第三章-深基础教材课件

第 3 章深基础Page 2内容提要n概述n桩基础基本知识n轴向荷载下单桩的承载力n群桩的承载力n水平荷载下的桩基的承载力与沉降n桩基础设计n桩基础施工Page 3学习重点 竖向荷载下单桩的工作性能以及荷载传递的特征和规律；按经验公式法确定单桩竖向抗压和抗拔承载力的计算，负摩阻力的概念以及计算方法；单桩在水平作用力下的工作特点以及桩的设计原则；群桩基础的设计方法和计算步骤。单桩水平承载力的确定方法Page 4学习目标 熟练掌握竖向荷载下单桩的工作性能以及荷载传递的特征和规律；熟悉确定单桩竖向承载力的各类方法，熟练掌握按经验公式法确定单桩竖向抗压和抗拔承载力的计算，掌握负摩阻力的概念以及计算方法；掌握单桩在水平作用力下的工作特点以及单桩水平承载力的确定方法；熟悉群桩基础的工作特点，熟练掌握群桩基础的设计方法和计算步骤，了解群桩基础的沉降计算方法；掌握桩的设计原则，了解桩的分类及各类桩的施工工艺；了解沉井基础的构造及各组成部分的作用，熟悉沉井的施工工艺和沉井时可能遇到的问题及处理措施；了解墩基础、地下连续墙等其他深基础的施工工艺与方法。Page 53.1.1桩基础 桩具有悠久的应用历史。新加坡高层建筑桩基础有四墩，每墩直径7.3，将荷载传递到下部持力性好的土层，承载力高，如下图所示。Page 6通常考虑下列情况选用桩基础方案：（）不允许地基有过大沉降和不均匀沉降的高层建筑或其他重要的建筑物；（）重型工业厂房和荷载过大的建筑物，如仓库、料仓等；（）对烟囱、输电塔等高耸结构物，宜采用桩基以承受较大的上拔力和水平力，或用以防止结构物的倾斜时；（）对精密或大型的设备基础，需要减小基础振幅、减弱基础振动对结构的影响，或应控制基础沉降和沉降速率时；（）软弱地基或某些特殊性土上的各类永久性建筑物，或以桩基作为地震区结构抗震措施时。Page 7桩基础工程的特点如下（）优点。将荷载传递到下部持力性好的土层，承载力高；沉降量小；抗震性能好，可穿过液化层；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。桩基础施工对周边环境的影响主要有：预制桩施工产生的噪声；钻孔灌注桩施工产生的泥浆；有地下室时，或者在深基坑中做桩时，均有一定干扰。Page 83.1.2沉井基础 沉井的应用已有很长的历史，它是由古老的掘井作业发展而成的一种施工方法，用沉井法修筑的基础叫做沉井基础Page 9沉井的特点（）沉井的优点。埋置深度可以很大，整体性强、稳定性好，有较大的承载面积，能承受较大的垂直荷载和水平荷载。沉井既是基础，又是施工时的挡土和挡土围堰结构物，施工工艺并不复杂。沉井施工时对邻近建筑物尤其是软土中地下建筑物的基础影响小。（）沉井的缺点。施工期较长；对粉细砂类土，在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾斜；沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大，均会给施工带来一定困难。Page 10根据经济合理、施工上可能的原则，一般在下列情况，可以采用沉井基础：（）上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，做扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其他深基础相比较，经济上较为合理的；（）在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大，或河中有较大卵石不便桩基础施工时；（）岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工围堰有困难时。Page 11沉井的类型和构造（）沉井的分类。按沉井的施工方法分类：一般沉井、浮运沉井。