工程桩基础知识.ppt

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1、1工程桩基础工程桩基础2工程桩基础工程桩基础第第1节节 概述概述第第2节节 桩的分类桩的分类第第3节节 单桩轴向荷载的传递单桩轴向荷载的传递第第4节节 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定第第5节节 桩基础设计桩基础设计3第第1节节 概概 述述 如果建筑场地浅层的土质不能满足建如果建筑场地浅层的土质不能满足建筑物对筑物对地基承载力地基承载力和和变形变形的要求、而又不的要求、而又不宜采取地基处理措施时，就需要考虑以下宜采取地基处理措施时，就需要考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的部坚实土层或岩层作为持力层的深基础深基础方方案。案。桩基础桩基础是应用最为广泛的一类深基础。是应用最为广泛的一类深

2、基础。4 桩基础：是由基桩和连接于桩基础：是由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。承台把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去。通过桩传递到地基中去。桩是垂直或微斜埋置于土中的受力杆件，桩是垂直或微斜埋置于土中的受力杆件，它的横截面尺寸比长度小得多。其作用是它的横截面尺寸比长度小得多。其作用是将上部结构的荷载传递给土层或岩层。将上部结构的荷载传递给土层或岩层。5 桩基础设计也应注意满足桩基础设计也应注意满足地基承载力地基承载力和和变形变形这两项基本这两项基本要求。要求。按行业标准按行业标准建筑桩基技术规范建筑桩基技术规

3、范（JGJ9494），），建筑桩基设计与建筑结建筑桩基设计与建筑结构设计一样，应采用以概率理论为基础的构设计一样，应采用以概率理论为基础的极限状态设计法，并按极限状态设计表达极限状态设计法，并按极限状态设计表达式计算。桩基的极限状态分为下列两类：式计算。桩基的极限状态分为下列两类：6 1.承载能力极限状态承载能力极限状态 对应于桩基受荷达到最大对应于桩基受荷达到最大承载能力导致整体失稳或发生不适于继续承载能力导致整体失稳或发生不适于继续承载的变形；承载的变形；2.正常使用极限状态正常使用极限状态 对应于桩基变形达到为保证建筑物正对应于桩基变形达到为保证建筑物正常使用所规定的限值或桩基达到耐久性

4、要常使用所规定的限值或桩基达到耐久性要求的某项限值。求的某项限值。7第第2节节 桩的分类桩的分类一、按桩的使用功能分类一、按桩的使用功能分类 1.竖向抗压桩竖向抗压桩 主要承受竖向下压荷载（简称主要承受竖向下压荷载（简称竖向荷竖向荷载载）的桩，应进行竖向承载力计算，必要）的桩，应进行竖向承载力计算，必要时还需计算桩基沉降，验算软弱下卧层的时还需计算桩基沉降，验算软弱下卧层的承载力以及负摩阻力产生的下拉荷载。承载力以及负摩阻力产生的下拉荷载。8 2.竖向抗拔桩竖向抗拔桩 主要承受竖向上拔荷载的主要承受竖向上拔荷载的桩，应进行桩身强度和抗裂计算以及抗拔桩，应进行桩身强度和抗裂计算以及抗拔承载力验算

5、。承载力验算。3.水平受荷桩水平受荷桩 主要承受水平荷载的桩，应进行桩身主要承受水平荷载的桩，应进行桩身强度和抗裂验算以及水平承载力和位移验强度和抗裂验算以及水平承载力和位移验算。算。9 4.复合受荷桩复合受荷桩 承受竖向、水平荷载均较承受竖向、水平荷载均较大的桩，应按竖向抗压（或抗拔）桩及水大的桩，应按竖向抗压（或抗拔）桩及水平受荷桩的要求进行验算。平受荷桩的要求进行验算。10二、按桩承载性能分类二、按桩承载性能分类 1.摩擦桩摩擦桩 当软土层很厚，桩端达不到坚硬土层当软土层很厚，桩端达不到坚硬土层或岩层上时，则桩顶的极限荷载主要靠桩或岩层上时，则桩顶的极限荷载主要靠桩身与周围土层之间的摩擦

6、力来支承，桩尖身与周围土层之间的摩擦力来支承，桩尖处土层反力很小，可忽略不计。处土层反力很小，可忽略不计。11 2.端承桩端承桩 桩穿过软弱土层，桩端支承桩穿过软弱土层，桩端支承在坚硬土层或岩层上时，则桩顶极限荷载在坚硬土层或岩层上时，则桩顶极限荷载主要靠桩尖处坚硬岩土层提供的反力来支主要靠桩尖处坚硬岩土层提供的反力来支承，桩侧摩擦力很小，可以忽略不计。承，桩侧摩擦力很小，可以忽略不计。3.摩擦端承桩摩擦端承桩 桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩端阻力承受。力共同承担，但主要由桩端阻力承受。12 4.端承摩擦桩端承摩擦桩 桩顶的极限荷载由桩侧

