土力学--桩基础.pptx

桩基是一种古老的基础型式。最早的桩基是一种古老的基础型式。最早的桩基是木桩基桩基是木桩基,桩工桩工技术在我国经历了几千年的发展过程。技术在我国经历了几千年的发展过程。早在早在7000-80007000-8000年前的新石器时代，为了防止猛兽，人类年前的新石器时代，为了防止猛兽，人类祖先就在湖泊和沼泽地里栽祖先就在湖泊和沼泽地里栽木桩木桩筑平台，修建居住点。筑平台，修建居住点。我国最早的桩基是在浙江河姆渡的原始社会居住的遗址中我国最早的桩基是在浙江河姆渡的原始社会居住的遗址中发现的发现的,即即古代干阑式木结构建筑的基础古代干阑式木结构建筑的基础-圆木桩圆木桩。8.1概述概述组成：组成：通过承台把若干根桩的顶部联结成整体，共同承受通过承台把若干根桩的顶部联结成整体，共同承受动静荷载的一种深基础，动静荷载的一种深基础，在高层建筑物和重要建筑物工程在高层建筑物和重要建筑物工程中被广泛采用的基础形式。中被广泛采用的基础形式。其结构型式根据上部结构的特其结构型式根据上部结构的特点和地质条件选用。点和地质条件选用。作用：作用：将上部结构较大的荷载通过桩穿过软弱土层传递到将上部结构较大的荷载通过桩穿过软弱土层传递到较深的坚硬土层上较深的坚硬土层上,以解决浅基础承载力不足和变形较大的以解决浅基础承载力不足和变形较大的地基问题。地基问题。特点：特点：历史悠久、承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、历史悠久、承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀、便于机械化施工、适应性强。便于机械化施工、适应性强。8.1.1桩基础概念和作用桩基础概念和作用单桩基础单桩基础基桩基桩承台承台上部结构荷载上部结构荷载群桩基础群桩基础基桩：基桩：指群桩基础中的单桩。指群桩基础中的单桩。复合复合基桩：基桩：指单桩及其对应面积的承台底地基土组成的复合指单桩及其对应面积的承台底地基土组成的复合承载基桩。承载基桩。8.1.2桩基础的适用范围桩基础的适用范围 1.1.高重建筑物下，天然地基承载力与变形不能满足要求时；高重建筑物下，天然地基承载力与变形不能满足要求时；2.2.地基软弱，且采用地基加固措施技术上不可行或经济上不地基软弱，且采用地基加固措施技术上不可行或经济上不合理时；合理时；3.3.地基软弱不均或荷载分布不均，天然地基不能满足结构物地基软弱不均或荷载分布不均，天然地基不能满足结构物对差异沉降限制的要求时；对差异沉降限制的要求时；4.4.地基土性不稳定，如液化土、湿陷性黄土、膨胀土等，要地基土性不稳定，如液化土、湿陷性黄土、膨胀土等，要求采用桩基将荷载传至深部土性稳定的土层时；求采用桩基将荷载传至深部土性稳定的土层时；5.5.建筑物受到相邻建筑物或地面堆载的影响，采用浅基础将建筑物受到相邻建筑物或地面堆载的影响，采用浅基础将会产生过量沉降或倾斜时。会产生过量沉降或倾斜时。8.1.3桩基的分类桩基的分类按承载性状分类（荷载传递方式）按承载性状分类（荷载传递方式）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。不同。按施工方法分类按施工方法分类预制桩预制桩在工厂或施工现场制成的各种形式的桩，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。如锤击桩、振动桩、静压桩等。灌注桩灌注桩在施工现场的桩位上用机械或人工成孔，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、冲孔灌然后在孔内灌注混凝土而成。如挖孔、钻孔、冲孔灌注桩等注桩等预制桩的分类及特点预制桩的分类及特点混凝土预制桩混凝土预制桩要求：截面边长要求：截面边长300 500mm，分节长度，分节长度12m。预应力。预应力管桩外径管桩外径300 600mm，每节长，每节长5 13m；优点：承载力高，耐久性好，质量较易保证。优点：承载力高，耐久性好，质量较易保证。缺点：自重大，打桩难，桩长难统一，工艺复杂。缺点：自重大，打桩难，桩长难统一，工艺复杂。钢桩钢桩要求：直径要求：直径250 1200mm，批量生产。，批量生产。优点：穿透性强，承载能力高，应用方便。优点：穿透性强，承载能力高，应用方便。缺点：成本高，易锈蚀。缺点：成本高，易锈蚀。木桩木桩要求：桩径要求：桩径160 260mm，桩长，桩长4 6m。优点：制作运输方便，打桩设备简单。优点：制作运输方便，打桩设备简单。缺点：承载力低，仅在一些加固工程与临时工程中采用。缺点：承载力低，仅在一些加固工程与临时工程中采用。