《建筑桩基技术规范》2008版本_讲解.ppt.ppt

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1、建筑桩基技术规范2008版本 讲解（下）,第五章 桩基计算,5-1 桩顶作用效应计算 5-2 桩基竖向承载力计算 5-3 基桩竖向承载力取值 5-4 设计中考虑承台效应按复合桩基设计的条件 5-5 桩土共同作用承台效应 5-6 单桩竖向极限承载力,5-7 后注浆灌注桩承载力 5-8 软弱下卧层验算 5-9 负摩阻力 5-10 抗拔桩承载力和裂缝控制验算 5-11 等效作用分层总和法沉降计算桩距小于和等于6d的群桩 5-12 单桩、单排桩、疏桩基础沉降计算 5-13 软土地区减沉复合疏桩基础设计 5-14 桩基水平承载力（不讲）,5-15 桩身受压承载力计算 5-16 承台计算,5-1 桩顶作用

2、效应计算,对于一般建筑物和受水平力（包括力矩和水平剪力）较小的高层建筑群桩基础，按下列公式计算柱、墙、核心筒群桩中基桩或复合基桩的桩顶作用效应。 1) 考虑竖向力的设计状况 轴心竖向力作用下,偏心竖向力作用下 式中 Fk荷载效应标准组合下，作用于承台顶面的竖向力； Gk桩基承台和承台上土自重标准值，对稳定的地下水位以下部分应扣除水的浮力； Nk荷载效应标准组合轴心竖向力下，基桩或复合基桩的平均竖向力；,Nik荷载效应标准组合轴心竖向力下，第i基桩或复合基桩的竖向力； Mxk 、Myk荷载效应标准组合下，作用于承台底面，绕通过群桩形心的x、y主轴的力矩xi、xj、yi、yj第i、j基桩或复合基桩

3、至y、x轴的距离； n桩基中的桩数。,必须注意，上述桩顶作用效应的计算结果，只适用于根据基桩的承载力特征值计算桩数；如果用于验算桩身承载力，桩顶作用的形式不变，但所有的荷载均对应于荷载效应基本组合，计算得到的基桩竖向力均为设计值。,5-2 桩基竖向承载力计算,桩基竖向承载力就是群桩基础的承载力，在不考虑群桩效应的条件下，基桩或复合基桩的平均竖向力与基桩或复合基桩的承载力特征值的关系必须满足下列设计表达式： （1）荷载效应标准组合 轴心竖向力作用下,偏心竖向力作用下，除满足上式外，尚应满足下式要求： （2）地震作用效应和荷载效应标准组合 轴心竖向力作用下,偏心竖向力作用下，除满足上式外，尚应满足

4、下式要求： 式中 Nk荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩或复合基桩的平均竖向力； Nkmax荷载效应标准组合偏心竖向力下，桩顶最大竖向力； R基桩或复合基桩竖向承载力特征值。,5-3 基桩竖向承载力取值,建筑桩基技术规范规定，单桩竖向承载力特征值应由下式确定： 式中 Quk单桩极限承载力标准值； K安全系数，取K2；,建筑地基基础设计规范规定，初步设计时单桩竖向承载力特征值可按下式估算： 式中 Ra单桩竖向承载力特征值； qpa、qsia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； Ap桩底端横截面面积； up桩身周边长度； li第i层岩土厚度。,比较的结论,1） 单桩承载

5、力的特征值，就是取安全系数为2的单桩容许承载力； 2） 按照建筑桩基技术规范的术语和符号规定，对单桩的端阻力和侧阻力，只定义力单桩极限端阻力标准值和单桩极限侧阻力标准值，不定义桩端阻力和桩侧阻力的特征值；,3） 建筑地基基础设计规范在其术语和符号的规定中没有定义桩端阻力和桩侧阻力的特征值的条文，但规定了桩端阻力和桩侧阻力特征值是由静载荷试验结果统计分析得到的； 5） 根据建筑地基基础设计规范附录Q中的规定：“将单桩极限承载力除以安全系数2，为单桩竖向承载力特征值Ra”；,6） 由此可见，建筑地基基础设计规范实际上规定了桩端阻力特征值、桩侧阻力的特征值与桩的极限端阻力标准值及桩的极限侧阻力标准值

6、之间存在下列的关系： ? ?,7)建筑地基基础设计规范的桩基设计方法是建立在桩端阻力和桩侧阻力同步发挥假定的基础上，而这个假定已为桩的荷载传递机理的研究所否定。,单桩竖向静载荷试验不仅可以测定单桩在荷载作用下的桩顶变形性状曲线，还可以测定桩的轴向力随深度的变化，根据试验结果能进行单桩荷载传递的分析、单桩破坏机理的分析和单桩承载力的分析。,桩的荷载传递机理,地基土对桩的支承作用 不同荷载下轴力沿深度的变化 单桩荷载传递的基本规律 超长桩的试验,地基土对桩的支承作用,地基土对桩的支承由两部分组成：桩端阻力和桩侧摩阻力。 如果认为两者是同步增大的，那么对任何的荷载阶段，这个表达式都是正确的：,而实际

