第八章 桩基础

一般涂适当粘度的沥青以减小负摩擦。
三、单桩破坏模式
桩周、桩端土；
破坏模式取决于 桩的尺寸； 桩的类型。
1、屈曲破坏 当桩底支承在坚硬的土层或岩层上，桩周土层极 为软弱，桩身无约束或侧向抵抗力。桩在轴向荷载作 用下，如同一细长压杆出现纵向挠曲破坏，荷载—沉 降关系曲线为“急剧破坏”的陡坡型，其沉降量很小， 具有明确的破坏荷载。桩的承载力取决于桩身的材料 强度。如穿越深厚淤泥质土层中的小直径端承桩或嵌 岩桩，细长的木桩等多属于此种破坏。
人工挖孔
一般直径桩—(250<d<800mm)
（二）常用桩 1、预制钢砼桩 （RC桩）
断面有方、圆两种, 方桩边长250-550，长<13.5m;
现场预制桩长<25-30m(桩架高), 配筋率>0.8%(运 、吊控制，打桩还会产生拉应力) 截面大则作成管桩, 有时加预应力(省钢)。
2、钻（挖）孔灌注桩
2、整体剪切破坏
当具有足够强度的桩穿过抗剪强度较低的土 层，达到强度较高的土层。且桩的长度不大时， 桩在轴向荷载作用下，由于桩底上部土层不能阻 止滑动土楔的形成，桩底土体形成滑动面而出现 整体剪切破坏。此时桩的沉降量较小，桩侧摩阻 力难以充分发挥，主要荷载由桩端阻力承受，曲 线也为陡降型，呈现明确的破坏荷载。桩的承载 力主要取决于桩端的支承力。一般打入式短桩、 钻孔短桩等均属于此种破坏。
3、刺入破坏
当桩的入土深度较大或桩周土层抗剪强度较均匀 时，桩在轴向荷载作用下将出现刺入破坏。 此时桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承受，桩端阻力 极微，桩的沉降量较大。一般当桩周土质较软弱时，
曲线为“渐进破坏”的缓变型，无明显拐点，极限荷
载难以判断，桩的承载力主要由上部结构所能承受的 极限沉降确定；当桩周土的抗剪强度较高时，曲线可 能为陡降型，有明显拐点，桩的承载力主要取决于桩 周土的强度，一般情况下的钻孔灌注桩多属于此种情
Quk up qsik li q pk Ap
qsik 查表8.6，和土性及成桩方法有关，沉管灌注桩小，
因质量难保证；对预制桩有深度修正系数（灌注桩不修 正）
况。
四、单桩承载力的确定 单桩承载力是指单桩在外荷作用下，不丧失稳定 性， 不产生过大变形时的承载能力。 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，称单桩竖 向极限承载力。
R 取决于三个方面：
(三者同时兼顾，并 取最小值)
桩本身材料强度； 上部结构的容许变形值； 土层的支承能力。
第2节 单桩承载力的确定
1． 单桩轴向荷载的传递 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。
在桩顶荷载沿桩身向下传递的过程中，必须不
R=
Qum
sp
分项系数sp=1.6
对群桩再考虑群桩效应（见后）
（2）静力触探法
用单桥探头的比贯入阻力或双桥探头的端阻、侧阻标准 值，估计桩的侧阻、端阻，定Quk
规范仅针对钢砼预制桩给出公式，较烦琐，这里不详述
（3）经验公式法 仅限初步设计阶段或不很重要的工程，以下针对不同桩 讲
（a）一般预制桩、灌注桩
所以应用广泛，沿海、内陆地区均用。同
基坑支护、地基处理并为土木工程三大热点。
桩基古已应用。上海龙华塔
，7层，40.4m, 相当于13层楼高 , 初建于三国东吴时代 (AD220280), 重建于宋代AD977年, 用 木桩, 桩周用灰土防腐，是软基
上建高层的范例。
近年来，桩基成为高层建筑 、大中桥梁的主要基础形式，为 设计桩基，须了解其类型、机理 、承载力及变形验算等。
2、按桩周土支撑能力估计
（1）静载试验 一级和部分二级建筑必须做，试桩数>1%且不少于3根。 装臵、方法：锚桩横 梁装臵（图），压重 平台反力装臵等 试桩、锚桩、基准桩 间距>4d，且>2m 分级加载，稳定后读 数，详见规范。
