土力学与地基基础-10桩基础解答课件.ppt

1、10 桩 基 础10.110.1 概述概述10.210.2 桩的分类及施工工艺桩的分类及施工工艺10.310.3 单桩在竖向荷载下的性状与计算单桩在竖向荷载下的性状与计算10.4 10.4 桩基在水平荷载下的性状与计算桩基在水平荷载下的性状与计算10.5 10.5 桩基础的设计桩基础的设计10 桩 基 础10.1概述 如果建筑场地浅层的土质不能满足建筑物对如果建筑场地浅层的土质不能满足建筑物对地基承载地基承载力力和和变形变形的要求、而又不适宜采取地基处理措施时，就要的要求、而又不适宜采取地基处理措施时，就要考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的深基础方案深基础

2、方案。深。深基础主要有基础主要有桩基础、沉井和地下连续墙桩基础、沉井和地下连续墙等几种类型，其中，等几种类型，其中，桩基础是最常用的深基础形式。桩基础是最常用的深基础形式。桩基础：是由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。承台把桩桩基础：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。去。10.1概述一、一、组成组成及作用及作用 组成组成桩桩承台承台 作用：将上部结构荷载，通作用：将上部结构荷载，通过较软弱的地层传递给深部较过较软弱的地层传递给深部较坚硬的土层或岩层。坚硬的土层或岩层。（1 1）承

3、载力高；承载力高；（2 2）稳定性好；稳定性好；（3 3）沉降小；沉降小；（4 4）便于机械化施工。便于机械化施工。桩基础已成为建筑、交通、水利、港口等工程中广为采用的基础形桩基础已成为建筑、交通、水利、港口等工程中广为采用的基础形式。式。10.1概述二、特点二、特点 选用桩基础条件选用桩基础条件(1)(1)对地基沉降要求严格，不允许有不均匀或过大沉降的建筑物；对地基沉降要求严格，不允许有不均匀或过大沉降的建筑物；(2)(2)采用地基加固措施不合适的软弱地基或特殊土地基；采用地基加固措施不合适的软弱地基或特殊土地基；(3)(3)当施工水位或地下水位很高或基础位于水中的建筑物；当施工水位或地下水

4、位很高或基础位于水中的建筑物；(4)(4)高耸建筑物等；高耸建筑物等；(5)(5)建筑物受到大面积地面超载的影响，或软土上活荷载比较大的筒仓、油库等；建筑物受到大面积地面超载的影响，或软土上活荷载比较大的筒仓、油库等；(6)(6)承受大荷载、动荷载、大偏心荷载的建筑物；承受大荷载、动荷载、大偏心荷载的建筑物；(7)(7)精密或大型设备的基础，对基础振动有较高要求的建筑；精密或大型设备的基础，对基础振动有较高要求的建筑；(8)(8)意义重大或需长期保存的建筑物。意义重大或需长期保存的建筑物。三、应用三、应用桩基础主要通过作用于桩尖土层的阻力和桩周土的摩阻力来支承桩基础主要通过作用于桩尖土层的阻力

5、和桩周土的摩阻力来支承轴向轴向荷载荷载，也可利用桩侧土的侧向阻力抵抗，也可利用桩侧土的侧向阻力抵抗水平荷载水平荷载。10.1概述 不宜采用采用桩基础的情况不宜采用采用桩基础的情况 (1)(1)上层土比下层土硬得多；上层土比下层土硬得多；(2)(2)土层中有障碍物而又无法排除土层中有障碍物而又无法排除 (如孤石如孤石)；(3)(3)只能采用打入或振入法施工，而附近有重要的或对振动强烈敏感的建筑只能采用打入或振入法施工，而附近有重要的或对振动强烈敏感的建筑 物时。物时。是否采用桩基础需要综合考虑多项因素。是否采用桩基础需要综合考虑多项因素。10.1概述10.2桩的分类及施工工艺现行现行建筑桩基技术

6、规范建筑桩基技术规范将桩分别按承载性状、使用功能、桩身将桩分别按承载性状、使用功能、桩身材料及桩径大小等进行分类：材料及桩径大小等进行分类：一、一、按承载性状分类按承载性状分类 二、二、按桩的使用功能分类按桩的使用功能分类 三、三、按桩身材料分类按桩身材料分类 四、四、按成桩方法分类按成桩方法分类 五、五、按桩对桩周土的挤压作用分类按桩对桩周土的挤压作用分类 六、六、按桩径大小分类按桩径大小分类一、按承载性状分类 1.1.端承型桩端承型桩 端端 承承 桩：在极限承载力状态，桩顶荷载由桩端承受，桩侧阻力可忽略不计。桩：在极限承载力状态，桩顶荷载由桩端承受，桩侧阻力可忽略不计。摩擦端承桩：在极限承

7、载力状态，桩顶荷载主要由桩端阻力承受，桩侧阻力属摩擦端承桩：在极限承载力状态，桩顶荷载主要由桩端阻力承受，桩侧阻力属 次要地位。次要地位。2 2、摩擦型桩、摩擦型桩（根据竖向极限荷载作用下桩侧阻力与桩端阻力所分担荷载的（根据竖向极限荷载作用下桩侧阻力与桩端阻力所分担荷载的比例，分为摩擦桩和端承摩擦桩）比例，分为摩擦桩和端承摩擦桩）请注意区分：端承请注意区分：端承型型桩桩端承桩；摩擦端承桩；摩擦型型桩桩摩擦桩摩擦桩 摩摩 擦擦 桩：竖向极限荷载作用下，桩顶荷载绝大部分由桩侧阻力承担，桩端桩：竖向极限荷载作用下，桩顶荷载绝大部分由桩侧阻力承担，桩端阻力可忽略不计。阻力可忽略不计。端承摩擦桩：桩顶极

