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1、第四章 桩基础 Pile foundation本章主要内容本章主要内容概述桩的功能及类型概述桩的功能及类型桩的承载机理桩的承载机理？单桩承载力单桩承载力capacity of single pile群桩承载力群桩承载力capacity of pile group桩基础设计桩基础设计软 土 层沉井沉井caisson工作间工作间梯子梯子支护支护通气通气桶桶深基础深基础地下连续墙地下连续墙 diaphragm第一节第一节 概概 述述一、桩的应用一、桩的应用1.1.历史历史十九世纪以前，木桩十九世纪以前，木桩7000-80007000-8000年前湖上居民年前湖上居民,浙江河姆渡浙江河姆渡西安灞桥西安
2、灞桥,北京御河桥北京御河桥,隋唐建塔隋唐建塔十九世纪开始，材料和动力进步十九世纪开始，材料和动力进步 铸铁管桩，铸铁管桩，18241824年波特兰水泥注册专利，年波特兰水泥注册专利，蒸汽动力蒸汽动力十九世纪末，现场钻孔桩十九世纪末，现场钻孔桩(1897,Raymond)(1897,Raymond)排排 桩桩 带撑木桩带撑木桩 灞河上建桥始于春秋时期，秦穆公称霸西灞河上建桥始于春秋时期，秦穆公称霸西戎，将滋水改为灞水，并于河上建桥，故戎，将滋水改为灞水，并于河上建桥，故称称“灞桥灞桥”，是我国最古老的石柱墩桥。，是我国最古老的石柱墩桥。1400年前的隋代灞桥遗址年前的隋代灞桥遗址被洪水冲走的隋代
3、灞桥上的桥桩被洪水冲走的隋代灞桥上的桥桩隋代灞桥桥墩上的龙头隋代灞桥桥墩上的龙头隋代灞桥石料上刻有隋代灞桥石料上刻有“耀州耀州”二字证实修桥石料来源于二字证实修桥石料来源于西安以北约西安以北约100公里的古耀州公里的古耀州新加坡发展银行新加坡发展银行,四四墩墩,每墩直径每墩直径7.3m将荷载传递到下部将荷载传递到下部好土层好土层,承载力高承载力高大直径钻孔桩大直径钻孔桩风化砂岩及粉砂岩风化砂岩及粉砂岩部分风化及部分风化及不风化泥岩不风化泥岩新加坡发展银行新加坡发展银行,四墩四墩7.3m现场灌注现场灌注护坡桩护坡桩造价低造价低现场灌注现场灌注护坡桩护坡桩造价低造价低2.2.特点特点优点1.将荷载
4、传递到下部好将荷载传递到下部好土层土层,承载力高承载力高2.沉降量小沉降量小3.抗震性能好抗震性能好,穿过液穿过液化层化层4.承受抗拔承受抗拔(抗滑桩抗滑桩)及及横向力横向力(如风载荷如风载荷)5.与其他深基础比较与其他深基础比较,施工造价低施工造价低缺点缺点施工环境影响施工环境影响,预制桩施工噪音预制桩施工噪音,钻孔灌注桩的泥浆钻孔灌注桩的泥浆 有地下室时有地下室时,有一有一定干扰定干扰,深基坑中深基坑中做桩做桩3.适用条件适用条件(1)水上建筑物水上建筑物(2)深持力层深持力层,高地下水位高地下水位(3)抗震地基抗震地基(4)对沉降非常敏感的建对沉降非常敏感的建筑筑,如精密仪器如精密仪器
5、详见教材详见教材117页页承台承台:将几个桩结合将几个桩结合起来传递荷载起来传递荷载1 1.低承台桩基低承台桩基 承台在地面以下承台在地面以下,承承台本身可承担部分荷台本身可承担部分荷载载2 2.高承台桩基高承台桩基 承台在地面以上承台在地面以上,桥桩桥桩,码头码头,栈桥栈桥软土层二、桩基础的类型二、桩基础的类型（按承台位置分类）按承台位置分类）青岛青岛前海栈桥前海栈桥年登州镇总兵章高元奉调率兵移驻青岛后，先在青岛村年登州镇总兵章高元奉调率兵移驻青岛后，先在青岛村（今人民会堂处）修建总兵衙门，然后在前海处搭起一座长（今人民会堂处）修建总兵衙门，然后在前海处搭起一座长米左右、铁木结构的简易码头，
6、当时只供军用，故名栈桥。米左右、铁木结构的简易码头，当时只供军用，故名栈桥。低承台桩基低承台桩基高承台桩基高承台桩基三、桩基设计原则三、桩基设计原则1、桩基的极限状态：、桩基的极限状态：桩基承载能力极限状态：桩基承载能力极限状态：对应于桩基受荷达到最大承载能力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；导致整体失稳或发生不适于继续承载的变形；桩基正常使用极限状态：桩基正常使用极限状态：对应于桩基变形达到为保证建筑物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。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。建筑桩基技术规范（建筑