终止加载条件 ①某级荷载下，桩顶沉降量为前一级荷载下沉降量的 5倍； ②某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量 的2倍，且经24h尚未达到相对稳定； ③已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大质量时。
由实测， QS先达极限 ，对应位移仅4-10mm，和土 性、桩径关系不大；而QP达 极限需s=0.1d （打入桩） ，甚至0.3d（灌注桩）
随着桩顶荷载 的增加，桩身轴力和桩侧摩阻力 都不断发生变化。如果在进行单桩轴向静载荷试验时， 沿桩身某些截面设臵量测应力和位移的元件(传感器)， 那么,在桩顶荷载Q(桩顶轴力N=Q)作用下,桩顶向下位 移δ。(桩顶沉降s=δ。)、桩身任意深度z处的轴力Nz： 和截面位移δz以及桩端(z=l)的轴力Nl和位移δl都可以 确定。 以桩顶(也是地面)作为坐标原点，离桩顶深度为z 处的桩身轴力为
单桩承载能力的确定：
1、Q－S曲线拐点法 取明显拐点处荷载为Qu； 对于d(b)550mm的预制桩，在Qi+1作用下，
ΔSi1 ≥ 0.1mm/KN 时. 取Qi作为为 ; u ΔQi1
Q－S无陡降段时，Qu取S＝40－60mm处相应荷载。
2、S－logt曲线(沉降速率)法 特点：
3、S~logQ法 特点：
桩基适用范围：
1、高层、重要建筑物； 2、重型工业厂房、仓库、料仓； 3、较大水平荷载或上拔力的构筑物基础； 4、精密或大型设备基础； 5、表层软弱土层、需处理土层； 6、地震区。
桩基设计主要内容：桩型选择、单桩承载力确定、群 桩承载力和沉降验算，桩身强度和承台计算。
二、桩的类型 按承台与地面相对位置分 竖直桩 按桩轴线方向分 斜桩 叉桩 高承台桩基 低承台桩基
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。 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。
Q=QS+QP
Q逐渐增大，影响深度也逐渐增加，qs较qp先发挥
3、极限端阻qpu计算及其深度效应
计算qpu的经典理论方法：视桩为埋深l的基础来计算，有 整体剪切、局部剪切、刺入三种破坏形式。 因埋深大，一般为后二种。但桩端土硬，上覆土软，也可 为整体剪切破坏。 太沙基理论按浅基础整体剪切破坏 计算；Myerhof则考虑桩侧土的强 度。
q pu c N c c N b q N q 0 d
缩颈常发生在下列情况：
软、硬土层交界处； 管内混凝土少时； 邻桩挤压。 克服缩颈、断桩办法：复打
4、钢管桩
有开口、闭口，开口时形成土芯后亦有一定挤
土，d小则挤土可能性大，是否挤土将影响承
载力（规范5-2-10条）
三、桩的两种极限状态
（一）桩基承载力极限状态
1、超过最大承载力 2、产生不适于继续承载的变形 3、桩基发生整体失稳 （二）桩基正常使用极限状态 变形、耐久性，桩、承台等。
（一）桩的分类 1、按材料分：木、钢、钢筋混凝土 木桩—水位以上耐久性差，强度低，我国森林资源 不足，应少用 钢桩—本身强度高，易加工，接头容易，运输方 便，但造价是混凝土的3-4倍，用于海洋平台及 陆上重要工程，如宝钢高炉、金茂大厦用钢管桩 。 钢砼桩—取材方便，价格便宜，耐久性好，可预 制、现浇，尺寸易调，适用性强，故应用广泛， 是主要研究对象。
c 、 、 q—断面形状系数
二、桩的负摩阻力 1、概念 当桩围土层由于某种原因相对于桩 向下位移时，桩侧摩阻力方向向下，称为 负摩阻力。 原因 桩穿过欠固结(新填)土层； 桩周地面有较大的超载；
降低地下水位；
湿陷、冻土融陷。
2、消除负摩擦的措施 负摩擦会加大沉降，使桩或土破坏。
第八章 桩基础及其他深基础
重点： 桩的分类，单桩承载力的确定，群桩承载 力的确定，桩基础设计与计算。 难点： 群桩承载力的确定，桩基础设计与计算。
