《基础工程教学课件》桩基础.pptx

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1、桩基技术现状与发展趋势桩基技术现状与发展趋势l单桩设计承承载力越来越大力越来越大l向小向小桩发展展l复合地基理复合地基理论、疏、疏桩理理论、桩基与上部基与上部结构构共同作用理共同作用理论等等l新品种、新工新品种、新工艺不断不断发展展119:57:55桩的竖向承载力桩的竖向承载力l单桩轴向荷向荷载传递机理机理l孤立的一根桩称为单桩孤立的一根桩称为单桩l群桩中性能不受邻影响的一根桩可视为单桩。群桩中性能不受邻影响的一根桩可视为单桩。l单桩工作性能的研究是单桩承载力分析理论单桩工作性能的研究是单桩承载力分析理论的基础。的基础。219:57:55l桩顶沉降沉降桩端沉降端沉降桩身身压缩量量l桩顶轴力力Q

2、桩侧总阻力阻力Qs+桩端端总阻力阻力Qp l桩侧摩阻力与摩阻力与桩侧表面的法向表面的法向压力及力及桩土界土界面相面相对位移成正比。位移成正比。l侧阻的深度效阻的深度效应FACTSFACTS单桩轴向荷载的传递机理单桩轴向荷载的传递机理319:57:55桩侧桩侧(端端)阻力与桩体位移的关系阻力与桩体位移的关系（1）419:57:55直径直径0.8m,桩长桩长20m极限荷载：极限荷载：7MN工作荷载：工作荷载：3.5MN6mm100mml桩侧阻力的发挥所需的桩身位移远桩侧阻力的发挥所需的桩身位移远小桩端阻力的所需的位移。小桩端阻力的所需的位移。l桩侧阻力发挥先于桩端阻力。桩侧阻力发挥先于桩端阻力。l

3、工作状态下，摩擦桩的位移远小于工作状态下，摩擦桩的位移远小于端承桩的位移。端承桩的位移。519:57:55桩侧桩侧(端端)阻力与桩体位移的关系阻力与桩体位移的关系（2）l极限极限桩侧阻力阻力对应的的u数数值：l粘性土粘性土46mm;砂砂类土土610mml极限极限桩端阻力端阻力对应的的u数数值：l粘性土粘性土d/10d/4（d为桩径）；砂径）；砂类土土d/12d/10619:57:55桩的长径比桩的长径比l/d(1)影响荷影响荷载传递的另一个主要因素的另一个主要因素l短短桩l100l长径比很大的径比很大的桩都属于摩擦都属于摩擦桩。719:57:55桩的长径比桩的长径比l/d(2)8桩越越长，端阻

4、力所占的比例越低，端阻力所占的比例越低19:57:55影响荷载传递的因素影响荷载传递的因素基于基于MattesPoulos线弹性理论线弹性理论lEb/Es l愈大，愈大，传到到桩端荷端荷载愈大愈大l Ep/Es l愈大，愈大，传到到桩端荷端荷载愈大愈大lD/d l愈大，愈大，传到到桩端荷端荷载愈大愈大ll/d l愈大，愈大，传到到桩端荷端荷载愈小愈小919:57:55Es:桩周土层的刚度桩周土层的刚度Eb:桩端土层的刚度桩端土层的刚度Ep:桩身材料的刚度桩身材料的刚度D:桩端的直径桩端的直径d:桩身的直径桩身的直径l:桩长桩长单桩受力单桩受力的控制方程的控制方程10?19:57:5611 极限

5、摩阻力可用类似极限摩阻力可用类似于土的抗剪强度的库伦表于土的抗剪强度的库伦表达式：达式：式中式中ca和和 a为桩侧表面与土之间的为桩侧表面与土之间的附附着力着力和和摩擦角摩擦角，x为深度为深度z处作用于桩侧处作用于桩侧表面的法向压力，它与桩侧土的竖向有效表面的法向压力，它与桩侧土的竖向有效应力应力 成正比例，即：成正比例，即：桩桩侧摩阻侧摩阻力力 桩截面位移桩截面位移桩侧摩阻桩侧摩阻力力OCDAB19:57:56桩侧摩阻力桩侧摩阻力l计算深度计算深度z处的单位侧阻时，如取处的单位侧阻时，如取l则侧阻将随深度线性增大。则侧阻将随深度线性增大。l然而砂土中的模型桩试验表明，当桩入土深度然而砂土中的