7、桩基技术规范（JGJ94-94）2、建筑桩基安全等级：、建筑桩基安全等级：根据建筑物因桩基损坏所造成的后果严重性将建筑桩基分根据建筑物因桩基损坏所造成的后果严重性将建筑桩基分为三个安全等级。为三个安全等级。3、桩基计算（验算）内容：、桩基计算（验算）内容：（1）所有桩基均应进行承载能力极）所有桩基均应进行承载能力极限状态计算限状态计算 1）桩基的竖向承载力计算、群桩承）桩基的竖向承载力计算、群桩承载力计算；载力计算；2）桩端平面以下软弱下卧层承载）桩端平面以下软弱下卧层承载力验算；力验算；3）桩基抗震承载力验算；）桩基抗震承载力验算；4）承台计算和桩身结构计算；）承台计算和桩身结构计算；（2）
8、以下桩基尚应进行变形验算：）以下桩基尚应进行变形验算：1）桩端持力层为软弱土的一、二级建）桩端持力层为软弱土的一、二级建筑物及桩端持力层为粘性土等的或存在筑物及桩端持力层为粘性土等的或存在软弱下卧层的一级建筑桩基的沉降验算。软弱下卧层的一级建筑桩基的沉降验算。2）承受较大水平荷载或对水平变位要）承受较大水平荷载或对水平变位要求严格的一级建筑桩基的水平变位验算。求严格的一级建筑桩基的水平变位验算。（3）对不允许出现裂缝或限制裂缝宽度）对不允许出现裂缝或限制裂缝宽度的混凝土桩身和承台应进行抗裂或裂缝的混凝土桩身和承台应进行抗裂或裂缝宽度验算。宽度验算。4、桩基规范对荷载效应的规定、桩基规范对荷载效
9、应的规定桩基承载能力极限状态：采用作用效应的基本组合和地震桩基承载能力极限状态：采用作用效应的基本组合和地震作用效应的组合。作用效应的组合。桩基正常使用极限状态：桩基正常使用极限状态：沉降验算：采用荷载的长期效应组合（准永久组合）。沉降验算：采用荷载的长期效应组合（准永久组合）。水平变位、抗裂和裂缝宽度：应根据使用要求和裂缝控制水平变位、抗裂和裂缝宽度：应根据使用要求和裂缝控制等级分别采用作用效应的短期效应组合（标准组合）或短等级分别采用作用效应的短期效应组合（标准组合）或短期效应组合（标准组合）考虑长期荷载（准永久组合）的期效应组合（标准组合）考虑长期荷载（准永久组合）的影响。影响。对于特殊
10、地基土（如：软土、湿陷性黄土等），遵循相应的设对于特殊地基土（如：软土、湿陷性黄土等），遵循相应的设计原则。计原则。建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范 GB50007-2002 GB50007-2002 关于荷载取值关于荷载取值的规定的规定（1 1）按地基承载力确定基础底面面积或按单桩承载力确）按地基承载力确定基础底面面积或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下的标准组合。相应的抗力应取地基承载力特用极限状态下的标准组合。相应的抗力应取地基承载力特征值或单桩承载力特征值。征值或单桩承载力特征值。（2
11、2）计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应按）计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应按正常使用极限状态的下荷载效应的准永久组合，不计正常使用极限状态的下荷载效应的准永久组合，不计入风荷载和地震作用。相应的限值为地基变形允许值。入风荷载和地震作用。相应的限值为地基变形允许值。（3 3）计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡时，）计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及滑坡时，荷载效应应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合，荷载效应应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为但其分项系数均为1.01.0。（4 4）在设计基础、承台、支挡结构强度时，应荷载效）在设计基础、承台、支挡结构强度
12、时，应荷载效应应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合，采用应应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数均。相应的分项系数均。验算基础的裂缝宽度时，应按正常使用极限状态下的验算基础的裂缝宽度时，应按正常使用极限状态下的标准组合。标准组合。（5 5）由永久荷载效应控制的基本组合值可取基本组合）由永久荷载效应控制的基本组合值可取基本组合值的值的1.351.35倍。倍。（6 6）基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重）基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数数0 0不应小于不应小于1.0