灌注桩的分类及特点灌注桩的分类及特点分类：分类：沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔桩等。沉管灌注桩、钻孔灌注桩、挖孔桩等。原理：原理：直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋直接在桩位上就地成孔，然后在孔内安放钢筋笼，灌注混凝土而成。笼，灌注混凝土而成。特点：特点：能适应各种地层，无需接桩，施工时无振动、能适应各种地层，无需接桩，施工时无振动、无挤土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。无挤土、噪音小，宜在建筑物密集地区使用。施工关键：施工关键：桩身的成型和混凝土质量。桩身的成型和混凝土质量。钻钻(冲冲)孔灌注桩：孔灌注桩：钻钻(冲冲)孔灌注桩用钻机钻土成孔，然后清除孔灌注桩用钻机钻土成孔，然后清除孔底残渣，安放钢筋笼，浇灌混凝土。有的钻机成孔后，可孔底残渣，安放钢筋笼，浇灌混凝土。有的钻机成孔后，可撑开钻头的扩孔刀刃使之旋转切土扩大桩孔浇灌混凝土后撑开钻头的扩孔刀刃使之旋转切土扩大桩孔浇灌混凝土后在底端形成扩大桩端，但扩底直径不宜大于在底端形成扩大桩端，但扩底直径不宜大于3倍桩身直径。倍桩身直径。根据不同土质，可采用不同的钻、挖工具常用的有螺旋钻根据不同土质，可采用不同的钻、挖工具常用的有螺旋钻机、冲击钻机、冲抓钻机等。机、冲击钻机、冲抓钻机等。目前国内钻目前国内钻(冲冲)孔灌注桩多用泥浆护壁，泥浆应选用膨胀孔灌注桩多用泥浆护壁，泥浆应选用膨胀土或高塑性粘土在现场加水搅拌制成。一般要求其比重为土或高塑性粘土在现场加水搅拌制成。一般要求其比重为1.11.15，粘度为，粘度为1025s，含砂率，含砂率95。施工。施工时泥浆水面应高出地下水面时泥浆水面应高出地下水面lm以上，清孔后在水下浇灌混凝以上，清孔后在水下浇灌混凝土。常用桩径为土。常用桩径为800mm，1000mm，1200mm等。其最大优等。其最大优点是入土深，能进入岩层，刚度大，承载力高，桩身变形小，点是入土深，能进入岩层，刚度大，承载力高，桩身变形小，并可方便地进行水下施工。并可方便地进行水下施工。挖孔桩：挖孔桩：挖孔桩可采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边挖孔桩可采用人工或机械挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达所需深度后再进行扩孔、安装钢筋笼及浇灌混凝土支护，达所需深度后再进行扩孔、安装钢筋笼及浇灌混凝土而成。而成。挖孔桩一般内径应挖孔桩一般内径应800mm，开挖直径，开挖直径1000mm，护壁，护壁厚厚100mm。分节支护，每节高。分节支护，每节高500l000mm，可用混凝，可用混凝土预制块或砖砌筑，桩身长度宜限制在土预制块或砖砌筑，桩身长度宜限制在40m以内。以内。挖孔桩可直接观察地层情况，孔底易清除干净，设备简单，挖孔桩可直接观察地层情况，孔底易清除干净，设备简单，噪音小，场区内各桩可同时施工，且桩径大、适应性强，比噪音小，场区内各桩可同时施工，且桩径大、适应性强，比较经济。但由于挖孔时可能存在塌方、缺氧、有害气体、触较经济。但由于挖孔时可能存在塌方、缺氧、有害气体、触电等危险，易造成安全事故，因此应严格执行有关安全操作电等危险，易造成安全事故，因此应严格执行有关安全操作的规定。此外难以克制流砂现象。的规定。此外难以克制流砂现象。按桩的设置效应分类按桩的设置效应分类非挤土桩非挤土桩:成桩过程中对桩相邻土基本不产生挤土效成桩过程中对桩相邻土基本不产生挤土效应的桩应的桩,如钻（冲或挖）孔灌注桩及先钻孔后再打入的如钻（冲或挖）孔灌注桩及先钻孔后再打入的预制桩；预制桩；部分挤土桩部分挤土桩:对桩周土体稍有排挤，但土的强度和变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、预钻孔打入形性质变化不大。包括冲击成孔灌注桩、预钻孔打入式预制桩等。式预制桩等。挤土桩挤土桩:设置过程中使土的结构严重扰动破坏，对土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。闭的管桩、木桩以及沉管灌注桩等。按承台位置分类按承台位置分类高承台桩基高承台桩基承台底面位于地面以承台底面位于地面以上，且常处于水下，水平受力性能差，上，且常处于水下，水平受力性能差，但施工方便。可避免水下施工及节省但施工方便。可避免水下施工及节省基础材料，多用于桥梁及港口工程。基础材料，多用于桥梁及港口工程。