1、桩基础,主要内容,1.概述桩的功能及类型2.桩的承载机理3.单桩承载力4.桩基础设计,软 土 层,第一节 概 述,一、桩的应用1.历史十九世纪以前，木桩7000-8000年前湖上居民,浙江河姆渡西安灞桥,北京御河桥,隋唐建塔十九世纪开始，材料和动力进步 铸铁管桩，1824年波特兰水泥注册专利，蒸汽动力十九世纪末，现场钻孔桩(1897,Raymond),2.特点,优点将荷载传递到下部好土层,承载力高沉降量小抗震性能好,穿过液化层承受抗拔(抗滑桩)及横向力(如风载荷)与其他深基础比较,施工造价低,缺点施工环境影响,预制桩施工噪音,钻孔灌注桩的泥浆 有地下室时,有一定干扰,深基坑中做桩,3.适用条件
2、,(1)水上建筑物(2)深持力层,高地下水位(3)抗震地基(4)对沉降非常敏感的建筑,如精密仪器,承台:将几个桩结合起来传递荷载1.低承台桩基 承台在地面以下,承台本身可承担部分荷载2.高承台桩基 承台在地面以上,桥桩,码头,栈桥,二、桩基础的类型（按承台位置分类）,低承台桩基,高承台桩基,桩基础的设计步骤,四、,4.2 桩的类型,承载性状施工方法成型方式效应材料形状按尺寸,按不同的分类标准，叫法不同。,4.2.1 桩 的 分 类,一、按承载性状分类,Q=Qp+QsTip resistance,Skin friction端承型桩 主要由桩端承受极限荷载,桩不长,桩端土坚硬摩擦型桩 主要由桩侧壁
3、与土的摩擦力承受极限荷载,桩长径比不很大，桩端土为粘土、粉土、砂土等,端承型桩,摩擦型桩,端承桩,摩擦端承桩,（嵌岩桩）,摩擦桩,端承摩擦桩,二、按材料：木桩、混凝土、钢筋混凝土、钢管（型钢）桩、复合桩 钢筋混凝土：普通混凝土、预应力混凝土（离心预制）、高强混凝土,三、按形状,按纵断面：楔形桩、树根桩、螺旋桩、多节（分叉）桩、扩底桩、支盘桩、微型桩按横断面：圆形，八边形，十字桩、X形桩,桩身,四、按尺寸,按断面(直径）的大小：大直径桩:d800mm;小直径桩：d250mm；中等直径桩：250 80m,五、按施工方法,施工方法也即沉桩方法1 预制桩 Prefabricated pile 挤土桩，
4、部分挤土桩2 现场灌注桩 Cast in place 非挤土桩，部分挤土桩,1 预制桩2 现场灌注桩,气锤打入振动沉桩静压桩,引孔,部分挤土,大面积地面隆起不引孔,挤土桩,成孔方法,人工挖孔螺旋钻正反循环地下水以下泥浆护壁冲击,夯扩,爆破沉管灌注,浇注法,水上水下其他,振动沉桩预制桩1013m,Pile Point,人工挖孔桩,螺旋钻,扩底桩,人工挖孔扩孔桩,挤扩桩（支盘桩）,六、按桩的成桩方式效应分类：非挤土桩、部分挤土桩、挤土桩1）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：打桩抗剪强度降低停一定时间可恢复。无粘土：抗剪强度提高。2）部分挤土桩：H型钢桩、开口的钢管桩
5、、开口预制管桩成桩效应：影响不大。3）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。,4.3 单桩承载力 Bearing capacity of a single pile,4.3.1 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,1.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。,2.影响荷载传递的因素,主要影响荷载传递的因素：长径比 l/d,根据长径