13、1.0。No结构与地质资料结构与地质资料桩型、桩长、桩距桩型、桩长、桩距确定桩数确定桩数n=P/R桩基中基桩承载力验算桩基中基桩承载力验算软弱下卧层验算软弱下卧层验算实体深基础验算实体深基础验算承台设计承台设计沉降计算沉降计算桩桩基基础础的的设设计计步步骤骤四、四、4.2 4.2 桩的类型桩的类型承载性状承载性状施工方法施工方法成型方式效应成型方式效应材料材料形状形状按尺寸按尺寸软土层按不同的分类标准，叫法不同。按不同的分类标准，叫法不同。4.2.1 4.2.1 桩桩 的的 分分 类类一、一、按承载性状分类按承载性状分类Q=QQ=Qp p+Q+Qs sTip resistance,Skin f
14、rictionTip resistance,Skin friction端承型桩端承型桩 主要由桩端承受极限荷载主要由桩端承受极限荷载,桩不长桩不长,桩端土坚硬桩端土坚硬摩擦型桩摩擦型桩 主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载,桩长径桩长径比不很大，桩端土为粘土、粉土、砂土等比不很大，桩端土为粘土、粉土、砂土等端承型桩端承型桩摩擦型桩摩擦型桩端承桩端承桩摩擦端承桩摩擦端承桩（嵌岩桩）（嵌岩桩）摩擦桩摩擦桩端承摩擦桩端承摩擦桩端承型桩端承型桩摩擦型桩摩擦型桩PsPs二、按材料：二、按材料：木桩、混凝土、钢筋混木桩、混凝土、钢筋混凝土、钢管（型钢）桩、凝土、钢管（型
15、钢）桩、复合桩复合桩 钢筋混凝土：钢筋混凝土：普通混凝普通混凝土、预应力混凝土土、预应力混凝土（离（离心预制）、高强混凝土心预制）、高强混凝土三三 、按形状按形状按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节（分叉）桩、扩底桩、支桩、多节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩盘桩、微型桩按横断面：圆形，八边形，十字桩、按横断面：圆形，八边形，十字桩、X X形桩形桩桩身桩身横断面横断面四、按尺寸四、按尺寸按断面按断面(直径）的大小：直径）的大小：大直径桩大直径桩:d:d 800mm;800mm;小直径桩：小直径桩：d d 250mm250mm；中等直径桩：中等直径桩：250d8
16、00mm 250d800mm。按长度（长径比）：按长度（长径比）：长桩长桩:40m L80m:40m3)3)；短桩：；短桩：L L15m15m；中长桩：中长桩：15m L40m15m 80m L 80m L/L/（：桩的特征长度）：桩的特征长度）五、五、按施工方法按施工方法施工方法施工方法沉桩方法沉桩方法1 预制桩预制桩 Prefabricated pile 挤土桩，部分挤土桩2 现场灌注桩现场灌注桩 Cast in place 非挤土桩，部分挤土桩1 预制桩预制桩2 现场灌注桩现场灌注桩气锤打入气锤打入振动沉桩振动沉桩静压桩静压桩引孔,部分挤土,大面积地面隆起不引孔,挤土桩成成孔孔方方法法人
17、工挖孔人工挖孔螺旋钻螺旋钻正反循环正反循环地下水以下泥浆护壁地下水以下泥浆护壁冲击冲击,夯扩夯扩,爆破爆破沉管灌注沉管灌注浇浇注注法法省省,易易泥皮泥皮,虚土虚土,断桩断桩水上水上水下水下其他其他离心离心,预应力预应力,工厂工厂,现场现场振动沉桩振动沉桩预制桩预制桩1013mPile Point离心预应力预制钢筋混凝土离心预应力预制钢筋混凝土人工挖孔桩人工挖孔桩广州市亚洲大酒店广州市亚洲大酒店人工挖孔桩人工挖孔桩螺旋钻螺旋钻 扩底桩扩底桩人工挖孔扩孔桩人工挖孔扩孔桩（芝加哥法）（芝加哥法）UK英国英国1.0-3.0 m0.6-0.9 m英国是近代工业革英国是近代工业革命的发源地，正式命的发源地
18、，正式名称名称“联合王国联合王国”，全称，全称“大不列颠大不列颠及北爱尔兰联合王及北爱尔兰联合王国（国（the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland）”爆破扩底桩爆破扩底桩挤扩桩（支盘桩）挤扩桩（支盘桩）六、按桩的成桩方式效应六、按桩的成桩方式效应分类：非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩分类：非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩1 1）挤土桩：实心预制桩、下端封闭的管桩、以及沉管灌注桩）挤土桩：实心预制桩、下端封闭的管桩、以及沉管灌注桩成桩效应：粘土：打桩成桩效应：粘土：打桩抗剪强度降低抗剪强度降低停一定时间可恢复。停一定时间可恢复。无粘土