8、限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，大部分由桩侧阻端承摩擦桩：桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，大部分由桩侧阻 力承担，但桩端阻力不可忽略不计。力承担，但桩端阻力不可忽略不计。根据桩土相互作用的特点，按桩侧阻力与桩端阻力的发挥程度及各自对荷载的根据桩土相互作用的特点，按桩侧阻力与桩端阻力的发挥程度及各自对荷载的分担比例，桩基础分为分担比例，桩基础分为端承型桩端承型桩和和摩擦型桩摩擦型桩。端承型桩与摩擦型桩（如图）二、按桩的使用功能分类可分为以下四类：可分为以下四类：(1)(1)竖向抗压桩竖向抗压桩，以承受竖向荷载为主的桩；，以承受竖向荷载为主的桩；(2)(2)竖向抗拔桩竖向抗拔桩，以承

9、受竖向上拔荷载为主的桩；，以承受竖向上拔荷载为主的桩；(3)(3)水平受荷桩水平受荷桩，以承受水平荷载为主的桩；，以承受水平荷载为主的桩；(4)(4)复合受荷桩复合受荷桩，所受的竖向、水平荷载均较大的桩。，所受的竖向、水平荷载均较大的桩。三、按桩身材料分类（1 1）混凝土桩混凝土桩 预制桩：预制桩：在工厂或工地预先将桩身制作好，待就位后在工厂或工地预先将桩身制作好，待就位后 用打入或射水法将桩送入土中。用打入或射水法将桩送入土中。灌注桩：灌注桩：用机械或人工在现场开孔，就地浇筑混凝土用机械或人工在现场开孔，就地浇筑混凝土 而形成的桩而形成的桩。（2 2）钢桩：钢桩：钢桩主要有钢管桩、钢桩主要有

10、钢管桩、H H型钢桩和钢板桩型钢桩和钢板桩。（3 3）木桩木桩 四、按成桩方法分类 按照成桩的方法和工艺，桩基础可分为：按照成桩的方法和工艺，桩基础可分为：(1)(1)打入桩：打入桩：将预制好的桩体用击打或振动的方法打入地下将预制好的桩体用击打或振动的方法打入地下 成桩；成桩；(2)(2)灌注桩：灌注桩：先成孔后浇筑混凝土；先成孔后浇筑混凝土；(3)(3)静压桩：静压桩：利用机械以强力将预制桩压入到设计位置。利用机械以强力将预制桩压入到设计位置。五、按桩对桩周土的挤压作用分类 1 1、挤土桩挤土桩 2 2、部分挤土桩部分挤土桩（少量挤土桩）（少量挤土桩）3 3、非挤土桩非挤土桩 开口钢管桩开口

11、钢管桩H型钢桩型钢桩开口的预应力钢筋混凝土桩开口的预应力钢筋混凝土桩预制桩预制桩沉管灌注桩沉管灌注桩预钻孔的钢筋混凝土桩预钻孔的钢筋混凝土桩钻（挖、冲孔）灌注桩钻（挖、冲孔）灌注桩六、按桩径大小分类 按照桩径大小，桩基础可分为：按照桩径大小，桩基础可分为：（1 1）小小 桩桩 (d250mm)(d250mm)；（2 2）中等直径桩中等直径桩 （250mm250mmd d800mm800mm）；）；（3 3）大直径桩大直径桩 （d800mmd800mm）工程中选用何种桩型，受地质条件、场地条件、承载力要工程中选用何种桩型，受地质条件、场地条件、承载力要求、施工设备、地下水位和经济条件等方面的限制

12、。求、施工设备、地下水位和经济条件等方面的限制。10.3单桩在竖向荷载下的性状与计算 一、单桩的破坏模式一、单桩的破坏模式 二、单桩的竖向承载能力二、单桩的竖向承载能力 三、单桩的荷载传递三、单桩的荷载传递 四、负摩阻力四、负摩阻力 一、单桩的破坏模式一、单桩的破坏模式（1 1）桩身材料屈服（非压曲）桩身材料屈服（非压曲）（2 2）持力层整体剪切破坏。）持力层整体剪切破坏。（3 3）刺入剪切破坏。）刺入剪切破坏。（4 4）沿桩身侧面纯剪切破坏）沿桩身侧面纯剪切破坏（5 5）在拔力作用下沿沿桩身）在拔力作用下沿沿桩身 侧面纯剪切破坏。侧面纯剪切破坏。10.3单桩在竖向荷载下的性状与计算一、单桩的

