1、第十章 桩基础,本章主要内容,10.1 概述 10.2 桩的分类及质量检验 10.3 单桩的承载力 10.4 群桩的竖向承载力 10.5 桩基础设计,软 土 层,10.1 概述,桩的应用 1 历史十九世纪以前，木桩 (1)7000-8000年前浙江河姆渡 (2)3000-4000年前在罗马 (3)西安灞桥,北京御河桥,隋唐建塔 2 十九世纪开始，材料和动力进步铸铁管桩，1824年波特兰水泥注册专利蒸汽动力 3 十九世纪末，现场钻孔桩(1897, Raymond),现场灌注 护坡桩 造价低,现场灌注 护坡桩 造价低,二、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
2、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,缺点 施工环境影响, 预制桩施工噪音, 钻孔灌注桩的泥浆,三、适用条件,(1)竖向荷载大而集中的结构及在沉降方面有较高要求的建筑物，如高层建筑、大型建筑； (2)受大面积地面荷载影响的结构，如重型工业厂房； (3)作用有很大倾覆力矩的高耸结构物，如烟囱、铁塔 (4)对沉降非常敏感的建筑,如精密设备基础 (5)作为地震区的结构抗震性能；,10.2 桩的分类及质量检验,一、桩的分类(一) 按承台分 承台:将几个桩结合起来传递荷载 （二）按施工方法分 （三）按设置效应分 （四）按受力性能分 （五）按桩径大小分,(一) 按承台分
3、 承台:将几个桩结合起来传递荷载 高承台桩 承台在地面以上,桥桩,码头,栈桥 2 低承台桩 承台在地面以下, 承台本身承担部分荷载(工业与民用建筑中采用),低承台桩,高承台桩,(二) 按施工方法不同分（预制桩和灌注桩）,1.预制桩：在工厂或施工现场制作。,按采用的材料不同分为：钢筋砼桩、钢桩、木桩；,按沉桩方法不同分为：振动打入、静压和旋入等；,(1)钢筋砼桩：承载力高，耐久性好，质量易保证，广泛采用；,普通实心方形截面：边长300550mm，制作运输、堆放较方便。,桩长：现场预制：2530m,工厂预制：12m，可以分节施工,三角形空心桩、十字形桩：用料省，自重较轻；,(2)木桩：杉木、松木桩
4、，桩径（小头）160-260mm,桩长：46m，承载力低，较少采用；,2.灌注桩：直接在设计桩位处开孔，孔内放钢筋笼，浇筑砼而成；,优点：节省钢材（可不加钢筋），持力层起伏不平时，可根据深度决定桩长，便于施工；,(1)沉管灌注桩,施工顺序：锤击、振动、振动冲击沉入钢管管内灌砼振动拔管上部三分之一按构造配筋，灌砼成型。,锤击沉管灌注桩：,，桩长 ,打至硬塑粘土层或中粗砂层。,优点：施工设备简单，进度快，造价低。,缺点：可能产生缩颈、断桩，砼强度不足等事故；,缩颈：（局部截面缩小）常发生在软硬土层交界处或软土层处，地表下不深处，拨管速度应控制在 0.8m/min管内砼量应充足，灌注的充盈系数达1.