低承台桩基低承台桩基承台底面位于地面以承台底面位于地面以下，其受力能好，具有较强的抵抗水下，其受力能好，具有较强的抵抗水平荷载的能力，施工不方便。平荷载的能力，施工不方便。高承台桩基示意图高承台桩基示意图按桩径大小分类：按桩径大小分类：小桩小桩(250mm)，中等直径桩，中等直径桩(250800mm)，大直径，大直径桩桩(800mm)按使用功能按使用功能分类：分类：受压桩、抗拔桩、横向受荷桩、锚桩受压桩、抗拔桩、横向受荷桩、锚桩 按截面形状按截面形状分类：分类：圆桩、方桩、多边形桩等圆桩、方桩、多边形桩等桩的质量检测桩的质量检测桩基础属于地下隐蔽工程，尤其是灌注桩，很容易出现缩桩基础属于地下隐蔽工程，尤其是灌注桩，很容易出现缩颈、夹泥、断桩或泥浆过厚等多种形态的质量缺陷，影响颈、夹泥、断桩或泥浆过厚等多种形态的质量缺陷，影响桩身结构完整性和单桩承载力，因此必须进行施工监督、桩身结构完整性和单桩承载力，因此必须进行施工监督、现场记录和质量检测，以保证质量，减少隐患。对于柱下现场记录和质量检测，以保证质量，减少隐患。对于柱下单桩或大直径灌注桩工程，保证桩身质量就更为重要。目单桩或大直径灌注桩工程，保证桩身质量就更为重要。目前有多种桩身结构完整性的检测技术，下列几种较为常用。前有多种桩身结构完整性的检测技术，下列几种较为常用。1开挖检查开挖检查只限于对所暴露的桩身进行观察检查。只限于对所暴露的桩身进行观察检查。2抽芯法抽芯法抽芯法可检测混凝土桩的桩长、桩身强度、桩底沉渣厚抽芯法可检测混凝土桩的桩长、桩身强度、桩底沉渣厚度和持力层岩土性状，可判断桩身完整性类别。在灌注桩度和持力层岩土性状，可判断桩身完整性类别。在灌注桩桩身内钻孔桩身内钻孔(直径直径100150mm)，取混凝土芯样进行观察和，取混凝土芯样进行观察和单轴抗压试验，了解混凝土有无离析、空洞、桩底沉渣和单轴抗压试验，了解混凝土有无离析、空洞、桩底沉渣和夹泥等桩身缺陷现象。有条件时也可采用钻孔电视直接观夹泥等桩身缺陷现象。有条件时也可采用钻孔电视直接观察孔壁孔底质量。察孔壁孔底质量。3声波透射法声波透射法声波透射法可检测桩身缺陷程度及位置，判定桩身完整声波透射法可检测桩身缺陷程度及位置，判定桩身完整性类别。预先在桩中埋人性类别。预先在桩中埋人34根根属管，利用超声波在不同属管，利用超声波在不同强度强度(或不同弹性模量或不同弹性模量)的混凝土中传播速度的变化来检测桩的混凝土中传播速度的变化来检测桩身质量试验时在其中一根管内放入发射器，而在其他管身质量试验时在其中一根管内放入发射器，而在其他管中放入接收器，通过测读并记录不同深度处声的传递时间中放入接收器，通过测读并记录不同深度处声的传递时间来分析判断桩身质量。来分析判断桩身质量。4动测法动测法包括锤击激振、机械阻抗、水电效应、共振等小应变动测，包括锤击激振、机械阻抗、水电效应、共振等小应变动测，PDA(打桩分析仪打桩分析仪)等大应变动测等大应变动测PIT(桩身结构完整性分析仪桩身结构完整性分析仪)等。对于等截面、质地较均匀的预制桩测试效果较可靠；等。对于等截面、质地较均匀的预制桩测试效果较可靠；而对于灌注桩的动测检验，目前已有相当多的实践经验，而对于灌注桩的动测检验，目前已有相当多的实践经验，具有一定的可靠性。具有一定的可靠性。(1)所有桩基均应进行承载能力极限状态计算，所有桩基均应进行承载能力极限状态计算，内容包括：内容包括：桩基的竖向桩基的竖向(抗压或抗拔抗压或抗拔)承载力和水平承载力计算，某承载力和水平承载力计算，某些条件下尚应考虑桩、土、承台相互作用产生的承载力些条件下尚应考虑桩、土、承台相互作用产生的承载力群桩效应；群桩效应；桩端平面以下软弱下卧层承载力验算；桩端平面以下软弱下卧层承载力验算；位于坡地、岸边的桩基整体稳定性验算；位于坡地、岸边的桩基整体稳定性验算；桩基抗震承桩基抗震承载力验算；载力验算；承台及桩身承载力计算承台及桩身承载力计算(包括对混凝土预制包括对混凝土预制桩吊运和锤击时的强度验算及软土或可液化土中细长桩桩吊运和锤击时的强度验算及软土或可液化土中细长桩的桩身压屈验算等的桩身压屈验算等)。(2)以下桩基尚应进行变形验算：以下桩基尚应进行变形验算：桩端持力层为软弱土桩端持力层为软弱土的一、二级建筑桩基以及桩端持力层为粘性土、粉土或的一、二级建筑桩基以及桩端持力层为粘性土、粉土或存在软弱下卧层的一级建筑桩基应验算沉降，并宜考虑存在软弱下卧层的一级建筑桩基应验算沉降，并宜考虑上部结构与桩基的相互作用；上部结构与桩基的相互作用；受水平荷载较大或对水受水平荷载较大或对水平变位要求严格的一级建筑桩基应验算水平变位。平变位要求严格的一级建筑桩基应验算水平变位。3)对不允许出现裂缝或需限制裂缝宽度的混凝土桩身和承对不允许出现裂缝或需限制裂缝宽度的混凝土桩身和承台还应进行抗裂或裂缝宽度验算。