7、阻力桩顶的极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但主要由桩侧阻力承受。承受。三、按桩身材料分类三、按桩身材料分类 可分为可分为木桩木桩，混凝土桩混凝土桩，钢桩钢桩，组合组合桩桩等。等。13四、按设置效应分类四、按设置效应分类 1.非挤土桩非挤土桩 包括包括干作业挖孔桩，泥浆护壁钻（冲）干作业挖孔桩，泥浆护壁钻（冲）孔桩，套管护壁灌注桩等。孔桩，套管护壁灌注桩等。这类在成桩过程中基本对桩相邻土不这类在成桩过程中基本对桩相邻土不产生挤土效应的桩，称为产生挤土效应的桩，称为非挤土桩非挤土桩。其设。其设备噪音较挤土桩小，而废泥浆、弃土运输备噪音较挤土桩小，而废泥浆、

8、弃土运输等可能会对周围环境造成影响。等可能会对周围环境造成影响。14 2.部分挤土桩部分挤土桩 当挤土桩无法施工时，可当挤土桩无法施工时，可采用预钻小孔后打较大尺寸预制或灌注桩采用预钻小孔后打较大尺寸预制或灌注桩的施工方法的施工方法，也可打入敞口桩。也可打入敞口桩。3.挤土桩挤土桩 挤土桩除施工噪音较大外，不存在泥挤土桩除施工噪音较大外，不存在泥浆及弃土污染问题，当施工质量好，方法浆及弃土污染问题，当施工质量好，方法得当时，其单方混凝土材料所提供的承载得当时，其单方混凝土材料所提供的承载力较非挤土桩及部分挤土桩高。力较非挤土桩及部分挤土桩高。15五、按桩径大小分类五、按桩径大小分类 1.小桩小

9、桩 桩径桩径d250mm。由于桩径小，施工机由于桩径小，施工机械，施工场地及施工方法一般较为简单。械，施工场地及施工方法一般较为简单。小桩多用于基础加固（树根桩或锚杆静压小桩多用于基础加固（树根桩或锚杆静压桩）及复合桩基础。桩）及复合桩基础。2.中等直径桩中等直径桩 250mmd800mm。这类桩长期以来这类桩长期以来在工业与民用建筑物中大量使用，成桩方在工业与民用建筑物中大量使用，成桩方法和工艺繁多。法和工艺繁多。16 3.大直径桩大直径桩 桩径桩径d800mm。近年来的近年来的发展较快，应用范围逐渐增大。因为桩径发展较快，应用范围逐渐增大。因为桩径大且桩端还可以扩大，因此，单桩承载力大且桩

10、端还可以扩大，因此，单桩承载力较高。此类桩除大直径钢管桩外，多数为较高。此类桩除大直径钢管桩外，多数为钻、冲、挖孔灌注桩。通常用于高层或重钻、冲、挖孔灌注桩。通常用于高层或重型建（构）筑物的基础，并可实现柱下单型建（构）筑物的基础，并可实现柱下单桩的结构型式。正因为如此，也决定了大桩的结构型式。正因为如此，也决定了大直径桩施工质量的重要性。直径桩施工质量的重要性。17第第3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载 的传递的传递 孤立的一根桩称为孤立的一根桩称为单桩单桩，群桩中性能，群桩中性能不受邻桩影响的一根桩可视为单桩。不受邻桩影响的一根桩可视为单桩。单桩工作性能的研究是单桩承载力分单桩工作性能的研究

11、是单桩承载力分析理论的基础。通过桩土相互作用分析，析理论的基础。通过桩土相互作用分析，了解桩土间的传力途径和单桩承载力的构了解桩土间的传力途径和单桩承载力的构成及其发展过程，以及单桩的破坏机理等，成及其发展过程，以及单桩的破坏机理等，对正确评价单桩轴向承载力具有一定的指对正确评价单桩轴向承载力具有一定的指导意义。导意义。18一一 单桩轴向荷载的传递单桩轴向荷载的传递 1桩身轴力和截面位移桩身轴力和截面位移 在轴向荷载作用下，桩身将发生在轴向荷载作用下，桩身将发生压缩压缩变形变形；同时桩顶部分荷载通过桩身传递到；同时桩顶部分荷载通过桩身传递到桩底，致使桩底土层发生桩底，致使桩底土层发生压缩变形压