5、11.5（实际砼用量与按桩径和桩长计算得出的体积之比），原因：软硬土层交界处软土层处等土中空压打；,断桩：发生在地表下不深处，原因：相邻桩施工时振动作用产生水平力以及土体上拱形成桩身的拉力，桩距不宜太小，减少振动；,（2）钻孔灌注桩,钻孔桩，桩长,，单桩承载力12MN。,施工程序：钻机开孔排除孔内土清除孔底残渣安放钢筋笼灌砼,目前国内的钻孔灌注桩在钻进时不下钢套筒，而是利用泥浆保护孔壁以防坍孔。桩径800，1000，1200mm，,优点：承载力高，桩身变形小；,（3）挖孔灌注桩：人工或机械挖掘开孔,人工挖土：每挖0.91.0m深，浇灌砼护壁，在护壁内安装钢筋笼浇砼。,挖孔桩直径：,，深,，,，
6、桩长,优点：设备简单，互不干扰，噪音小，孔底可以清除干净，较经济，适应性强。,桩身,桩端,D,d,振动沉桩 预制桩113m,离心预应力预制钢筋混凝土,人工挖孔桩,广州市亚洲大酒店人工挖孔桩,螺旋钻,沉管螺旋钻孔灌注桩,粘性土,砂性土,扩底桩,人工挖孔扩孔桩 （芝加哥法）,英国,1.0-3.0 m,0.6-0.9 m,爆破扩底桩,内夯式扩底桩200kN钢锤,碎石,混凝土,钢筋笼,钻扩桩,挤扩桩（支盘桩）,端承桩,摩擦桩,（五）按桩径大小分,小直径桩,中等直径桩,大直径桩,二 灌注桩的质量检验,1.开挖检查：只限于观察检查所开挖的外露部分； 2.钻芯法：在桩身内进行钻孔取砼芯样进行单轴抗压强 度试
7、验，了解砼有无离析、空洞等； 3.声波检测法：预先在大桩中埋入34根金属管，利用 超声波在砼不同强度中传播速度的变化来进行质量检测； 4.动测法：小应变动测法(检验桩身完整性)、大应变动测 法(测承载力)；,10.3 单桩的承载力,单桩承载力取决于：（1）土对桩的阻力；（2）桩身材料强度。,一、一般规定,1、甲级建筑物：必须由现场静载荷试验确定单桩承载力；并结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定。试验桩数：在同一条件下的试桩数量不宜小于总桩数的1%，且大于等于3根,2、乙级建筑物：可参照地质条件相同的桩试验资料根据具体情况确定；,3、丙级建筑物：可用经验公式估算。,二、桩的承载力分析1
8、竖向承载力的组成,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,Qsk 桩侧摩阻力 Qpk 桩端阻力 端承力,桩侧摩阻力 摩阻力的分布,S0,土的极限摩阻力影响因素随着深度增加,砂土中存在临界深度,超静孔隙水压力消散,土的触变性,打入预制桩,挤土使qs增加(1)挤密(2)残余应力钻孔预制桩,常使qs减少(1)泥皮(2)应力松弛 但是也有水泥浆渗入土中使表面粗糙 其他施工因素,粘性土的摩阻力有时效,桩的端承力 (1)常作为基础承载力问题(太沙基解),太沙基,梅耶霍夫型,(1)很难达到整体破坏 (2)端承力与深度有关 (3)存在临界深度,(2) 土的极限端阻力影响因素与土性有关
9、,存在临界深度,与施工方法有关,桩端充填粉土,三、 桩的负摩阻力,1、负摩阻力的概念,其存在降低了桩的承载力，并可导致桩发生过量的沉降,摩擦力的方向与桩、土的相对位移有关：,桩相对土上升：摩阻力向下为：“”,桩相对土下沉：摩阻力向上为：“”,摩阻力的大小取决于：桩、土的相对位移、桩、土类别摩擦面法向力,(1)桩周附近地面大面积堆载 (2)大面积降低地下水位 (3)欠固结土,新填土 (4)湿陷性黄土遇水湿陷 (5)砂土液化、冻土融解,正摩阻力,负摩阻力,2 负摩阻力的产生,轴向力N,2 负摩阻力的确定,负摩阻力成为荷载的一部分对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻力, 对于一般桩,因为桩土都有变