7、上，桩侧摩阻力和桩端阻力不是同步发挥的。 竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力并通过它向土中扩散的过程 。,对10根桩长为2746m的大直径灌注桩的荷载传递性能的足尺试验结果。试验表明，桩侧发挥极限摩阻力所需要的位移很小，粘性土为13mm，无粘性土为57mm；除两根支承于岩石的桩外，其余各桩（桩端持力层为卵石、砾石、粗砂或残积粉质粘土）在设计工作荷载下，端承力都小于桩顶荷载的10。,最近的试验资料 哈大线高速铁路鞍辽特大桥桩径1m，桩长43m 单桩荷载传递试验结果： 达到极限

8、承载力9600kN时，极限桩端阻力2400kN，占25% 工作荷载时，容许承载力4800kN，端阻力400kN，占8.5% 端阻力的安全系数为,不同荷载下轴力沿深度的变化,单桩荷载传递的基本规律,基础的功能在于把荷载传递给地基土。作为桩基主要传力构件的桩是一种细长的杆件，它与土的界面主要为侧表面，底面只占桩与土的接触总面积的很小部分（ 一般低于1%），这就意味着桩侧界面是桩向土传递荷载的重要的，甚至是主要的途径。,竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力并通过它向土中扩散的过程

9、。 设桩身轴力为Q，桩身轴力是桩顶荷载N与深度Z的函数，Qf（N、Z）,桩身轴力沿深度分布的实测资料,桩身轴力Q 沿着深度而逐渐减小；在桩端处Q 则与桩底土反力Qp相平衡，同时桩端持力层土在桩底土反力Qp作用下产生压缩，使桩身下沉，桩与桩间土的相对位移又使摩阻力进一步发挥。随着桩顶荷载N 的逐级增加，对于每级荷载，上述过程周而复始地进行，直至变形稳定为止，于是荷载传递过程结束。,由于桩身压缩量的累积，上部桩身的位移总是大于下部，因此上部的摩阻力总是先于下部发挥出来；桩侧摩阻力达到极限之后就保持不变；随着荷载的增加，下部桩侧摩阻力被逐渐调动出来，直至整个桩身的摩阻力全部达到极限，继续增加的荷载就

10、完全由桩端持力层土承受；当桩底荷载达到桩端持力层土的极限承载力时，桩便发生急剧的、不停滞的下沉而破坏。,桩的长径比L/d是影响荷载传递的主要因素之一，随着长径比L/d增大，桩端土的性质对承载力的影响减小，当长径比L/d接近100时，桩端土性质的影响几乎等于零。 发现这一现象的重要意义在于纠正了“桩越长，承载力越高”的片面认识。希望通过加大桩长，将桩端支承在很深的硬土层上以获得高的端阻力的方法是很不经济的，增加了工程造价但并不能提高很多的承载力。,桩越长，端阻力所占的比例越低,工作状态的安全度,如果要用安全系数来表示的话，桩端阻力的安全系数Kb必然大于2，而桩侧摩阻力的安全系数Kf则必然小于2。

11、,桩端、桩侧的不同安全系数,1984年，同济大学洪毓康教授根据17根桩长为862m的试桩资料和5根模型桩的试验结果，通过分析研究，提出了“考虑到桩侧摩阻力和桩尖抵抗力发挥的过程不同，在确定桩的轴向容许承载力时，应该采用两个承载力安全系数Kb与Kf的结论”并给出了桩端阻力和桩侧摩阻力取用不同安全系数的建议如表所示。,超长桩的试验,90年代末，陕西省建筑科学研究院等单位在陕西信息大厦进行了超长桩的试验研究，陕西信息大厦地上51层，总高度191m，地下3层，深17.6m，基础采用桩筏基础，桩为泥浆护壁钻孔灌注桩，直径1.0m。,场地内第四系土层厚度700800m，勘探深度150m，在地面下30m范围

12、内为黄土和古土壤，在30m至54m范围内为可塑状态的粉质粘土，在54m以下为含钙质结核的硬塑粉质粘土层。试桩直径1.0m，桩长82.2m，进行了单桩竖向承载力及桩身荷载传递机理的测试与研究，还作了压浆前后的承载性状的对比试验研究。,研究成果不仅对黄土地区的桩基础设计有指导的意义，而且对其他地区的桩也有参考作用。实测荷载传递资料表明，黄土地区的超长桩没有测到桩端阻力，在桩长6070m处桩身轴力已经趋于零，说明在这个深度以下的桩侧阻力也得不到发挥；在压浆以后，由于提高了浅层土的侧摩阻力，轴力为零的深度明显减小。,基桩竖向承载力特征值,不考虑承台效应：端承型桩基、桩数少于4根的摩擦型桩基、土性特殊、

13、使用条件等因素不宜考虑承台效应时：,考虑承台效应,不考虑地震作用 考虑地震作用,群桩效应设计方法退出规范,群桩效应及其工程意义 建筑桩基技术规范考虑群桩效应的设计方法的定量依据是群桩试验的结果。 规范方法过于复杂，与桩基设计的误差水平不一致。 具体计算方法退出规范不等于群桩效应不存在。,群桩效应的工程意义,1. 桩的平面布置对于单桩承载力发挥的作用，桩的中心距的影响； 2. 载荷试验的沉降在什么条件下才具有工程意义？ 3. 有没有变形控制的单桩承载力？,群桩在竖向荷载作用下，由于承台、桩、土之间相互影响和共同作用，群桩的工作性状趋于复杂，桩群中任一根桩即基桩的工作性状都不同于孤立的单桩，群桩承

