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1、1 桩基础（图1）：是由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。承台把桩联结起来并承受上部结构的荷载，然后通过桩传递到地基中去。桩是垂直或微斜埋置于土中的受力杆件，它的横截面尺寸比长度小得多。其作用是将上部结构的荷载传递给土层或岩层。第1页/共76页2 桩基础设计也应注意满足地基承载力和变形这两项基本要求。按行业标准建筑桩基技术规范（JGJ942008），建筑桩基设计与建筑结构设计一样，应采用以概率理论为基础的极限状态设计法，并按极限状态设计表达式计算。桩基的极限状态分为下列两类：第2页/共76页3 1.承载能力极限状态 对应于桩基受荷达到最大承载能力导致整体失稳或发生不适于继续承载的变形；2.正常使
2、用极限状态 对应于桩基变形达到为保证建筑物正常使用所规定的限值或桩基达到耐久性要求的某项限值。第3页/共76页4第2节 桩和桩基的分类与质量检测一、按桩的使用功能分类 1.竖向抗压桩 主要承受竖向下压荷载（简称竖向荷载）的桩，应进行竖向承载力计算，必要时还需计算桩基沉降，验算软弱下卧层的承载力以及负摩阻力产生的下拉荷载。第4页/共76页5 2.竖向抗拔桩 主要承受竖向上拔荷载的桩，应进行桩身强度和抗裂计算以及抗拔承载力验算。3.水平受荷桩 主要承受水平荷载的桩，应进行桩身强度和抗裂验算以及水平承载力和位移验算。第5页/共76页6 4.复合受荷桩 承受竖向、水平荷载均较大的桩，应按竖向抗压（或抗
3、拔）桩及水平受荷桩的要求进行验算。第6页/共76页7二、按桩承载性能分类（图2）1.摩擦桩 当软土层很厚，桩端达不到坚硬土层或岩层上时，则桩顶的极限荷载主要靠桩身与周围土层之间的摩擦力来支承，桩尖处土层反力很小，可忽略不计。第7页/共76页8 2.端承桩 桩穿过软弱土层，桩端支承在坚硬土层或岩层上时，则桩顶极限荷载主要靠桩尖处坚硬岩土层提供的反力来支承，桩侧摩擦力很小，可以忽略不计。3.摩擦端承桩 桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩端阻力承受。第8页/共76页9 4.端承摩擦桩 桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩侧阻力承受。三、按桩身材料分类 可分为木桩
4、，混凝土桩，钢桩，组合桩等。第9页/共76页10四、按施工方法分类 1.预制桩 2.灌注桩 钻孔灌注桩 人工挖孔灌注桩 套管成孔灌注桩第10页/共76页11五、按设置效应分类 1.非挤土桩 包括干作业挖孔桩，泥浆护壁钻（冲）孔桩、人工挖孔桩等。这类在成桩过程中基本对桩相邻土不产生挤土效应的桩，称为非挤土桩。其设备噪音较挤土桩小，而废泥浆、弃土运输等可能会对周围环境造成影响。第11页/共76页12 2.部分挤土桩 当挤土桩无法施工时，可采用预钻小孔后打较大尺寸预制或灌注桩的施工方法，也可打入敞口桩。3.挤土桩 挤土桩除施工噪音较大外，不存在泥浆及弃土污染问题，当施工质量好，方法得当时，其单方混凝
5、土材料所提供的承载力较非挤土桩及部分挤土桩高。第12页/共76页13五、按桩径大小分类 1.小桩 桩径d250mm。由于桩径小，施工机械，施工场地及施工方法一般较为简单。小桩多用于基础加固（树根桩或锚杆静压桩）及复合桩基础。2.中等直径桩 250mmd800mm。这类桩长期以来在工业与民用建筑物中大量使用，成桩方法和工艺繁多。第13页/共76页14 3.大直径桩 桩径d800mm。近年来的发展较快，应用范围逐渐增大。因为桩径大且桩端还可以扩大，因此，单桩承载力较高。此类桩除大直径钢管桩外，多数为钻、冲、挖孔灌注桩。通常用于高层或重型建（构）筑物的基础，并可实现柱下单桩的结构型式。正因为如此，也