桩基承载能力极限状态台还应进行抗裂或裂缝宽度验算。桩基承载能力极限状态计算应采用荷载效应的基本组合和地震作用效应组合。沉计算应采用荷载效应的基本组合和地震作用效应组合。沉降验算应采用荷载效应的准永久组合降验算应采用荷载效应的准永久组合(原长期效应组合原长期效应组合)；水平变位、抗裂和裂缝宽度验算，应根据使用要求和裂缝水平变位、抗裂和裂缝宽度验算，应根据使用要求和裂缝控制等级分别采用荷载效应的标准组合控制等级分别采用荷载效应的标准组合(原短期效应组合原短期效应组合)。对软土、湿陷性黄土、季节性冻土和膨胀土、岩溶地区。对软土、湿陷性黄土、季节性冻土和膨胀土、岩溶地区以及坡地岸边上的桩基、抗震设防区桩基和可能出现负摩以及坡地岸边上的桩基、抗震设防区桩基和可能出现负摩阻力的桩基，均应根据各自不同的特殊条件，遵循相应的阻力的桩基，均应根据各自不同的特殊条件，遵循相应的设计原则。设计原则。桩基础的设计内容和步骤桩基础的设计内容和步骤桩基础的设计应力求选型恰当、经济合理、安全适用，桩基础的设计应力求选型恰当、经济合理、安全适用，对桩和承台有足够的强度、刚度和耐久性；对地基对桩和承台有足够的强度、刚度和耐久性；对地基(主主要是桩端持力层要是桩端持力层)有足够的承载力和不产生过量的变形，有足够的承载力和不产生过量的变形，其设计内容和步骤其设计内容和步骤(1)进行调查研究，场地勘察，收集有关资料；进行调查研究，场地勘察，收集有关资料；(2)综合勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构综合勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构条件等确定桩基持力层；条件等确定桩基持力层；(3)选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造；选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造；(4)确定单桩承载力设计值；确定单桩承载力设计值；(5)根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平面布置；面布置；(6)根据桩的平面布置，初步拟订承台的轮廓尺寸及承根据桩的平面布置，初步拟订承台的轮廓尺寸及承台底标高；台底标高；(7)验算作用于单桩上的竖向和横向荷载；验算作用于单桩上的竖向和横向荷载；(8)验算承台尺寸及结构强度；验算承台尺寸及结构强度；(9)必要时验算桩基整体承载力和沉降量，当持力层下必要时验算桩基整体承载力和沉降量，当持力层下有软弱下卧层时，验算软弱下卧层的地基承载力；有软弱下卧层时，验算软弱下卧层的地基承载力；(10)单桩设计，绘制桩和承台的结构及施工详图。单桩设计，绘制桩和承台的结构及施工详图。桩型、桩长和截面尺寸选择桩型、桩长和截面尺寸选择桩基设计时，首先应根据建筑物的结构类型、荷载桩基设计时，首先应根据建筑物的结构类型、荷载情况、地层条件、施工能力及环境限制噪音、振动等情况、地层条件、施工能力及环境限制噪音、振动等因素，选择预制桩或灌注桩的类别，桩的截面尺寸和因素，选择预制桩或灌注桩的类别，桩的截面尺寸和长度以及桩端持力层等。长度以及桩端持力层等。一般当土中存在大孤石、废金属以及花岗岩残积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，预制桩将难以穿越；当土层层中未风化的石英脉时，预制桩将难以穿越；当土层分布很不均匀时，混凝土预制桩的预制长度较难掌握；分布很不均匀时，混凝土预制桩的预制长度较难掌握；在场地土层分布比较均匀的条件下，采用质量易于保在场地土层分布比较均匀的条件下，采用质量易于保证的预应力高强混凝土管桩比较合理。证的预应力高强混凝土管桩比较合理。桩的长度主要取决于桩端持力层的选择，桩端进桩的长度主要取决于桩端持力层的选择，桩端进入持力层的深度：入持力层的深度：粘性土、粉土：不宜小于粘性土、粉土：不宜小于2d，砂类土：砂类土：不宜小于不宜小于1.5d，碎石类土碎石类土:不宜小于不宜小于1d。当存在软弱下卧层时当存在软弱下卧层时:桩端以下硬持力层厚度不宜桩端以下硬持力层厚度不宜小于小于4d，桩全长桩全长l=承台底至持力层顶厚度承台底至持力层顶厚度+桩沉入持力层深桩沉入持力层深度度+深入承台深度深入承台深度+桩尖长桩尖长8.2 8.2 竖向荷载作用下单桩受力性状竖向荷载作用下单桩受力性状桩的荷载传递机理桩的荷载传递机理桩在竖向荷载作用下，桩身材料会产生弹性压缩变桩在竖向荷载作用下，桩身材料会产生弹性压缩变形，桩和桩侧土之间产生相对位移，因而桩侧土对桩形，桩和桩侧土之间产生相对位移，因而桩侧土对桩身产生向上的桩侧摩阻力。