14、载力将不等于各单桩承载力之和，群桩沉降也明显地大于单桩，这种现象就是群桩效应。群桩效应可用群桩效率系数和沉降比表示。,群桩效率和沉降比,由端承桩组成的群桩，通过承台分配到各桩桩顶的荷载，其大部或全部由桩身直接传递到桩端。因而通过承台土反力、桩侧摩阻力传递到土层中的应力较小，桩群中各桩之间以及承台、桩、土之间的相互影响较小，其工作性状与独立单桩相近。因而端承型群桩的承载力可近似取为各单桩承载力之和，即群桩效率和沉降比 可近似取为1。,由摩擦桩组成的群桩，桩顶荷载主要通过桩侧摩阻力传递到桩周和桩端土层中，在桩端平面处产生应力重叠。承台土反力也传递到承台以下一定范围内的土层中，从而使桩侧阻力和桩端阻

15、力受到干扰。就一般情况而言，在常规桩距（34d）下，粘性土中的群桩，随着桩数的增加，群桩效率明显下降，且1；而沉降比则除了端承桩 =1外，均为 1；同时承台下土反力分担上部荷载可使群桩承载力增加。,桩基设计方法变化的概括,新版规范有4个变化： 群桩效应退出 承台效应有条件地保留 荷载设计值标准值 分项系数改为安全系数,5-4 设计中考虑承台效应按复合桩基设计的条件,1.上部结构整体刚度较好、体型简单的建（构）筑物； 2.对差异沉降适应性较强的排架结构和柔性构筑物； 3.按变刚度调平原则设计的桩基刚度相对弱化区； 4.软土地基的减沉复合疏桩基础。,5-5 桩土共同作用承台效应,1. 桩距越大，承

16、台下土反力越大； 2. 承台分担荷载比随承台宽度与桩长之比增大而增大。 3. 承台分担荷载比随桩数增加而降低； 4. 承台分担荷载比随荷载的变化，一种是趋于稳定，另一种是持续增大。,1. 桩距越大，承台下土反力越大； 桩周土受桩侧剪应力作用而产生的竖向位移为： 位移随桩侧剪应力及桩径的增大而增大，随桩中心距增大而呈自然对数关系减小。当中心距达到nd时，位移为零。,2. 承台分担荷载比随承台宽度与桩长之比增大而增大。,3. 承台分担荷载比随桩数增加而降低；,4. 承台分担荷载比随荷载的变化，一种是趋于稳定，另一种是持续增大。,5-6 单桩竖向极限承载力,94规范的试桩资料229根； 本次修订增加

17、资料416根； 桩的极限端阻力增加了全风化、强风化等土类； 桩的侧摩阻力增加了角砾和碎石的侧阻力。,大直径桩单桩极限承载力,混凝土空心桩单桩极限承载力,hb/d5 p=0.16 hb/d hb/d5 p =0.8 桩端进入持力层深度 Aj 桩端净面积 Ap1空心桩敞口面积,嵌岩桩单桩极限承载力,嵌岩桩的承载性状 嵌岩桩与非嵌岩桩的试验结果 嵌岩桩荷载传递的特点 嵌岩段的侧阻力 嵌岩深度与端阻的关系 嵌岩桩承载力的组成,嵌岩桩的承载性状,通过对比试验和对桩端阻力所占比例的分析可以得到嵌岩桩不一定是端承桩的概念，从而改变了人们对嵌岩桩承载性状的认识； 其实质是认识嵌岩桩的侧阻力的存在和作用的问题，

18、也是研究侧阻力的发挥条件的问题。,嵌岩桩与非嵌岩桩的试验结果,A2和A3进入中风化泥岩2.2m，B3和B4进入中风化泥岩0.4m。,桩身轴力随深度变化曲线比较,嵌岩与非嵌岩桩的 荷载传递规律惊人地相似,增加了桩长，嵌入了岩石，但承载力并没有显著提高； 桩身轴力随深度明显地减小； 说明侧摩阻力得到了比较充分地发挥； 嵌岩与不嵌岩的条件并不影响侧阻力的发挥；,进入新鲜岩石和强风化岩的比较,嵌入新鲜岩石和强风化岩石的桩的荷载传递规律也惊人地相似； 嵌入强风化岩5d，d0.6m； 嵌入风化泥质砂岩3.7m、新鲜泥质砂岩2.0m，d1.0m； 两者的轴力都随深度递减； 其端阻力都比较小；,嵌岩桩荷载传递