6、决定了大直径桩施工质量的重要性。第14页/共76页15第3节 竖向荷载下单桩的工作性能 孤立的一根桩称为单桩，群桩中性能不受邻桩影响的一根桩可视为单桩。单桩工作性能的研究是单桩承载力分析理论的基础。通过桩土相互作用分析，了解桩土间的传力途径和单桩承载力的构成及其发展过程，以及单桩的破坏机理等，对正确评价单桩轴向承载力具有一定的指导意义。第15页/共76页16一 单桩轴向荷载的传递 1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
7、表面受到土向上的摩阻力。第16页/共76页17 在桩顶荷载沿桩身向下传递的过程中，必须不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。第17页/共76页18 由桩底土层的压缩变形导致的桩端位移加大了由于桩身的压缩变形引起的桩身各截面的位移，并促使桩侧摩阻力进一步发挥。一般来说，靠近桩身上部土层的摩阻力先于下部土层发挥出来，桩侧阻力先于桩端阻力发挥出来。单桩在轴向荷载作用下，桩身的截面位移、桩侧的摩阻
8、力分布以及轴力分布见下图。第18页/共76页19第19页/共76页20二、桩侧摩阻力和桩端阻力 桩侧摩阻力是桩截面对桩周土的相对位移的函数 qs=f(s)，可用下图中的曲线OCD表示，且常简化为折线OAB。AB段表示一旦桩土界面相对滑移超过某一极限值，侧摩阻力将保持极限值不变。第20页/共76页21第21页/共76页22 极限摩阻力可用类似于土的抗剪强度的库伦表达式：式中ca和a为桩侧表面与土之间的附着力和摩擦角，x为深度z处作用于桩侧表面的法向压力，它与桩侧土的竖向有效应力 成正比例，即：第22页/共76页23 式中Ks为桩侧土的侧压力系数，对挤土桩，K0KsKp；对非挤土桩，因桩孔中土被清
9、除，而使KaKsK0。此处，Ka、K0和Kp分别为主动、静止和被动土压力系数。采用上述公式计算深度z处的单位侧阻时，如取第23页/共76页24则侧阻将随深度线性增大。然而砂土中的模型桩试验表明，当桩入土深度达到某一临界值后，侧阻就不随深度增加了，这个现象称为侧阻的深度效应。综上所述，桩侧极限摩阻力与所在的深度、土的类别和性质、成桩方法等许多因素有关。第24页/共76页25 但是，桩侧摩阻力达到极限值所需的桩土滑移极限值则与土的类别有关、而与桩径大小无关，根据试验资料约为46mm（对粘性土）或610mm（对砂类土）。第25页/共76页26 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
10、分发挥所需的桩底位移值比桩侧摩阻力达到极限所需的桩身截面位移值大的多。根据小型桩试验所得的桩底极限位移值，对砂类土约为d/12d/10，对粘性土约为d/10d/4（d为桩径）。因此，对工作状态下的单桩，其桩端阻力的安全储备一般大于桩侧摩阻力的安全储备。第26页/共76页27三、单桩的破坏模式（图6）1.屈曲破坏 2.整体剪切破坏 3.刺入破坏四、桩侧负摩阻力 桩土之间相对位移的方向决定了桩侧摩阻力的方向，当桩周围土层相对于桩侧向下位移时，桩侧摩阻力方向向下，称为负摩阻力。第27页/共76页28 通常以下情况需考虑桩侧摩阻力作用：（1）软土地区，大范围地下水位下降；（2）桩侧地面承受局部较大的长
11、期荷载；（3）桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层；（4）冻土地区，温度升高引起桩侧土的缺陷。第28页/共76页29第4节 单桩竖向承载力的确定 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。一、按材料强度确定竖向承载力设计值第29页/共76页30二、按单桩竖向抗压静载试验确定 原型静载荷试验（图7）是传统的也是最可靠的确定承载力的方法。它不仅可确定桩的极限承载力，而且通过埋设各类测试元件可获得桩身轴力、桩侧阻力、桩端阻力、荷载沉降关系等诸多资料。第30页/共76页31 对于预制桩，由于土体因打桩扰动而降低的强度有待随时间而恢复，在桩身强度