19、：抗剪强度提高。无粘土：抗剪强度提高。2 2）部分挤土桩：）部分挤土桩：H H型钢桩、开口的钢管桩、开口预制管桩型钢桩、开口的钢管桩、开口预制管桩成桩效应：影响不大。成桩效应：影响不大。3 3）非挤土桩：钻孔灌注桩、先钻孔再打入的预制桩）非挤土桩：钻孔灌注桩、先钻孔再打入的预制桩成桩效应：侧阻力有所降低。成桩效应：侧阻力有所降低。4.3 单桩承载力单桩承载力 Bearing capacity of a single pile4.3.1 单桩轴向荷载的传递机理（单桩的工作性能）单桩轴向荷载的传递机理（单桩的工作性能）桩顶荷载一般为：轴向力、水平力、弯矩桩顶荷载一般为：轴向力、水平力、弯矩1.桩身
20、轴力和截面位移（桩的荷载传递）桩身轴力和截面位移（桩的荷载传递）在外载作用下，土对桩的支承力由桩侧阻力和桩端阻力两部在外载作用下，土对桩的支承力由桩侧阻力和桩端阻力两部分组成。分组成。在外力作用下，桩侧摩阻力开始抵抗打桩时的荷载，桩工作在外力作用下，桩侧摩阻力开始抵抗打桩时的荷载，桩工作状态时随着外载的作用，开始摩阻力发挥作用，只有当桩端状态时随着外载的作用，开始摩阻力发挥作用，只有当桩端产生位移，端阻力才逐渐开始作用。产生位移，端阻力才逐渐开始作用。桩、土间力的平衡桩、土间力的平衡 设桩身周长为设桩身周长为u u，从深，从深度度z z处取一处取一dzdz微段，由力的微段，由力的平衡条件有：平
21、衡条件有：设桩身横截面面积为设桩身横截面面积为ApAp，弹性模量为，弹性模量为EpEp，dzdz微段微段的变形为的变形为d d z z，据虎克定律有：，据虎克定律有：代入上式有：代入上式有：2.2.影响荷载传递的因素影响荷载传递的因素主要影响荷载传递的因素：长径比主要影响荷载传递的因素：长径比 l/d l/d根据长径比根据长径比 l/d l/d 桩的分类：桩的分类：短桩：短桩：l/dl/d1010中长桩：中长桩：l/d=1040l/d=1040长桩：长桩：l/d=40100l/d=40100超长桩：超长桩：l/dl/d1001002.2.影响荷载传递的因素影响荷载传递的因素（1 1）桩端土与桩
22、周土的刚度比）桩端土与桩周土的刚度比Eb/EsEb/Es对于中长桩：对于中长桩：Eb/Es Eb/Es增大，桩端分担荷载的比例增加。增大，桩端分担荷载的比例增加。（2 2）桩土刚度比）桩土刚度比Ep/EsEp/Es对于中长桩：对于中长桩：Ep/Es Ep/Es增大，桩端分担荷载的比例增加。增大，桩端分担荷载的比例增加。Ep/EsEp/Es超过超过10001000后，影响不大。当后，影响不大。当Ep/EsEp/Es1010端阻接近零，端阻接近零，因此：对于砂桩、碎石桩、灰土桩等，应按复合地基设计。因此：对于砂桩、碎石桩、灰土桩等，应按复合地基设计。（3 3）桩端扩底直径与桩身直径比）桩端扩底直径
23、与桩身直径比D/dD/d D/d D/d增大，桩端分担荷载的比例增加。增大，桩端分担荷载的比例增加。当桩长增大当桩长增大(例如例如ld25)时，时，桩端分担荷载减少。桩端分担荷载减少。因桩因桩身压缩变形大，桩端反力尚未发挥，桩顶位移已超过实用身压缩变形大，桩端反力尚未发挥，桩顶位移已超过实用所要求的范围，此时传递到桩端的荷载极为微小。因此，所要求的范围，此时传递到桩端的荷载极为微小。因此，很长的桩实际上总是摩擦桩，用扩大桩端直径来提高承载很长的桩实际上总是摩擦桩，用扩大桩端直径来提高承载力是徒劳的。力是徒劳的。(4)(4)长径比长径比 l/d l/d3.桩侧摩阻力和桩端阻力桩侧摩阻力和桩端阻力
24、 由上可见，桩的侧阻随深度呈线性增大。但砂土中模由上可见，桩的侧阻随深度呈线性增大。但砂土中模型桩试验表明，型桩试验表明，当桩入土深达某一临界值当桩入土深达某一临界值(约为约为510倍桩倍桩径径)后侧阻就不再随深度增加。该现象称为后侧阻就不再随深度增加。该现象称为侧阻的深度侧阻的深度效应。效应。维西克维西克(vesie，1967)认为：桩周竖向有效应力不认为：桩周竖向有效应力不一定等于覆盖应力，其线性增加到临界深度一定等于覆盖应力，其线性增加到临界深度(zc)时达到某时达到某一限值，其原因是土的一限值，其原因是土的“拱作用拱作用”。综上所述，桩侧极限摩阻力与所在的深度、土的类别和性综上所述，桩
25、侧极限摩阻力与所在的深度、土的类别和性质，成桩方法等多种因素有关。质，成桩方法等多种因素有关。而桩侧阻力而桩侧阻力u 达到所需的桩达到所需的桩土相对滑移极限值久则基本上只与土的土相对滑移极限值久则基本上只与土的类别有关根据试验资料，类别有关根据试验资料，一般粘性土约为一般粘性土约为46mm砂砂土约为土约为610mm。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粘性土的摩阻力有时效性：其他施工因素桩的端承力常作为基础承载力问题(太沙基解)太沙基太沙基梅耶霍夫型梅耶霍夫型很小(1
