桩土相互作用分析

设计时，首先拟定尺寸，然后通过基桩计算，验算所 拟定的尺寸是否经济合理，再作最后确定。
（一）桩径拟定
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（一）桩径拟定
桩的类型选定后，桩的横截面（桩径）可根据各类桩的特 点与常用尺寸选择确定。
（二）桩长拟定
确定桩长的关键在于选择桩端持力层，因为桩端持力层对 于桩的承载力和沉降有着重要影响。
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（三）桩型与施工方法的考虑 桩型与施工方法的选择应按照基础工程的方案选择原
则根据地质情况、上部结构要求、桩的使用功能和施工 技术设备等条件来确定。
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二、桩径、桩长的拟定
桩径与桩长的设计，应综合考虑荷载的大小、土层性质 与桩周土阻力状况、桩基类型与结构特点、桩的长径比以 及施工设备与技术条件等因素后确定，力争做到既满足使 用要求，又造价经济，最有效地利用和发挥地基土和桩身 材料的承载性能。
对单桩轴向力承载力的验算，如果不能满足要求，则应增 加桩数n或调整桩的平面布置，或减少Pmax值，也可加大桩 的截面尺寸，重新确定桩数、桩长和布置，直到符合验算要 求为止。
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2．单桩横向承载力验算
当有水平静载试验资料时，可以直接验算桩的水平承 载力容许值是否满足地面处水平力的要求。无水平静载 试验资料时，均应验算桩身截面强度。
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桩基础的设计
设计桩基础的一般程序： 搜集必要的资料
拟定出设计方案
基桩和承台以及桩基础整体的强度、稳定、变形验算。
经过计算、比较、修改，以保证承台、基桩和地基在强度、 变形及稳定性方面满足安全和使用上的要求，
同时考虑技术和经济上的可能性与合理性，最后确定较理 想的设计方案。
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多排桩的排列形式：常采用行列式（下图 a）和梅花式 （下图 b），在相同的承台底面积下，后者可排列较多的 基桩，而前者有利于施工。
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四、桩基础设计计算与验算内容
（一）单根基桩的验算
1．单桩轴向承载力验算
1）按地基土的支承力确定和验算单桩轴向承载力
目前通常仍采用单一安全系数即容许应力法进行验算。 首先根据地质资料确定单桩轴向承载力容许值，对于一般 性桥梁和结构物，或在各种工程的初步设计阶段可按经验 （规范）公式计算；而对于大型、重要桥梁或复杂地基条 件还应通过静载试验或其他方法，作详细分析比较，较准 确合理地确定。检算单桩承载力容许值，应以最不利作用 效应组合计算出受轴向力最大的一根基桩进行验算。
要求：
Pmax G[fa]
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2）按桩身材料强度确定和验算单桩承载力
验算时，把桩作为一根压弯构件，按概率极限状态设计方 法以承载能力极限状态验算桩身压屈稳定和截面强度，以正 常使用极限状态验算桩身裂缝宽度[参见《公路钢筋混凝土 及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）]。
和单桩承载力容许值按下式估算：
n N [ fa ]
（4-129）
式中：n——桩的根数；
N ——作用在承台底面上的竖向荷载，kN；
[ f a ] ——单桩承载力容许值，kN；
——考虑偏心荷载时各桩受力不均而适当增加
桩数的经验系数，可取=1.1～1.2。
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（二）桩间距的确定
为了避免桩基础施工可能引起土的松弛效应和挤土效应 对相邻基桩的不利影响，以及桩群效应对基桩承载力的不利 影响，布设桩时，应该根据桩的类型及施工工艺和排列方式 确定桩的最小中心距。
一般应将桩底置于岩层或坚硬的土层上，以得到较大的承 载力和较小的沉降量。如在施工条件容许的深度内没有坚硬 土层存在，应尽可能选择压缩性较低、强度较高的土层作为 持力层，要避免使桩底坐落在软土层上或离软弱下卧层的距 离太近，以免桩基础发生过大的沉降。
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三、确定基桩根数及其平面布置
（一）桩的根数估算 一个基础所需桩的根数可根据承台底面上的竖向荷载
柱桩：柱桩桩基础承载力大，沉降量小，较为安全可 靠，因此当基岩埋深较浅时，应考虑采用柱桩桩基。
摩擦桩：若岩层埋置较深或受施工条件的限制不宜 采用柱桩，则可采用摩擦桩。
注意：
在同一桩基础中不宜同时采用柱桩和摩擦桩，同时也 不宜采用不同材料、不同直径和长度相差过大的桩，以避 免桩基产生不均匀沉降或丧失稳定性。
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（三）桩的平面布置
多排桩:稳定性好，抗弯刚度较大，能承受较大的水平荷 载，水平位移小，但多排桩的设置将会增大承台的尺寸， 增加施工困难，有时来自百度文库影响航道；
单排桩:能较好地与柱式墩台结构形式配用，可节省圬 工，减小作用在桩基的竖向荷载。
因此，当桥跨不大、桥高较矮时，或单桩承载力较大， 需用桩数不多时常采用单排排架式基础。公路桥梁自采用 了具有较大刚度的钻孔灌注桩后，选用盖梁式承台双柱或 多柱式单排墩台桩柱基础也较广泛，对较高的桥台、拱桥 桥台、制动墩和单向水平推力墩基础则常需用多排桩。
对于预制桩还应验算桩起吊、运输时的桩身强度。
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3．单桩水平位移及墩台顶水平位移验算
现行规范未直接提及桩的水平位移验算，但规范规定需作 墩台顶水平位移验算。在荷载作用下，墩台水平位移值的大小， 除了与墩台本身材料受力变位有关外，还取决于桩柱的水平位 移及转角，因此墩台顶水平位移验算包含了对单桩水平位移的 检验。墩台顶的水平位移△按下式计算：
当承台埋设于冻胀土层中时，为了避免由于土的冻胀引起 桩基础损坏，承台底面应位于冻结线以下不少于0.25m，
承台如在水中或有流冰的河道，承台底面也应适当放低， 以保证基桩不会直接受到撞击，否则应设置防撞装置。
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（二）柱桩桩基和摩擦桩桩基的考虑
柱桩和摩擦桩的选择主要根据地质和受力情况确定。
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一、桩基础类型的选择
（一）承台底面标高的考虑 低桩承台：稳定性较好，但在水中施工难度较大，因此可
用于季节性河流、冲刷小的河流或旱地上其它结构物的基础。 当作用在桩基础上的水平力和弯矩较大，或桩侧土质较差时， 为减少桩身所受的内力，可适当降低承台底面标高。
高桩承台：对于常年有流水，冲刷较深，或水位较高，施 工排水困难，在受力条件允许时，应尽可能采用高桩承台。 有时为节省墩台身圬工数量，则可适当提高承台底面标高。