10、形,视二者的相对位 移量和方向,P306、P307,四、 单桩竖直向承载力的确定,桩身材料 静载荷试验3 经验方法：静力触探经验公式,混凝土R= cfc Ap 钢筋混凝土R=c fc Ap +fyAg,钢筋抗压强度设计值,1、静载试验法 获得单桩承载力最可靠的方法,锚桩反力梁,锚桩 桁架法,2400吨,桩顶试验中,(2) 通过静力载荷试验确定极限承载力Qu 判断单桩竖向极限承载力Qu(各规范不同) 如果有陡降点,取为Qu 缓变曲线,取一定沉降 s=40mm (40-60mm)24小时未稳定,Sn对应的荷载 确定平均值 (极限承载力标准值),如离散太大,加一折减系数 设计值Ra=,2、静力触探,
11、：桩端阻力修正系数,（1）单桥探头静力触探（P298）,2、静力触探,、：修正系数 qc, fsi ：探头的端阻与侧阻,（2）双桥探头静力触探（P299）,3、经验公式法,地基承载力特征值,桩身的混凝土强度,c0.75 预制桩0.60.7灌注桩,端承桩：,Q相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值,注：单桩承载力标准值确定方法见P300,四、抗拔桩的承载力 浮力,风荷载 1 现场抗拔试验 2 公式（P308）,抗拔折减系数I：砂土0.5-0.7, 粉、粘土0.7-0.8,五、横向受力桩的承载力确定,P295 （8-11）,小结,单桩承载力=摩阻力+端阻力 摩阻力-土性，深度（临界深度），入桩
12、方式，桩土相对位移正摩擦力负摩擦力 端阻力-土性，深度（临界深度） ，入桩方式 确定单桩承载力的方法,一 群桩与群桩效应,岩石,土,压力扩散深度,10.4 群桩的竖向承载力,群桩与群桩效应,1 预制桩沉桩 砂土,非饱和土和一般粘性土,填土有挤密作用,使承载力增加饱和粘土,超静孔压积累,地面上浮,先入桩上浮,土层扰动,使承载力降低 2 应力叠加 桩底应力增加,使承载力不足;总的沉降增加 3 桩之间互相调节 个别桩承载力低总体上可互补;个别桩受荷,其他桩帮助传递荷载 4 承台可部分承受荷载,应力叠加 桩底应力增加,使承载力不足;总的沉降增加,对于砂土 sp 1.0, 粘性土sp 1.0,二 粘性土
13、中的群桩承载力,取下列两种破坏型式所得的较小值：,1.桩距较大，发生冲切剪切破坏，群桩竖向承载力=各根单桩极限承载力之和,2.整体剪切破坏：群桩与桩间土看作假想的实体基础（假象实体基础）,四、群桩承载力验算方法,验算原则,(1)符合下列情况之一可不验算 群桩承载力=各单桩承载力之和,a、端承桩桩基 各桩的受力状态基本不相互影响 b、摩擦桩桩基：柱下 n9墙下 不超过2排（条形承台）,(2)符合下列情况之一需验算群桩承载力,摩擦桩桩基：柱下：n9桩距: 6d （桩径）墙下：超过两排 桩距桩径,2.验算方法（视为假想的实体基础）,除了端承桩之外，对于群桩效应较强的桩基，均应验算群桩的地基承载力和软
14、弱下卧层的地基承载力。按规范确定基桩竖向承载力设计值：桩基的群桩效应难以通过承台一桩一土相互作用分析的理论方法求解。为了实用的目的，规范引用构成基桩极限承载力诸分量的平均值与其相应的单桩个分量的平均值之比作为该分量的群桩效应系数。,侧阻群桩效应系数,端阻群桩效应系数,侧阻、端阻综合群桩效应系数,承台土阻力群桩效应系数系数,则，基桩承载力设计值：,水平作用下,注：（1）端承桩，,的非端承桩基，不考虑群桩效应，,（2）静载荷试验：,No,承台设计,一 桩基础的设计步骤,10.5桩基础设计,绘施工图,层， d=800mm-1000mm灌注桩和边长为450mm- 500mm 的预制桩；,二、桩的类型和
15、桩长的选择,1、楼层、荷载大小决定桩的类型,层， d=500mm灌注桩和边长为400mm的预制桩；,层， d=1000mm-1200mm钻孔灌注桩和边长为 500mm 的预制桩；,2、桩尖入坚实土层深度（确定桩长）,粘性土、粉土、砂土： 碎石土： 嵌岩桩： 桩端下坚实土层厚度：,3、桩的设置深度（施工时桩的设置深度必须满足设计要求 ),持力层层面平整、土层均匀： 土层复杂、层面起伏：,三、桩的根数及布置,1、桩的根数n,轴心受压时：,偏心受压时：,（1）截面形心和荷载合力作用点重合，仍按中心受压计算；,（2）截面形心和荷载合力作用点不重合，按中心受压扩大 10%20%,2、桩的间距(s),中心