13、极限承载力的影响因素一、单桩的极限承载力的影响因素（1 1）土的支撑能力所能提供的承载力）土的支撑能力所能提供的承载力 判定标准：判定标准：土的强度条件土的强度条件 土的变形条件土的变形条件 判定方法：静载试验法、规范经验法、静力触探法和动判定方法：静载试验法、规范经验法、静力触探法和动力法等。力法等。（2 2）桩身结构强度所能提供的承载力）桩身结构强度所能提供的承载力10.3单桩在竖向荷载下的性状与计算二、单桩的竖向承载力确定：二、单桩的竖向承载力确定：（一）按材料强度确定单桩竖向承载力（一）按材料强度确定单桩竖向承载力（二）按静荷载试验确定单桩轴向承载力（二）按静荷载试验确定单桩轴向承载力

14、 （三）静力触探法确定单桩轴向承载力（三）静力触探法确定单桩轴向承载力 1.1.单桥探头法单桥探头法 2.2.双桥探头法双桥探头法（四）经验参数法（四）经验参数法（五）动力检测法（五）动力检测法10.3单桩在竖向荷载下的性状与计算（一）按材料强度确定单桩竖向承载力 单桩竖向承载力设计值；单桩竖向承载力设计值；混凝轴心受压构件的稳定系数；混凝轴心受压构件的稳定系数；混凝土轴心抗压强度设计值；混凝土轴心抗压强度设计值；纵向受力钢筋的抗压强度设计值；纵向受力钢筋的抗压强度设计值；桩身横截面面积；桩身横截面面积；纵向受力钢筋的截面面积。纵向受力钢筋的截面面积。()ccysRf Af ARfcyfcAs

15、A按材料强度计算单桩竖向承载力时，将桩视为一轴向受压构件，混凝土桩按材料强度计算单桩竖向承载力时，将桩视为一轴向受压构件，混凝土桩单桩竖向承载力设计值公式：单桩竖向承载力设计值公式：式中：式中：（二）按静荷载试验确定单桩轴向承载力 静载试验是在施工现场进行的，考虑：静载试验是在施工现场进行的，考虑：（1 1）地基土的支承能力；）地基土的支承能力；（2 2）桩身材料强度对承载力的影响。）桩身材料强度对承载力的影响。规范规定：对于规范规定：对于一级建筑物一级建筑物必须通过静荷载试验，同一条件下的试桩数不宜必须通过静荷载试验，同一条件下的试桩数不宜少于总桩数的少于总桩数的1%1%，并不少于，并不少于

16、3 3根；工程桩总数在根；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。对于地基条件复杂、桩的施工质量对于地基条件复杂、桩的施工质量可靠性低等某些情况下的可靠性低等某些情况下的二级建筑二级建筑桩基，桩基，也须通过静荷载试验。也须通过静荷载试验。测出测出n n根试桩极限承载力根试桩极限承载力 后，可后，可通过统计的方法，确定通过统计的方法，确定单桩竖向极限承单桩竖向极限承载力载力 的标准值：的标准值：uiQukQ11nuiuiQQn1 1、稳定标准：、稳定标准：（1 1）持力层为粘性土时，沉降速率不大于）持力层为粘性土时，沉降速率不大于0.1mm/h0.1mm/h；（2

17、2）持力层为砂土时，沉降速率不大于）持力层为砂土时，沉降速率不大于0.5mm/h.0.5mm/h.遵守此稳定标准的试验称为慢速维持荷载法试验；快速维持荷载试验法遵守此稳定标准的试验称为慢速维持荷载法试验；快速维持荷载试验法则规定，每级荷载下观测沉降则规定，每级荷载下观测沉降1 1小时即可加载下一级荷载或卸载。小时即可加载下一级荷载或卸载。2 2、破坏标准（出现以下任一种情况，即认为试桩达到破坏状态）：、破坏标准（出现以下任一种情况，即认为试桩达到破坏状态）：（1 1）桩发生急剧的、不停滞的下沉；）桩发生急剧的、不停滞的下沉；（2 2）该级荷载下的沉降大于其前一级沉降的五倍；）该级荷载下的沉降大

18、于其前一级沉降的五倍；（3 3）该级沉降大于其前一级沉降的）该级沉降大于其前一级沉降的2 2倍，且在倍，且在24h24h内不能稳定；内不能稳定；（4 4）试桩的总沉降超过）试桩的总沉降超过100+100+（L-40L-40），），mmmm；L L为桩长，为桩长，m m。（二）按静荷载试验确定单桩轴向承载力 极限荷载的判定：极限荷载的判定：Q-sQ-s曲线明显转折点法：曲线明显转折点法：1 1）线性变形阶段：从加荷至第一拐点）线性变形阶段：从加荷至第一拐点A A；2 2）弹塑性变形阶段：从第一拐点）弹塑性变形阶段：从第一拐点A A到第到第二拐点二拐点B B；3 3）破坏阶段：从第二拐点）破坏阶段

19、：从第二拐点B B往后。往后。第一拐点对应的荷载称为临界（屈第一拐点对应的荷载称为临界（屈服）荷载；第二拐点对应的荷载称为极服）荷载；第二拐点对应的荷载称为极限荷载，记为限荷载，记为Q Qu u。（二）按静荷载试验确定单桩轴向承载力（二）按静荷载试验确定单桩轴向承载力 极限荷载的判定：极限荷载的判定：沉降速率法沉降速率法(s-lgt(s-lgt法法)：当荷载较小时，各级荷载下的当荷载较小时，各级荷载下的s-lgts-lgt关系成一条条平坦的直线；超过屈服荷关系成一条条平坦的直线；超过屈服荷载，载，s-lgts-lgt的斜率逐渐增大；超过极限的斜率逐渐增大；超过极限荷载时，荷载时，s-lgts-