6、比 l/d 桩的分类：,短桩：l/d10,中长桩：l/d=1040,长桩：l/d=40100,超长桩：l/d100,2.影响荷载传递的因素,（1）桩端土与桩周土的刚度比Eb/Es对于中长桩：Eb/Es增大，桩端分担荷载的比例增加。,（2）桩土刚度比Ep/Es对于中长桩：Ep/Es增大，桩端分担荷载的比例增加。Ep/Es超过1000后，影响不大。当Ep/Es10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。,当桩长增大(例如ld25)时，桩端分担荷载减少。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
7、擦桩，用扩大桩端直径来提高承载力是徒劳的。,(4)长径比 l/d,单桩的破坏形式,屈曲破坏取决于桩身的材料强度整体剪切破坏-取决于桩端土的支承力刺入破坏-取决于桩周土强度,屈曲破坏取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,Q-S曲线（荷载-沉降）出现急剧破坏的陡降段，其沉降量很小，有明确的破坏荷载。桩的承载力取决于桩身材料强度,整体剪切破坏-取决于桩端土的支承力,Q-S曲线有明显的拐点，有陡降段，有明显的破坏荷载。桩的承载力主要取决于桩端土的支承力。一般桩基属于本情况。,刺入破坏-取决于桩周土强度,当
8、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，桩端阻力极微，桩的沉降量较大。Q-S曲线为“渐进破坏”的缓变型，无明显拐点。桩的承载力主要取决于桩周土的抗剪强度,4.3.2 单桩竖向承载力的确定,取决于两个方面：,桩身材料强度,地层支承力,极限承载力：,承载力特征值：,安全系数K=2,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,锚桩 桁架法,2400吨,桩顶试验中,1、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，其除了考虑到地基土的支承
9、能力外，也计入了桩身材料强度对于承载力的影响。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。,2、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3根。工程总桩数在50根以内时不应少于2根。3、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10天；粉土和粘性土不少于15天；饱和粘性土不少于25天。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，为了使试验能真实反映桩的承载力。,单桩竖向承载力特征值确定方法:按规定确定Qu，,2.确定单桩竖向承载力特
10、征值的规范经验公式,地基基础规范指出：单桩竖向承载力特征值的确定应符合下列规定：（1）单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定。单桩竖向承载力特征值取单桩竖向静载荷试验所得单桩竖向极限承载力除以安全系数2。（2）地基基础设计等级为丙级的建筑物，可采用静力触探及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 可按下式估算：式中：桩端阻力、桩侧阻力特征值，由当地静载荷试验结果统计分析算得。,4.5桩的负摩问题,(1)桩周附近地面大面积堆载(2)大面积降低地下水位(3)欠固结土,新填土(4)湿陷性黄土遇水湿陷(5)砂土液化、冻土融解,4.5.1 负摩擦的产生条件,引起桩侧负摩阻力
