工程桩基础知识

桩通过桩侧阻力和桩端阻力将荷载传递 给土体，即土对桩的支承力由桩侧阻力和 桩端阻力两部分组成。
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由桩底土层的压缩变形导 致的桩端位移加大了由于桩身 的压缩变形引起的桩身各截面的位移，并 促使桩侧摩阻力进一步发挥。一般来说， 靠近桩身上部土层的摩阻力先于下部土层 发挥出来，桩侧阻力先于桩端阻力发挥出 来。
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第3节 单桩轴向荷载 的传递
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。
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， 对正确评价单桩轴向承载力具有一定的指 导意义。
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第5节 桩基础设计
和浅基础一样，桩基的设计也应符合安 全、合理和经济的要求。对桩和承台来说， 应有足够的强度、刚度和耐久性；对地基 来说，要有足够的承载力和不产生过量的 变形。
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一、基本设计资料 设计桩基之前必须具备各种
资料：建筑物类型及其规模、岩土工程勘 察报告、施工机具和技术条件、环境条件 及当地桩基工程经验。勘察报告应符合勘 察规范的一般规定和桩基工程的专门勘察 要求。
一． 单桩轴向荷载的传递 1．桩身轴力和截面位移 在轴向荷载作用下，桩身将发生压缩变
形；同时桩顶部分荷载通过桩身传递到桩 底，致使桩底土层发生压缩变形，这两部 分压缩变形之和构成桩顶轴向位移。
由于桩与桩周土体的紧密接触，当桩相 对于土向下位移时，桩侧表面受到土向上 的摩阻力。
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在桩顶荷载沿桩身向下传 递的过程中，必须不断地克服 这种摩阻力，故桩身截面的轴向力随深度 逐渐减小，传至桩底截面的轴向力为桩顶 荷载减去全部桩侧摩阻力，并与桩底支承 反力（即桩端阻力）大小相等、方向相反。
对于桩端进入坚实土层的深度和桩端下 坚实土层的厚度，应该有所要求。一般可 以这样考虑：
1.对粘性土、粉土进入的深度不宜小于2 倍桩径，砂类土不宜小于1.5倍桩径；
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2.对碎石类土不宜小于1倍 桩径。
3.桩端以下坚实土层的厚度，一般不宜 小于4倍桩径。穿越软弱土层而支撑在倾斜 岩层面上的桩，当风化层厚度小于2倍桩径 时，桩端应进入新鲜或微风化基岩。端承 桩嵌入微风化或中等风化岩体的深度不宜 小于0.5m，以确保桩端与岩体接触。
对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
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随荷载增长逐渐扩展的桩，则 呈“渐进破坏”的缓变型，其曲 线不具有表示变形性质突变的明显特征点， 因而较难确定极限承载力。为了发挥这类 桩的潜力，其极限承载力宜按建筑物所能 承受的最大沉降确定。换句话说，这类桩 的承载力极限状态是受“不适于继续承载 的变形”制约的。
采用上述公式计算深度z处的单位侧阻时， 如取
v z
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则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。
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但是，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 据试验资料约为4~6mm（对粘性土）或 6~10mm（对砂类土）。
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单桩受荷过程中桩端阻力 的发挥不仅滞后于桩侧阻力， 而且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。根据小型桩试验所得的桩底极限位 移值，对砂类土约为d/12~d/10，对粘性土 约为d/10~d/4（d为桩径）。因此，对工作 状态下的单桩，其桩端阻力的安全储备一 般大于桩侧摩阻力的安全储备。
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打入桩的入土深度应按所 设计的桩端标高和最后贯入度 两方面控制。最后贯入度是指打桩结束以 前每次锤击的沉入量，通常以最后每阵 （10击）的平均贯入量表示。一般要求最 后二、三阵的平均贯入量为10～30mm/阵 （锤重、桩长者取大值，质量为7t以上的 单动蒸汽锤、柴油锤可增至30～50mm/ 阵）；振动沉桩者，可用1min作为一阵。
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第2节 桩的分类
一、按桩的使用功能分类 1.竖向抗压桩 主要承受竖向下压荷载（简称竖向荷载）
的桩，应进行竖向承载力计算，必要时还 需计算桩基沉降，验算软弱下卧层的承载 力以及负摩阻力产生的下拉荷载。
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2.竖向抗拔桩 主要承受竖向上拔荷载的 桩，应进行桩身强度和抗裂计算以及抗拔 承载力验算。 3.水平受荷桩 主要承受水平荷载的桩，应进行桩身强 度和抗裂验算以及水平承载力和位移验算。
破坏机理，按静力学原理，分别对桩侧阻 力和桩端阻力进行计算。由于计算模式、 强度参数实际的某些差异，计算结果的可 靠性受到限制，往往只用于一般工程或重 要工程的初步设计阶段，或与其他方法综 合比较来确定承载力。
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三、原位测试法 对地基土进行原位测试，
利用桩的静载荷试验与原位测试参数间的 关系，确定桩的侧阻力和端阻力。常用的 原位测试法有静力触探法(CPT)、标准贯入 试验法(SPT)、旁压试验法(PMT)。