20、lgt的斜率急剧增大，且随的斜率急剧增大，且随着时间而向下曲折，表明桩的沉降速率着时间而向下曲折，表明桩的沉降速率在随着时间而增加，标志着桩已处于破在随着时间而增加，标志着桩已处于破坏状态。坏状态。（三）静力触探法确定单桩轴向承载力 根据探头的不同分为根据探头的不同分为单桥探头法单桥探头法和和双桥探头法双桥探头法。（一（一)单桥探头法单桥探头法建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范中提出了根据中提出了根据比贯入阻力比贯入阻力确定混凝土预制桩单桩竖向极限承确定混凝土预制桩单桩竖向极限承 载力的标准值：载力的标准值：桩身周长；桩身周长；用静力触探比贯入阻力值估算的桩周土第用静力触探比贯入阻力值估算的桩周

21、土第i i层的极限侧阻力标准值；层的极限侧阻力标准值；桩穿过第桩穿过第i i层土的厚度；层土的厚度；桩端阻力修正系数；桩端阻力修正系数；桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值；桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值；桩端面积。桩端面积。sik iskpukskpkQQQuq lp AilusikqpAskp桩端穿越粉土、粉砂细砂及中砂底面时桩端穿越粉土、粉砂细砂及中砂底面时 按按建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范估算的值，估算的值，需乘以需乘以 进行修正。进行修正。sikqS 双桥探头可同时测出探头双桥探头可同时测出探头侧阻力侧阻力 和和端阻力端阻力 ，该法较多采用，该法较多采用，可按下式计算：可按下式

22、计算：式中：式中：桩身周长；桩身周长；第第 i i层土层厚度；层土层厚度；第第 i i层土的探头平均阻力；层土的探头平均阻力；第第 i i层土桩侧阻力综合修正系数；层土桩侧阻力综合修正系数；桩端面积；桩端面积；桩端平面上、下探头阻力。桩端平面上、下探头阻力。cqsfii sicpukQulfq AcqilupAsifi(二二)双桥探头法双桥探头法（三）静力触探法确定单桩轴向承载力（四）经验参数法建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范中对各类桩基的单桩竖向极限承载力标准值的计中对各类桩基的单桩竖向极限承载力标准值的计算公式如下：算公式如下：(1)(1)普通灌注桩及预制桩普通灌注桩及预制桩 式中：式中：

23、桩身周长；桩身周长；桩侧第桩侧第i i层土的极限侧阻力标准值；层土的极限侧阻力标准值；极限端阻力标准值极限端阻力标准值skpkisikpkpukQQQul qq Ausikqpkq (2)(2)大直径（大直径（d800mmd800mm）桩）桩式中：式中：桩身周长；桩身周长；桩侧第桩侧第i i层土的极限侧阻力标准值；层土的极限侧阻力标准值；桩径为桩径为800mm800mm的极限端阻力标准值；的极限端阻力标准值；大直径桩侧阻尺寸效力系数；大直径桩侧阻尺寸效力系数；大直径桩端阻尺寸效应系数。大直径桩端阻尺寸效应系数。（四）经验参数法usikqppkqsi ppkpsisiksiukAqlquQ （四

24、）经验参数法(3)(3)钢管桩钢管桩 桩端闭塞效应系数；桩端闭塞效应系数；(4)(4)嵌岩桩嵌岩桩 嵌岩桩的极限承载力由嵌岩桩的极限承载力由桩周土总侧阻、嵌岩段总侧阻桩周土总侧阻、嵌岩段总侧阻和和总端阻总端阻三三部分组成。部分组成。isikppkpukQulqq Ap（五）动力检测法大应变动测法：能使桩土发生相对位移，产生永久贯入度。大应变动测法：能使桩土发生相对位移，产生永久贯入度。小应变动测法：不能使桩土发生相对位移，只产生桩土体系的弹性小应变动测法：不能使桩土发生相对位移，只产生桩土体系的弹性变形变形 动力检测法确定单桩极限承载力，采用重锤冲击桩顶，实测桩顶动力检测法确定单桩极限承载力，

25、采用重锤冲击桩顶，实测桩顶部的速度和力实程曲线，通过波动理论分析得到桩土体系力学性状部的速度和力实程曲线，通过波动理论分析得到桩土体系力学性状以判定单桩竖向承载力。以判定单桩竖向承载力。10.3单桩在竖向荷载下的性状与计算三、单桩的荷载传递三、单桩的荷载传递竖向荷载作用于桩顶，竖向荷载作用于桩顶，上部桩身上部桩身首先受到压缩而发生相对于土的首先受到压缩而发生相对于土的向向下位移下位移，于是，于是桩周土桩周土在桩侧界面上产生在桩侧界面上产生向上的摩阻力向上的摩阻力；荷载沿桩身；荷载沿桩身向下传递的过程就是不断的克服这种摩阻力并通过它向土中扩散的向下传递的过程就是不断的克服这种摩阻力并通过它向土中