19、的特点,1. 大量资料表明，桩的侧阻力和端阻力之比都超过了60，大部分在80以上； 2. 桩侧阻力的分担比例随长径比（l/d）的增大而增大； 3. 当桩的长径比较大（ l/d 35），而覆盖层又不太软弱的情况下，端阻力分担荷载的比例很小（5），且桩的破坏常因桩身破坏而引起。,嵌岩桩侧阻力的发挥,侧摩阻力在几个毫米时就可以发挥； 桩身的压缩量很容易达到毫米级，就足以发挥侧摩阻力； 因此，荷载是从桩顶依次向下传递； 桩顶的荷载大部分被侧阻力所平衡； 传给桩端的荷载就剩下不多了。,嵌岩段的侧阻力,嵌岩段的侧阻力是构成嵌岩桩竖向承载力的重要因素； 嵌岩段的侧阻力在很小的相对位移时就能被调动起来； 嵌岩

20、段的侧阻力与桩嵌岩段岩石之间的粗糙程度有关。,嵌岩段粗糙程度比较,A3桩，直径315mm，砂岩，7.5mm槽； S3桩，直径1170mm，泥岩，粗糙嵌岩段； S12桩，直径335mm，泥岩，3mm蚀坑； C2桩，直径160mm，砂岩，光滑嵌岩段。,嵌岩段粗糙程度对侧阻的影响,嵌岩段侧阻发挥的相对位移条件,嵌岩深度与端阻的关系,嵌岩桩的端阻与桩的极限承载力之比随嵌岩深度与桩的半径之比增大而急剧减小； 桩嵌岩越深，端阻的贡献越小； 与一般的观念正好相反。,嵌岩桩承载力的组成,嵌岩桩的承载力由2个部分组成，即土层的侧阻力、端阻力与嵌岩段的侧阻力之和；,端阻力与嵌岩段的侧阻力之和与岩石的饱和单轴抗压强

21、度建立联系，用经验的综合系数r表示。,软岩、极软岩指frk15MPa；较硬岩、坚硬岩指frk30MPa。介于两者之间的可以内插取值。 深径比非表内数值时也可以内插取值。,5-7 后注浆灌注桩承载力,后注浆的作用 规范关于后注浆工艺的规定 桩端条件对试桩曲线的影响 后注浆对侧摩阻力的影响 后注浆增强系数,后注浆技术是在灌注桩浇注混凝土以后，通过预埋的管子将水泥砂浆注入桩端以下，以挤压桩底的沉渣，压密桩端土层，从而提高端承力，也可以将水泥砂浆注入桩侧土层中以提高桩侧摩阻力的一种技术。,根据注浆的目的，可以分成如下不同的注浆类型： 1）桩端注浆 2）桩侧注浆 3）复式注浆 4) 压浆修补桩的缺损部位

22、 新版建筑桩基技术规范将灌注桩后注浆纳入规范，规定了施工的要求和设计参数的取法。,规范关于后注浆工艺的规定,后注浆装置的设置 浆液水灰比 注浆终止压力 单桩注浆量 注浆顺序 终止注浆的条件,后注浆装置的设置： 1.后注浆导管应采用钢管，与钢筋笼加劲筋绑扎固定或焊接； 2.注浆导管数量，直径小于1200mm的用2根，12002500mm的用3根；,3.桩长超过15m，且对承载力增幅要求较高时，采用桩端桩侧复式注浆； 4.桩侧后注浆管阀的设置应结合地层情况、桩长和承载力增幅要求等因素确定，可在桩端515m以上，桩顶8m以下，每隔612m设置一道注浆阀。,浆液水灰比根据饱和度和渗透性确定： 饱和土：

23、0.450.65 非饱和土：0.70.9 松散碎石土、砂砾：0.50.6 注浆终止压力根据土层性质及注浆点的深度确定： 风化岩、非饱和粘性土、粉土：310MPa； 饱和土层：1.24MPa。,单桩注浆量设计时应考虑桩径、桩长、桩端桩侧土层性质、单桩承载力增幅及是否复式注浆等因素确定： 注浆量经验系数 n桩侧注浆断面数 注浆量以水泥质量计（t）,注浆顺序： 饱和土中，先桩侧后桩端； 非饱和土中，先桩端后桩侧； 桩侧桩端注浆间隔时间不宜小于2小时。 成桩后两天才可以注浆； 注浆作业点距其他成孔作业点的距离不宜小于810m。,终止注浆的条件： 1.注浆总量和注浆压力已达到设计要求； 2.注浆总量已达

24、到设计值的75，且注浆压力超过设计值； 检测条件： 在注浆后20天进行； 掺入早强剂的可在注浆后15天进行检测。,后压浆具有如下的作用： 1）胶结孔底沉渣，提高单桩承载力，消除桩的过大沉降； 2）增强桩身混凝土与桩侧土的结合，提高侧摩阻力； 3）修补桩身缺陷部位，保证设计承载力； 减少桩基的不均匀沉降。,根据一些试验的结果，认为后压浆处理后可以达到比较好的效果，对细粒土中的桩，单桩承载力可提高3070；对粗粒土中的桩，增幅可达60120。 压浆后的侧摩阻效应表现为侧摩阻力提高和桩侧土的剪切刚度提高；从而使摩阻力充分发挥时的位移值移后，这就意味着桩的韧性增大。,桩端条件对试桩曲线的影响,后注浆对