26、)(1)很难达到整体破坏很难达到整体破坏(2)(2)端承力与深度有关端承力与深度有关(3)(3)存在临界深度存在临界深度模型和原型桩试验研究均表明，与侧阻的深度效应类似，模型和原型桩试验研究均表明，与侧阻的深度效应类似，当桩端人土深度小于某一临界深度时，极限端阻随深度线当桩端人土深度小于某一临界深度时，极限端阻随深度线性增加，而大于该深度后则保持不变。不同资料表明，侧性增加，而大于该深度后则保持不变。不同资料表明，侧阻与端阻的临界深度之比约为阻与端阻的临界深度之比约为0.31.0。关于侧阻和端阻的关于侧阻和端阻的深度效应问题有待进一步研究。深度效应问题有待进一步研究。桩端阻力的发挥不仅滞后于桩
27、侧阻力，而且其充分发挥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值比桩侧摩阻力到达极限所需的桩身截所需的桩底位移值比桩侧摩阻力到达极限所需的桩身截面位移值大得多。根据小型桩试验结果，砂类土的桩底面位移值大得多。根据小型桩试验结果，砂类土的桩底极限位移约为极限位移约为(1/121/10)d，一般粘性土为，一般粘性土为1/4d；硬粘；硬粘土为土为1/10d。因此，在工作状态下，单桩桩端阻力的安。因此，在工作状态下，单桩桩端阻力的安全储备一般大于桩侧阻力的安全储备。全储备一般大于桩侧阻力的安全储备。单桩的破坏形式单桩的破坏形式屈曲破坏屈曲破坏取取决于桩身的材料强度决于桩身的材料强
28、度整体剪切破坏整体剪切破坏-取取决于桩端土的支承力决于桩端土的支承力刺入破坏刺入破坏-取取决于桩周土强度决于桩周土强度屈曲破坏屈曲破坏取取决于桩身的材料强度决于桩身的材料强度桩的直径比较小且穿过桩周土的抗剪强度比较低（如淤泥等软桩的直径比较小且穿过桩周土的抗剪强度比较低（如淤泥等软土），桩端进入比较坚硬的岩石，一般端承桩和嵌岩桩属于屈土），桩端进入比较坚硬的岩石，一般端承桩和嵌岩桩属于屈曲破曲破 Q-SQ-S曲线（荷载曲线（荷载-沉降）出现急剧沉降）出现急剧破坏的陡降段，其沉降量很小，破坏的陡降段，其沉降量很小，有明确的破坏荷载。有明确的破坏荷载。桩的承载力取决于桩身材料强度桩的承载力取决于桩
29、身材料强度整体剪切破坏整体剪切破坏-取取决于桩端土的支承力决于桩端土的支承力Q-SQ-S曲线有明显的拐点，有陡降曲线有明显的拐点，有陡降段，有明显的破坏荷载。段，有明显的破坏荷载。桩的承载力主要取决于桩端土的桩的承载力主要取决于桩端土的支承力。支承力。一般桩基属于本情况。一般桩基属于本情况。刺入破坏刺入破坏-取取决于桩周土强度决于桩周土强度当桩周土和桩尖土的抗剪强度比当桩周土和桩尖土的抗剪强度比较均匀时，桩在轴向荷载作用下较均匀时，桩在轴向荷载作用下将出现刺入破坏。桩顶荷载主要将出现刺入破坏。桩顶荷载主要由桩侧阻力来承担，桩端阻力极由桩侧阻力来承担，桩端阻力极微，桩的沉降量较大。微，桩的沉降量
30、较大。Q-S曲线为曲线为“渐进破坏渐进破坏”的缓变的缓变型，无明显拐点。型，无明显拐点。桩的承载力主要取决于桩周土的桩的承载力主要取决于桩周土的抗剪强度抗剪强度两类单桩荷载两类单桩荷载沉降曲线沉降曲线A陡降型陡降型B缓变型缓变型4.3.2 单桩竖向承载力的确定取决于两个方面：取决于两个方面：桩身材料强度桩身材料强度地层支承力地层支承力极限承载力：极限承载力：承载力特征值：承载力特征值：安全系数安全系数K=2按桩身材料确定混凝土混凝土 R=R=c cf fc cA Ap p钢筋混凝土钢筋混凝土 R=R=（c cf fc cA Ap p+f+fy yA Ag g）钢筋抗压强钢筋抗压强度设计值度设计
31、值单桩竖向承载力特征值确定方法:静载荷试验按土的抗剪强度指标确定按经验公式确定1.静载荷试验获得单桩承载力最可靠的方法次梁次梁锚筋锚筋锚桩锚桩主梁主梁千斤顶千斤顶百分表百分表基准柱基准柱锚桩 桁架法,2400吨桩顶试验中桩顶试验中1、进行静载试验的工程：、进行静载试验的工程：静载荷试验是评价单桩承载力最为直观和可靠的方法，其除了静载荷试验是评价单桩承载力最为直观和可靠的方法，其除了考虑到地基土的支承能力外，也计入了桩身材料强度对于承载考虑到地基土的支承能力外，也计入了桩身材料强度对于承载力的影响。力的影响。对于地基基础设计等级：甲、乙级建筑物必须通过静载荷试验。对于地基基础设计等级：甲、乙级建
32、筑物必须通过静载荷试验。对于地基条件复杂，桩施工质量可靠性低等建筑桩基必须通过对于地基条件复杂，桩施工质量可靠性低等建筑桩基必须通过载荷试验。载荷试验。2、试验数量：在同一条件下的试验数量，不宜少于总数的、试验数量：在同一条件下的试验数量，不宜少于总数的1%，并不少于，并不少于3根。工程总桩数在根。工程总桩数在50根以内时不应少于根以内时不应少于2根。根。3、预制桩完成后的间歇时间：、预制桩完成后的间歇时间：时间要求：砂类土间歇时间不少于时间要求：砂类土间歇时间不少于10天；粉土和粘性土不少于天；粉土和粘性土不少于15天；饱和粘性土不少于天；饱和粘性土不少于25天。天。原因：对于预制桩，由于打