16、受压：,间距过大，承台体积和用量大；间距过小，摩擦桩应力重叠现象严重，沉降量增加；,3、桩在平面上的布置,（a）单排布置（墙下桩基）,（b）双排、多排布置（墙下、柱下）,a 行列式,b 梅花式,c 不等距排列,d 纵横墙交接处四方布桩方式,四、桩基础承载力计算和验算,(一) 群桩中单桩承载力设计值对于9根以上,非端承桩的桩基础,要考虑群桩效应,考虑承台承载能力 1 单桩承载力设计值,群桩效应系数,抗力分项系数,2 关于承台承载力问题,承台下土的承载力低于浅基础 承台内反力小于外围,双曲线分布 在动力荷载下(铁路桥梁);负摩擦力(地面下沉);端承桩情况下不考虑承台承载力,指:承台宽度的深度内(5
17、m)地基土极限抗力设计值,（二）桩基础中的单桩荷载验算,1 竖直荷载 (1)中心荷载,假设每个桩的荷载,R单桩承载力设计值,X,Y,三根桩的荷载计算,偏心竖向荷载 荷载线性分布假设,（三）假想实体深基础承载力验算,当单独基础 n 9根, 条形基础 m 2 行；且Sa 6d 时需要进行这一项验算,(1)中心荷载(2)偏心荷载Wx ,Wy假想实体基础断面抵抗矩 Mx ,My假想基础底面上的力矩,（四）软弱下卧层的验算,1 Sa 6d 时按整体基础,Sa 6d 时验算单桩原理相同,（五）桩基沉降计算一般不计桩身压缩量及桩与土间的相对位移，以假想基础为刚性整体，验算桩端以下土沉降,1. 需要进行沉降计
18、算 ：甲（1）级建筑物的建筑物桩基对沉降有严格要求的建筑物桩基体型复杂或桩端以下存在软弱土层的乙（2）级建筑物桩基 2. 不需沉降计算的情况丙（3）级建筑物桩基s6d 大于桩距6被倍桩径 n9 独立基础的m2 条基础 某些单层工业厂房桩基,F,l,G,B0,A,计算S=Si S=S e :沉降计算经验系数，e等效沉降系数，由于布氏解作用在弹性体表面，现在是作用在弹性体内部。,五、桩身结构设计,钢筋混凝土预制桩,构造要求：,（1）混凝土强度等级：C30，达到强度等级后方可运输，吊装；,（2）钢筋：截面边长350500，纵向钢筋 （经过计算，考虑水平荷载）；边长350mm，纵向钢筋 ；灌注桩：当桩
19、身直径为3002000mm时，截面配筋率可取 （小直径桩取高值，大直径桩取低值）,箍筋 ，桩頂、桩尖处适当加密,锤击时：桩頂应配置三层钢筋网 ； 桩尖克服土的阻力用 钢板加强。,（3）起吊点：按吊点间的跨中正弯矩和吊点处的负弯矩相等的原则设置（起吊时桩按受弯构件考虑）。,2 灌注桩 构造要求：,（1）混凝土强度等级C20，砂石骨料40mm，坍落度 5070mm（由于自重产生坍落度现象表明混凝土流动性）,（2） （小直径桩取大值）；受弯时min0.4%，地震区配筋量适当加大；锚入承台30倍主筋直径；主筋长度2.5m ，地震区受压主筋长度l/3 , 保护层厚度：as30mm ，抗弯时as35mm
20、。 箍筋：采用螺旋筋或焊接环式， 钢筋笼长4m时，每隔2m设加劲箍筋一道。,1 承台的尺寸和结构,形状方形,矩形,三角形,多边形,圆形 最小宽度 50 cm 最小厚度 30 cm 桩外缘距离承台边15 cm边桩中心距离承台边1.0D 混凝土标号C20 cm,保护层7cm有垫层时不应小于4cm,六 承台设计,（6）桩頂嵌入承台长度： 轴向荷载：50mm ；水平荷载100mm 主筋伸入承台的锚固长度 且 ；对于单桩承台宜在桩頂处设置钢筋网以扩散压力；,（7）钢筋：矩形承台：（板式）双向配置条形承台：（梁式） 箍筋架力筋,2 条形承台计算,梁上的墙体荷载取值方法： （1）将建筑物全部高度的墙体荷载作为梁上的均匀荷载； （2）将条形承台作为倒置梁，按直线分布的简化假设计算桩頂反力作为梁上的外荷载；,3 柱下板式承台,（1）承台弯矩计算（受弯计算）,a、四桩承台（计算截面在柱边和承台高度变化处）,b、柱下三桩承台（计算截面在柱边）,x,y,（2） 承台高度的确定,主要决定承台的抗冲切和抗剪 （a）柱对承台冲切,P352 公式（8-95）,(b) 承台角桩冲切验算,Nl角桩竖向力设计值 1x , 1y冲切系数, ft混凝土抗拉强度,h0,P353 公式（8-98）,(c) 斜截面的剪切验算,（d）抗弯验算-混凝土与结构力学,决定配筋,P354 公式（8-101）,