25、侧摩阻力的影响,常规桩的曲线,压浆桩的曲线,1）在事故处理、补强中的应用； 单桩承载力不足时的补强； 此时只能在桩体外下管注浆。 2）设计时承载力不能满足要求，事先在桩体中预设压浆管的加强措施。 后压浆技术推广应用中的问题主要是如何控制压浆的均匀性和如何实现注浆的技术要求。压浆后单桩承载力的提高幅度与压浆工艺密切相关，而均匀性和稳定性是在工程中应用的关键；,后压浆技术推广应用中的问题主要是如何控制压浆的均匀性和如何实现注浆的技术要求。压浆后单桩承载力的提高幅度与压浆工艺密切相关，而均匀性和稳定性是在工程中应用的关键； 标准化将有助于这一技术的推广应用。,后注浆增强系数,后注浆增强系数系通过数十

26、根不同土层中的后注浆桩与普通桩的静载对比试验求得。其侧阻和端阻增强系数不同，而且变化很大。 总的变化规律是：端阻的增幅高于侧阻，粗拉土的增幅高于细粒土，桩端、桩侧复式注浆高于单一注浆。 根据北京、上海、天津、河南、山东、西安、武汉、福州等地106份资料验证。,5-8 软弱下卧层验算,当桩端持力层下存在软弱下卧层时，需要验算其强度是否满足。此时桩基作为实体深基础，假设作用于桩基的竖向荷载全部传到持力层顶面并作用于桩群外包线所围的面积上，该荷载以角扩散到软弱下卧层顶面。,z作用于软弱下卧层顶面的附加应力； m软弱层顶面以上各土层重度（地下水位以下取浮重度）的厚度加权平均值； l 硬持力层的厚度；

27、faz软弱下卧层经深度修正的地基承载力特征值，深度修正系数取1.0； A0、B0桩群外缘矩形面积的长、短边长； qsik桩周第I层土的极限侧阻力标准值； 压力扩散角 ，按表取用。,5-9 负摩阻力,负摩阻力是指桩周土层由于某种原因而产生超过桩身沉降量的下沉时，作用于桩身的向下的摩阻力。作用于一根桩上的负摩阻力之和称为下拉荷载，记为Qn，由于负摩阻力的作用可能导致基础和上部结构的沉降和破坏，不少建筑物桩基因负摩阻力而产生过大的沉降、倾斜或建筑物开裂等过程事故，需要花费大量资金进行加固，甚至无法使用而拆除。负摩阻力已称为基础工程界的一个技术热点，设计时必须充分予以注意。,负摩阻力发生的条件,1)

28、桩穿过欠压密的软粘土或新填土，而支承于坚硬土层（硬粘性土、中密以上砂土、 卵石层或岩层）时； 2) 在桩周地面有大面积堆载或超填土时； 3) 由于抽取地下水或桩周地下水位下降，使桩周土下沉时： 4) 挤土桩群施工结束后，孔隙水消散，隆起的或扰动的土体逐渐固结下沉时； 5) 自重湿陷性黄土浸水下沉或冻土融化下沉时。,中性点的特征,中性点有三个特征：所在断面处桩土位移相等、摩阻力为零、轴力最大。 中性点的深度ln与桩周土的压缩性和持力层的刚度等因素有关；且在桩、土沉降稳定之前，它始终处于变动中。例如上海宝钢支承于砂层的钢管桩，随着地面堆载从2m加到8m，中性点的深度从0.22L逐渐下移至0.85L

29、（L为桩的入土深度）。,中性点的深度,中性点深度应按桩周土层沉降与桩沉降相等的条件计算确定，也可按表确定：,ln自桩顶算起的中性点深度； l0桩周软弱土层的下限深度； 桩穿过湿陷性黄土时，可增大10； 桩周土的固结与桩基的固结沉降同时完成时ln0； 当桩周土计算沉降小于20mm时， ln应按0.40.8折减。,负摩阻力标准值的计算,中性点以上单桩桩周第i层土负摩阻力标准值由上式计算。,下拉荷载的计算,负摩阻力对于桩基承载力和沉降的影响，随侧阻力和端阻力的分担荷载比、建筑物各桩基周围土层沉降的均匀性、建筑物对不均匀沉降的敏感程度而异，因此，应区别不同情况，分别处理：,1） 对于摩擦型桩基，当出现

30、负摩阻力对桩基施加下拉荷载时，由于桩端持力层的压缩性较大，随之引起桩的下沉，这种沉降有减小相对位移、降低负摩阻力的作用，直至负摩阻力降为零。因此，一般情况下对于摩擦型桩基，可近似将理论中性点以上的侧阻力作为零近似验算桩基承载力；,2） 对于端承型桩基，由于其桩端持力层比较坚硬受负摩阻力引起的下拉荷载后不致产生沉降或沉降量较小，负摩阻力将长期作用于桩身中性点以上侧表面。因此，应计算中性点以上负摩阻力形成的下拉荷载，并以下拉荷载作为外荷载的一部分验算其承载力。,式中 n中性点以上的土层数； li中性点以上各土层的厚度 (m)； n负摩阻力桩群效应系数 saX,saY分别为纵、横向桩的中心距(m)；