如果桩侧摩阻力不足以抵身产生向上的桩侧摩阻力。如果桩侧摩阻力不足以抵抗竖向荷载，一部分竖向荷载会传递到桩底，桩底持抗竖向荷载，一部分竖向荷载会传递到桩底，桩底持力层也会产生压缩变形，桩底土也会对桩端产生阻力。力层也会产生压缩变形，桩底土也会对桩端产生阻力。通过桩侧摩阻力和桩端阻力，桩将荷载传给土体。通过桩侧摩阻力和桩端阻力，桩将荷载传给土体。桩的荷载传递的一般规律桩的荷载传递的一般规律桩在竖向荷载桩在竖向荷载Q作用下，侧阻与端阻的发挥程度与多种因素有关作用下，侧阻与端阻的发挥程度与多种因素有关并且侧阻与端阻也是相互影响的。应该注意的是桩侧阻力与桩端阻并且侧阻与端阻也是相互影响的。应该注意的是桩侧阻力与桩端阻力并非同时发挥，更不是同时达到极限。力并非同时发挥，更不是同时达到极限。一般来说侧阻端阻的发挥程度与桩土之间的相对位移情况有关，一般来说侧阻端阻的发挥程度与桩土之间的相对位移情况有关，并且桩侧阻力的发挥先于桩端阻力。有些试验资料表明侧阻充分发挥并且桩侧阻力的发挥先于桩端阻力。有些试验资料表明侧阻充分发挥所需要的桩土相对位移趋于定值，认为一般在粘性土中桩土相对位移所需要的桩土相对位移趋于定值，认为一般在粘性土中桩土相对位移约为约为46mm砂土中约为砂土中约为610mm时，桩侧阻充分发挥。也有的时，桩侧阻充分发挥。也有的学者根据现场试验研究取得的成果，认为土层的埋藏深度对侧阻的发学者根据现场试验研究取得的成果，认为土层的埋藏深度对侧阻的发挥有显著的影响，埋藏深度不同，充分发挥侧阻所需要的相对位移不挥有显著的影响，埋藏深度不同，充分发挥侧阻所需要的相对位移不同。另外，侧阻的发挥与桩径、土性及成桩方法等多种因素有关，其同。另外，侧阻的发挥与桩径、土性及成桩方法等多种因素有关，其性状还需要进一步研究。性状还需要进一步研究。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端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。端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。桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力负摩擦力负摩擦力:在正常情况下桩和周围土体之间的荷载传递情况，即在桩在正常情况下桩和周围土体之间的荷载传递情况，即在桩顶荷载作用下桩侧土相对于桩产生向上的位移，因而土对桩侧产生顶荷载作用下桩侧土相对于桩产生向上的位移，因而土对桩侧产生向上的摩擦力，构成了桩承载力的一部分，称之为正摩擦力。向上的摩擦力，构成了桩承载力的一部分，称之为正摩擦力。但有时会发生相反的情况，即桩周围的土体由于某原因发生下沉，但有时会发生相反的情况，即桩周围的土体由于某原因发生下沉，且变形量大于相应深度处桩的下沉量，即桩侧土相对于桩产生向下的且变形量大于相应深度处桩的下沉量，即桩侧土相对于桩产生向下的位移，土体对桩产生向下的摩擦力，这种摩擦力称为负摩擦力。通常，位移，土体对桩产生向下的摩擦力，这种摩擦力称为负摩擦力。通常，在下列情况下应考虑桩侧负摩擦力作用：在下列情况下应考虑桩侧负摩擦力作用：(1)在软土地区，大范围地下水位下降，使土中有效应力增加，导致在软土地区，大范围地下水位下降，使土中有效应力增加，导致桩侧土层沉降；桩侧土层沉降；(2)桩侧有大面积地面堆载使桩侧土层压缩；桩侧有大面积地面堆载使桩侧土层压缩；(3)桩侧有较厚的欠固结土或新填土，这些土层在自重下沉降；桩侧有较厚的欠固结土或新填土，这些土层在自重下沉降；(4)在自重湿陷性黄土地区，由于浸水而引起桩侧土的湿陷；在自重湿陷性黄土地区，由于浸水而引起桩侧土的湿陷；(5)在冻土地区，由于温度升高而引起桩侧土的融陷。在冻土地区，由于温度升高而引起桩侧土的融陷。必须指出，在桩侧引起负摩擦力的条件是，桩周围的土体必须指出，在桩侧引起负摩擦力的条件是，桩周围的土体下沉必须大于桩的沉降，否则可不考虑负摩擦力的问题。下沉必须大于桩的沉降，否则可不考虑负摩擦力的问题。负摩擦力对桩是一种不利因素。负摩擦力相当于在桩负摩擦力对桩是一种不利因素。负摩擦力相当于在桩上施加了附加的下拉荷载，它的存在降低了桩的承载力，上施加了附加的下拉荷载，它的存在降低了桩的承载力，并可导致桩发生过量的沉降。工程中，因负摩擦力引起的并可导致桩发生过量的沉降。