6、模型桩试验表明，当桩入土深度达到某一临界值后，侧阻就不随深度增加了，达到某一临界值后，侧阻就不随深度增加了，这个现象称为这个现象称为侧阻的深度效应侧阻的深度效应。l综上所述，桩侧极限摩阻力与所在的综上所述，桩侧极限摩阻力与所在的深度深度、土土的类别和性质的类别和性质、成桩方法成桩方法等许多因素有关。等许多因素有关。1219:57:56桩端阻力桩端阻力l按土体极限平衡理论导得的、用于计算桩端阻按土体极限平衡理论导得的、用于计算桩端阻力的极限平衡理论公式有很多。可统一表达为力的极限平衡理论公式有很多。可统一表达为l端阻的深度效应l当桩端入土深度小于某一临界值时，极限端阻随深度线性增加。而大于该深度

7、后则保持不变。该深度随持力层密度的提高、上覆荷载的减小而增大。1319:57:56桩侧阻和端阻的安全储备桩侧阻和端阻的安全储备l通常情况下，单桩受荷过程中桩端阻力的发挥不仅滞后于桩侧阻力，通常情况下，单桩受荷过程中桩端阻力的发挥不仅滞后于桩侧阻力，而且其充分发挥所需的桩底位移位比桩侧摩阻力到达极限所需的被身而且其充分发挥所需的桩底位移位比桩侧摩阻力到达极限所需的被身截面位移值大得多。截面位移值大得多。l对于粗短的支承于坚硬基岩的桩，一般清底好、且桩不太长，桩身压对于粗短的支承于坚硬基岩的桩，一般清底好、且桩不太长，桩身压缩量小和桩端沉降小，在桩侧阻力尚未充分发挥时便因桩身材料强度缩量小和桩端沉

8、降小，在桩侧阻力尚未充分发挥时便因桩身材料强度的破坏而失效。的破坏而失效。l因此对工作状态下的单桩，除支承于坚硬基岩的粗短的桩外，因此对工作状态下的单桩，除支承于坚硬基岩的粗短的桩外，桩端桩端桩端桩端阻力的安全储备一般大于桩侧摩阻力的安全储备。阻力的安全储备一般大于桩侧摩阻力的安全储备。阻力的安全储备一般大于桩侧摩阻力的安全储备。阻力的安全储备一般大于桩侧摩阻力的安全储备。l规范采用单一的安全系数是否合理？规范采用单一的安全系数是否合理？1419:57:5615 单桩静载荷试验所得的荷载单桩静载荷试验所得的荷载沉降沉降（Qs）关系曲线可大体分为）关系曲线可大体分为陡降型陡降型（A）和和缓变型缓

9、变型（B）两类形态。）两类形态。陡降型陡降型缓变缓变型型（变形控制）（变形控制）19:57:56单桩承载力的确定单桩承载力的确定l决定因素决定因素l桩身材料强度l地层的支承力l方法：方法：l理论计算，按土的抗剪强度指标确定l静载荷试验l规范公式1619:57:56按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定l以以土土力力学学原原理理为为基基础础。根根据据桩桩侧侧阻阻力力、桩桩端端阻阻力力的的破破坏坏机机理理，按按静静力力学学原原理理，分分别别对对桩桩侧侧阻阻力力和和桩端阻力桩端阻力进行计算。进行计算。l由由于于计计算算模模式式、强强度度参参数数实实际际的的某某些些差差异异，计计算算结结果果的的

10、可可靠靠性性受受到到限限制制，往往往往只只用用于于一一般般工工程程或或重重要要工工程程的的初初步步设设计计阶阶段段，或或与与其其他他方方法法综合比较来确定承载力。综合比较来确定承载力。1719:57:56按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定l一般的表达式一般的表达式1819:57:56静载荷试验法静载荷试验法l 静静载荷荷试验是是评价价单桩承承载力力诸法中可靠性法中可靠性较高的一种方法。高的一种方法。l缺点：缺点：l时间长；费用高。用高。19 千斤顶 基 准 梁 试桩 锚桩试验装置示意图 次梁 拉杆 锚桩主筋 锚桩 试桩 次梁 基准梁 基准桩 主梁 锚桩主梁 锚桩横梁反力方式19:57

11、:56锚桩横梁方式锚桩横梁方式20 千斤顶 基 准 梁 试桩 锚桩试验装置示意图 次梁 拉杆 锚桩主筋 锚桩 试桩 次梁 基准梁 基准桩 主梁 锚桩主梁 19:57:57压重平台方式压重平台方式21次梁 主梁 支 承 墩 支 承 墩 千斤顶 千斤顶 堆载试验装置示意图 19:57:59地锚方式地锚方式22 伞形地锚装置示意图 拉杆 立柱 横梁 千斤顶 地 锚 试桩 19:57:59锚桩斜拉方式锚桩斜拉方式2319:57:59锚桩斜拉方式锚桩斜拉方式2419:57:59试验加荷分级要求及数据处理试验加荷分级要求及数据处理l加荷分加荷分级不不应少于少于8级，每，每级加加载量宜量宜为预估极限荷估极限

