第四章 桩基础

第四章桩基础§4.1概述4.1.1桩基础的使用深基础：埋深较大，以下部坚实土层或岩层作为持力层的基础。

深基础的作用：把所承受的荷载相对集中地传递到地基的深层。

深基础何时采用：建筑场地的浅层土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求；又不适于采取地基处理措施时。

深基础的类型：桩基础，地下连续墙，沉井等。

承台:将几个桩结合起来传递荷载4.1.2桩基础的类型桩基础的类型（按承台与地面相对位置的高低）：①高承台桩基础承台底面位于地面以上,桥桩,码头,栈桥②低承台桩基础承台底面位于地面以下,承台本身承担部分荷载（注：工民建，低承台桩基础，竖直桩；桥梁港湾海洋构筑物，高承台，斜桩，承受较大水平荷载）4.1.3桩基设计原则桩基础的设计应按变形控制设计。

桩基础设计时，上部结构传至承台上的荷载效应组合与浅基础相同。

桩基础设计满足的基本条件：①单桩承受的竖向承载力不应超过单桩竖向承载力特征值；②桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值；③对位于坡地岸边的桩基础应进行稳定性验算。

4.1.4桩基设计内容七个基本内容：①桩基础的类型和几何尺寸的选择；②单桩竖向（和水平向）承载力的确定；③确定桩的数量、间距和平面布置；④桩基础承载力和沉降验算；⑤桩身结构设计；⑥承台设计；⑦绘制桩基础施工图。

§4.2桩的类型4.2.1桩的分类（三种分类方式）①按承载性状分类（荷载传递方式）和竖向受力情况：分类依据：根据桩侧与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比例的不同。

摩擦型桩——摩擦型桩——端承摩擦桩端承型桩——端承型桩：桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，但桩端阻力分担较多，其桩端一般进入中密以上的砂类、碎石类土层，或位于中等风化、微风化及新鲜基岩顶面。

（此类桩侧摩阻力属次要，不可忽略）——摩擦端承型桩②按施工方法分类：预制桩——在工厂或施工现场制成的各种形式的桩，如锤击桩、振动桩、静压桩等。

灌注桩——在施工现场的桩位上用机械或人工成孔，然后在孔内灌注混凝土而成。

如挖孔、钻孔、冲孔及爆扩成孔灌注桩等。

③按桩的设置效应分类：非挤土桩——成桩过程中对桩相邻土基本不产生挤土效应的桩。

如钻（冲或挖）孔灌注桩及先钻孔后再打入的预制桩；部分挤土桩——对桩周土体稍有排挤，但土的强度和变形性质变化不大。

包括冲击成孔灌注桩、开口的钢管桩、H型钢桩等。

挤土桩——设置过程中使土的结构严重扰动破坏，对土的强度和变形性质影响较大。

实心的预制桩、下端封闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩等。

4.2.2桩的成型方式效应挤土桩的成桩效应1、粘性土中2、砂土中3、饱和粘性土中挤土摩擦型桩承载力的时间效应非挤土桩的成桩效应粘性土中2、砂土中3、粘性土中非挤土摩擦型桩承载力的时间效应§4.3桩的竖向承载力桩顶沉降=桩端沉降+桩身沉降桩顶轴力Q=桩侧阻力Qs+桩端阻力Qp4.3.1单桩轴向荷载的传递机理一般说来，靠近桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥，侧阻力先于端阻力发挥。

桩的荷载传递的一般规律：①不是同时发挥，同时到达极限（通常，侧阻早于端阻）。

②与桩土间的相对位移有关（通常，端阻达到极限状态所需位移高于侧阻所需位移）。

③深度效应（当桩入土深度达到某一临界深度后，端阻、侧阻侧阻均不随深度增加）。

④与桩的长径比及桩端土与桩侧土的相对刚度等有关。

影响单桩荷载传递的因素（2刚度比，1长径比，直径）①桩端土与桩周土的刚度比②桩土刚度比③桩端扩底直径与桩身直径之比④桩的长径比桩侧极限阻力影响因素：所在的深度，土的类别和性质，成桩方法等。

（主要因素：土的性质）桩端极限阻力影响因素：土的性质，桩端持力层上覆土层厚度，桩径，桩端进入持力层厚度等（主：土性质）。

4.3.2单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定取决于两个方面：（设计时取两者的小值）①桩身的材料强度；（混凝土R=ΨcfcAp 钢筋混凝土R=ΨcfcAp +fyAg ）②地层的支承力。

单桩竖向承载力的确定方法：①按材料强度计算；②静载荷试验；——最可靠③按照土的抗剪强度指标确定；——国内少用，国外常用④规范经验公式。

按材料强度计算——计算低承台桩基时，把桩视为轴心受力构件，且不考虑纵向压屈影响；——计算通过很厚的软黏土层且支承在岩层上的端承型桩或承台地面以下存在可液化土层的高承台桩基；应考虑压屈影响。

u su buQ Q Q =+单桩竖向极限承载力桩侧总极限摩阻力桩端总极限阻力su =+=2u bu a s pQ Q Q K K K K =单桩竖向极限承载力特征值R ；（）（一般情况Ks<Kp ；对于短粗的支承于基岩的桩Ks<Kp ）静载荷试验——（优点，可靠性较高，广泛采用；缺点，设置后须隔一段时间才开始加载时间长，费用高）按土的抗剪强度指标确定——（1）单桩承载力一般表达式：su =+ =2u bu Q Q Q K 单桩承载力的一般表达式-G；（）——（2）粘性土中的单桩极限承载力：①对于正常固结、弱超固结或灵敏粘性土中的桩——短期极限承载力按总应力分析法取不固结不排水抗剪强度。

