1、第四章 桩 基 础梁仕华 副教授Mbile： 13427660164E-mail:shihua_广东工业大学岩土工程研究所内容：了解桩基础的概念和分类；掌握单桩和群桩在竖向荷载下的工作性能；掌握单桩竖向承载力的确定方法；了解桩基础水平承载力的计算；掌握桩基础的设计步骤及设计内容及计算难点：桩在竖向荷载下的工作性能桩基础的设计、计算方法4.4单桩竖向承载力的确定单桩承载力由以下三个条件确定：在荷载作用下，桩在土中不丧失稳定性；在荷载作用下，桩顶不产生过大位移；在荷载作用下，桩身材料不发生破坏按 单桩承载力确定桩数 时：采用 正常使用极限状态下荷载效应的标准组合 ，相应的 抗力 采用 单桩承载力特
2、征值对于由地基土控制的承载力的情况，目前根据桩周土的变形和强度来确定竖向承载力的方法很多，主要有：有关规定：（ 1）一级建筑桩基应采用静载荷试验并结合静力触探、标贯等原位测试方法综合确定。（ 2）二级建筑桩基应根据静力触探、标贯、经验参数法等估算，并参照地质条件综合确定，当缺乏可参照的试桩资料或地质条件复杂时应由现场静载荷试验确定。（ 3）三级桩基，如无原位测试资料时，可采用承载力经验参数法估算。单桩承载力： 单桩在外荷载作用下，不丧失稳定性、不产生过大变形时的承载力 。单桩竖向极限承载力： 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 。一、按材料强度确定1
3、.当桩顶以下 5d 范围的桩身螺旋式箍筋间距不大于 100mm：且满足构造要求，单桩承载力由桩身承载力确定时：2.当桩身配筋不符合上述 1 款规定时：二、按单桩竖向抗压静载荷试验确定1.要求：同一条件下的试桩数量不少于总桩数的 1%，且不少于 3根。总桩数不超过 50根时，不少于 2根。对于预制桩，打入土中间歇的时间，砂土类不少于 10天，粉土和粘土不少于 15天，饱和粘土不少于 25天。2.方法：利用千斤顶在桩顶施加荷载，测得每级荷载下桩顶的位移，绘出荷载位移 QS曲线。工程中采用慢速维持荷载法，逐级施加荷载，每级荷载为单桩承载力设计值的 1/51/8。当每级荷载下桩顶沉降量小于 0.1mm
4、/h时，认为该级荷载下沉降稳定，加下一级荷载，直至破坏。终止加荷载的条件：（ 1）某一级荷载下，桩顶沉降量 S为前一级荷载下 S的 5倍或以上（ 2）某一级荷载下，桩顶沉降量 S大于前一级荷载下的 2倍，且经过 24h达不到稳定（ 3）已经达到锚杆最大抗拔力或压重平台的最大质量时。3.单桩承载力设计值的确定（ 1）根据 QS曲线来确定单桩竖向极限承载力 Qua:陡降型的 QS曲线（见图）取发生明显陡降的起始点所对应的荷载为 Qub:缓降型的 QS曲线，一般取 s=4060mm所对应的荷载值为 Qu， 大直径的桩取s=(0.030.06)d所对应的荷载值为 Qu，细长桩 (L/d80)取s=(6
5、080)mm对应的荷载值为 Qu（ 2）确定单桩承载力设计值求出每根桩的极限承载力值 Qui后，用统计的方法确定单桩竖向极限承载力设计值三、按静力触探法确定 (双桥探头） （单桥探头情况可参考08桩基规范 5.3.3-1）将圆锥形探头，以静力方式按一定速率均匀压入土中，借助探头上的传感器测出侧阻 fs和端阻 qc后，可按下式确定混凝土预制桩单桩置于粘性土、粉土和砂土中时，竖向极限承载力标准值 Quk:四、按经验公式确定（经验参数法） (最常用）（ 1）一般预制桩和中小直径灌注桩对于 d800mm的灌注桩和预制桩，单桩竖向承载力标准值 Quk(2） d800mm的灌注桩(3)钢管桩(4)空心桩（
6、 5）嵌岩桩）嵌岩桩单桩竖向承载力特征值 :式中：某预制桩桩径为 400mm，桩长为 10m，穿越厚度 L1=3m，液性指数 IL=0.75的粘性层，进入密实的中砂层，长度为 L2=7m，桩顶离地面 1.5m.确定该预制桩的竖向极限承载力标准值和设计值解：由预制桩，第一层 ,IL=0.75的粘性土，查表 qs1=55kPa第二层 密实的中砂层 ,查表 qs2=64kpa桩端密实的中砂层，桩长 10m，查得桩端阻力标准值 qpk=4200kPa竖向极限承载力标准值竖向极限承载力设计值【 例题 2】某工程桩基的单桩极限承载力标准值要求达到 Quk=30000kN，桩直径 d=1.4m，桩的总极限侧