11、的条件是，桩侧土体下沉必须大于桩的下沉。,负摩擦力的确定：负摩阻力成为荷载的一部分对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻力,对于一般桩,因为桩土都有变形,视二者的相对位移量和方向,4.5.2 负摩擦力的计算,4.6 桩的平面布置原则,桩的平面布置实例,桩的平面布置实例,4.6 桩的平面布置原则,4.6.1 一般原则,2.桩基中各桩受力应比较均匀，布桩时应尽可能使上部荷载的中心与群桩的横截面形心重合或接近；,1.当承台承受偏心作用时，应增加桩基横截面的惯性矩，对群桩基础，宜采用外密内疏的布置方式；,3.桩的中心距桩的间距过大，承台体积增加，造价增加，有时基础间的空间不允许；桩的间距过小，桩的承载
12、能力不能充分发挥，且给施工带来较大困难。一般情况下：大面积桩群，桩的最小中心距还应适当加大。,桩在平面上可布置为：方形（或矩形）、三角形、多边形、梅花形；条形基础下的桩，可采用单排或双排，也可采用不等距。,柱下桩基 墙下桩基,圆（环）形桩基,4.6.2 布桩方法举例,对横墙下桩基，可在外纵墙之外设一至二根“探头”桩。在有门洞口的墙下布桩应将桩设置在门洞的两侧。,4.7 桩基承台设计,类型：柱下独立承台、柱下或墙下条形承台梁、筏板承台和箱形承台。作用：是将桩联结成一个整体，并把建筑物的荷载传到桩上，因而承台应具有足够的强度、刚度。,桩基承台设计内容：,构造；计算：受弯、受冲切、受剪、局压承载力，
13、,4.7.1 桩基承台构造要求,1.承台的平面尺寸和厚度：厚度300，宽度500。平面尺寸：承台边缘至边桩中心距离不应小于桩的直径或边长，且边缘挑出部分应150，对于条形承台梁应75。,筏形、箱形承台：承台板厚度：宜250，且板厚与计算取段最小跨度之比不宜小于1/20。,2.混凝土：C20。3.钢筋保护层厚度：台底钢筋的混凝土保护层厚度宜70。当有混凝土垫层时不应小于40，,4.钢筋配置：承台的配筋按计算确定，对于矩形承台板，宜双向均匀配置，钢筋直径宜10，间距应满足100200；对于三桩承台，应按三向板带均匀配置，最里面3根钢筋相交围成的三角形，应位于柱截面范围以内见图。承台梁的纵向主筋应1
14、2，架立筋10，箍筋直径6。筏形、箱形承台配筋与筏基、箱基相同。,5.桩顶与承台的连接构造桩顶嵌入长度：为保证群桩与承台之间连接的整体性，桩顶应嵌入承台一定长度，对大直径桩宜100；对中等直径桩宜50。桩顶主筋锚固长度：混凝土桩的桩顶主筋应伸入承台内，其锚固长度宜30倍钢筋直径（级）,35倍（、级）对于抗拔桩基应40倍。,6.承台之间的连接构造单桩桩基承台宜在双向设置联系梁。两桩桩基承台：宜在其短向设置联系梁。有抗震要求的柱下独立承台：宜在双向设置联系梁。联系梁顶面宜与承台顶位于同一标高，梁宽应250，梁高可取承台中心距的1/101/15。配筋：计算、构造。,7.承台埋深：应600；在季节性冻
15、土等地区1000。保证承台周围填土质量、密实性。,4.8 桩基础设计的一般步骤,进行调查研究，场地勘察，收集资料；综合勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构条件等确定桩基持力层；选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造；确定单桩承载力；根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平面布置；根据桩的平面布置，初步拟定承台的轮廓尺寸及承台底标高；,验算作用与单桩上的竖向和横向荷载；验算承台尺寸和结构强度；必要时验算桩基的整体承载力和沉降量，当桩端下有软弱下卧层时，验算软弱下卧层的地基承载力；单桩设计、绘制桩和承台的结构及施工详图。,4.8.1 必要的资料准备,建筑物类型及规模;,岩土工程勘查报告;,施工