②对于超固结粘土或非灵敏粘土中桩——长期承载力按有效应力分析法取固结不排水抗剪强度估算。

——（3）无粘性土中的单桩承载力规范经验公式——只考虑了土（岩）对桩的支承阻力，而尚未涉及桩身的材料强度。

规范规定单桩竖向承载力特征值——单桩竖向静载荷试验确定；地基基础设计等级丙级的建筑物——可静力触探及标贯试验方法确定。

+a pa p p sia i q A u q l =∑单桩竖向极限承载力特征值R ；4.3.3竖向荷载下的群桩效应群桩基础：由两根以上桩组成的桩基础。

群桩效应：在竖向荷载作用下，由于承台、桩土相互作用，群桩基础中的一根桩单独受荷时的承载力和沉降性状，往往与相同地质条件和设置方法的同样独立单桩由显著区别的现象。

群桩承载力不符合要求的补救措施：（1）对于中小直径桩（非端承桩）①承载力相差较多——补桩或重新设计承台；②承载力相差不多——增大承台面积，加大承台间联系梁的刚度等；（2）对于大直径灌注桩通常需对地基或桩身作补强处理。

端承型群桩基础——无需计算沉降（除软弱下卧层时）群桩基础承载力等于各根单桩承载力之和，群桩效应系数η=1。

摩擦型群桩基础——两种情况（承台脱地和贴地）——需计算沉降①承台地面脱地的情况（非复合桩基）摩擦型群桩的沉降大于独立单桩。

（应力重叠→沉降增加→单桩承载力下降η<1）实际的群桩效应的影响因素：1）承台刚度的影响2）基土性质的影响3）桩距的影响（主导因素）②承台地面贴地的情况（复合桩基）承载力=端阻+承台底面土阻力（设计时一般不考虑）为保证承台底贴地并提供足够土反力，通过：依靠桩端贯入持力层促使群桩整体下沉。

刚性承台底面土反力呈马鞍形。

承台地面贴地的包括三方面：1）对桩侧阻力的削弱作用2）对桩端阻力的加强作用3）对基土侧移的阻挡作用4.3.4减沉桩基使用范围：对于软弱地基上的多层住宅建筑。

作用：仅仅是为了减少基础的沉降量。

传统的做法：在基础下加桩，并假定桩和承台某一比例分担外荷载，据此确定桩数。

补充：桩的质量检测：某种方法设置于土中的预制桩或在地下隐蔽条件下成型的灌注桩：——①开挖检测；②抽芯法；③声波检测法；④动测法。

§4.4桩基础沉降的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s>6d大于桩距6被倍桩径n>9独立基础的m2条基础某些单层工业厂房桩基4.4.1单桩沉降的计算竖向荷载作用下的单桩沉降组成（三部分）：①桩身弹性压缩引起的桩顶沉降；②桩端沉降——桩侧阻力引起桩周土中的附加应力向下扩散致使桩端土体压缩；③桩端沉降——桩端荷载引起桩端下土体压缩。

单桩沉降计算方法：①荷载传递分析；②弹性理论；③剪切变形传递；④有限单元分析；⑤其他简化方法。

4.4.2群桩沉降的计算——尚未有完整的计算方法群桩沉降的组成：①桩间土的压缩变形（桩身压缩、桩端贯入变形）；②桩端平面以下土层受群桩荷载共同作用产生的整体压缩变形。

规范推荐方法（不考虑桩间土压缩变形对沉降的影响）：单向压缩分层总和法：（见P143）§4.5桩的负摩擦问题4.5.1产生负摩擦的条件和原因负摩擦力：与轴向压力方向相同的侧摩阻力。

危害：降低桩的承载力，增大位移。

条件：桩周土的下沉量大于桩的下沉量。

原因：①大范围降水；②桩侧地面大范围堆载；③欠固结土或新填土；④湿陷性黄土湿陷；⑤冻土融陷。

桩侧负摩阻力由什么引起：桩周土的固结沉降。

（固结时间的长短取决于：①桩自身沉降完成时间，②桩周土层固结完成时间。

）影响负摩阻力大小和分布的主要因素：土的固结程度和速率。

4.5.2负摩阻力的计算——目前不成熟负摩阻力的分布特征：单桩负摩阻力的计算：须先确定中性点的位置和负摩阻力的大小。

（中性点位置的确定：根据桩沉降与桩周土沉降相等的条件确定——初期不固定）群桩负摩阻力的计算：对于桩距较小的群桩，所发生的的负摩阻力因群桩效应而降低。

4.5.3减小负摩阻力的工程措施①对于填土建筑场地——保证填土密实度，待填土地面沉降基本稳定后在沉桩；②对于地面大面积堆载建筑物——采用预压等处理措施，减少堆载引起的沉降；③对于中性点以上的桩身——进行处理，减少负摩阻力；④自重湿陷性黄土地基——采用强夯、挤密土桩等先行处理；⑤其他有效处理措施。

§4.6桩的水平承载力作用于桩顶的水平荷载包括：①长期作用的水平荷载；②反复作用的水平荷载；③地震作用所产生的水平力。

水平和竖向荷载合力与竖直线的夹角不超过5°（水平相当于竖向1/12~1/10），竖直桩。

4.6.1水平荷载下桩的工作性状4.6.2水平荷载作用下弹性桩的计算4.6.3单桩水平静载荷试验4.6.4单桩水平承载力特征值§4.7桩的平面布置原则§4.8桩承台的设计§4.9桩基础设计的一般步骤。