12、荷载的的1/81/10。25025507510012515017520003672108144180s(mm)Q(kN)100第二拐点Qu 第一拐点 0510152025303540455055606570110100100010000lgt (min)300kN400kN500kN600kN700kN800kNY0(mm)19:58:00试验中止条件试验中止条件l符合下列条件之一符合下列条件之一时可可终止加止加载：l当荷当荷载沉降沉降(Qs)曲曲线上有可判定极限承上有可判定极限承载力的陡降段，且力的陡降段，且桩顶总沉降量超沉降量超过40mm;l sn+1/sn2，且，且经24h尚未达到尚未达

13、到稳定；定；l25m以上的非嵌岩以上的非嵌岩桩，Qs曲曲线呈呈缓变型型时，桩顶总沉降量大于沉降量大于6080mm；l在特殊情况下，可根据具体要求加在特殊情况下，可根据具体要求加载至至桩顶总沉降量大于沉降量大于100mm。2619:58:00单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力Qu的确定的确定l作荷作荷载沉降沉降(Qs)曲曲线和其他和其他辅助分析所助分析所需的曲需的曲线。l当陡降段明当陡降段明显时，取相，取相应于陡降段起点的荷于陡降段起点的荷载值。l当出当出现终止加止加载条件第二款的情况，取前一条件第二款的情况，取前一级荷荷载值。lQs曲曲线呈呈缓变型型时，取，取桩顶总沉降量沉降量s=40mm所

14、所对应的荷的荷载值，当，当桩长大于大于40m时，宜考，宜考虑桩身的身的弹性性压缩。2719:58:00检检测测桩桩数及数据统计数及数据统计l检测数量在同一条件下不应少于检测数量在同一条件下不应少于3 3根，且不宜少于总桩数的根，且不宜少于总桩数的1%1%；当工程桩总数在当工程桩总数在5050根以内时，不应少于根以内时，不应少于2 2根根。l计算参加算参加统计的极限承的极限承载力的平均力的平均值，当，当满足其极差不超足其极差不超过平平均均值的的30%时，可取其平均，可取其平均值为单桩竖向极限承向极限承载力力Qu；当；当极差超极差超过平均平均值的的30%时，宜增加，宜增加试桩数并分析离差数并分析离

15、差过大的原大的原因，因，结合工程具体情况确定极限承合工程具体情况确定极限承载力力Qu。l对桩数数为3根及根及3根以下的柱下根以下的柱下桩台，台，则取最小取最小值为单桩竖向极向极限承限承载力力Qu。l单桩竖向承向承载力特征力特征值l Ra=Qu/22819:58:00挤土桩试验的挤土桩试验的休休止时间止时间 土的类别土的类别 休止时间（休止时间（d d）砂土砂土7 7粉土粉土1010粘性土粘性土非饱和非饱和1515饱和饱和25252919:58:00规范经验公式规范经验公式(1)l式中式中 Ra单桩竖向承向承载力特征力特征值；qpa、qsia桩端端阻力、端端阻力、桩侧阻力特征阻力特征值，由当地，

16、由当地静静载荷荷试验结果果统计分析算得（分析算得（查表）；表）；Ap桩底横截面面底横截面面积；up桩身周身周边长度；度；li第第i层岩土的厚度。岩土的厚度。3019:58:00规范经验公式规范经验公式(2)l当当桩端嵌入完整或端嵌入完整或较完整的硬完整的硬质岩中岩中时，单桩竖向承向承载力特征力特征值可按下式估算：可按下式估算：Ra=qpaAp （4-23）l式中式中lqpa为桩端岩石承端岩石承载力特征力特征值,可按可按建筑地基基建筑地基基础设计规范范附附录H用岩用岩基基载荷荷试验方法确定，或根据室内岩石方法确定，或根据室内岩石饱和和单轴抗抗压强度度标准准值按下式按下式计算：算：qpa=r fr

17、k （4-24）式中式中 frk岩石岩石饱和和单轴抗抗压强度度标准准值，可按，可按建筑地基基建筑地基基础设计规范范附附录J确定；确定；r折减系数。折减系数。3119:58:00例题例题l某承台下某承台下设置了置了3根直径根直径为480mm的灌注的灌注桩，桩长10.5m，桩侧土土层自上而下依次自上而下依次为：淤泥，厚：淤泥，厚6m，qsia=7kPa；粉土，厚；粉土，厚2.5m，qsia=28kPa；粘土，很厚（；粘土，很厚（桩端端进入入该层2m），），qsia=35kPa，qpa=1800kPa。试计算算单桩竖向承向承载力特征力特征值。3219:58:00竖向荷载作用下群桩效应竖向荷载作用下群

