桩基础复习

桩Pile：指垂直或者稍倾斜布置于地基中，其断面相对其长度较小的杆状构件。

桩的功能：通过杆件的侧壁摩阻力和端阻力将上部结构的荷载传递到深处的地基上。 优点

1. 将荷载传递到下部好土层,承载力高 2. 沉降量小

3. 抗震性能好,穿过液化层

4. 承受抗拔(抗滑桩)及横向力(如风载荷) 5. 与其他深基础比较,施工造价低 缺点:

1. 比浅基础造价高

2. 施工环境影响:预制桩施工噪音, 钻孔灌注桩的泥浆 3. 有地下室时,有一定干扰,深基坑中做桩

适用条件

(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； (5)重型工业厂房，如仓库、料仓等； (6)软弱地基上的各类永久性建筑物；

(7)作用有较大水平力和力矩的高耸结构物的基础，如烟囱、水塔等。

桩基设计原则

1. 桩基的极限状态分为两类 (1)承载能力极限状态：桩基达到最大承载能力、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：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。

2. 桩基设计应按变形控制，应满足下列基本条件

? 单桩承受的竖向荷载不宜超过单桩竖向承载力特征值； ? 桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值； ? 对位于坡地岸边的桩基应进行桩基稳定性验算。

1 按荷载传递方式分类

竖直荷载：摩擦桩、端承桩(嵌岩桩)、摩擦端承桩、端承摩擦桩 Q = Qp+Qs

摩擦桩 主要由桩侧壁与土的摩擦力承受极限荷载，桩长且深 端承桩 主要由桩端承受极限荷载,桩不长,桩端土坚硬 2 施工方法—沉桩方法 预制桩 现场灌注桩

3 按材料 木桩、混凝土、钢筋混凝土、钢管(型钢)桩、复合桩 4 按承台 （承台:将几个桩结合起来传递荷载）

高承台桩 承台在地面以上,桥桩,码头,栈桥

低承台桩 承台在地面以下, 承台本身承担部分荷载

5 按桩的设置效应分类 1.非挤土桩的成桩效应

由于孔壁侧向应力解除，桩周土出现侧向松弛变形而产生松弛效应，导致桩周土体强

度削弱，桩侧阻力降低。 2.部分挤土桩 3.挤土桩的成桩效应

? 非饱和土由于挤压而增密；

? 饱和粘性土由于挤密而产生超孔隙水压力，土体产生横向 位移和竖向隆起，对临近的桩或建筑物造成重大影响；

(松散的无粘性土挤密效果最佳，密实或饱和粘性土的挤密效果较小)

桩的荷载传递

单桩轴向荷载的传递机理:桩基础的作用是将荷载传递到下部土层，通过桩与桩周土的相互作用获取承载力

对于以摩擦为主的桩：

? 摩阻力所需位移很小 ? 端阻力需要较大位移; ? 不同阶段二者分担比不同 桩的竖向承载力发挥的特点

? 随着荷载增加，桩身上部侧阻力先于下部侧阻力的发挥

? 一般摩擦桩，侧阻力先于端阻力发挥，侧阻发挥的比例明显高于端阻 ? 对于长桩，即使桩端土很好，工作荷载下端阻力也很难发挥。 单位侧摩阻力qs的分布

Nz??zupdz?(Nz?dNz) ?z??1dNzdz d?z??Nz

updzApEp截面位移，摩擦力分布，轴力分布（图示见课本P120） 桩侧摩阻力?u?cu??xtan?

?x?Ks??z

摩阻力的时效性 超静孔隙水压力消散,土的触变性

打入预制桩,挤土使qs增加 ①挤密 ②残余应力 钻孔预制桩,使qs减少 ①泥皮 ②应力松弛

③ 水泥浆渗入土中使表面粗糙，增加侧摩阻力

?BN??cNc?qNq桩的端承力 qpu?2

(1)很难达到整体破坏 (2)端承力与深度有关 (3)存在临界深度

单桩的破坏模式

1 屈曲破坏 2 整体剪切破坏 3 刺入破坏

产生负摩擦的条件和原因 (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、冻土融陷

负摩擦力的确定：荷载下部为岩石的端承桩,可能全桩为负摩阻力。 中性点深度比 ln/l0

单桩负摩阻力标准值的计算 软土：qni?cu?

单桩竖向极限承载力：Qu?Qsu?Qbu

quN 砂土：qni?i?3 25?tan? Qsu??u?c??xtan??c?ks?v** Qpu?qpu??ccNc??q?hNq单桩竖向承载力特征值：Ra?QuQsuQbu ??KKsKp确定单桩竖直向承载力特征值的方法:

1 静载荷试验

2 按土的抗剪强度指标确定 3 静力触探 4 经验公式

5 确定单桩竖向承载力特征值的规范经验公式

群桩与群桩效应

作用：1 加强土，2 将荷载传递到更深土层中

群桩中的基桩受力时的承载力和沉降性状与相同地质条件和设置方法的单桩有着显著差别，这种现象称为群桩效应。

应力叠加 桩底应力增加,侧阻发挥程度降低，端阻发挥程度提高;总的沉降增加 1 端承型群桩基础

端承型群桩基础中各根基桩的工作性状接近于独立单桩，群桩基础承载力等于各基桩承载力之和

2 摩擦型群桩基础

（1）承台底面脱地的情况

当S

承台底面土体分担荷载，桩端贯入持力层促使群桩整体下沉才能实现，群桩向下位

移越大，承台底土反力越大

(在动力荷载下(铁路桥梁);负摩擦力(地面下沉);端承桩情况下不考虑承台承载力) 1 预制桩沉桩 砂土,非饱和土和一般粘性土,填土有挤密作用,使承载力增加 饱和粘土,超静孔压积累,地面上浮,先入桩上 浮,土层扰动,使承载力降低 2 应力叠加 桩底应力增加,使承载力不足;总的沉降增加

3 桩之间互相调节 个别桩承载力低总体上可互补;个别桩受荷,其他桩帮助传递荷载

4 承台可部分承受荷载

减沉桩基

减沉桩（摩擦桩）设置在基础下，数量少，间距大，不仅能弥补承载力的不足，而且还能非常显著的减少建筑物的沉降量。当承台产生一定沉降时，桩基就充分发挥作用并进入极限承载状态，同时承台也分担相当大的荷载。

竖向荷载作用下的单桩沉降由三部分组成：

? 桩身弹性压缩引起的桩顶沉降；

? 桩侧阻力引起的桩周土体中的附加应力扩散，致使桩端 下土体压缩而产生的桩端沉降；

? 桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。

(理解)

当考虑桩侧负摩阻力，验算基桩竖向承载力设计值R时，对于摩擦型基桩取桩身计算中性点已上侧阻力为零，按下式验算基桩承载力：

Nk?Ra

对于端承型基桩除应满足上式要求外，尚应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载Qng，按下式验算基桩承载力：

nNk?Qg?Ra