工程中，因负摩擦力引起的不均匀沉降造成建筑物开裂、倾斜或因沉降过大而影响使不均匀沉降造成建筑物开裂、倾斜或因沉降过大而影响使用的现象屡有发生，不得不花费大量资金进行加固，有的用的现象屡有发生，不得不花费大量资金进行加固，有的甚至因无法使用而拆除。所以，在可能发牛负摩擦力的情甚至因无法使用而拆除。所以，在可能发牛负摩擦力的情况下，设计时应考虑其对桩基承载力和沉降的影响。况下，设计时应考虑其对桩基承载力和沉降的影响。8.3 8.3 桩基竖向承载力计算桩基竖向承载力计算 建筑桩基规范建筑桩基规范规定，建筑桩基采用以概率理论为基规定，建筑桩基采用以概率理论为基础的以基本变量标准值和分项系数的实用极限状态设计础的以基本变量标准值和分项系数的实用极限状态设计表达式计算，且桩基的极限状态分为两类：表达式计算，且桩基的极限状态分为两类：(1)承载能力极限状态：对应于桩基达到最大承载能力承载能力极限状态：对应于桩基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；(2)正常使用极限状态：对应于桩基达到建筑物正常使正常使用极限状态：对应于桩基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值。用所规定的变形限值或达到耐久性要求的某项限值。根据建筑物因桩基损坏所造成的后果的严重性根据建筑物因桩基损坏所造成的后果的严重性(危及人的危及人的生命、造成经济损失、产生社会影响等生命、造成经济损失、产生社会影响等)，将建筑桩基分，将建筑桩基分为三个安全等级为三个安全等级(见下表见下表)。安全等级安全等级破坏后果破坏后果建建筑筑物物类类型型一级一级很严重很严重重要的工业与民用建筑物；重要的工业与民用建筑物；对桩基变形有特殊要求的工业建筑物对桩基变形有特殊要求的工业建筑物二级二级严重严重一般的工业与民用建筑物一般的工业与民用建筑物三级三级不严重不严重次要的建筑物次要的建筑物单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定单桩承载力是指单桩在外荷载作用下，不丧失稳定性、不产生过大变单桩承载力是指单桩在外荷载作用下，不丧失稳定性、不产生过大变形时的承载能力：形时的承载能力：确定单桩承载力是桩基设计的最基本内容。确定单桩承载力是桩基设计的最基本内容。单桩在竖单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载，称最大荷载，称单桩竖向极限承载力。单桩竖向极限承载力。在设计时，不应使桩在极限状态下在设计时，不应使桩在极限状态下工作，必须有一定的安全储备。工作，必须有一定的安全储备。在竖向荷载作用下，无论受压还是受拉，桩丧失承载能力一般表现为两在竖向荷载作用下，无论受压还是受拉，桩丧失承载能力一般表现为两种形式：种形式：桩周土岩的阻力不足，桩发生急剧且量大的竖向位移；或者桩周土岩的阻力不足，桩发生急剧且量大的竖向位移；或者虽然位移不急剧增加，但因位移量过大而不适于继续承载；虽然位移不急剧增加，但因位移量过大而不适于继续承载；桩身材料桩身材料的强度不够，桩身被压坏或拉坏。的强度不够，桩身被压坏或拉坏。因此，桩的竖向承载力应分别根据桩因此，桩的竖向承载力应分别根据桩周土岩的阻力和桩身强度确定，采用其中的较小者。周土岩的阻力和桩身强度确定，采用其中的较小者。一般来说，竖向受一般来说，竖向受压的摩擦桩的承载力决定于土的阻力，材料强度往往不能充分发挥，只压的摩擦桩的承载力决定于土的阻力，材料强度往往不能充分发挥，只有对端承桩、超长桩以及桩身质量有缺陷的桩，桩身材料强度才起控制有对端承桩、超长桩以及桩身质量有缺陷的桩，桩身材料强度才起控制作用。作用。单桩竖向承载力包括单桩竖向承载力包括桩身强度的承载力和地基土对桩的支承力。桩身强度的承载力和地基土对桩的支承力。他们分别是由不同途径确定，前者由结构计算确定，后者一般由他们分别是由不同途径确定，前者由结构计算确定，后者一般由单桩载荷试验试验确定。单桩载荷试验试验确定。按载荷试验按载荷试验P-SP-S线确定地基承载力线确定地基承载力1 1、承载力特征值的确定、承载力特征值的确定(1)(1)有明显的比例界限时：取有明显的比例界限时：取P P1 1(2)P(2)Pu u2.0 P2.0 P1 1时：取时：取1/2 1/2 P Pu u(3)(3)无明显曲线段，承压板面积无明显曲线段，承压板面积0.25-0.50.25-0.5m m2 2时时:低压缩性土：低压缩性土：s/b=0.01-0.015s/b=0.01-0.015 高压缩性土：高压缩性土：s/b=0.02s/b=0.022 2、原则：原则：同一层土，宜选取同一层土，宜选取3 3个以上试验点，当个以上试验点，当3 3个试验点所得的承载力个试验点所得的承载力特征值的极差不超过其平均值的特征值的极差不超过其平均值的30%30%时，取平均值作为该土层的承时，取平均值作为该土层的承载力特征值载力特征值f fakak。