33、桩时土中产生的孔隙水压力有待消原因：对于预制桩，由于打桩时土中产生的孔隙水压力有待消散，土体因打桩扰动而降低的强度随时间逐渐恢复，为了使试散，土体因打桩扰动而降低的强度随时间逐渐恢复，为了使试验能真实反映桩的承载力。验能真实反映桩的承载力。4、试验：、试验：（1）静载荷试验装置及方法）静载荷试验装置及方法装置：加荷稳压、提供反力、沉降观测装置：加荷稳压、提供反力、沉降观测加荷稳压：由桩顶的油压千斤顶对桩顶施加压力。加荷稳压：由桩顶的油压千斤顶对桩顶施加压力。提供反力：千斤顶的反力由锚桩、压重平台的重力或若干根地锚组成。提供反力：千斤顶的反力由锚桩、压重平台的重力或若干根地锚组成。沉降观测：安装
34、在基准梁上的百分表或电子位移计用于量测桩顶位移。沉降观测：安装在基准梁上的百分表或电子位移计用于量测桩顶位移。试桩与锚桩（或与压重平台的支墩、地锚等）之间、试桩与支承基准梁试桩与锚桩（或与压重平台的支墩、地锚等）之间、试桩与支承基准梁之间以及锚桩与基准桩之间，都应有一定的间距。见下表。之间以及锚桩与基准桩之间，都应有一定的间距。见下表。加载方法：加载方法：采用连续加载法：即慢速维持荷载法，逐级加载，每级荷载采用连续加载法：即慢速维持荷载法，逐级加载，每级荷载为单桩承载力设计值的为单桩承载力设计值的1/51/8，当每级荷载下桩顶的沉降量，当每级荷载下桩顶的沉降量小于小于0.1mm/h，则认为已稳
35、定，然后加下一级荷载，依次进行，则认为已稳定，然后加下一级荷载，依次进行直到试桩破坏。再分级卸载到零。也可以采用快速维持荷载直到试桩破坏。再分级卸载到零。也可以采用快速维持荷载法，即一般每隔法，即一般每隔1h加一级荷载。加一级荷载。沉降观测：第一小时内每隔沉降观测：第一小时内每隔5、10、15、15、15分钟读一次，分钟读一次，然后每然后每30分钟测读一次，直至稳定。分钟测读一次，直至稳定。（2）终止加载条件）终止加载条件当出现下列情况支一时即终止加载：当出现下列情况支一时即终止加载：某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的5 5倍；倍；某级
36、荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的2 2倍，倍，且经且经24h24h尚未达到相对稳定；尚未达到相对稳定；已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大质量时。已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大质量时。（3）按试验结果确定单桩承载力）按试验结果确定单桩承载力一般认为，当桩顶发生剧烈或不一般认为，当桩顶发生剧烈或不停滞的沉降时，桩处于破坏状态，停滞的沉降时，桩处于破坏状态，相应的荷载称为极限荷载。用相应的荷载称为极限荷载。用QU表示。表示。用用Q-S曲线确定单桩承载力：曲线确定单桩承载力：图中的曲线图中的曲线所示，对于陡降所示，对于陡降型型Q-SQ-S
37、曲线，可取曲线发生明显陡曲线，可取曲线发生明显陡间的起始点所对应的荷载为间的起始点所对应的荷载为Q QU U。绘图比例：横：竖绘图比例：横：竖=2=2：3 3根据沉降量确定根据沉降量确定Qu对于缓变型对于缓变型Q-S曲线（图曲线（图），一），一般可取般可取S=4060对应的荷载值为对应的荷载值为Qu。对于大直径桩可取对于大直径桩可取S=（0.030.06）d(d为桩端直径为桩端直径)所对应的荷载值所对应的荷载值(大大桩径取低值桩径取低值,小桩径去高值小桩径去高值)。对于。对于细长桩（细长桩（80，可取，可取S=6080对对应的荷载。应的荷载。根据沉降随时间的变化特征确根据沉降随时间的变化特征确
38、定定Q Qu u取取S-S-曲线（图）尾部出现曲线（图）尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载值作明显向下弯曲的前一级荷载值作为为Q Qu u。也可根据终止加载条件第二条中也可根据终止加载条件第二条中的前一级荷载值作为的前一级荷载值作为Q Qu u。单桩竖向承载力特征值确定方法:按规定确定Qu，2.2.按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定 公式：式式中中：cu桩桩底底以以上上1d至至桩桩底底以以下下1d范范围围内内土土的的不不排排水水抗抗剪剪强强度度平平均均值值；对对裂裂隙隙粘粘土土宜宜用用含含裂裂隙隙的的大大试试样样测测定定；对对钻钻孔孔桩桩取取三轴不排水抗剪强度的三轴不排水抗剪强度的0.