按行业标准《建筑桩基技术规范》 （JGJ94－94），建筑桩基设计与建筑结 构设计一样，应采用以概率理论为基础的 极限状态设计法，并按极限状态设计表达 式计算。桩基的极限状态分为下列两类：
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1.承载能力极限状态 对应于桩基受荷达到最大 承载能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 对应于桩基变形达到为保证建筑物正常 使用所规定的限值或桩基达到耐久性要求 的某项限值。
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2.部分挤土桩 当挤土桩无法施工时，可 采用预钻小孔后打较大尺寸预制或灌注桩 的施工方法，也可打入敞口桩。 3.挤土桩 挤土桩除施工噪音较大外，不存在泥浆 及弃土污染问题，当施工质量好，方法得 当时，其单方混凝土材料所提供的承载力 较非挤土桩及部分挤土桩高。
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五、按桩径大小分类 1.小桩 桩径d≤250mm。由于桩径小，施工机械，
单桩在轴向荷载作用下，桩身的截面位 移、桩侧的摩阻力分布以及轴力分布见下 图。
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Sb
SZ
S0
Q0 S0
Qz Sz
Qz dQz
Z
ds
dz
L
Qb
Sb
Q0
Qz qs z
Qb QS
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二、桩侧摩阻力和桩端阻力 桩侧摩阻力是桩截面对桩
周土的相对位移的函数[ qs= f(s)]，可用下 图中的曲线OCD表示，且常简化为折线 OAB。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。
力层极限端阻力。 Qu 、 qsui 、 qpu的确定通常采用下列几 种方法：
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一、原型试验法 原型静载荷试验是传统的
也是最可靠的确定承载力的方法。它不仅 可确定桩的极限承载力，而且通过埋设各 类测试元件可获得桩身轴力、桩侧阻力、 桩端阻力、荷载—沉降关系等诸多资料。
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由于土体因打桩扰动而降 低的强度有待随时间而恢复， 在桩身强度达到设计要求的前提下，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。
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4.复合受荷桩 承受竖向、水平荷载均较 大的桩，应按竖向抗压（或抗拔）桩及水 平受荷桩的要求进行验算。
9Hale Waihona Puke 二、按桩承载性能分类 1.摩擦桩 当软土层很厚，桩端达不到坚硬土层或
岩层上时，则桩顶的极限荷载主要靠桩身 与周围土层之间的摩擦力来支承，桩尖处 土层反力很小，可忽略不计。
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2.端承桩 桩穿过软弱土层，桩端支承 在坚硬土层或岩层上时，则桩顶极限荷载 主要靠桩尖处坚硬岩土层提供的反力来支 承，桩侧摩擦力很小，可以忽略不计。 3.摩擦端承桩 桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力 共同承担，但主要由桩端阻力承受。
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桩侧摩阻力
A
B
C
D
O
桩截面位移
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极限摩阻力可用类似于土 的抗剪强度的库伦表达式：
qu ca x tana
式中ca和a为桩侧表面与土之间的附着 力和摩擦角，x为深度z处作用于桩侧表
面的法向压力，它与桩侧土的竖向有效应 力 成v 正比例，即：
x Ks v
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式中Ks为桩侧土的侧压力 系数，对挤土桩，K0<Ks<Kp； 对非挤土桩，因桩孔中土被清除，而使 Ka<Ks<K0 。此处， Ka 、 K0和Kp分别为主 动、静止和被动土压力系数。
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二、桩型、截面和桩长的选择 桩基设计的第一步就是根
据结构类型及层数、荷载情况、地层条件 和施工能力，选择桩型（预制桩或灌注 桩）、桩的截面尺寸和长度。
确定桩长的关键，在于选择桩端持力层。 坚实土（岩）层（可用触探试验或其它指 标作为坚实土层的鉴别标准）最适宜作为 桩端持力层。
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对于10层以下的房屋，如 在桩端可达的深度内无坚实土 层时，也可选择中等强度的土层作为持力 层。
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在同一条件下，进行静载 荷试验的桩数不宜少于总桩数 的1%，工程桩总桩数在50根以内时不应少 于2根，其他情况不应少于3根。
关于单桩竖向静载（抗压）试验的方法、 终止加载条件以及单桩竖向承载力标准值 的确定详见《建筑桩基技术规范》 JGJ94—94。
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二、静力学计算法 根据桩侧阻力、桩端阻力的
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• 桩基础：是由基桩和连接于 桩顶的承台共同组成。承台把 桩联结起来并承受上部结构的荷载，然后 通过桩传递到地基中去。 • 桩是垂直或微斜埋置于土中的受力杆件， 它的横截面尺寸比长度小得多。其作用是 将上部结构的荷载传递给土层或岩层。
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• 桩基础设计也应注意满足 地基承载力和变形这两项基本 要求。
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第4节 单桩竖向承载力 的确定