桩基础(很基、很经典)

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 填土 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。 图4.１6 住宅楼建于有新填土的
挥的时间
Q
Q
✓ 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
软弱土层
✓ 施工方法：a)挤土桩；b)非挤土桩。
中密土层
(a)
(b)
4.桩基础
4-2-3 单桩的破坏模式
Q o
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Q
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压曲
Q o
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Q o
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Z
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图4.12 压曲破坏
Z
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图4.13 整体剪切破坏
Z
图4.14 刺入破坏
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） 。
4-3 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
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
主梁
次梁
重物
加压
千斤顶
沉降观 测点
锚桩 （四根）
支墩 千斤顶
加压 沉降观测点
试验桩 (a)
图4.18 静载实验装置
试验桩 (b)
• 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
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4-1-2 桩基的分类
基桩分类Байду номын сангаас
❖ 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
✓ 低承台桩基——承台底面位
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
桩 土层
4.桩基础
4-1-2 桩基的分类
按桩的设置效应分类
✓ 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；
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。
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4-2-4 桩侧负摩阻力
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）
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4-2 竖向荷载下单桩的工作性能 Q
4-2-1 桩的荷载传递过程
4.桩基础
灌注桩的施工
钻（冲）孔灌注桩
✓ 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。
• 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
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）。
4.桩基础
钻进机械
灌注桩的施工
✓ 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。
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
摩擦桩 端承摩擦桩 端承桩 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
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。
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。
❖ 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。
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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 • 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
<桩基规范>：考虑桩基的两种极限状态， 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
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
21000
200
12300
柱插筋
1400 1600
插筋
箍筋 φ8@200
主筋 22φ_ 22 加劲筋 φ16@2000
扶壁
600 600
2000 2600
图4.10 人工挖孔桩示例
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
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。