16、机具和技术条件;,环境条件;,检测条件;,及当地桩基工程经验等。,4.8.2 选定桩型，确定单桩竖向及水平承载力,1、桩型、截面和桩长的选择。桩型：上部结构的型式、荷载、地质条件、环境条件及当地的施工条件和经验。,从楼层数和荷载大小来看（如为工业厂房可将荷载折算为相应的楼层数）：10层以下的，可考虑采用直径500左右的灌注桩和边长为400的预制桩；1020层的可采用直径8001000的灌注桩和边长为450500的预制桩；2030层的可用直径10001200的钻（冲、挖）孔灌注桩和边长大于等于500的预制桩；3040层的可用直径大于1200的钻（冲、挖）孔灌注桩和边长为500550的预应力管桩和
17、大直径钢管桩；楼层更多的高层建筑所采用的挖孔灌注桩直径可达5m。,截面尺寸：实心方桩边长为300500 L=2530m（现场预制）L12m（工厂预制）,地质条件:一般当土中存在大孤石、废金属以及花岗岩残积层中未风化的石英脉时，预制桩难以穿透；当土层分布很不均匀时，混凝土预制桩的预制长度难以控制；在场地土层比较均匀的条件下，采用质量易于保证的预应力高强混凝土管桩比较合理。,桩长：1）桩的长度主要取决于桩端持力层的选择。桩端最好选择在进入坚硬土层或岩层，采用嵌岩桩或端承桩；当坚硬土层埋藏很深时，宜采用摩擦桩基，桩端应尽量达到低压缩性、中等强度的土层上。2）桩端进入持力层的深度（13d）：粘性土、粉
18、土2d，砂类土1.5d,碎石类土1d,当存在软弱下卧层时,桩端以下硬持力层厚度4d,嵌岩桩进入微风化或中等风化的岩体的最小深度0.5m.,3)当硬持力层较厚且施工条件允许时，桩端进入持力层的深度尽可能达到桩端阻力的临界深度,以提高桩端阻力.临界深度:砂、碎石类土临界深度=（310）d（d为桩径）粘性土、粉土临界深度=（26）d,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体临空面。,4）同一建筑物避免同时采用不同类型的桩（如用摩擦桩和端承桩，但用沉降缝分开除外）。5）同一基础相邻桩的标高差，对于非嵌岩端承桩不宜超过相邻桩的中心距，对于摩擦型桩
19、，在相同土层中不宜超过桩长的1/10。6）桩长、桩型初步确定后，即可定出桩的截面面积，并初步确定承台的底面标高。7）一般建筑物层数多、荷载大，宜采用大直径的桩。尤其是大直径的人工挖孔桩。目前国内最大人工挖孔桩的直径为5m。,确定桩型、桩长后，可初步确定桩的截面尺寸。承台埋深：满足结构和施工要求。确定单桩竖向及水平承载力。,2.确定单桩竖向及水平承载力,4.9.5 桩的质量检验,桩基础属于地下隐蔽工程，尤其是灌注桩，极易出现缩颈、夹泥、断桩或沉渣过厚。目的：检验桩身结构的完整性和单桩承载力，并进行施工监督、现场记录和质量检验。,桩的质量检验方法：（1）开挖检查：桩顶标高、桩的位置（轴线）、桩顶质
20、量（完整性和混凝土强度）。（2）抽芯法：在灌注桩身内钻孔（直径100150），取混凝土芯样进行观测和单轴抗压强度试验，了解混凝土有无离析、空洞、桩底沉渣和夹泥等现象。（3）声波透视法：检测桩身完整性，即缺陷位置、程度。利用超声波在不同混凝土中传播速度检验桩身质量。,（4）动测法：PDA（打桩分析仪）大应变测定法，检测单桩承载力。PIT（桩身完整性分析仪）包括锤击激振等小应变动测。检测数量：小应变：灌注桩，100%，预制桩，50%大应变：灌注桩，30%，预制桩，20%,复合地基,部分土体被增强或被置换，形成由地基土和竖向增强体共同承担荷载的人工地基。常见的方式有：水泥土搅拌桩复合地基;CFG(水
21、泥粉煤灰碎石桩）复合地基；旋喷桩复合地基；灰土挤密桩或土挤密桩复合地基等等。,桩基与复合地基有什么区别：复合地基和桩基两种相同之处，都是在天然地基不能满足设计承载力要求情况下，考虑桩土共同承担上部荷载。复合地基和桩基之间的区别应该从以下几个方面考虑：1.传力路径桩基较复合地基传力更明确。桩基：上部荷载-承台-桩-桩间土。复合地基：上部荷载-垫层-加固层（桩土混合区域）。2.荷载传递深度复合地基处理深度较桩基要浅，其目的还是以处理地基提高地基土的承载力为目的。桩基础则是其作用是将上部结构荷载通过桩身传到地基深部强度较高、压缩性较小的岩(土)层上，从而提供更高的承载能力并减小基础沉降和不均匀沉降。
