相邻土基本不产生挤土效应的桩,如 钻（冲或挖）孔灌注桩及先钻孔后再打入的预制桩； 部分挤土桩 对桩周土体稍有排挤，但土的强度和变形性质变化不 大。包括冲击成孔灌注桩、预钻孔打入式预制桩等。 挤土桩 设置过程中使土的结构严重扰动破坏，对土的强度和 变形性质影响较大。实心的预制桩、下端封闭的管桩、 木桩以及沉管灌注桩等。
• 桩数：不宜小于总数1％，不少于3根；
• 时间：对于预制桩，桩设置后开始载荷试验所需
的间歇时间：对于砂类土不得少于10天；粉土和
粘性土不得少于15天，饱和软粘土不得少于25天。
4.桩基础
4-3-2 由竖向抗压静载试验确定
试验装置及方法
重物 主梁 次梁
加压
千斤顶 沉降观 测点 试验桩 锚桩 （四根）
Q
Q
软弱土层
(a)
中密土层
岩层
(b)
图4.11 桩身荷载传递 (a) 摩擦桩；(b)端承桩
4.桩基础
4-2-2 桩的荷载传递规律
桩侧摩阻力影响因素
土的性质：如抗剪强度(c, j) →决定摩阻力的可能最大值
桩土相对位移 →决定摩阻力的发挥程度
时间因素：土的固结随t增加向下部转移 →决定摩阻力发

4.桩基础
4-3 单桩竖向抗压承载力确定
4-3-1 按桩材强度确定
按《混凝土结构设计规范》,
′ N ≤ j ( C fc Ap + 0.9 f y Ag )
各参数意义见式（4-11）P109
4.桩基础
4-3 单桩竖向抗压承载力确定
4-3-2 由竖向抗压静载试验确定 特点：是评价单桩承载力最为直观和可靠的方法。 基本原则
特点：在中性点处桩身轴力达到
桩底下沉

最大值。
4.桩基础
4-3 单桩竖向抗压承载力确定
单桩承载力决定条件
在荷载作用下，桩在地基土中不丧失稳定性 在荷载作用下，桩顶不产生过大的位移 地基承载力 是主控因素
在荷载作用下，桩身材料不发生破坏
端承桩控制 因素
4.桩基础
4-3 单桩竖向抗压承载力确定
按桩材强度确定 按静载试验确定 按土的抗剪强度指标确定 按静力触探法确定 按经验公式确定 按动力试桩法确定
4.桩基础
4-1-2 桩基的分类
基桩分类
按承载性状：摩擦型桩、端承型桩 按施工方法：预制桩、灌注桩 按设置效应：非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩 按桩径大小：小桩(﹤250mm)、中等直径桩(250～

800mm)、大直径桩(﹥800mm)
按使用功能：受压桩、抗拔桩、横向受荷桩、锚桩 按截面形状：圆桩、方桩、多边形桩、异形桩、DX桩等
填土
图4.１6 住宅楼建于有新填土的 斜坡上
4.桩基础
4.3.3 桩侧负摩阻力
中性点
定义：桩土相对位移为零处桩侧

Ⅰ 桩侧土下 沉曲线 摩阻力分 桩下沉 布曲线 Ⅱ 曲线

摩阻力为零处。
• • •
在某深度处桩周土与桩截面沉降 相等； 或两者无相对位移发生； 或其摩阻力为零。

验算、桩身屈曲稳定计算）
桩基尚应进行变形验算
桩端持力层为软弱土的一、二级建筑物（竖向沉降） 桩端持力层为粘性土、粉土或存在软弱下卧层的一级建筑桩
基（竖向沉降） 承受较大水平荷载或对水平变位要求严格的一级建筑桩基 （水平变位）
4.桩基础
4-2 竖向荷载下单桩的工作性能 Q
桩端总端阻力
4-2-1 桩的荷载传递过程
作用在桩顶的竖向压力：
Q = Qs + Qp
桩侧总摩阻力
qs
式中，Qs =Asqs =Lpupqs
Qp =Apqp
qp
讨论：Qs + Qp发挥作用的先后？大小？
4.桩基础
4-2-2 桩的荷载传递规律
侧阻先于端阻发挥，发挥程度与

• •

• •
桩土相对位移相关； 侧阻充分发挥桩土相对位移值： 粘性土：4～6mm； 砂土： 6～10mm； 端阻充分发挥桩底极限位移值： 砂类土: (0.08～0.1) d； 粘性土： 0.25d，硬粘土 0.1d。 桩侧阻与桩端阻存在深度效应。
4.桩基础
灌注桩的施工
钻孔灌注桩—护筒埋设
护筒作用

固定桩位，并作钻孔导向； 保护孔口，防止孔内土层坍塌 隔水，稳固孔壁。
4.桩基础
灌注桩的施工
泥浆制备与运输
要求：膨胀土或高塑性粘土现场加水搅拌，比重1.1~1.15，
粘度10~25s，含砂率小于6％，胶体率大于95％。 作用：护壁、携渣、防渗、润滑钻头等。