39、75倍；倍；Nc 地基承载力系数，当桩的长径比地基承载力系数，当桩的长径比 l/d 5时，时，Nc=9；ca 桩土之间的附着力，桩土之间的附着力，ca=cu。对对粘粘性性土土=1或或更更大大，且且随随 cu 的的增增大大而而迅迅速速降降低低。对对硬硬粘粘土土中中的的桩桩，当当 l/d 20时时，取取1.25；当当上上部部为为软软土土时时取取=0.4；其其他他情情况况=0.7。对对打打入入桩桩，ca 100KPa；对对钻钻孔孔桩桩的的取取值值不不成成熟熟，平平均均值值约约为为0.45；对对扩扩底底桩桩，桩桩底底以以上上2d范范围围内内的的ca不不予予考考虑虑，即取即取=0。单桩竖向承载力特征值确
40、定方法:按上式确定Qu，3.确定单桩竖向承载力特征值的规范经验公式确定单桩竖向承载力特征值的规范经验公式 地地基基基基础础规规范范指指出出：单单桩桩竖竖向向承承载载力力特特征征值值的的确确定定应应符符合合下列规定：下列规定：（1）单单桩桩竖竖向向承承载载力力特特征征值值应应通通过过单单桩桩竖竖向向静静载载荷荷试试验验确确定定。单单桩桩竖竖向向承承载载力力特特征征值值取取单单桩桩竖竖向向静静载载荷荷试试验验所所得得单单桩桩竖竖向向极极限承载力除以安全系数限承载力除以安全系数2。（2）地地基基基基础础设设计计等等级级为为丙丙级级的的建建筑筑物物，可可采采用用静静力力触触探探及及标准贯入试验参数确定
41、。标准贯入试验参数确定。（3）初步设计时单桩竖向承载力特征值）初步设计时单桩竖向承载力特征值 可按下式估算：可按下式估算：式式中中：桩桩端端阻阻力力、桩桩侧侧阻阻力力特特征征值值，由由当当地地静静载荷试验结果统计分析算得。载荷试验结果统计分析算得。当当桩桩端端嵌嵌入入完完整整及及较较完完整整的的硬硬质质岩岩石石中中，可可按按下下式式估估算算单单桩桩竖向承载力特征值：竖向承载力特征值：式式中中：桩桩端端岩岩石石承承载载力力特特征征值值，当当桩桩端端无无沉沉渣渣时时，根根据据岩岩石石饱饱和和单单轴轴抗抗压压强强度度标标准准值值确确定定，或或按按岩岩基基载载荷荷试试验验确定。确定。也可根据室内岩石饱
42、和单轴抗压强度标准值按下式确定：也可根据室内岩石饱和单轴抗压强度标准值按下式确定：r折减系数，根据岩石的完整程度由地区经验确定。折减系数，根据岩石的完整程度由地区经验确定。无经验时，对于完整岩体可取无经验时，对于完整岩体可取0.5；对于较完整岩体可取；对于较完整岩体可取0.20.5（4）嵌岩灌注桩桩端以下三倍桩径范围内应无软弱夹层、）嵌岩灌注桩桩端以下三倍桩径范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布；并应在桩底应力扩散范围内无岩断裂破碎带和洞穴分布；并应在桩底应力扩散范围内无岩体临空面。体临空面。补充：补充：按静力触探法确定按静力触探法确定公式：公式：式式中中：桩桩端端平平面面上上、下下探探头
43、头阻阻力力（KPa），取取桩桩端端平平面面以以上上4d范范围围内内探头阻力加权平均值，再与桩端平面以下探头阻力加权平均值，再与桩端平面以下1d范围内的探头阻力进行平均；范围内的探头阻力进行平均；桩端阻力修正系数，对粘性土、粉土取桩端阻力修正系数，对粘性土、粉土取2/3，饱和砂土取，饱和砂土取1/2；第第i层土的探头平均侧阻力（层土的探头平均侧阻力（KPa）；）；桩的周长；桩的周长；第第i层土桩侧阻力综合修正系数，按下式计算：层土桩侧阻力综合修正系数，按下式计算：粘性土：粘性土：砂性土：砂性土：补充：桩基规范推荐补充：桩基规范推荐经验公式法确定单桩承载力标准值经验公式法确定单桩承载力标准值（1）
44、一般预制桩及中小直径灌注桩）一般预制桩及中小直径灌注桩对对直直径径 800的的预预制制桩桩和和灌灌注注桩桩，单单桩桩竖竖向向极极限限承承载载力力标标准准值值 ：式中：式中：单桩总极限侧阻力标准值（单桩总极限侧阻力标准值（KN）；）；单桩总极限端阻力标准值（单桩总极限端阻力标准值（KN）；）；桩桩侧侧第第层层土土的的极极限限侧侧阻阻力力标标准准值值（KPa），当当无无当当地地经验值时，可按表经验值时，可按表8-6取值；取值；桩桩端端极极限限端端阻阻力力标标准准值值（KPa），当当无无当当地地经经验验值值时时，可按表可按表8-7取值；取值；（2）大直径桩（）大直径桩（d800）公式：公式：式式中中