按沉井的建筑材料分类：混凝土沉井、钢筋混凝土沉井、竹筋混凝土沉井。按沉井形状分类。按沉井的平面形状分为圆形、圆端形、矩形，如右图所示。Page 12按沉井的立面形状分为柱形、阶梯形、锥形，如图-5所示。Page 13（）沉井基础的构造：沉井的轮廓尺寸、平面形状取决于墩（台）底部的形状。对矩形或圆端形墩，可采用相应形状的沉井，当墩的长宽比较为接近时，可采用方形或圆形沉井。沉井顶面尺寸为墩（台）身底部尺寸加襟边宽度。沉井的入土深度：根据上部结构、水文地质条件及各土层的承载力等确定。一般沉井构造上主要由井壁、刃脚、隔墙、井孔、凹槽、射水管、封底和顶板等组成，如右图所示。Page 14沉井的施工沉井基础施工一般可分为旱地上沉井的施工、水中沉井的施工等。（）旱地上沉井的施工。桥梁墩台位于旱地时，沉井可就地制造、挖土下沉、封底、充填井孔以及浇筑顶板，如图3-7所示。Page 15（）水中沉井的施工。一般采用筑岛法。当水深小于3m，流速1.5m/s时，可采用砂或砾石在水中筑岛图3-8(a)，周围用草袋围护；若水深或流速加大，可采用围堤防护筑岛图3-8(b)；当水深较大(通常15m)或流速较大时，宜采用钢板桩围堰筑岛图3-8(c)。Page 16沉井下沉过程中可能出现的问题及处理（）偏斜。偏斜原因：土岛表面松软，河底土质软硬不匀；井壁与刃脚中线不重合；抽垫方法欠妥，回填不及时；除土不均匀对称；刃脚遇障碍物顶住而未及时发现；排土堆放不合理，或单侧受水流冲击淘空等导致沉井承受不对称外力作用。发生倾斜的纠正方法：在沉井高的一侧集中挖土，在低的一侧回填砂石；在沉井高的一侧加重物或用高压射水冲松土层；在沉井顶面施加水平力扶正。（）沉井下沉困难。原因：开挖面深度不够，正面阻力大；偏斜，或刃脚下遇到障碍物、坚硬岩层和土层；井壁摩阻力大于沉井自重；井壁无减阻措施或泥浆套、空气幕等减阻构件遭到破坏。Page 17解决下沉困难的措施主要是增加压重和减小井壁摩阻力。增加压重的方法：提前接筑下节沉井；在井顶加压砂袋、钢轨等重物；不排水下沉时，可井内抽水。减小井壁摩阻力的方法：井壁内埋设高压射水管组，射水辅助下沉；利用泥浆套或空气幕辅助下沉；增大开挖范围和深度；必要时还可采用炸药起爆助沉。（）突沉。原因：井壁摩阻力较小，当刃脚下土被挖除时，沉井支承削弱；排水过多；挖土太深；出现塑流。防止突沉的措施：控制均匀挖土，减小刃脚处挖土深度；在设计时可采用增大刃脚踏面宽度或增设底梁的措施提高刃脚阻力。（）流砂。原因：土中动水压力的水头梯度大于临界值。防止流砂的措施：排水下沉时发生流砂，可向井内灌水；不排水除土下沉时，应减小水头梯度；采用井点，或深井和深井泵降水。Page 183.1.3沉箱基础 沉箱的组成。沉箱由顶盖和侧壁组成（图下），其侧壁也称刃脚。顶盖留有孔洞，以安设向上接高的气筒（井管）和各种管路。气筒上端连以气闸。气闸由中央气闸、人用变气闸及料用变气闸（或进料筒、出土筒）组成。在沉箱顶盖上安装围堰或砌筑永久性外壁。顶盖下的空间称工作室。Page 193.1.4地下连续墙基础1地下连续墙的结构形式 地下连续墙在工程应用中，主要有以下四种类型：作为地下工程基坑的挡土防渗墙，它是施工用的临时结构；在开挖期作为基坑施工的挡土防渗结构，以后与主体结构侧墙以某种形式结合，作为主体结构侧墙的一部分；在开挖期作为挡土防渗结构，以后单独作为主体结构侧墙使用；作为建筑物的承重基础、地下防渗墙、隔振墙等。目前在工程中应用的地下连续墙的结构形式主要有壁板式、形和形地下连续墙、格形地下连续墙、预应力或非预应力形折板地下连续墙等几种形式，如图3-10所示。Page 20Page 212地下连续墙的施工 在地面上用抓斗式或回转式等成槽机械，沿着开挖工程的周边，在泥浆护壁的情况下开挖一条狭长的深槽，形成一个单元槽段后，在槽内放入预先在地面上制作好的钢筋笼，然后用导管法浇灌混凝土，完成一个单元的墙段，各单元墙段之间以特定的接头方式相互连接，形成一条地下连续墙壁（图3-13）。