22、,3.处理目的复合地基的目标是提高地基的承载力，改善地基土性能。桩基的目的是把上部作用直接传递到深层持力层，但其在承台下部受力机理则与复合地基差不多。4.桩身材料复合桩基，为全刚性。复合地基：散体，半刚，刚。5.桩土共同作用桩基考虑桩身尺寸效应，复合地基则不然。这反映出，桩基中的基桩可以单独分离出来考虑受力计算，而复合地基必须作为整体进行研究，单独剥离出来基桩将毫无意义。6.建筑物基础埋深桩基时不宜小于建筑物高度的1/18;天然地基和复合地基时不宜小于建筑图高度的1/15。,问题汇总1、勘察报告上提参数的依据。答：两个途径，一是规范，而是试验。2、同一栋楼内桩长差距较大有什么影响。答：如果是设
23、计图纸本身就是长短桩，那就是合理的，如果是施工的时候出现了长短桩，是要分析原因的，一般要处理。3、从理论上讲最短桩长是多少，什么样的地质可以用较短的桩长。答：L/d10为较短的桩，一般不采用。端承桩的时候会用到短桩，比如说桩端进入岩石内。4、如果桩长过短，按照勘察所提供的数据验算，数据较低，有很多设计觉得不符合规范要求。一般指的是那些问题？如何使这些问题，顺利通过？如何解决审图中心的疑问？答：如果是摩擦桩，太短的话已经失去桩的意义，也就是说作用 不大。,5、管桩爆桩，如何进行补桩？答：设计单位会根据具体情况给出补桩的方案。6、地下车库什么情况下，需要打桩？什么情况下需要打抗拔桩或承压桩？如果不
24、打桩有什么解决方法，与打桩相比，成本如何？有何优缺点？答：纯地下车库一般不大桩。当地下水位比较高，抗浮水位不满要求是，要采取抗浮措施，抗拔桩只是抗浮措施的一种，还有增加配重，锚杆等措施。7、管桩复合地基承载力与天然地基承载力的关系（单桩承载力高，天然地基承载力低，倍数较大时，如何计算和考虑，土是否起作用。）答：目前规范中还没有“管桩复合地基”的说法，但是，计算方法和构造措施和CFG复合地基一样。8、剪力墙下布桩要点？设计测算哪些方面？答：先估算上部结构的荷载，剪力墙结构一般在1316kN/M2。能估算出整栋楼的重量，然后根据单桩承载力估算出桩的根数，根据底面积和根数来确定桩间距。,9、各类工程
25、的勘察要求及有哪些点可影响到管桩推广的应用？答：不宜用于孤石和障碍物多的地层；不宜用于有坚硬隔层的地质条件。10、地面下15-30米不均匀出现中等湿陷性黄土，这样的地质如何更好的做基础处理方案？答：15米以下有，还是从地表起有15米的湿陷性，这就区别大了。11、基础防水板做条梁上平面平齐或与下平面平齐的区别和相应的防水处理的区别？答：上齐和下齐，各有优缺点，上齐的话开挖不好挖，防水不好做，下齐的话室内填土找平，多数下齐。12、高层建筑管桩基础如果做剪力墙下布桩筏板基础，筏板是否可以厚度薄一点，赔筋率小一点？答：筏板的厚度和配筋主要取决于上部建筑的层数和剪力墙的布置，一般情况下一层50mm，基本
26、是构造配筋。如果板太薄了，配筋率也会增加。,13、管桩参数中桩身竖向承载力最大特征值与极限值有何区别。答：极限值是特征值的2倍。14、如果想要对一个工地改桩型，需要注意哪些细节及问题。答：了解上部结构，掌握地质情况，另外，改了是不是节约投资。15、对地勘报告中提出的桩型方案和建议方案究竟依据什么答：依据上部荷载，下部土层，及勘察单位的经验。16、CFG不适宜的地质有哪些，弊端有哪些答：水位高的软土地区不适宜用CFG复合地基，成桩质量难以保证。17、条形基础、承台梁基础形式适用楼层有没有限制答：只要单桩承载力足够高，对楼层没有限值。18、基础形式都有那些，分别适合的结构和建筑物答：独立基础、条形基础、筏板基础、桩基础。,