26、扩散的过程；桩身轴力沿深度减小，乃至桩端，过程；桩身轴力沿深度减小，乃至桩端，桩身轴力桩身轴力与与桩底反力桩底反力相平相平衡，同时使衡，同时使桩底土压缩桩底土压缩，使，使桩身下沉桩身下沉，又使，又使摩阻力摩阻力进一步发挥。随进一步发挥。随荷载的逐渐增加，上述过程周而复始地进行，直至变形稳定。荷载的逐渐增加，上述过程周而复始地进行，直至变形稳定。荷载传递的一般规律：荷载传递的一般规律：1）桩在竖向荷载下发生压缩和沉降，首先沿桩身侧面引起土体的剪切变形，）桩在竖向荷载下发生压缩和沉降，首先沿桩身侧面引起土体的剪切变形，该剪应变遵循土的剪切应力应变关系；当荷载传到桩底时，使桩底土产该剪应变遵循土的剪

27、切应力应变关系；当荷载传到桩底时，使桩底土产生压缩变形，该压应变服从土的压缩应力应变关系；生压缩变形，该压应变服从土的压缩应力应变关系；2）桩底土越硬，即桩底土与桩周土的刚度比越大，则经桩底传递的荷载越）桩底土越硬，即桩底土与桩周土的刚度比越大，则经桩底传递的荷载越多；多；3）桩身相对刚度越大，则经桩底传递的荷载越多；）桩身相对刚度越大，则经桩底传递的荷载越多；4）扩底直径越大，则桩底传递的荷载越多；）扩底直径越大，则桩底传递的荷载越多；5）桩长对荷载传递有重要影响，当桩长超过）桩长对荷载传递有重要影响，当桩长超过L/d100时，上述各种影响时，上述各种影响都将大大减弱，甚至失去意义。都将大大

28、减弱，甚至失去意义。10.3单桩在竖向荷载下的性状与计算10.3单桩在竖向荷载下的性状与计算单桩承载力的时间效应：单桩承载力的时间效应：软粘土中挤土型摩擦桩的承载力随时间而增长，其增长机理为：软粘土中挤土型摩擦桩的承载力随时间而增长，其增长机理为：1）粘性土具有触变性，受打（压）桩扰动而损失的强度随着时间得以逐渐）粘性土具有触变性，受打（压）桩扰动而损失的强度随着时间得以逐渐恢复；恢复；2）打（压）桩过程中在桩周积聚的超空隙水压力随着时间逐渐消散，有效）打（压）桩过程中在桩周积聚的超空隙水压力随着时间逐渐消散，有效应力随之增加；而且桩周土由于挤压亦使密度得以提高，这两个因素都应力随之增加；而且

29、桩周土由于挤压亦使密度得以提高，这两个因素都将使土的强度增长；将使土的强度增长；3）桩端土的强度由于压密与固结作用而逐渐恢复与增长，因此桩端总承载）桩端土的强度由于压密与固结作用而逐渐恢复与增长，因此桩端总承载力亦有所增加。力亦有所增加。1.1.桩穿过欠压密的软粘土或新填土，而支承于坚硬土层时（硬粘性桩穿过欠压密的软粘土或新填土，而支承于坚硬土层时（硬粘性 土、中密以上砂土、卵石层或岩层）。土、中密以上砂土、卵石层或岩层）。2.2.在桩周有大面积堆载或超填土使桩周土层压密。在桩周有大面积堆载或超填土使桩周土层压密。3.3.在正常固结或弱超固结的软粘土地区。在正常固结或弱超固结的软粘土地区。4.

30、4.由于抽取地下水或桩周地下水位下降，致使有效应力增加，使桩周由于抽取地下水或桩周地下水位下降，致使有效应力增加，使桩周土下沉时。土下沉时。5.5.自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷，或冻土融化下沉时。自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷，或冻土融化下沉时。6.6.打桩时使已设置的邻桩抬升等。打桩时使已设置的邻桩抬升等。10.3单桩在竖向荷载下的性状与计算四、负摩阻力四、负摩阻力 概念：概念：桩土之间相对位移的方向，对于荷载传递的影响很大。在土层相桩土之间相对位移的方向，对于荷载传递的影响很大。在土层相对于桩侧向下位移时，产生于桩侧的向下的摩阻力称为对于桩侧向下位移时，产生于桩侧的向下的摩阻力称为负摩阻力负

31、摩阻力。产生负摩阻力的情况有多种，例如：产生负摩阻力的情况有多种，例如：在这些情况下，在这些情况下，土的重力土的重力和和地面荷载地面荷载将通过负摩阻力传递给桩。将通过负摩阻力传递给桩。10.3单桩在竖向荷载下的性状与计算四、负摩阻力四、负摩阻力 负摩擦力产生的危害：负摩擦力产生的危害：负摩擦问题可能会因为设计使用时被忽视或考虑不足，可能造成：负摩擦问题可能会因为设计使用时被忽视或考虑不足，可能造成：(1)(1)桩端地基的屈服或破坏桩端地基的屈服或破坏;(2)(2)桩身破坏桩身破坏;(3)(3)结构的不均匀沉降等而影响使用，甚至导致工程事故的发生。结构的不均匀沉降等而影响使用，甚至导致工程事故的