Page 22Page 23现浇钢筋混凝土壁板式连续墙的主要施工程序有：修筑导墙，制备与处理泥浆，挖掘深槽，制备与吊装钢筋笼，浇筑混凝土墙体。下图为修筑导墙中的常用的钢筋混凝土墙断面。Page 24.桩基础基本知识3.2.1桩基础的概念与分类桩基础的基本构造和特点 桩基础可以是单根桩，也可以是单排桩或多排桩。对于多柱式桥墩单排桩基础，当桩外露在地面上较高时，桩间以横系梁相联，以加强各桩的横向联系。多数情况下桩基础是由多根桩组成的群桩基础，基桩可全部或部分埋入地基土中，如右图所示。Page 25（）桩基的作用：穿过软弱的压缩性土层或水，使桩底坐落在更密实的地基持力层上。（）承台的作用：将外力传递给各桩并将各桩联成一个整体共同承受外荷载。（）桩基础的优点：承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀，在深基础中具有耗用材料少、施工简便等特点。在深水河道中，可避免或减少水下工程，简化施工设备和技术要求，加快施工速度并改善工作条件。（）桩基础的适应性：近代在桩基础的类型、沉桩机具和施工工艺以及桩基础理论等方面都有了很大发展，因此能以不同类型的桩基础的施工方法适应不同的水文地质条件、荷载性质和上部结构特征，故桩基础具有较好的适应性。Page 26桩基础的适用条件（）荷载较大，地基上部土层软弱，适宜的地基持力层位置较深，采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理时；（）河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，位于基础或结构物下面的土层有可能被侵蚀、冲刷，如采用浅基础不能保证基础安全时；（）当地基计算沉降过大或建筑物对不均匀沉降敏感时，采用桩基础穿过松软（高压缩）土层，将荷载传到较坚实（低压缩性）土层，以减少建筑物沉降并使沉降较均匀；（）当建筑物承受较大的水平荷载，需要减少建筑物的水平位移和倾斜时；（）当施工水位或地下水位较高，采用其他深基础施工不便或经济上不合理时；（）地震区，在可液化地基中，采用桩基础可增加建筑物抗震能力，桩基础穿越可液化土层并伸入下部密实稳定土层，可消除或减轻地震对建筑物的危害。Page 273桩基础分类（）按承台位置分类。桩基础按承台位置可分为高桩承台基础和低桩承台基础，简称高桩承台和低桩承台。高桩承台的承台底面位于地面或冲刷线以上，低桩承台的承台底面位于地面或冲刷线以下，如下图所示。（）按施工方法分类。桩基础按施工方法可以分为沉桩（预制桩）、灌注桩、管柱基础、钻埋空心桩。其中，沉桩（预制桩）包括打入桩（锤击桩）、振动下沉桩和静力压桩。灌注桩包括钻孔灌注桩、挖孔灌注桩和沉管灌注桩。Page 28（）按设置效应分类。按设置效应，桩基础可以分为挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩。（）按桩土相互作用特点分类。按桩土相互作用特点，桩基础可以分为竖向受荷桩（摩擦桩、端承桩或柱桩）、横向受荷桩（主动桩、被动桩、竖直桩与斜桩）、桩墩（端承桩墩、摩擦桩墩）。Page 29（）按桩身材料分类。根据桩的材料，桩可分为木桩（包括竹桩）、混凝土桩（含钢筋混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩）、钢桩和组合桩。（）按桩径大小分类。桩径大小不同的桩，其承载性能不同，设计的要求不同，更为重要的是施工工艺和施工设备不相同，这类桩各适用于不同的工程项目和不同的经济条件。小直径桩：犱。中等直径桩：犱。大直径桩：犱。Page 30桩与桩基础的构造（）各种基桩的构造。钢筋混凝土钻（挖）孔灌注桩。采用就地灌注的钢筋混凝土桩（图3-20），桩身常为实心断面。Page 31钢筋混凝土预制桩。