31、 qsn中性点以上桩的平均负摩阻力标准值； m中性点以上桩周土的加权平均有效重度(kN/m3)。,消减下拉荷载的措施,1.电渗法 在相邻两根桩中，以一根为阴极，以另一根为阳极，通以直流电，使土中水流向阴极的桩，从而降低该桩的负摩阻力。但此法只适用于钢桩，且费用比较贵； 2.扩大桩端以减少桩身摩阻力，但此法将正、负摩阻力都降低，只适用于端承桩；,3.套管法 在中性点以上桩段的外面，套上尺寸较大的套管，隔离负摩阻力，但此法需多用钢材，费用较高； 4. 涂层法 在桩的中性点以上部分涂以薄层涂料，以降低负摩阻力，常用沥青涂层，价格便宜，效果比较好。,5-10 抗拔桩承载力和裂缝控制验算,1. 塔式高耸

32、结构物包括海洋石油平台及系泊系统的桩基、高压输电塔基、电视塔、微波通讯塔等高耸结构物桩基； 2. 承受巨大浮托力作用的基础，如荷载比较小的地下室、地下电站、泵房、船闸、船坞等地下建筑物；,3. 承受巨大水平荷载的叉桩结构，如码头、桥台、挡土墙下的斜桩； 4. 特殊地区的建筑物桩基，如地震荷载作用下的建筑物、膨胀土及冻胀土地基上的建筑物。,桩基承受上拔力的情况有两类，设计的要求不完全一样。一类是恒定的上拔力，如地下水的浮托力。为了平衡浮托力，避免地下室上浮，需要设置抗拔桩，完全按抗拔桩的要求验算抗拔承载力、配置通长的钢筋、设置能抗拉的接头等。另一类是在某一方向水平荷载作用下才会使某些桩承受上拔力

33、，但在荷载方向改变时这些桩可能又承受压力，设计时应同时满足抗压和抗拔两方面的要求，或按抗压桩设计并验算抗拔承载力。,抗拔桩基础应同时验算群桩呈整体破坏和非整体破坏基桩的抗拔承载力： 整体破坏 非整体破坏,式中 Nk按荷载效应标准组合计算的基桩拔力； Tgk群桩呈整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值； Tuk群桩呈非整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值； Ggp群桩基础所包围体积的桩土总自重除以总桩数；地下水位以下取 浮重度； Gp基桩自重，地下水位以下取浮重度 ；对于扩底桩，应按表11-11确定桩、土柱体周长，计算柱、土自重。,群桩呈整体破坏,基桩的抗拔极限承载力标准值 抗拔系数，砂土按0.5

34、00.70取用；粘性土和粉土按 0.700.80取用。当桩的长径比小于20时，取小值。,群桩呈非整体破坏,基桩的抗拔极限承载力标准值,抗拔桩的桩身强度验算,N荷载效应基本组合下的桩顶轴向拉力设计值； fy、fpy普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值； Ay、Apy普通钢筋、预应力钢筋的截面面积。,抗拔桩的裂缝控制,1.严格要求不出现裂缝的一级裂缝控制等级预应力混凝土基桩，在荷载效应标准组合下，混凝土不应产生拉应力。,2. 对于一般要求不出现裂缝的二级裂缝控制等级预应力混凝土基桩，在荷载效应标准组合下的拉应力不应大于混凝土轴心抗拉强度标准值。 标准组合 准永久组合,对于允许出现裂缝的三级裂缝控制

35、等级的基桩，按荷载效应标准组合计算的最大裂缝宽度应符合下列规定。,5-11 等效作用分层总和法沉降计算桩距小于和等于6d的群桩,桩基沉降计算时，一般将群桩所包围的土体作为实体深基础计算。对于实体深基础，国内外提出了各种不同的经验处理的方法，其目的是使计算结果接近于实际。 我国采用经验修正系数的方法使计算结果接近于实际，但修正系数应和经验处理的假定相匹配。,附加应力计算的假定,1. 压力分布面积按 /4扩散的假定 2. 压力分布面积不扩散的假定 3. 压力分布面积不扩散但扣除侧面的摩阻力 4.按Boussinesq理论计算应力 5.按Mindlin理论计算应力,压力分布面积扩散,不扩散,沉降计算

36、结果的修正,1. 按压缩模量的大小修正 2. 按桩长修正 3. 按不同应力计算假定的等效修正,沉降计算结果修正的比较,建筑桩基规范的方法,将附加压力作用面的位置放在桩端标高处，附加压力的分布不扩散，即直接按群桩外围面积分布附加压力。 采用按Boussinesq理论计算应力,按压缩模量取用的修正系数，取用方法改变了，94版规范是根据桩长取用的。 e桩基等效修正系数，与94版规范一样，没有变化。,按压缩模量取用修正系数时，分别考虑不同桩型的影响。采用后注浆工艺，将修正系数再乘以0.8的折减系数；软土中的挤土桩，乘以1.31.8的挤土效应系数。,建筑地基基础设计规范的方法,1. 基底压力分布同时采用