32、发生。负摩擦力的分布及中性点：负摩擦力的分布及中性点：关于桩基负摩擦的应用研究主要是考虑如何确定负摩擦力沿桩身的分布及关于桩基负摩擦的应用研究主要是考虑如何确定负摩擦力沿桩身的分布及中性点位置。所谓中性点位置。所谓中性点中性点就是桩的沉降量与地基沉降量相等的位置，也即就是桩的沉降量与地基沉降量相等的位置，也即在桩与桩周地基之间无相对变位之点在桩与桩周地基之间无相对变位之点;在这一点桩与地基之间无摩擦力作用，在这一点桩与地基之间无摩擦力作用，其上为负摩擦力，其下为正摩擦力其上为负摩擦力，其下为正摩擦力;轴力在该点达最大值，就是说，中性点轴力在该点达最大值，就是说，中性点是轴力最大之点。是轴力最大

33、之点。四、负摩阻力四、负摩阻力10.3单桩在竖向荷载下的性状与计算负负摩摩擦擦力力的的分分布布及及中中性性点点 负摩擦力的计算负摩擦力的计算四、负摩阻力四、负摩阻力有关推算负摩擦的研究可以分为两大方向：有关推算负摩擦的研究可以分为两大方向：其一是探索其一是探索中性点的位置中性点的位置；其二是以探索其二是以探索负摩擦强度负摩擦强度为目的。为目的。对于前者，确定中性点的方法一般有两种方式，即按照桩与地基对于前者，确定中性点的方法一般有两种方式，即按照桩与地基的相对位移来确定、通过量测桩身的应力按照桩身最大轴力来确定。的相对位移来确定、通过量测桩身的应力按照桩身最大轴力来确定。对于后者，研究方法又可

34、以分为二类对于后者，研究方法又可以分为二类:基于桩周地基沉降变形产生基于桩周地基沉降变形产生负摩擦，还有就是着眼于桩身界面的剪切特性，这是主流方向负摩擦，还有就是着眼于桩身界面的剪切特性，这是主流方向;该主流该主流方向又可以分两大类方法方向又可以分两大类方法:总应力法总应力法和和有效应力法有效应力法，并对应有不同的计，并对应有不同的计算手段，即算手段，即有限元数值分析方法有限元数值分析方法和和经验公式法经验公式法。10.3单桩在竖向荷载下的性状与计算 负摩擦力的负摩擦力的测试测试四、负摩阻力四、负摩阻力10.3单桩在竖向荷载下的性状与计算通常有以下三种方法：通常有以下三种方法：a a、室内试验

35、、室内试验 b b、原位观测、原位观测 c c、离心模型试验、离心模型试验 影响群桩负摩擦力的因素：影响群桩负摩擦力的因素：群桩的形状、桩数、土质、埋桩方法以及桩台刚度等群桩的形状、桩数、土质、埋桩方法以及桩台刚度等 消减负摩擦力的措施消减负摩擦力的措施四、负摩阻力四、负摩阻力10.3单桩在竖向荷载下的性状与计算1.1.在群桩基础外围设置保护桩在群桩基础外围设置保护桩这种隔离式的保护只能隔离新填这种隔离式的保护只能隔离新填土自重所产生的周边桩上的摩擦土自重所产生的周边桩上的摩擦力，使外围的下层软粘土固结下力，使外围的下层软粘土固结下沉所引起的下拉荷载全部由周边沉所引起的下拉荷载全部由周边保护桩

36、来负担。保护桩来负担。但应注意：新填土或堆载还但应注意：新填土或堆载还会亲戚保护桩桩身上产生巨大侧会亲戚保护桩桩身上产生巨大侧压力，设计时应加强这种保护桩压力，设计时应加强这种保护桩的抗弯能力河刚度。保护桩的桩的抗弯能力河刚度。保护桩的桩顶应紧贴群桩承台的边缘或建筑顶应紧贴群桩承台的边缘或建筑物基础底板外轮廓边缘。物基础底板外轮廓边缘。消减负摩擦力的措施消减负摩擦力的措施四、负摩阻力10.3单桩在竖向荷载下的性状与计算2.2.在群桩基础内部设置保护桩在群桩基础内部设置保护桩这是这是BromsBroms提出来的一种措施，除了提出来的一种措施，除了外围外围设设有隔离式的有隔离式的保护桩保护桩外，在

37、建筑物外，在建筑物基底轮廓基底轮廓内部内部也设有相当数量的也设有相当数量的保护桩保护桩。埋设桩时，。埋设桩时，这种保护桩的桩顶暂时不与基础底板接触，这种保护桩的桩顶暂时不与基础底板接触，而其端部则深入持力层。另一方面，工程而其端部则深入持力层。另一方面，工程桩的打入深度也要控制暂时先不进入持力桩的打入深度也要控制暂时先不进入持力层过深，留有余地。这样将来由于各种因层过深，留有余地。这样将来由于各种因素引起的下拉荷载时，依靠工程桩和保护素引起的下拉荷载时，依靠工程桩和保护桩之间的相对位移所产生的剪切阻力来平桩之间的相对位移所产生的剪切阻力来平衡下拉载，既能保护工程桩不会因下拉荷衡下拉载，既能保护