1、按材料强度确定、按材料强度确定桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求，计桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求，计算中应按桩的类型算中应按桩的类型和成桩工艺的不同将混凝土的轴心抗压强度设计值乘以工作条件系和成桩工艺的不同将混凝土的轴心抗压强度设计值乘以工作条件系数数c c，桩身强度应符合下式要求：桩身强度应符合下式要求：桩轴心受压时桩轴心受压时 NApfcc+0.9fy,As,当桩身配筋不符合上述规定时当桩身配筋不符合上述规定时NApfcc式中式中fc-混凝土轴心抗压强度设计值；按现行混凝土轴心抗压强度设计值；按现行取值；取值；N-相应于荷载效应相应于荷载效应基本组合基本组合时的单桩竖向力时的单桩竖向力设计值设计值；Ap-桩身横截面积；桩身横截面积；c-工作条件系数，预制桩取工作条件系数，预制桩取0.75，灌注桩取，灌注桩取0.6-0.7(水下灌注桩或水下灌注桩或长桩时用低值长桩时用低值)。2、按单桩竖向抗压静载试验法确定按单桩竖向抗压静载试验法确定静载荷试验是评价单桩承载力最为直观和可靠的方法，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，也计人了桩身材料其除了考虑到地基土的支承能力外，也计人了桩身材料强度对于承载力的影响。对于一级建筑物，必须通过静强度对于承载力的影响。对于一级建筑物，必须通过静载荷试验。在同一条件下的试桩数量，不宜少于总数的载荷试验。在同一条件下的试桩数量，不宜少于总数的1 1，并不应少于，并不应少于3 3根。当桩端持力层为密实砂卵石或其他根。当桩端持力层为密实砂卵石或其他承载力类似的土层时，单桩承载力很高的大直径端承桩，承载力类似的土层时，单桩承载力很高的大直径端承桩，可采用深层平板荷载试验确定桩端土的承载力。可采用深层平板荷载试验确定桩端土的承载力。对于预制桩，由于打桩时土中产生的孔隙水压力有待对于预制桩，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，消散，土体因打桩扰动而降低的强度随时间逐渐恢复，因此，为了使试验能真实反映桩的承载力，要求在桩身因此，为了使试验能真实反映桩的承载力，要求在桩身强度满足设计要求的前提下，砂类土间歇时间不少于强度满足设计要求的前提下，砂类土间歇时间不少于10 10 d d；粉土和粘性土不少于；粉土和粘性土不少于15d15d；饱和粘性土不少于；饱和粘性土不少于25d25d。3、按土的抗剪强度指标确定、按土的抗剪强度指标确定(略)4、按静力触探法确定、按静力触探法确定静力触探是将圆锥形的金属探头，以静力方式按一定的速率均匀静力触探是将圆锥形的金属探头，以静力方式按一定的速率均匀压人土中。借助探头的传感器测出探头侧阻及端阻。探头由浅入深压人土中。借助探头的传感器测出探头侧阻及端阻。探头由浅入深测出各种土层的这些参数后，即可算出单桩承载力。根据探头构造的测出各种土层的这些参数后，即可算出单桩承载力。根据探头构造的不同，又可分为单桥探头和双桥探头两种。不同，又可分为单桥探头和双桥探头两种。静力触探与桩的静载荷试验虽有很大区别，但与桩打人土中的过静力触探与桩的静载荷试验虽有很大区别，但与桩打人土中的过程基本相似，所以可把静力触探近似看成是小尺寸打入桩的现场模拟程基本相似，所以可把静力触探近似看成是小尺寸打入桩的现场模拟试验，且由于其设备简单，自动化程度高等优点，被认为是一种很有试验，且由于其设备简单，自动化程度高等优点，被认为是一种很有发展前途的确定单桩承载力的方法，国外应用极广。我国自发展前途的确定单桩承载力的方法，国外应用极广。我国自1975年以年以来，已进行了大量研究，积累了丰富的静力触探与单桩竖向静载荷试来，已进行了大量研究，积累了丰富的静力触探与单桩竖向静载荷试验的对比资料，提出了不少反映地区经验的计算单桩竖向极限承载力验的对比资料，提出了不少反映地区经验的计算单桩竖向极限承载力标准值的公式。标准值的公式。5、按经验公式法确定、按经验公式法确定利用经验公式确定单桩承载力的方法是一种沿用多年利用经验公式确定单桩承载力的方法是一种沿用多年的传统方法，广泛适用于各种桩型，尤其是预制桩积累的传统方法，广泛适用于各种桩型，尤其是预制桩积累的经验颇为丰富。所用的承载力参数是根据它们与土性的经验颇为丰富。