37、两种假定，分别采用扩散压力和扣除侧摩阻力；,2. 附加应力计算也同时采用两种假定，分别按Boussinesq 理论和按Mindlin理论 ；,3. 对计算结果按照压缩模量进行修正； 其实，修正系数的取用与计算假定密切相关。,5-12 单桩、单排桩、疏桩基础沉降计算,1. 单桩和单排桩的沉降用群桩基础的沉降计算方法不合适，得到的结果偏大； 2. 新版建筑桩基技术规范提出了一种计算沉降的方法；,3. 根据产生沉降的不同原因，采用不同的应力计算方法，桩产生的附加应力用考虑桩径影响的Mindlin解，承台底压力引起的附加应力用Boussinesq解，将两者叠加。,1. 沉降由两部分组成，一部分是土层的

38、压缩，一部分是桩身压缩； 2.从公式的相加，可以判断，所谓土层的压缩，都是指桩端以下的土层； 3. 桩端以下土层的压缩是由两种附加应力引起的，一种是桩的作用结果，另一种是承台作用的结果。,关于Mindlin课题应用,94版建筑桩基技术规范采用Geddes解,明德林盖得斯法假定承台是柔性的；桩群中各桩承受的荷载相等；桩端平面以下土中的附加应力按明德林盖得斯解分布；各层土的压缩量按分层总和法计算。单桩顶上的总荷载Q可以分解为桩端阻力Qp和桩侧摩阻力Qs之和，即 Q=Qp+Qs。,假设桩端阻力占总荷载的比例为 ，则Qp= Q；桩侧摩阻力Qs 分解为均匀分布的摩阻力Qw= Q，和随深度线性增长的摩阻力

39、Qv=(1 )Q，为均布摩阻力占总荷载之比。盖得斯对图示的Qp、Qw和Qv三种荷载分别进行积分，给出了单桩荷载下土中任一点竖向应力的显式。,zp 由桩端阻集中力Qp引起的竖向应力： zw 由均匀分布摩阻力Qw引起的竖向应力： zv 由三角形分布摩阻力Qv 引起的竖向应力：,1. Geddes解假定集中力，使桩端平面以下应力集中现象明显； 2. 在桩端下l/10处，两者接近，越近桩端，差异越大； 桩端集中力假定与桩端分布压力的区别在于Ip这个系数。,因此，新版建筑桩基技术规范对单桩、单排桩和疏桩复合桩基采用计入考虑桩径影响的Mindlin解。,摩擦型桩的桩身压缩量： 端承型桩的桩身压缩量：,5-

40、13 软土地区减沉复合疏桩基础设计,减沉复合疏桩基础的用途 减沉复合疏桩基础设计的原则 减沉复合疏桩基础设计公式 原型观测的结果,软土地基减沉复合疏桩基础,软土地基上多层建筑，地基承载力基本满足要求时，以减小沉降为目的，可设置穿越软土层进入相对较好的疏布摩擦桩型，由桩和桩间土共同分担荷载，称为减沉复合疏桩基础。,减沉复合疏桩基础设计原则,一是桩和桩间土在受荷变形过程中始终确保两者共同分担荷载； 桩端的变形条件 二是桩距大于56倍桩径。,随着桩距的增大，群桩中基桩的承载性状逐渐趋近于单桩。,复合桩基的试验,塑性桩的性状,当承台上的荷载小于单桩极限承载力时（QQu），桩分担的荷载Qp会逐渐接近Q；

41、当承台上的荷载接近达到或超过单桩极限承载力时（QQu），桩分担的荷载Qp会逐渐接近并保持在Qu左右。,确定承台底面积和桩数 承台面积控制系数，取大于等于0.60,减沉复合疏桩基础设计公式,沉降计算： s0承台底附加应力产生中点的沉降； ssp 桩土相互作用产生的中点沉降； qsu厚度加权平均的桩侧摩阻力： p刺入变形影响系数，砂土1.0，粉土1.15，粘土1.3,桩侧阻力引起桩周土的沉降，按桩侧剪切位移法计算； 桩周碟形位移体积： 再除以环形面积后得沉降公式,疏桩基础的沉降由两部分构成； 桩端下土层，由承台底面的压力产生的压缩变形，按实体基础假定计算s0 ； 桩身部分，桩身压缩加刺入变形与桩土

42、相互作用产生的土体压缩变形应当是相等的； 由于刺入变形难以计算，故规范计算桩土相互作用产生的土体压缩变形ssp 。,原型观测的结果,桩顶反力的分布,复合桩基与纯桩基的桩分担比,复合桩基与纯桩基的承台分担比,5-14 桩基水平承载力,不讲,5-15 桩身受压承载力计算,两本规范都规定了桩身承载力的验算，验算的公式类似，但经验系数取值存在一定的差别。,建筑桩基技术规范的规定,受压桩 在一定的条件下，可以考虑钢筋的承载力： 不考虑钢筋的承载力：,c基桩成桩工艺系数 混凝土预制桩、预应力混凝土空心桩 c 0.85 干作业非挤土灌注桩， c 0.9 泥浆护壁和套管护壁非挤土灌注桩、部分挤土灌注桩、挤土灌