7、阻力经尺寸效应修正后为Qsk=12000kN，桩端持力层为密实砂土，极限端阻qpk=3000kPa。拟采用扩底，由于扩底导致总极限侧阻力损失 Qsk=2000kN。为了要达到设计要求的单桩极限承载力，其扩底直径应接近于（ ）。（端阻尺寸效应系数（ 2003年考题）(A)3.0m (B)3.5m (C)3.8m （ D） 4.0m解 :扩底桩端的极限阻力 Qpk设扩底直径为 D,则有20000=【 习题 】 某 PHC桩，桩截面尺寸为外径 0.6m，内径 0.45m ，承台埋深 1m，桩长 12.5m。从地面起土层分布为：淤泥层厚 4.0m，桩极限侧阻力标准值 ；粉土层厚度 8.0m， ；砂砾层
8、， ，按 建筑桩基技术规范 计算，单桩竖向承载力特征值是多少？4.5单桩水平承载力与位移一、水平荷载下桩的受力特性1. 受力特性桩能够承担水平力的大小就是桩的横向承载力。在水平荷载和弯矩作用下桩身产生挠曲变形，并挤压桩侧土体，土体则对桩侧产生水平抗力，一般来说，桩周土体水平抗力的大小控制着桩的水平承载力。影响水平承载力的因素很多，如：桩的断面尺寸、刚度、材料强度、桩入土深度、桩顶嵌固程度以及土质条件等。2.单桩的水平承载力特征值的确定应符合下列规定（ 1） 对于受水平荷载较大的设计等级为甲级、乙级的建筑桩基 ，单桩水平承载力特征值应通过单桩水平静载试验确定，试验方法可按现行行业标准 建筑基桩检
9、测技术规范 JGJ 106 执行。2.对于钢筋混凝土预制桩、钢桩、桩身正截面配筋率不小于0.65%的灌注桩，可根据静载试验结果取地面处水平位移为10mm（对于水平位移敏感的建筑物取水平位移 6mm）所对应的荷载的 75%为单桩水平承载力特征值。3.对于桩身配筋率小于 0.65%的灌注桩，可取单桩水平静载试验的临界荷载的 75%为单桩水平承载力特征值确定单桩横向承载力的方法有两类：二、 横向静载荷试验确定单桩水平承载力设计值1.方法横向静载荷试验是利用千斤顶在桩顶施加水平荷载，采用单向多循环加卸载法或慢速维持荷载法。每级荷载增量为预估单桩水平极限承载力的 1/101/15。每级施加荷载后，恒载
10、4分钟后测读水平位移，然后卸载至零，停 2分钟测读残余水平位移，至此完成一个加卸载循环。如此循环 5次，完成一级水平位移观测，中间不能停顿。2.终止加载条件桩身折段或桩顶水平位移超过 3040mm（软土取 40mm）或水平位移值达到设计要求的水平位移允许值。3.实验成果采用单向多循环加载法时，绘制水平力 -时间 -作用点位移（ H0-t-x0)关系曲线，或水平荷载 -位移剃度曲线（ H0-x0/H0),如下图所示。n 1（ 1）临界荷载 Hcr和极限荷载 Hu临界荷载 Hcr:相应于桩身开裂、受拉区混凝土不参加工作时的桩顶水平力。一般取：（ H0-t-x0）曲线出现突变点（相同荷载增量的条件下
11、出现比前一级明显增大的位移增量）的前一级荷载；（ H0-x0/H0)曲线的第一直线段的终点所对应的荷载。极限荷载 Hu：相当于桩身应力达到强度极限时的桩顶水平力一般取： （ H0-t-x0）曲线明显陡降的前一级荷载或水平包络线向下凹曲时的前一级荷载； （ H0-x0/H0)曲线第二直线段的终点所对应的荷载。（ 2）单桩水平承载力设计值混凝土预制桩、钢桩、桩身配筋率大于 0.65%的灌注桩，可取 x0=10mm（对水平位移敏感的建筑物取 x0=6mm）所对应的荷载作为单桩水平承载力设计值；桩身配筋率小于 0.65%的灌注桩，取临界荷载 Hcr或极限荷载Hu的一半作为单桩水平承载力设计值。n 三
12、、无试桩资料时单桩水平承载力设计值的确定1.配筋率小于 0.65%的灌注桩的单桩水平承载力设计值：2.桩身配筋率不小于 0.65%的灌注桩、预制桩、钢桩水平承载力设计值【 例题 】某桩基工程采用直径为 2.0m的灌注桩，桩身高配筋率为 0.68，桩长 25m，桩顶铰接，桩顶允许水平位移 0.005m，桩侧土水平抗力系数的比例系数 m=25MN m4，按 建筑桩基技术规范 (JGJ942008) 求得的单桩水平承载力与下列哪一个数值最为接近 ?(已知桩身 EI=2.149103kN.m2)n (A)1200kN (B)1390kN (C)1550kN (D)1650Kn解 : 查表得 =2.441四、理论分析法确定单桩水平承载力及位移理论分析法确定单桩水平承载力，当桩入土较深时，将桩看作一个横向的弹性地基梁，采用文克尔地基模型研究桩在水平荷载和两侧土压力共同作用下的挠曲线，通过挠曲线微分方程的解答，求出桩身各截面的弯矩和剪力方程，并以此验算桩的强度。1. 地基土的水平抗力