38、工程桩不会因下拉荷载过大而折断或桩端土破坏，又能靠保护载过大而折断或桩端土破坏，又能靠保护桩尽量减少建筑物产生不利的沉降和不均桩尽量减少建筑物产生不利的沉降和不均匀沉降。匀沉降。3.3.改换合适的建筑物场地，或对可压缩地基在打桩之前采取加固措施，改换合适的建筑物场地，或对可压缩地基在打桩之前采取加固措施，以消除下拉荷载。以消除下拉荷载。4.4.用套管保护桩法，用套管保护桩法，即在中性点以上桩段的外面罩上一段尺寸较桩身大即在中性点以上桩段的外面罩上一段尺寸较桩身大的套管，使这段桩身不致受到土的负摩擦力作用。该法能显著减低下拉的套管，使这段桩身不致受到土的负摩擦力作用。该法能显著减低下拉荷载，但会

39、增加施工工作量，多用钢材。荷载，但会增加施工工作量，多用钢材。5.5.桩身表面涂层法，桩身表面涂层法，即在中性点以上的桩侧表面涂上涂料，一般用特即在中性点以上的桩侧表面涂上涂料，一般用特种的沥青。当土与桩发生相对位移出现负摩擦力时，涂层便会产生剪种的沥青。当土与桩发生相对位移出现负摩擦力时，涂层便会产生剪应变而降低桩表面的负摩擦力，这是目前认为减低负摩擦力最有效的应变而降低桩表面的负摩擦力，这是目前认为减低负摩擦力最有效的方法。方法。6.6.允许桩基增加少许沉降量而重新选择持力层。允许桩基增加少许沉降量而重新选择持力层。消减负摩擦力的措施消减负摩擦力的措施四、负摩阻力四、负摩阻力10.3单桩在

40、竖向荷载下的性状与计算桩在水平荷载下的工作性状桩在水平荷载下的工作性状 概概 念：念：桩在水平荷载作用下，变形发生发展直至破坏的规律，实质桩在水平荷载作用下，变形发生发展直至破坏的规律，实质是埋于土中的桩与周围土体协调变形、共同作用的结果。是埋于土中的桩与周围土体协调变形、共同作用的结果。研究意义：研究意义：是合理地确定是合理地确定桩的水平承载力桩的水平承载力和和按变形设计按变形设计桩基的前提。桩基的前提。10.4单桩在水平荷载下的性状与计算一、单桩水平荷载试验试验装置包括：试验装置包括：加荷系统加荷系统和和位移观测系统位移观测系统二、按试验确定单桩水平荷载试验 试验得到的试验得到的H0H0X

41、0X0曲线类似竖向荷载试验的曲线类似竖向荷载试验的P Ps s曲线，被特曲线，被特征点征点 和和 划分为三段：划分为三段：直线变形段直线变形段 弹塑性变形段弹塑性变形段 破坏阶段。破坏阶段。1 1、单桩水平临界荷载：、单桩水平临界荷载：指受拉区混凝土退出工作前所受的最大荷载。指受拉区混凝土退出工作前所受的最大荷载。通常取临界荷载为水平承载力。通常取临界荷载为水平承载力。2 2、单桩水平极限荷载：、单桩水平极限荷载：指桩身材料破坏或结构所能承受的最大变形前的最大荷载。指桩身材料破坏或结构所能承受的最大变形前的最大荷载。crHuHcrHuH三、桩在水平荷载下工作性状的特点 1 1、当水平荷载小于、

42、当水平荷载小于临界荷载临界荷载时，经受任一级水平荷载反复作用，桩身时，经受任一级水平荷载反复作用，桩身变位趋于一稳定值；变形大部分可恢复，桩土处于变位趋于一稳定值；变形大部分可恢复，桩土处于弹性状态弹性状态。2 2、当水平荷载超过、当水平荷载超过临界荷载临界荷载时，相同荷载增量下，桩的位移量明显大时，相同荷载增量下，桩的位移量明显大于前一级，桩的位移随循环加载次数而逐渐增大，桩处于于前一级，桩的位移随循环加载次数而逐渐增大，桩处于弹塑性状态弹塑性状态。3 3、当水平荷载大于、当水平荷载大于极限荷载极限荷载时，桩的位移速率突然增大，每一次循环时，桩的位移速率突然增大，每一次循环加载都使位移增量加

43、大。桩周土出现裂缝，明显破坏，为加载都使位移增量加大。桩周土出现裂缝，明显破坏，为破坏阶段破坏阶段。水平荷载下，桩土水平荷载下，桩土变形变形主要发生在主要发生在上部上部，土中的，土中的应力区和塑性区应力区和塑性区也主也主要在上部土层中，一般在地面以下要在上部土层中，一般在地面以下5 51010米深度内。米深度内。四、单桩在水平荷载下的计算主要的分析方法有：主要的分析方法有：（一）（一）弹性地基反力法弹性地基反力法（二）（二）复合地基反力法复合地基反力法（三）（三）极限地基反力法极限地基反力法 等方法等方法 假定：土为弹性体，用假定：土为弹性体，用梁的理论梁的理论来求桩的水平抗力。即桩被视为一根

44、竖放的来求桩的水平抗力。即桩被视为一根竖放的弹性地基梁弹性地基梁。1 1、线弹性地基反力法、线弹性地基反力法当桩在地面的水平位移在规定的允许值范围内：当桩在地面的水平位移在规定的允许值范围内：0.60.61.0cm1.0cm时，桩身任一点时，桩身任一点处的土抗力与桩身的侧向位移之间可视为线性关系。处的土抗力与桩身的侧向位移之间可视为线性关系。如：常数法、如：常数法、m m法、法、k k法、法、c c值法、综合刚度原理、双参数法（见表值法、综合刚度原理、双参数法（见表6.3.16.3.1）2 2、非线弹性地基反力法、非线弹性地基反力法当桩身侧移较大时，土抗力与桩身侧移应按非线性考虑。当桩身侧移较