43、注桩， c 0.70.8 软土地区挤土灌注桩c =0.6,抗拔桩的正截面受拉承载力：,建筑地基基础设计规范的规定,桩轴心受压时： c工作条件系数 预制桩， c 0.75 灌注桩， c 0.60.7,5-16 承台计算,桩基承台的受力十分复杂，作为上部结构墙、柱和下部桩群之间的力的转换结构，承台可能因承受弯矩作用而破坏，亦可能因承受冲切或剪切作用而破坏。因此，承台计算包括受弯计算、受冲剪计算和受剪计算三种验算。当承台的混凝土强度等级低于柱子的强度等级时，还要验算承台的局部受压承载力。,承台板的正截面抗弯强度验算,多桩（例如6根以上）矩形承台的弯矩计算截面取在柱边或承台厚度突变处（杯口外侧或台阶边

44、缘），两个方向的正截面弯矩表达式分别为： Mx = Ni yi My = Ni xi 式中 Mx、My分别为垂直于Y轴和X轴的计算截面处的弯矩设计值； Ni不计承台及其上覆土重，在荷载效应基本组合下的第i根桩的竖向反力设计值； xi、 yi 垂直Y轴和X轴方向自桩轴线至相应计算截面的距离；,三桩承台,等边三桩承台 式中 M通过承台形心与各边正交截面的弯矩设计值； Nmax不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下三桩中最大基桩竖向反力设计值； Sa桩中心距 C方桩边长，圆柱时c0.8d（d为圆柱直径）,等腰三桩承台 M1、M2分别为通过承台形心与两腰和底边正交截面的弯矩设计值； Sa长向桩中心距

45、； 短向桩中心距与长向桩中心距之比，当小于0.5时，应按变截面的二桩承台设计； c1、c2分别为垂直于、平行于承台底边的柱截面边长。,箱形承台和筏形承台的弯矩计算,1) 箱形承台和筏形承台的弯矩宜考虑地基土层性质、基桩分布、桩型、承台和上部结构的刚度等情况，按地基桩承台上部结构共同作用原理进行分析与计算。 2)对于箱形承台，当桩端持力层为基岩、密实且均匀的碎石类土与砂，或当上部为剪力墙结构、或当上部结构为框架核心筒结构且按变刚度调平原则布桩时；箱形承台底板可仅考虑局部弯矩作用进行计算；,3) 对于筏形承台，当桩端持力层深厚坚硬、上部结构刚度较好，且柱荷载及柱间距的变化不超过20时，或当上部结构

46、为框架核心筒结构且按变刚度调平原则布桩时，可仅考虑局部弯矩进行计算。,柱下梁形承台的弯矩计算,一般按弹性地基梁进行分析计算，当桩端持力层深厚坚硬且桩柱轴线不重合时，可视桩为不动铰支座，按连续梁计算。,砌体墙下条形承台梁计算,砌体墙下条形承台梁可按倒置弹性地基梁计算弯矩和剪力，对于承台上的砌体墙，尚应验算桩顶部位砌体的局部承压强度。,承台板的冲切验算,承台板的冲切有两种情况，分别缘起于桩顶竖向力和柱底竖向力。如图6-7所示。 冲切破坏锥体为自柱边或墙边至相应桩顶边缘连线所围成的截锥体，该锥体的斜面与承台底面的夹角必须满足刚性角的要求，即 45。,柱（墙）对承台的冲剪验算,考虑柱（墙）对承台冲切时

47、，承台板抗冲切承载力验算公式为：,式中Fl不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值； ft承台混凝土的抗拉强度设计值； um承台冲切破坏锥体一半有效高度处的周长； h0承台冲切破坏锥体的有效高度； Qi不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下冲切破坏锥体范围内各基桩或复合基桩的净反力设计值之和。,0柱（墙）冲切系数； 冲跨比，-= a0 / h0, a0为冲跨，即柱（墙）边或承台变阶处到桩边的水平距离；当 0.25时，取=0.25，当1.0时，取=1.0； F不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下作用于柱（墙）底的竖向荷载设计值；,柱对矩形独立承台的冲切验算

48、,式中 0x、0y由公式（11-73）求得，0x -= a0x / h0、-0y= a0y / h0；0x、0y均应满足0.251.0的要求； hc、bc分别为x、y方向的柱截面的边长； a0x、a0y分别为x、y方向柱边离最近桩边的水平距离。,矩形独立阶形承台上阶对下阶对冲切验算,式中 lx、 ly由公式（11-73）求得，lx -= alx / hl 0、-ly= aly / h l 0；lx、ly均应满足0.251.0的要求； hl、bl分别为x、y方向的柱截面的边长； alx、aly分别为x、y方向柱边离最近桩边的水平距离。,角桩对承台的冲切验算,考虑角桩对承台的冲切时，分别按多桩 承台和三桩承台给出验算公式。,式中 Ni 不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下角桩(含复合基桩)反力设计值； 1x、1y 角桩冲切系数 1x、1y 角桩冲跨比，其值满足0.21.0, 1x=a1x/h0，1y=a1y /h0； c1、c2 从角桩内边缘至承台外边缘的距离；,a1x、a1y 从承台底面角桩内边缘引450冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离；当柱或承台变阶处位于该450冲切线以内时，则取由柱边或承台变阶处与桩内边缘连线为冲切破坏锥体的锥线； h0承台外边缘的有效高度。,三桩三角形承台受角桩冲切的承载力,底部角桩,式中 11、12 角桩冲