桩筏基础设计理论

第一章桩筏基础设计理论

第一节桩基的作用

高层建筑的主要特征是层数多、高度高、重量大，这样不仅造成竖向荷载大而集中，而且风荷载和地震荷载引起的倾覆力矩也成倍增长，因此要求基础和地基提供更高的竖直与水平承载力，同时使沉降和倾斜控制在允许的范围内，并保证建筑物在风荷载与地震荷载下具有足够的稳定性。桩是深入土层的柱型构件，桩与连接桩顶的承台组成深基础，将上部结构的荷载，通过较弱的地层传到深部较坚硬的，压缩性小的土层或岩层，它是通过作用于桩端的地层阻力和桩侧土层的摩阻力来支承轴向荷载，依靠桩侧土层的侧向阻力支承水平荷载，因此，对于土质软弱层较厚的地基，桩基是一种成熟，安全可靠的基础形式。

第二节桩承载力计算

桩顶竖向荷载由桩侧摩阻力和桩端阻力承受，以剪力形式传递给桩周土体的荷载最终也将扩散分布于桩端持力层。持力层受桩端荷载和桩侧荷载而压缩（含部分剪切变形），桩基因此产生沉降。而由多桩构成的群桩，由于承台与桩顶同步沉降，承台底面的土必然受到压缩从而产生土反力，该土反力也分担一部分的荷载，因此，由群桩构成的承载力实际上由三部分组成：各基桩的桩侧力，桩端阻力和承台竖向阻力。但群桩的承台一桩群一土的相互影响和共同作用，群桩的承载力并不等干各单桩的侧阻力、端阻力、承台下地基土承载力之和，群桩的工作性状的破坏特征也与单桩承载力之不同，所以，在进行设计时，不仅要清楚单桩的性状和承载力的变化规律、还需考虑群桩基础的群桩效应。

一、单桩竖向承载力计算

（一）由桩身经度确定的单桩竖向承载力。

高层建筑的单桩使用荷载较高，特别是常采用端承桩或超长桩，以致桩身自

身的强度往往成为单桩竖向承载力的控制因素，因此，在高层建筑桩基设计中确定单位桩竖向承载力时不仅要考虑土对桩的支承能力，而且必须考察桩身强度所能提供的承载能力。

桩是一种细长杆件，通常处干轴心受压状态，但其工作条件与一般压杆不同，桩身处干具有一定强度与刚度的介质之中，既非完全自由状态，又非完全约束状态，变形比较复杂。实践证明，一般情况下桩周土的侧向约束是以阻止桩的侧向变形与失稳，可不考虑纵向弯曲问题，但若桩周土为可液化土构成的软土（地基承载力低于30KPa）时，侧向约束可能丧失或极其微弱，因此必须计入桩的纵向弯曲的影响，因此，设计时，需分这两种情况进行计算。

1、考虑桩身纵向弯曲的计算

纵向弯曲的影响以一稳定系数Ψ反映，Ψ是桩的长径比（Lc/d）的函数，桩的计算长度Lc可根据桩底支承条件和桩顶嵌周情况来计算，计算方法可参见《建筑桩基技术规范》JGJ94-94中 5.5.3，5.5.4所作的规定。

（二）按土的经度与变形确定的单桩竖向承载力

当桩身强度足够时，单桩承载力取决于土对桩的支承能力，这种支承能力的意包括两方面：一是土的经度决定的最大支承力；二是土的变形性质决定的保证桩不发生过大沉降的最大支承力。确定土对桩的支承力的方面有很多，但现今运用较广泛且技术较成熟的是以下几种：

1、静载荷试验法：

由于桩的静载荷试验是在工程现场对足尺桩进行的，桩的类型、尺寸、入土深度、施工方法、地质和件和荷载性质等都最大限度地接近于实际的情况。因此，单桩竖向极限承载力的确定就其可靠性而言，仍是最高的，因此《建筑桩基技术规范》JGJ94-94，（以后称桩基规范）中5.2.4.1明确规定“一级建筑桩基应采用

现场静荷试验，并结合静力触探，标准入等原位测试方法综合确定。”

根据桩基规范，采用静载荷试验法确定指的竖向承载力设计体公式为：R=Quk/Ysp（5.2.2.2）

其中Quk—单桩竖向极限承载力标准值

Ysp—桩侧阻端阻综合阻抗力分项系数

（三）规范经验参数法

单桩极限承载力由总极限侧阻力和总极限端阻力组成，采用如下表达式：Quk=Qsk+Qpu=Uσаsilsi9sn:+βp Ap pk。

其中：

Quk—单桩极限竖向承载力标准值；

Qsk、Qpk—分别为单村点极限摩阻力和总极限端阻力标准值；

U—桩身横截面周长；

Lsi—桩穿过第I层土的厚度；

Ski—桩周第I层土的极限摩阻力标准值；

Ap—桩端支承面积；

Pk—桩底土的极限端阻力标准值；

аsi、βp—桩侧摩阻力和桩端阻力的修正系数，对于不同的桩型有不同含义。

以上公式中qsui和Pk是桩承载力基本参数，与土的物理状态指标（液性指数Ll和密度E等）之间具有相关关系，适用干各种桩型的各类土的承载力指标sui和Pk，是通过大量试桩资料统计分析得出，因而称经验参数，因此上式亦称经验公式，依照各种桩型的承载力特性，可把它们归纳为四类，经验公式亦相应采用相应的表达式，具体见桩基规范5.2.6~5.2.12。

（四）静力触探法

1975年以来，各地对静力触探确定单桩极限承载力进行了广泛研究，积累了丰富的静力触探与单桩竖向静载试验的对比资料。关于单桥探头静力触探确定单桩竖向承载力的统计分析，桩基规范主要以全国十省两市的试桩法果为依据。

1、极限侧阻力标准值 sk的确定。

采用单桥探头静力触探的比贯入阻力资料估算各土层的极限桩侧阻力值时，需依据勘察资料，考虑土层的埋藏深度，排列次序及性质等，因此，规范对于sk 的确定考虑了浅层土，粘性土、粉土、砂类土四种情形。

2、极限端阻力标准值的确定

用静力触探资料估算桩端阻力值一般不采用桩端全断面处对应的比贯入阻力Ps值作为桩的端阻力估算值。这是因为探头的临界深度值运小于桩的临界深度值，因此，在土层变化处，尺寸效应使得两者有较大出入。由于桩端阻力发挥与多种因素有关，如持力层土类及其结构、密度、埋藏深度、厚度、持力层上下土层的排列次序，桩端进入持力层深度与桩径的比值等有关，用静力触探资料估计桩动端阻力值一般通过确定桩端以上一定范围内土层厚度d，平均比比贯入阻力值与桩端以下一定影响深度（d2）范围内的平均贯入阻力值综合确定。

桩端位于匀质砂土（或均匀的硬塑粘性土）中，桩端距上覆（或下卧）软土层均有相当距离，影响桩端阻力的主要因素是砂土的类别、密实度及其埋深，其他因素的影响不明显。当桩端进入砂土（或硬塑粘性土）层不深，桩端阻力一般不高，原因是上覆软粘性土（或松砂）层的存在会影响端阻力的发挥，因此，对软、硬土层分界面附近的桩端阻力的估算，桩端比贯入阻力应乘折减系数，具体公式可参见规范5.2.6、5.2.7。

（五）动测法

动测法系指桩的动力测试法，它是通过测定桩对所施加的动力作用的响应来