第1节 概
一、桩基及其作用
述
桩基构成：桩+承台 （可为独立、条形、筏、箱）
有高、低两种，前者用于水中
桩之作用：
（1）将荷载传至硬土层，或分配到较大的深度范围 ， 以提高承载力。
2、按桩的制作方法分 预制桩—质量易保证、现场整洁、用时间少， 但配筋由运输、打桩控制，配筋率较大，长度 不可过大，现场接桩、截桩难。
灌注桩—钻孔、放钢筋笼、浇砼。尺寸灵活，
还可扩头，配筋率可以小，但现场脏，质量难
Fra Baidu bibliotek
保证，例断桩、缩颈、露筋、清底不充分等。
3、按设置效应分—是否挤土 挤土桩—打入或压入，预制桩或沉管灌注桩。挤土使 土密实，但打入有噪声，挤土会发生漂桩，还会破坏 周边设施 非挤土桩—钻、挖孔桩，桩长、桩径可较大，可穿越 硬土层。无挤密效果，但有些土（饱和软粘土）本不 可挤密。 部分挤土桩—钻小口径孔，再打入，或钢管、砼管桩
N z Q u p . z .dz
0
z
从深度为z长度为dz的一小段桩体的平衡条件得到摩 阻力与轴力的关系
1 dN z z u p dz
把桩视作线性变形体，其净横截面面积为 Ap ,弹 性模量为 E ,则桩顶沉降 0 ,及任意截面的位移 z p 为 l
1 0 s l N z dz Ap E p 0
qs c z tg
分布：同样和上述因素有关。在临界深度范围内随深 度线性增大 ，不随深度线性增大 （拱效应）,有一临 界深度(10-20d) 时效：粘性土中打入桩，qs开始小 后逐渐增大；砂土中打入桩，qs开 始大后逐渐减小。 试桩应在施工后一段时间：砂土 10天；粘性土15天；淤泥25天。
（2）减小沉降，从而也减小沉降差，故地基强度够 ，而变形不合要求时亦用。 两塔过近，会 相对倾斜，用 桩基解决
厂房内堆载，使柱下基础倾 斜，导致柱子开裂。可用桩 基解决。
（3）抗拔：用于抗风、抗震、抗浮等 （4）有一定抗水平荷载能力，特别是斜桩 （5）抗液化：深层土不易液化，浅层土液化后，
有桩支撑，有助于上部结构的稳定。
极限荷载：1）第二转折点 或 2）沉降达40-60mm
极限承载力标准值：
Qum = lQu
1 n Qu Qui n i 1
变异系数0.15时l1； 0.15时l<1，查表求l
1 (Qui Qu )2 / Qu n 1
设计值：

i1
n
(ai 1)2
n 1
z
1 z s N z dz Ap E p 0
Q0
S0
Q0
Q z
S z
qs z
S0
Q z
ds L
SZ
dz
Z Sb
Qz dQz
Qb
Sb
Qb
QS
2、侧摩阻力qs的大小、分布 大小：和土性、桩表面性质、桩径、桩长、施工方 法有关（打入桩一般大，卵石层中灌入桩很大）
超高层多用大直径桩，甚至直径>3m，承载力可达
4000t，用一般直径桩可能摆不开。 可扩孔，用扩孔器或爆扩（少用）。
3、沉管灌注桩 （挤土）
锤击或振动沉管，下有钢砼头，再灌混凝土， 拔管，易发生断桩、缩颈（软土中）。有人建 议复打，造价提高。仅浙江多用。
缺点：易产生缩颈、断桩、局部夹 土、混凝土离析等质量事故。
决定于桩和土，一般由土控制，端承、超长桩等 除外。
1、按桩身强度定 根据桩材按《混凝土结构设计规范》等混凝土 或钢结构规范计算
′ R = （cf c Ap + f y Ag ）
式中:φ—桩的稳定系数，对低承台桩基，考虑土的侧 向约束可取1.0。但穿过很厚软粘土层和可液化土层的 端承桩或高承台桩基，其值应小于1.0; φc—工作条件系数，预制桩取0.75，灌注桩取0.6～ 0.7（水下灌注桩或长桩时用低值）。
4、按荷载传递方式分
摩 擦 桩 摩擦型桩 端承摩擦桩
桩端土差、桩很长、灌注 桩清底差 桩端为岩石、大头桩
端 承 桩 端承型桩 摩擦端承桩
(一) 摩擦桩
(二) 端承桩
5、按直径大小分—一般直径桩、微桩、大直径桩 微桩（树根桩）—d<250，多用于地基加固、托 换（例安外一工程）
大直径桩— d>800，往往是端承，一柱一桩，