第七章 桩基础及其他深基础

第七章桩基础及其他深基础第一节概述一、桩基础的历史二、桩基础的适用性对下列情况可考虑选用桩基础方案：1、不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其它重要的建筑物，2、重型工业厂房和荷载过大的建筑物，如仓库、料仓等，3、对烟囱、输电塔等高耸结构物，采用桩基以承受较大的上拔力和水平力，或用以防止结构物的倾斜4．对精密或大型的设备基础，需要减小基础振幅、减弱基础振动对结构的影响，或应控制基础沉降和沉降速率时，5．软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物，或以桩基作为地震区结构抗震措施时。

三、高层建筑桩基础1、高层建筑桩基础的特点2、高层建筑桩基础的基本形式（1）桩柱基础（2）桩梁基础（3）桩墙基础（4）桩筏基础（5）桩箱基础第二节桩基的基本要求与桩基概率极限状态设计⏹单桩轴向荷载传递的基本微分方程⏹桩身轴力⏹桩身截面位移⏹单桩轴向荷载传递的基本微分方程⏹桩身轴力⏹桩身截面位移第三节 桩的分类桩基一般由设置于土中的桩和承接上部结构的承台组成。

按承台与地面的相对位置的不同，而有低承台桩基和高承台桩基之分。

前者的承台底面位于地面以下，而后者则高出地面以-土，且其上部常处于水中。

工业与民用建筑几乎都使用低承台竖直桩基，并且很少采用斜桩。

桥梁和港口工程常用高承台桩基，且常用斜桩以承受水平荷载。

按施工方法的不同，桩有预制桩和灌注桩两大类。

按桩的设置效应，可将桩分为大量挤土桩、小量挤土桩和不挤土桩三类第四节 竖向荷栽作用下的单桩工作状态一、竖向荷栽作用下单桩的荷载传递单桩轴向荷载的传递机理1、桩身轴力与截面位移1）桩竖向荷载的承担及传递过程⏹ 当桩身摩阻力全部发挥出来达到极限后，若继续增加荷载，荷载增量将全部由桩端阻力承担。

由于桩端持力层的大量压缩和塑性变形，位移增加速度显著增大，直至桩端阻力达极限，位移迅速增大至破坏。

此时，桩达到其极限承载力。

2）桩身轴力与截面位移影响荷载传递的因素桩端土与桩周土的刚度比Eb/EsEb/Es 愈小，桩身轴力沿深度衰减愈快，即传递到桩端荷载愈小。

⏹ 对于中长柱，当Eb/Es=1 （即均匀土层）时，桩侧摩阻力接近于均匀分布、几乎承担了全部荷载，桩端阻力仅占荷载的5%左右，即属于摩擦桩；⏹ 当Eb/Es 增大到100时，桩身轴力上段随深度减小，下段近乎沿深度不变，即桩侧摩阻力上段可得到发挥，下段则因桩土相对位移很小而无法发挥出来，桩端阻力分担了60%以上荷载，即属于端承型桩；⏹ Eb/Es 再继续增大，对桩端阻力分担荷载比的影响不大。

桩土刚度比Ep/EsEp/Es 愈大，传到桩端荷载愈大，但当Ep/Es 超过1000后，对桩端阻力分担荷载比的影响不大。

而对于Ep/Es ≦10的中长桩，其桩端阻力分担荷载近于零。

说明对于砂桩、碎石桩、灰土桩等低刚度桩组成的基础，应按复合地基工作原理进行设计。

3）桩端扩底直径与桩身直径之比D/dbs Q Q Q +=bu su u Q Q Q +=D/d 愈大，桩端阻力分担的荷载比愈大。

对于均匀土层中的中长桩，当D/d=3时，桩端阻力分担的荷载比将由等直径桩（D/d=1）的约5%增至35%。

实际端土层好时，做成扩底，否则增侧阻力作成串状。

4）桩的长径比L/d随L/d 增大，传递到桩端的荷载减小，桩身下部侧阻力的发挥降低。

在均土层中的长柱，其桩端阻力分担的荷载比趋于零。

长径比大的桩多为摩擦桩，扩大桩端直径来提高承载力是徒劳无益的。

例3、桩侧摩阻力和桩端阻力侧摩阻力与桩土界面相对位移—函数关系上式侧阻是随深度线性增大,但砂土中的模型实验表明，当桩入土深达某一临界深度后，侧阻就不随深度增加了，这个现象称为侧阻的深度效应。

