桩基础设计土力学,

桩的荷载传递
§8.3 竖向荷载下单桩的工作性能
荷载传递机理 广州市亚洲大酒店人工挖孔桩
在桩土相对位移等于零处，桩侧摩阻力尚未发挥作用
随着桩顶荷载的增加，桩身压缩量和位移量增大
桩身下部的摩阻力随之调动起来 桩底土层也因受到压缩而产生桩端阻力 桩端土层的压缩加大了桩土相对位移，从而使桩身侧 摩阻力进一步发挥出来
§8.2 桩和桩基的分类
按施工方法分类
• 预制桩
混凝土预制桩（方形、圆形）
小方桩：边长300~500mm，桩长25~30m，分节长度小 于12m，接桩采用钢板、角钢焊接或钢板垂直插头加 水平销连结。
预应力混凝土管桩
采用先张法和离心成型制作。 PHC管桩：经高压蒸汽养护，强度大于C80 PC管桩：未经高压蒸汽养护，强度介于C60~C80 外径：300~600mm，每节长5~13m
高承台桩基
承台 基桩
桩基分类
§8.2 桩和桩基的分类
按承载性状分类
• 摩擦型桩
摩擦桩
端承摩擦桩 • 端承型桩
端承桩 — 桩的长径比较小(小于10)
摩擦端承桩 嵌岩桩 Q = Qp+Qs
Point end resistance(端承力)
Skin shaft friction(侧摩阻力)
桩的分类
z

z
桩的荷载传递
§8.3 竖向荷载下单桩的工作性能
测定桩顶Q作用下的桩顶沉降s外，若通过沿 桩身若干截面预先埋设的测力元件，获得桩身轴 力Nz分布图，则可利用前述公式求得摩阻力和截 面位移的分布图。
广州市亚洲大酒店人工挖孔桩
桩的荷载传递
§8.3 竖向荷载下单桩的工作性能
单桩承载力分析 广州市亚洲大酒店人工挖孔桩
• Ap — 桩身的横截面面积 • As — 纵向钢筋的横截面面积