12、达到设计要求的前提下，桩设置后开始载荷试验所需的间歇时间：对于砂类土不得少于7天；粉土和粘性土不得少于15天，饱和粘性土不得少于25天。第31页/共76页32 在同一条件下，进行静载荷试验的桩数不宜少于总桩数的1%，工程桩总桩数在50根以内时不应少于2根，其他情况不应少于3根。关于单桩竖向静载（抗压）试验的方法、终止加载条件以及单桩竖向极限承载力（图8）的确定详见建筑基础规范附录。第32页/共76页33三、按土的抗剪强度指标确定（竖向极限承载力）四、按静力触探法确定P221对于粘性土第33页/共76页34五、按经验公式法确定（竖向极限承载力标准值）（1）d800mm的灌注桩和预制桩（2）大直径
13、桩第34页/共76页35六、单桩的竖向承载力特征值。第35页/共76页36例1：P235 T8.1。第36页/共76页37第5节 桩的水平承载力与位移 建筑工程中的桩基础大多数以承受竖向荷载为主，但在风荷载、地震荷载、机械制动荷载或土压力、水压力等作用下，也将承受一定的水平荷载。第37页/共76页38一、水平荷载下基础的受力特性 第38页/共76页39二、单桩水平静载荷试验 第39页/共76页40三、水平受荷桩的内力及位移分析 水平荷载下桩的理论分析方法是按弹性地基理论计算，即，把承受水平荷载的单桩视为弹性地基（由水平向弹簧组成）中的竖直梁，通过求解梁的挠曲线微分方程来计算桩的弯矩和剪力及桩的
14、水平承载力。第40页/共76页41（1）常数法（2）k法（3）m法（4）c法桩的水平位移较大时，“m”法计算结果接近实际；当水平位移较小时，“c”法接近实际。第41页/共76页42第6节 群桩基础设计 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。竖向荷载作用下的群桩基础，由于承台、桩、土相互作用，其桩的承载力和沉降与单桩有显著差别（承载力小于各单桩承载力之和，沉降量大于单桩的沉降量），这种现象为群桩效应。第42页/共76页43端承型群桩基础摩擦型群桩基础第43页/共76页44 桩基在荷载作用下，由桩和承台底地基土共同承担荷载，构成复合桩基。刚性承台底面土反力呈马鞍形分布。
15、第44页/共76页45一、群桩的竖向承载力设计值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 第45页/共76页46 经验参数法确定复合桩基或基桩的竖向承载力设计值为：静载试验法确定复合桩基或基桩的竖向承载力设计值为：其中第46页/共76页47 对于复合桩基，不考虑承台效应，取 按表8.17中 所对应的值；对于桩基和桩数不超过3根的非端承桩基，也不考虑群桩效应，可取第47页/共76页48二、桩顶作用效应简化计算轴心竖向力作用下：偏心竖向力作用下：第48页/共76页49三、基桩竖向承载力验算（1）荷载效应基本组合轴心荷载作用下：偏心荷载作用下：（2）地震作用效应
16、组合轴心荷载作用下：偏心荷载作用下：和和第49页/共76页50四、桩基软弱下卧层承载力验算第50页/共76页51第7节 桩基础设计 和浅基础一样，桩基的设计也应符合安全、合理和经济的要求。对桩和承台来说，应有足够的强度、刚度和耐久性；对地基来说，要有足够的承载力和不产生过量的变形。第51页/共76页52一、基本设计资料 设计桩基之前必须具备各种资料：建筑物类型及其规模、岩土工程勘察报告、施工机具和技术条件、环境条件及当地桩基工程经验。勘察报告应符合勘察规范的一般规定和桩基工程的专门勘察要求。第52页/共76页53二、桩型、截面和桩长的选择 桩基设计的第一步就是根据地层条件和施工能力，选择桩型（