12、缩变形，这两，这两部分压缩变形之和构成部分压缩变形之和构成桩顶轴向位移桩顶轴向位移。由于由于桩与桩周土体的紧密接触，当桩桩与桩周土体的紧密接触，当桩相对于土向下位移时，桩侧表面受到土向相对于土向下位移时，桩侧表面受到土向上的上的摩阻力摩阻力。19 在桩顶荷载沿桩身向下传在桩顶荷载沿桩身向下传递的过程中，必须不断地克服递的过程中，必须不断地克服这种摩阻力，故桩身截面的轴向力随深度这种摩阻力，故桩身截面的轴向力随深度逐渐减小，传至桩底截面的轴向力为桩顶逐渐减小，传至桩底截面的轴向力为桩顶荷载减去全部桩侧摩阻力，并与桩底支承荷载减去全部桩侧摩阻力，并与桩底支承反力（即反力（即桩端阻力桩端阻力）大小相

13、等、方向相反。）大小相等、方向相反。桩通过桩侧阻力和桩端阻力将荷载传桩通过桩侧阻力和桩端阻力将荷载传递给土体，即土对桩的支承力由递给土体，即土对桩的支承力由桩侧阻力桩侧阻力和和桩端阻力桩端阻力两部分组成。两部分组成。20 由桩底土层的压缩变形导由桩底土层的压缩变形导致的桩端位移加大了由于桩身致的桩端位移加大了由于桩身的压缩变形引起的桩身各截面的位移，并的压缩变形引起的桩身各截面的位移，并促使桩侧摩阻力进一步发挥。一般来说，促使桩侧摩阻力进一步发挥。一般来说，靠近桩身上部土层的摩阻力先于下部土层靠近桩身上部土层的摩阻力先于下部土层发挥出来，桩侧阻力先于桩端阻力发挥出发挥出来，桩侧阻力先于桩端阻力

14、发挥出来。来。单桩在轴向荷载作用下，桩身的单桩在轴向荷载作用下，桩身的截面截面位移位移、桩侧的摩阻力桩侧的摩阻力分布以及分布以及轴力轴力分布见分布见下图。下图。21S0SZdsSbdzS0LZ zQ zdQzQ bQbS zS zqs zQ0QbQSQ0Q22二、桩侧摩阻力和桩端阻力二、桩侧摩阻力和桩端阻力 桩侧摩阻力是桩截面对桩桩侧摩阻力是桩截面对桩周土的相对位移的函数周土的相对位移的函数 qs=f(s)，可用下可用下图中的曲线图中的曲线OCD表示，且常简化为折线表示，且常简化为折线OAB。AB段表示一旦桩土界面相对滑移超段表示一旦桩土界面相对滑移超过某一极限值，侧摩阻力将保持极限值不过某一

15、极限值，侧摩阻力将保持极限值不变。变。23桩截面位移桩截面位移桩侧摩阻力桩侧摩阻力OCDAB24 极限摩阻力可用类似于土极限摩阻力可用类似于土的抗剪强度的库伦表达式：的抗剪强度的库伦表达式：vsx Kv axautan cq 式中式中ca和和 a为桩侧表面与土之间的为桩侧表面与土之间的附附着力着力和和摩擦角摩擦角，x为深度为深度z处作用于桩侧处作用于桩侧表面的法向压力，它与桩侧土的竖向有效表面的法向压力，它与桩侧土的竖向有效应力应力 成正比例，即：成正比例，即：25 式中式中Ks为桩侧土的侧压力为桩侧土的侧压力系数，对系数，对挤土桩挤土桩，K0KsKp；对对非挤土桩非挤土桩，因桩孔中土被清除，

16、而使，因桩孔中土被清除，而使KaKsK0。此处，此处，Ka、K0和和Kp分别为主分别为主动、静止和被动土压力系数。动、静止和被动土压力系数。采用上述公式计算深度采用上述公式计算深度z处的单位侧阻处的单位侧阻时，如取时，如取zv 26则侧阻将随深度线性增大。然则侧阻将随深度线性增大。然而砂土中的模型桩试验表明，而砂土中的模型桩试验表明，当桩入土深度达到某一临界值后，侧阻就当桩入土深度达到某一临界值后，侧阻就不随深度增加了，这个现象称为不随深度增加了，这个现象称为侧阻的深侧阻的深度效应度效应。综上所述，桩侧极限摩阻力与所在的综上所述，桩侧极限摩阻力与所在的深度、土的类别和性质、成桩方法等许多深度、土的类别和性质、成桩方法等许多因素有关。因素有关。27 但是，桩侧摩阻力达到极但是，桩侧摩阻力达到极限值所需的桩土滑移极限值则限值所需的桩土滑移极限值则与土的类别有关、而与桩径大小无关，根与土的类别有关、而与桩径大小无关，根据试验资料约为据试验资料约为46mm（对对粘性土粘性土）或）或610mm（对对砂类土砂类土）。）。28 单桩受荷过程中桩端阻力单桩受荷过程中桩端阻力的发挥不仅滞后于桩侧阻力，的