1) 桩侧极限摩阻力与对应的桩侧极限位移sU。

桩侧摩阻力只要桩土间有不太大的相对位移就能得到充分的发挥，一般认为粘性土中sU为4～6mm，砂性土中sU为6～10mm。

(大直径钻孔灌注桩，如果孔壁呈凹凸形，发挥侧摩阻力需要的极限位移较大，可达20mm以上，甚至40mm，约为桩径的2.2%，如果孔壁平直光滑，发挥侧摩阻力需要的极限位移较小，只有3~4mm。

)2) 桩端阻力qPU与对应的桩端极限位移sPU桩底阻力的充分发挥需要有较大的位移值，桩端阻力qPU对应的桩端极限位移sPU在粘性土中约为桩底直径的25％，在砂性土中约为8％～10％，对于钻孔桩，由于孔底虚土、沉渣压缩的影响，发挥端阻极限值所需位移更大3）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：计算单位极限端阻时，则端阻将随桩端入土深度线性增大。

端阻也存在深度效应现象。

4）单桩荷载沉降曲线（桩破坏模式）陡降型：桩底持力层不坚突、桩径不大、破坏时桩端刺入持力层的桩。

A缓变型：桩底非密实砂类土、粉土、桩底面积大、桩底塑性区随荷载增长逐渐扩展的桩。

B第五节竖向荷载下单桩承载力的确定方法一、单桩竖向承载力的概念及确定原则单桩竖向承载力的确定，取决于两方面：其一，桩身的材料强度；其二，地层的支承力。

设计时分别按这两方面确定后取其中的小值。

二单桩竖向承载力的确定方法按静荷载试验确定单桩极限承载力标准值静载荷试验所需的时间间歇,为打桩被扰动土虽时间部分强度可恢复.预制桩在砂类土中不得少于7天；粉土和粘性土不得少于15天；饱和软粘土不得少于25天。

灌注桩达到混凝土设计强度.试桩数为总数1%且不少于3根按静力触探方法确定单桩极限承载力标准值试验装置包括加荷稳压部分、提供反力部分和沉降观测部分。

根据试验记录，可绘制各种试验曲线，如荷载—桩顶沉降(Q-s )曲线和沉降·时间(对数)(s-logt )曲线等，并由这些曲线的特征判断桩的极限荷载按试验成果确定单桩承载力按土的物理指标确定单桩极限承载力标准值按土的抗剪强度指标确定简要介绍国外广泛采用的、以土力学原理为基础的单桩极限承载力公式。

第六节竖向荷载作用下单桩沉降计算单桩沉降的计算1、竖向荷载作用下的单桩沉降组成：1）桩身弹性压缩引起桩顶沉降；2）桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力以压力扩散向下传递，使桩端下土体压缩而产生桩端沉降；3）桩端荷载引起桩端下土体压缩产生的桩端沉降。

上述三分量计算，都必须知道桩侧、桩端应分担的荷载比以及桩端阻力沿桩身的分布图式。

而上与桩长度、及桩与土压缩性土剖面及荷载水平及持续时间相关。

2、桩端位移（刚体位移）单桩沉降计算方法主要有下述几种：1）荷载传递分析法；2）弹性理论法；3）剪切变形传递法；4）有限单元分析法；第七节竖向荷载作用下群桩工作形状群桩基础基桩群桩效应群桩效应系数低承台群桩基础的群桩效应一、端承型群桩基础端承型群桩基础中各单桩的工作性状接近于单桩二、摩檫型群桩基础1、承台底面脱地的情况（非复合桩基）当桩距时，群桩桩端平面上的应力因各邻桩周扩散应力的相互重叠而增大。