17、预制桩或灌注桩）、桩的截面尺寸和长度。确定桩长的关键，在于选择桩端持力层。坚实土（岩）层（可用触探试验或其它指标作为坚实土层的鉴别标准）最适宜作为桩端持力层。第53页/共76页54 对于桩端进入坚实土层的深度和桩端下坚实土层的厚度，应该有所要求。一般可以这样考虑：1.对黏性土、粉土进入的深度不宜小于2倍桩径，砂土不宜小于1.5倍桩径；对碎石类土不宜小于1倍桩径；当存在软弱下卧层时，桩端以下硬持力层厚度不宜小于3d。第54页/共76页552.对于嵌岩桩，嵌岩深度应综合荷载、上覆土层、基岩、桩径、桩长诸因素确定；对于嵌入倾斜的完整和较完整岩的全断面深度不宜小于0.4d且不小于0.5m，倾斜度大于3
18、0%的中风化岩，宜根据倾斜度及岩石完整性适当加大嵌岩深度；对于嵌入平整、完整的坚硬岩和较硬岩的深度不宜小于0.2d，且不应小于0.2m。第55页/共76页56 在确定桩长之后，施工时桩的设置深度必须满足设计要求。如果土层比较均匀，坚实土层层面比较平坦，那么桩的实际长度常与设计桩长比较接近；当场地土层复杂，或者桩端持力层层面起伏不平时，桩的实际长度常与设计桩长不一致。第56页/共76页57 在确定桩的类型和几何尺寸后，应初步确定承台底面标高。一般情况下，主要从结构要求和方便施工的角度来选择承台深度。季节性冻土上的承台埋深，应根据地基土的冻胀性考虑，并应考虑是否需要采取相应的防冻害措施。膨胀土的承
19、台，其埋深选择与此类似。第57页/共76页58三、桩的根数和布置 1.桩的根数 初步估计桩数时，先不考虑群桩效应，在确定了基桩承载力特征值R后，可对桩数进行估算。当桩基为轴心受压时，桩数n应满足下式要求：第58页/共76页59式中 F作用在承台上的轴向压力标准值；G承台及其上方填土的重力。偏心受压时，对于偏心距固定的桩基，如果桩的布置使得群桩横截面的重心与荷载合力作用点重合，则仍可按上式估算桩数，否则，桩的根数应按上式确定的增加10%20%。第59页/共76页60 对桩数超过3根的非端承群桩基础，在求得基桩承载力设计值后应重新估算桩数，如有必要，还要通过桩基软弱下卧层承载力和桩基沉降验算才能最
20、终确定。第60页/共76页61 应当指出，在层厚较大的高灵敏度流塑粘性土（如我国东南沿海的淤泥、淤泥质土）中，不宜采用间距小而桩数多的打入式桩基，否则，对这类土的结构破坏严重，致使土体强度明显降低。如果加上相邻各桩的相互影响，这类桩基的沉降和不均匀沉降都将显著增加。这时宜采用承载力高而桩数较少的桩基。第61页/共76页62 2.桩的间距 桩的间距（中心距）一般采用34倍桩径。间距太大会增加承台的体积和用料，太小则将使桩基（摩擦型桩）的沉降量增加，且给施工造成困难。3.桩在平面上的布置 桩在平面内可以布置成方形（或矩形）网格或三角形网格（梅花式）的形式，也可采用不等距排列。第62页/共76页63
21、 为了使桩基中各桩受力比较均匀，群桩横截面的重心应与荷载合力的作用点重合或接近。当上部结构的荷载有几种不同的组合时，承台底面上的荷载合力作用点将发生变化，此时，可使群桩横截面重心位于合力作用点变化范围之内，并应尽量接近最为不利的合力作用点位置。第63页/共76页64第8章 重点内容1.桩的分类（按设置效应分类、按承载性能分类、按桩径分类、按施工方法分类）2.预制桩、灌注桩在施工过程中注意事项3.单桩竖向承载力的确定方法第64页/共76页65图1第65页/共76页66图2第66页/共76页67图3第67页/共76页68图4第68页/共76页69图5第69页/共76页70图6第70页/共76页71图7第71页/共76页72图8第72页/共76页73第73页/共76页74第74页/共76页75第75页/共76页76感谢您的观看！第76页/共76页