• — 桩的稳定系数
• c — 工作条件系数
按材料强度确定
§8.3 单桩竖向承载力的确定
规范规定：
对于一级建筑物，必须通过静载试验，且
试桩数不得少于总数的1%，并不少于3根。 总桩数50根以内，不得少于2根。
因打桩孔隙水压力消散需要时间，土体强
《土力学2》之第八章
桩 基 础 (Pile foundation)
常 方 强
华侨大学土木工程学院 岩 土 工 程 研 究 所
第七章：桩基础
§8.1 §8.2 §8.3 §8.4 §8.5 §8.6 §8.7 概述 桩和桩基础的分类 竖向荷载下单桩的工作性能 单桩竖向承载力的确定 桩的水平承载力与位移 群桩基础计算 桩基础设计
气锤打入 振动沉桩 静压桩
引孔,部分挤土,
不引孔,挤土桩大面积地面隆起
桩的分类
§8.2 桩和桩基的分类
预制桩沉桩深度控制
预制桩沉桩深度一般应根据地质资料及结构 设计要求估算，施工时以最后贯入度和桩尖
设计标高两方面控制。
最后贯入度
指桩沉至某标高时，每次锤击的沉入量，通 常以最后每阵的平均贯入量表示。
桩的荷载传递
§8.3 竖向荷载下单桩的工作性能
荷载传递机理 广州市亚洲大酒店人工挖孔桩
当桩身侧摩阻力全部发挥出来达到极限后
继续增加荷载，其荷载增量将全部由桩端阻力承担 由于桩端持力层的大量压缩和塑性挤出，位移增长速 度显著加大 直至桩端阻力达到极限，位移迅速增大而破坏。
桩的荷载传递
§8.3 竖向荷载下单桩的工作性能
§8.1 概述
沉井caisson
通气
支护
桶 梯子
工作间
概
述
§8.1 概述
深基础
地下连续墙 diaphragm
§8.1 概述
墩基础
新加坡发展银行,四墩, 每墩直径7.3m 将荷载传递到下部好土层,承载力高
大直径钻孔 桩 部分风化及 不风化泥岩 风化砂岩及粉砂岩
新加坡发展银行, 四墩7.3m
概
述
§8.3 单桩竖向承载力的确定
按单桩竖向抗压静载试验确定
§8.3 单桩竖向承载力的确定
按单桩竖向抗压静载试验确定
§8.3 单桩竖向承载力的确定
锚桩 桁架 法,2400吨
按单桩竖向抗压静载试验确定
§8.3 单桩竖向承载力的确定
桩顶试验中
按单桩竖向抗压静载试验确定
§8.3 单桩竖向承载力的确定
钻（冲或挖）灌注桩、先钻孔再打入的预制桩
部分挤土桩
冲击成孔灌注桩、预钻孔打入式预制桩、H型钢桩、开口 钢管桩、开口预应力混凝土管桩
挤土桩
实心预制桩、下端封闭的管桩、沉管灌注桩等
桩的分类
§8.3 竖向荷载下单桩的工作性能
广州市亚洲大酒店人工挖孔桩 桩土共同作用
桩土间的传力途径 单桩承载力的构成及其发展过程
x K s v
K0 Ks K p 非挤土桩： K K K a s 0
挤土桩：
桩侧摩阻力和桩端阻力
§8.3 竖向荷载下单桩的工作性能
qs
桩侧摩阻力随深度呈线性增 加，但砂土中存在深度效应。
桩侧摩阻力和桩端阻力
§8.3 竖向荷载下单桩的工作性能
桩的端阻力
假定桩底以下为温克尔地基模型
§8.1 概述
§8.1 概述
桩基础特点
优点
• 将荷载传递到下部好土
层,承载力高； • 沉降量小； • 抗震性能好,穿过液化 层； • 承受抗拔(抗滑桩)及横 向力(如风载荷)； • 与其他深基础比较,施 工造价低。
概
述
§8.1 概述
桩基础特点
缺点
• 比浅基础造价高；
• 预制桩施工噪音； • 钻孔灌注桩的泥浆； • 有地下室时，有一定干 扰；
Q
Qs
单桩的破坏机理
Qp
竖向荷载下单桩的工作性能
Байду номын сангаас
§8.3 竖向荷载下单桩的工作性能
荷载传递机理 广州市亚洲大酒店人工挖孔桩
桩顶轴向荷载
桩身横截面上产生了轴向力和竖向位移 桩身上部先受到压缩而产生相对于土的向下位移 桩侧表面产生向上摩阻力 桩顶荷载通过桩侧摩阻力传递到桩周土层中去，致使 桩身轴力和桩身压缩变形随深度递减
度恢复具有时效性。砂类土间歇期不得少于 10天，粉土和粘性土不少于15天，饱和粘性 土不少于25天。
按单桩竖向抗压静载试验确定
§8.3 单桩竖向承载力的确定
试验装置及方法
锚桩反力梁
主梁 次梁 千斤顶 百分表 锚筋 锚桩 基准柱
按单桩竖向抗压静载试验确定
§8.3 单桩竖向承载力的确定
锚桩反力梁法
按单桩竖向抗压静载试验确定
§8.1 概述
桩的应用
历史－十九世纪以前，木桩
• 7000-8000年前湖上居民,浙江河姆渡
• 3000-4000年前罗马 • 渭桥,郑州超化寺,五代的杭州湾大海堤等
十九世纪以后
• 材料和动力进步
•
• •
铸铁管桩
波特兰水泥注册专利 十九世纪末，现场钻孔桩
概
述
§8.1 概述
§8.1 概述
现场灌注 护坡桩 造价低
单桩竖向承载力
单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或
出现不适于继续承载的变形时所对应的最大 荷载，称为单桩竖向极限承载力
单桩竖向承载力取决因素
• 地基土对桩的支承能力
• 桩身强度
单桩竖向承载力的确定
§8.3 单桩竖向承载力的确定
钢筋混凝土桩
R c fc Ap f y As
• R — 单桩竖向承载力设计值
粘性土 砂性土
桩的分类
§8.2 桩和桩基的分类
爆破扩底桩
桩的分类
§8.2 桩和桩基的分类
钢筋笼
碎石
混凝土
内夯式扩底桩200kN钢锤
桩的分类
钻扩桩
§8.2 桩和桩基的分类
挤扩桩（支盘桩）
桩的分类
§8.2 桩和桩基的分类
桩的分类
§8.2 桩和桩基的分类
人工挖孔桩
桩的分类
§8.2 桩和桩基的分类
竖向承载 力的组成
Q Qs Qp
侧阻
Qs ——桩侧摩阻力
Qp ——桩端阻力，端承力
• 摩阻力所需位移很小； • 端阻力需要较大位移； • 不同阶段二者分担比不同 端阻
桩侧摩阻力和桩端阻力
§8.3 竖向荷载下单桩的工作性能
桩的极限侧摩阻力
桩身侧摩阻力为桩周土相对 位移的函数。
u ca x tan a
Q
0 s
0
z


N0 Q
N
z L dz
z
z z
l
z
z
z N l Qs
桩的荷载传递
§8.3 竖向荷载下单桩的工作性能
Q

z
Nz
z
z
Nz + dNz
z
z L dz
z
l
z
z
z
1 dN z z u p dz
桩的荷载传递
§8.3 竖向荷载下单桩的工作性能
Q
N0 Q
单桩的破坏模式
§8.3 竖向荷载下单桩的工作性能
整体剪切破坏