所以，摩檫型群桩的沉降大于单桩。

影响群桩效应的因素：（1）承台刚度（2）基土性质（3）基桩间距2、承台底面贴地的情况（复合桩基）三、按规范确定基桩竖向承载力设计值一般表达式对端承桩基☐第八节 群桩的竖向承载力计算不考虑桩间土的压缩变形对沉降的影响，采用单向压缩分层总和法计算。

第九节 水平荷载作用下桩基桩的水平承载力水平荷载作用下桩工作性状水平荷载作用下桩工作性状取决于桩土之间的相互作用。

依据桩土相对刚度的不同，水平荷载作用下的桩分为：☐ 刚性桩：桩短，周围土较弱，桩土相对刚度大，破坏发生于桩周土中，桩转动。

☐ 弹性桩：桩土相对刚度低，桩身发生绕曲变形，桩下段嵌固土中不能转动。

水平荷载作用下弹性桩计算水平荷载作用下弹性桩的分析计算方法主要有地基反力系数法、弹性理论法、有限元法。

1、介绍地基反力系数法：应用文克勒地基模型，把承受水平荷载的桩视为弹性地基中竖直梁，通过求解梁的挠曲微分方程来计算桩身内力。

1）基本假定- 深度z 处的水平抗力；-水平抗力系数； -水平位移2）“m”法单桩计算单桩的桩顶荷载桩挠曲微分方程桩身最大弯矩桩的平面布置原则第十节 桩基础设计⏹ 桩基设计应符合安全、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。

大多数桩基的首要问题在于控制沉降量，即桩基设计应按桩基变形控制设计。

必要的资料准备⏹ 桩基设计前必须具备的资料主要有：∑∑==∆=m j n i isj i j i j p j E h s 11,,,σψ1、建筑物类型及其规模；2、岩土工程勘察报告；3、当地施工机具和技术条件；4、环境条件；5、检测条件及施工经验选定桩型确定单桩竖向及水平力1、桩的类型、截面和桩长的选择预制桩和灌注桩环境，施工条件当地常规⏹截面荷载桩长，持力层⏹端承型硬层不深摩擦型硬层较深⏹打入桩入土深度按桩端设计标高和最后贯入度二方面控制。

一般要求最后二、三阵的平均贯入度为10－30mm/阵。

2、确定单桩竖向及水平承载力⏹桩的类型和几何尺寸确定之后，应初步确定承台底面标高。

季节性冻土上的承台埋深，应考虑地基上的冻胀性的影响，并应考虑是否需要采取相应的防冻害措施。

桩的平面布置及承载力验算1、桩的根数和布置1）桩的根数⏹独立柱：⏹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，则仍可按上式估定桩数，否则，桩的根数应按上式确定的增加10％~20％。

2）桩在平面上的布置2、桩基承载力验算1）桩顶荷载（标准组合）2）单桩承载力验算其它验算3）桩基软弱下卧层承载力验算4)桩基沉降计算(甲、乙级在软土层上)5）桩基负摩阻力验算⏹摩擦型桩基取桩身计算中性点以上侧阻力为零，按下式验算单桩承载力：桩基负摩阻力验算⏹摩擦型桩基当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载计入附加荷载验算桩基沉降。

端承型桩基桩身结构设计⏹桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求。

⏹桩轴心受压时--桩竖向力设计值--工作条件系数(预制0.75,灌注0.6-0.7)打入式预制桩的最小配筋率不宜小于0.8％；静压预制桩的最小配筋率不宜小于0.6％；灌注桩最小配筋率不宜小于0.2％~0.65％。

配筋长度：1）受水平荷载和弯矩较大的桩，配筋长度应通过计算确定。

2）桩基承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时，配筋长度应穿过淤泥、淤泥质土或液化土层。

3）坡地岸边的桩、8度及8度以上地震区的桩、抗拔桩、嵌岩端承桩应通长配筋。

4）桩径大于600mm的钻孔灌注桩，构造钢筋的长度不宜小于桩长的2/3。

柱承台设计1、受弯计算2、受冲切计算3、剪切计算4、局压计算桩的质量检验1、开挖检查。

2、抽芯法。

3、声波检测法。

4、动测法。

第十一节其他深基础简介挤土桩:打入时将桩位大量土排挤开,因土层震动,土结构遭破坏，土性质有变化。