18、桩效应l群桩效应群桩效应l桩基一般由多根桩和连接上部结构的承台组成，群桩中的每根桩称为基桩。由于承台、桩、土相互作用，基桩的承载力和沉降性状往往与相同地质条件和设计方法的单桩有显著区别，这种现象称为群桩效应。l问题问题：单桩承载力加起来等于群桩承载力？：单桩承载力加起来等于群桩承载力？l群群桩效效应系数系数：331=1119:58:00端承型群桩基础端承型群桩基础l端承型群桩中基桩（桩群端承型群桩中基桩（桩群中的单桩）与（独立）单中的单桩）与（独立）单桩相近，桩与桩的相互作桩相近，桩与桩的相互作用、承台与土的相互作用，用、承台与土的相互作用，都小到可忽略不计，都小到可忽略不计，端承端承型群桩的

19、承载力可近似取型群桩的承载力可近似取为各单桩承载力之和为各单桩承载力之和。l1。34岩石土19:58:01摩擦型群桩基础摩擦型群桩基础承台底面脱离地面的情况承台底面脱离地面的情况承台底面脱离地面的情况承台底面脱离地面的情况（非复合桩基）（非复合桩基）（非复合桩基）（非复合桩基）l当当桩距小于距小于3d（d为桩径）径）时，桩端端处应力重叠力重叠现象象严重；当重；当桩距大于距大于6d时，应力重叠力重叠现象象较小。小。l对打入打入较疏松的砂疏松的砂类土和土和粉土中的粉土中的挤土群土群桩，其，其桩间土和土和桩端土被明端土被明显挤密，密，所以群所以群桩效效应系数系数常大常大于于1。35应力重叠应力重叠应

20、力重叠应力重叠沉降增加沉降增加沉降增加沉降增加单桩承载力下降，单桩承载力下降，单桩承载力下降，单桩承载力下降，1 1。19:58:01摩擦型群桩基础摩擦型群桩基础承台底面贴地的情况（复合桩基）承台底面贴地的情况（复合桩基）l由摩擦型由摩擦型桩组成的群成的群桩基基础，当其承受，当其承受竖向荷向荷载而沉降而沉降时，承台底面一般与地，承台底面一般与地基土基土紧密接触，因此承台底面必密接触，因此承台底面必产生土生土反力，从而分担了一部分荷反力，从而分担了一部分荷载，使，使桩基基承承载力随之提高。力随之提高。l考考虑到一些因素可能会到一些因素可能会导致承台底面与致承台底面与基土脱开（例如基土脱开（例如挤

21、土土桩施工施工时产生的孔生的孔隙水隙水压力会在承台修筑后力会在承台修筑后继续消散而引消散而引起地基土固起地基土固结下沉），下沉），为了保了保证安全可安全可靠，靠，设计时一般一般不考不考虑承台承台贴地地时承台承台底反力底反力对桩基承基承载力的力的贡献。献。3619:58:01经验总结经验总结l设计群群桩基基础时，一般可不考，一般可不考虑群群桩效效应对单桩竖向承向承载力的影响，即取群力的影响，即取群桩效效应系系数数1 1，但，但对摩擦型摩擦型桩基、基、设计等等级为甲甲级以及部分乙以及部分乙级的建筑物的建筑物桩基，必基，必须进行行沉降沉降验算，以确保算，以确保桩基沉降不超基沉降不超过允允许值。371

22、9:58:01减减沉桩基沉桩基l 按浅基按浅基础设计时，若地基，若地基强度足度足够或略差一些，但地基或略差一些，但地基变形不形不满足要求，足要求，这时可可设置少量的置少量的桩以减少地基以减少地基变形。形。l减沉减沉桩特点：特点：l1)是摩擦型是摩擦型桩；l2)桩顶荷荷载接近或达到其极限承接近或达到其极限承载力力桩身材料身材料强度要有一定的安度要有一定的安全全储备）；）；l3)桩距大距大l减沉复合疏减沉复合疏桩基基础l见行行业标准准.建筑建筑桩基技基技术规范范(JGJ 942008)38浅浅浅浅基基基基础础 减减减减沉沉沉沉桩桩基基基基础础桩桩筏基筏基筏基筏基础础桩桩基基基基础础 复合复合复合复合桩桩基基基基 筏基分担比例筏基分担比例筏基分担比例筏基分担比例100%100%50%50%50%50%0 019:58:01