所用的承载力参数是根据它们与土性指标之间的换算关系在利用当地的静载试验资料进行统指标之间的换算关系在利用当地的静载试验资料进行统计分析的基础上，通过必要的对比分析和调整后得出的。计分析的基础上，通过必要的对比分析和调整后得出的。建筑桩基规范建筑桩基规范针对不同的常用桩型，推荐了下述不针对不同的常用桩型，推荐了下述不同的估算表达式。同的估算表达式。1）、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预制桩和直径对预制桩和直径d800mm的灌注桩，单桩竖向极限的灌注桩，单桩竖向极限承载力标准值可按下式计算承载力标准值可按下式计算qsik-桩侧第桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，若无当地经验时层土的极限侧阻力标准值，若无当地经验时，可按，可按表表8-7取值；取值；qpk-极限端阻力标准值；若无当地经验时极限端阻力标准值；若无当地经验时，可按表，可按表8-8取值取值；Ap-桩底端横截面面积；桩底端横截面面积；u-桩身周边长度；桩身周边长度；li-第第i层岩土层的厚度。层岩土层的厚度。2）、大直径桩灌注桩）、大直径桩灌注桩对于桩径大于等于对于桩径大于等于800mm的大直径桩，其侧阻及端阻要考虑尺寸效应。的大直径桩，其侧阻及端阻要考虑尺寸效应。侧阻的尺寸效应主要发生在砂、碎石类土中，这是因为大直径桩一般为侧阻的尺寸效应主要发生在砂、碎石类土中，这是因为大直径桩一般为钻、挖、冲孔灌注桩，在无粘性土中的成孔过程中将会出现孔壁土的松钻、挖、冲孔灌注桩，在无粘性土中的成孔过程中将会出现孔壁土的松弛效应，从而导致侧阻力降低。孔径越大，降幅越大。大直径桩的极限弛效应，从而导致侧阻力降低。孔径越大，降幅越大。大直径桩的极限端阻力也存在着随桩径增大而呈双曲线关系下降的现象。上述现象表明，端阻力也存在着随桩径增大而呈双曲线关系下降的现象。上述现象表明，在计算大直径桩的竖向受压承载力时，应考虑尺寸效应的影响。根据现在计算大直径桩的竖向受压承载力时，应考虑尺寸效应的影响。根据现有研究成果，大直径桩的有研究成果，大直径桩的Quk可按下式计算可按下式计算式中式中qsik桩侧第桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，层土的极限侧阻力标准值，若无当地经验时若无当地经验时，可按，可按表表8-7取值；取值；qpk桩径桩径d=800mm时的极限端阻力标准值，可采用深层载荷板试验时的极限端阻力标准值，可采用深层载荷板试验确定；也可采用当地经验值或按表确定；也可采用当地经验值或按表8-8取值；取值；分别为大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数，分别为大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数，按表按表8-9取值。取值。3）、嵌岩桩）、嵌岩桩这里所说的嵌岩桩是指下端嵌入中等风化、微风化或这里所说的嵌岩桩是指下端嵌入中等风化、微风化或新鲜基岩中的桩。对于桩端置于强风化岩中的嵌岩桩，其新鲜基岩中的桩。对于桩端置于强风化岩中的嵌岩桩，其承载力的确定可根据岩体的风化程度按砂土、碎石类土取承载力的确定可根据岩体的风化程度按砂土、碎石类土取值。值。过去对这类桩都是按纯端承桩计算承载力，经过近十多过去对这类桩都是按纯端承桩计算承载力，经过近十多年的模型与原型试验研究表明，一般情况下，嵌岩桩只要年的模型与原型试验研究表明，一般情况下，嵌岩桩只要不是很短，上覆土层的侧阻力能部分发挥作用。另外，嵌不是很短，上覆土层的侧阻力能部分发挥作用。另外，嵌岩深度内也有侧阻力作用，因而传递到桩端的应力随嵌岩岩深度内也有侧阻力作用，因而传递到桩端的应力随嵌岩深度增大而递减，当嵌岩深度达到深度增大而递减，当嵌岩深度达到5倍桩径时，传递到桩端倍桩径时，传递到桩端的应力已按近于零。这说明，桩端嵌岩深度一般不必过大，的应力已按近于零。这说明，桩端嵌岩深度一般不必过大，超过某一界限并无助于提高竖向承载力。超过某一界限并无助于提高竖向承载力。嵌岩桩单桩极限承载力标准值由桩周土总极限侧阻力、嵌岩桩单桩极限承载力标准值由桩周土总极限侧阻力、嵌岩段总极限侧阻力和总极限端阻力三部分组成，并嵌岩段总极限侧阻力和总极限端阻力三部分组成，并可按式（可按式（8-28）计算）计算4）、钢管桩）、钢管桩5）、混凝土空心桩）、混凝土空心桩6）、后注浆灌注桩）、后注浆灌注桩单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值作用于桩顶的竖向荷载主要由桩侧和桩端土体承担，而作