45、大时，土抗力与桩身侧移应按非线性考虑。如：林宫岛法、久保法。如：林宫岛法、久保法。（见表（见表6.3.16.3.1）（一）弹性地基反力法（一）弹性地基反力法四、单桩在水平荷载下的计算桩被视为一根竖放的弹性地基梁时，其微分方程为：桩被视为一根竖放的弹性地基梁时，其微分方程为：式中：式中：EI为桩身横向抗弯刚度，为桩身横向抗弯刚度，E为桩身的弹性模量；为桩身的弹性模量；I为截面惯性矩，为截面惯性矩，kNm2；z、x（z）为桩身断面的深度与该断面的水平位移，）为桩身断面的深度与该断面的水平位移，m，m；b1为桩计算宽度，为桩计算宽度，m；kh为沿深度变化的地基土水平抗力系数，为沿深度变化的地基土水平

46、抗力系数，4411(,)0(,)(,)()()hd xEIp z xdzp z xbz xbkz x z四、单桩在水平荷载下的计算0()()nhkzc zz常用于桩顶侧向位移较大的情况的计算常用于桩顶侧向位移较大的情况的计算处理方法：处理方法：1 1、认为长桩桩顶受到水平力后，桩附近的土、认为长桩桩顶受到水平力后，桩附近的土从地表面开始屈服从地表面开始屈服，塑性，塑性区逐区逐 渐向下扩展。渐向下扩展。2 2、在、在塑性区塑性区采用采用极限地基反力法极限地基反力法，3 3、在、在弹性区弹性区采用采用弹性地基反力法弹性地基反力法，根据弹性区与塑性区边界上的连续，根据弹性区与塑性区边界上的连续条件求

47、桩的水平抗力。条件求桩的水平抗力。目前主要的方法有：目前主要的方法有：长尚法、竹下法、斯奈特科法、长尚法、竹下法、斯奈特科法、p py y 曲线法等（见表曲线法等（见表6.4.16.4.1）四、单桩在水平荷载下的计算（二）复合地基反力法（二）复合地基反力法处理方法：处理方法：1 1、土处于极限状态时地基反力的分布形式是事先假定的，并按作、土处于极限状态时地基反力的分布形式是事先假定的，并按作用在桩上的外力及其平衡条件来求桩的横向抗力用在桩上的外力及其平衡条件来求桩的横向抗力 2 2、地基反力只是桩入土深度的函数，与桩身挠度没有直接关系。、地基反力只是桩入土深度的函数，与桩身挠度没有直接关系。主

48、要方法有：主要方法有：恩格尔物部法、雷斯法、罔部法、斯奈特科法、布罗姆斯恩格尔物部法、雷斯法、罔部法、斯奈特科法、布罗姆斯法、挠度曲线法。法、挠度曲线法。（见表（见表6.2.16.2.1）（三）极限地基反力法（极限平衡法）四、单桩在水平荷载下的计算10.5桩基础的设计 一、桩基设计内容一、桩基设计内容 二、基本资料二、基本资料 三、桩型和桩基类型选择三、桩型和桩基类型选择 四、桩基持力层和桩长的确定四、桩基持力层和桩长的确定 五、单桩承载力计算五、单桩承载力计算 六、桩的布置六、桩的布置 七、桩的沉降计算七、桩的沉降计算 八、桩身结构设计八、桩身结构设计 九、承台设计九、承台设计一、桩基设计内

49、容桩基设计的基本内容包括下列各项：桩基设计的基本内容包括下列各项：（）选择桩的类型和几何尺寸；（）选择桩的类型和几何尺寸；（）确定桩基持力层和桩长；（）确定桩基持力层和桩长；（）计算单桩竖向承载力；（）计算单桩竖向承载力；（）确定桩数并布桩；（）确定桩数并布桩；（）验算群桩基础承载力与沉降；（）验算群桩基础承载力与沉降；（）桩身结构设计；（）桩身结构设计；（）承台设计；（）承台设计；（）绘制桩基施工图。（）绘制桩基施工图。二、基本资料 桩基设计前必备三个方面的资料：桩基设计前必备三个方面的资料：地质资料、上部结构资料地质资料、上部结构资料（包（包括结构形式、平面里面布置荷载大小及种类等）、和括

50、结构形式、平面里面布置荷载大小及种类等）、和当地施工技术当地施工技术条件，岩土工程勘察资料条件，岩土工程勘察资料是桩基设计的主要依据是桩基设计的主要依据三、桩型和桩基类型的选择 桩型的选择桩型的选择主要依据是主要依据是上部结构的型式、荷载、地质环境条件上部结构的型式、荷载、地质环境条件和和当地当地的桩基施工技术能力的桩基施工技术能力等，如高层建筑一般采用大直径桩等；等，如高层建筑一般采用大直径桩等；桩基础的类型桩基础的类型主要依据主要依据地质条件地质条件和和上部结构上部结构对对基础刚度的要求基础刚度的要求决定，决定，当上部结构刚度较小时（如框架结构），可采用厚度较大的筏板基础，当上部结构刚度较