端承桩易发生此类破坏 桩底土体形成滑动面而出现整体剪
切破坏
单桩的破坏模式
§8.3 竖向荷载下单桩的工作性能
刺入破坏

摩擦型桩易发生此类破坏 桩周土所能提供的侧摩阻力不足以
抵抗上部荷载的作用。
单桩的破坏模式
§8.3 单桩竖向承载力的确定
桩的荷载试验成果－荷载沉降曲线 Q (kN)
主梁 次梁 千斤顶 百分表 锚筋 锚桩
s(mm)
按单桩竖向抗压静载试验确定
§8.3 单桩竖向承载力的确定
按试验结果确定单桩承载力 Q (kN) 根据沉降随荷载变
化特征确定
• 有明显陡降点，取为Qu • 取Q-s曲线始段和末段两点切
线交点对应的荷载作为Qu
1.0-3.0 m 0.6-0.9 m
桩的分类
§8.2 桩和桩基的分类
广州市亚洲大酒店人工挖孔桩
桩的分类
§8.2 桩和桩基的分类
按桩的设置效应分类 广州市亚洲大酒店人工挖孔桩
桩的设置方法不同，桩周土受排挤作用也不同， 将使土的天然结构、应力状态、和性质有很大变化， 进而影响桩的承载力和变形性质。这些影响统称为桩 的设置效应。 非挤土桩
桩的分类
§8.2 桩和桩基的分类
振动沉桩—预制桩
桩的分类
§8.2 桩和桩基的分类
桩的分类
§8.2 桩和桩基的分类
按施工方法分类
• 预制桩
钢桩
钢管桩和H型钢桩等，250~1200mm，易锈蚀，少数重 点工程中使用。 加劲水泥土地下连续墙（SMW工法）
木桩
桩的分类
§8.2 桩和桩基的分类
预制桩的施工方法
Nl ks All
ks：桩端持力层基床系数
l ：桩端位移，砂类土极限位移为
(0.08~0.1)d，一般粘性土为0.25d，硬粘性 土为0.1d 砂性土中同样存在深度效应
桩侧摩阻力和桩端阻力
§8.3 竖向荷载下单桩的工作性能
桩的竖向承载力发挥的特点

随着荷载增加，桩身上部侧阻力先 于下部侧阻力的发挥 一般摩擦桩，侧阻力先于端阻力发
概
述
§8.1 概述
桩基础特点
适用条件
• 水上建筑物；
• 深持力层； • 高地下水位； • 抗震地基； • 对沉降非常敏感的建筑, 如精密仪器
概
述
§8.1 概述
日本阪神地震中发 生的桩基础的破坏 导致墩倾倒
概
述
§8.2 桩和桩基的分类
桩基础
• 单桩基础；
• 低承台桩基；
• 高承台桩基；
• 群桩基础；
N
N0 Q
z L dz
z
Nl Qp Qs Q Qp
z Nl Qs
l
z
桩的荷载传递
§8.3 竖向荷载下单桩的工作性能
Q
0 s

z L dz
z
1 0 s l AE p 1 z sz l AE p

l
0 l
N z dz N z dz
z
z
l
上 部

挥，侧阻发挥的比例明显高于端阻

对于长桩，即使桩端土很好，工作 荷载下端阻力也很难发挥。
下 部
侧 阻 力
端阻力
桩侧摩阻力和桩端阻力
§8.3 竖向荷载下单桩的工作性能
屈曲破坏

桩底支承在坚硬土层或岩层上 桩周土层极为软弱，无约束或侧向 抵抗力 类似细长杆挠曲破坏


穿越深厚淤泥质土层中的小直径端 承桩或嵌岩桩，细长的木桩多属此 类破坏
§8.1 概述
深基础
需要采用深基础的情况
• 建筑场地浅层地基土质不能满足建筑物对地基
承载力和变形的要求； • 不宜采用地基处理； • 需要以地基深层坚实土层或岩层作为持力层。
深基础类型
• 桩基础 • 墩基础 • 地下连续墙
• 沉井基础
概
述
§8.1 概述
软土 层
桩Pile：指垂直或者稍倾斜布置于地基中，其断面相对其 长度较小的杆状构件。 桩的功能：通过杆件的侧壁摩阻力和端阻力将上部结构的 荷载传递到深处的地基上。
s(mm)
按单桩竖向抗压静载试验确定
§8.3 单桩竖向承载力的确定
按试验结果确定单桩承载力 Q (kN) 根据沉降量确定
• 取s=40~60mm对应的荷载为 Qu • 根据沉降随时间的变化特征 确定Qu (s-lgt)
s(mm)
按单桩竖向抗压静载试验确定
锤击法：10次锤击为一阵；
震动沉桩：1min为一阵。
桩的分类
§8.2 桩和桩基的分类
按施工方法分类
• 灌注桩
沉管灌注桩
锤击沉管灌注桩 振动沉管灌注桩 内击式沉管灌注桩
钻（冲）孔灌注桩
螺旋钻、振动钻、冲抓锤钻、旋转水冲钻等
挖孔桩
人工、机械挖掘成孔
桩的分类
螺旋钻
§8.2 桩和桩基的分类
沉管螺旋钻孔灌注桩