45、：桩桩侧侧第第层层土土的的极极限限侧侧阻阻力力标标准准值值，当当地地经经验验值时，可按表值时，可按表8-6取值，对于扩底桩变截面以下不计侧阻力；取值，对于扩底桩变截面以下不计侧阻力；桩桩径径为为0.8m的的极极限限端端阻阻力力标标准准值值，当当无无当当地地经经验验时时，对对于于干干作作业业（清清底底干干净净）可可按按表表8-8取取值值，对对于于其其他他成成桩工艺可按表桩工艺可按表8-7取值；取值；大大直直径径桩桩侧侧阻阻、端端阻阻尺尺寸寸效效应应系系数数，按按表表8-9取值。取值。（3）嵌岩桩）嵌岩桩嵌嵌岩岩单单桩桩的的极极限限承承载载力力标标准准值值 是是由由桩桩周周土土总总侧侧阻阻力力 、
46、嵌嵌岩段总侧阻力岩段总侧阻力 和总端阻力和总端阻力 三部分组成。三部分组成。公式：公式：式式中中：覆覆盖盖层层第第层层土土的的侧侧阻阻力力发发挥挥系系数数，当当桩桩的的长长径径比比不不大大（30），桩桩端端置置于于新新鲜鲜或或微微风风化化硬硬质质岩岩中中且且桩桩底底无无沉沉渣渣时时，对对于于粘粘性性土土、粉粉土土，取取 ，对对于于砂砂类类土土及及碎碎石石类土，取类土，取 ，其他情况，取，其他情况，取 ；桩周第层土的极限侧阻力标准值，根据成桩工艺按表桩周第层土的极限侧阻力标准值，根据成桩工艺按表8-6取值；取值；岩岩石石饱饱和和单单轴轴抗抗压压强强度度标标准准值值，对对于于粘粘土土质质岩岩取取天
47、然湿度单轴抗压强度标准值；天然湿度单轴抗压强度标准值；桩桩身身嵌嵌岩岩（中中等等风风化化、微微风风化化、新新鲜鲜基基岩岩）深深度度，超超过过5d时时，取取 ；当当岩岩层层表表面面倾倾斜斜时时，以以坡坡下下方方的的嵌嵌岩岩深度为准；深度为准；嵌嵌岩岩段段侧侧阻阻力力和和端端阻阻力力修修正正系系数数，与与嵌嵌岩岩深深径径比比 有关，按表有关，按表8-10采用。采用。（4）桩桩基基规规范范规规定定，确确定定单单桩桩竖竖向向极极限限承承载载力力标标准准值值尚尚需满足以下规定：需满足以下规定：一一级级建建筑筑桩桩基基应应采采用用现现场场静静载载荷荷试试验验，并并结结合合静静力力触触探探、标准贯入试验等原
48、位测试方法综合确定；标准贯入试验等原位测试方法综合确定；二二级级建建筑筑桩桩基基应应根根据据静静力力触触探探、标标准准贯贯入入试试验验、经经验验参参数数等等估估算算，并并参参照照地地质质条条件件相相同同的的试试桩桩资资料料综综合合确确定定。无无可可参参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；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；三级建筑桩基，如无原位测试资料，可利用承载力经验公三级建筑桩基，如无原位测试资料，可利用承载力经验公式。式。补充：补充：按动力试桩法确定按动力试桩法确定高应变（大应变）：测定桩的极限承载力。高应变（大应变）：测定桩的极限承载力。低应变（小应
49、变）：测定桩的质量和完整率。低应变（小应变）：测定桩的质量和完整率。此此方方法法现现阶阶段段只只起起检检测测和和检检验验作作用用，确确定定桩桩的的承承载载力力是是一个发展方向。一个发展方向。补充：补充：桩的抗拔承载力桩的抗拔承载力对于二、三级建筑物，单桩抗拔极限承载力标准值对于二、三级建筑物，单桩抗拔极限承载力标准值Tk：当群桩基础呈整体破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值当群桩基础呈整体破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值Tgk可按群桩外围周长范围的抗拔承载力再除以桩数。可按群桩外围周长范围的抗拔承载力再除以桩数。式中式中:i-抗拔系数，按表抗拔系数，按表8-11取值取值地基基础规范和桩基规范关于单桩承载力的规定地基基础规范和桩基规范关于单桩承载力的规定是不同的。注意二者的区别。是不同的。注意二者的区别。