沉桩（打入桩和振动下沉桩）采用预制的钢筋混凝土桩，有实心的圆桩和方桩（少数为矩形桩），有空心的管桩，另外还有管柱（用于管柱基础），如图3-21和图3-22所示。Page 32（）桩与承台、横系梁的连接。（）桩的布置和中距。Page 333.2.2桩型与成桩方法的选择桩型与成桩工方法的选择应考虑多方面的因素，主要有：建筑物本身的要求，如荷载的形式和量级、工期的要求等；工程地质和水文地质条件；场地的环境，对环境的保护要求等；设备材料和运输条件，施工技术力量，施工设备和材料的供应可能性等；经济分析。Page 34预制桩的特点和适用条件（）优点：桩的单位面积承载力高，打入土层时使松软土层挤密，从而使承载力提高；桩身质量较易保证和检查；易于在水上施工；桩身混凝土的密度大，抗腐蚀性强；施工工效高，施工工序简单。（）缺点：单价较灌注桩高，预制桩需要配较多的钢筋以抵抗搬运、起吊和锤击时的应力；施工噪声大，污染环境，不宜在城市中使用；预制桩是挤土桩，群桩施工时将引起周围地面的隆起，对周围有影响；受到起吊设备能力的限制，单节预制桩的长度不能过长，一般为十余米，长桩时需接桩，桩的接头常形成桩身的薄弱环节，关键在于制造的施工工艺质量；不易穿透较厚的坚硬土层；打入后桩长超过要求时，截桩较困难。Page 35（）适用条件：不需考虑噪声污染和振动影响的环境；持力层上覆盖的为松软土层，没有坚硬的夹层；持力层顶面起伏变化不大，桩长易于控制，减少截桩；水下桩基工程；大面积打桩工程，打入桩的工序和设备简单，工效高，桩数量多时有较高的经济效益。Page 36灌注桩的特点和适用条件（）优点：可适用于各种地层；桩长可随持力层起伏而改变，不需截桩、没有接头；仅承受轴向压力时不用配置钢筋，节约钢材；采用大直径钻孔或挖孔灌注桩时单桩的总承载力大；一般情况下比预制桩经济。（）缺点：桩的质量不易控制和保证，容易在灌注混凝土过程中出现断桩、缩颈、露筋和泥夹层等现象；桩身直径比较大，孔底沉积物不易清除干净，因而单桩的承载力的变化较大；大直径灌注桩做压载试验的费用昂贵。（）适用条件：一般情况下不宜用于水下桩基。Page 373.2.3桩基设计原则桩基设计应力求做到安全适用、经济合理，主要包括收集资料和设计两部分。收集资料（）进行调查研究，了解结构的平面布置、上部荷载大小及使用要求等；（）工程地质勘探资料的收集和阅读，了解勘探孔的间距、钻孔深度以及土层性质，桩基确定持力层；（）掌握施工条件和施工方法，如材料、设备以及施工人员等。设计步骤（）确定桩的类型和外形尺寸，确定承台埋深；（）确定单桩竖向承载力特征值和水平承载力特征值；（）初步拟定桩的数量和平面布置；（）计算单桩上的竖向和水平荷载，确定群桩承载力；（）必要时验算地基沉降；（）承台结构设计；（）绘制桩和承台的结构以及施工图。设计要求建筑地基基础设计规范（GB500072011）第8.5.2条.Page 383.2.4桩基技术发展趋势在小型桩基础方面在超长桩基础方面在桩基负摩阻力方面在桩基础水平荷载力作用方面支盘桩和螺杆桩等特殊桩型基础桩工机械现状基桩动测技术Page 393.3轴向荷载下单桩的承载力3.3.1受压单桩的破坏类型与荷载传递受压单桩的破坏类型（）桩身材料屈服。图a（）持力层土整体剪切破坏。图b（）刺入剪切破坏。图cPage 40单桩荷载传递桩顶在竖向荷载作用下的传递规律：（）桩侧摩阻力是自上而下逐渐发挥的，而且不同深度土层的桩侧摩阻力是异步发挥的；（）当桩土相对位移大于各种土性的极限位移后，桩土之间要产生滑移，滑移后其抗剪强度将由峰值跌落为残余强度，亦即滑移部分的桩侧土产生软化；（）桩端阻力和桩侧阻力是异步发挥的。只有当桩身轴力传递到桩端并对桩端土产生压缩时才会产生桩端阻力，而且一般情况下（当桩端土较坚硬时），桩端阻力随着桩端位移的增大而增大；（）单桩竖向极限承载力是指静载试验时单桩桩顶所能稳定承受的最大试验荷载。用荷载传递法来描述上述荷载传递过程：把桩沿桩长方向离散成若干单元，假定桩体中任意一点的位移只与该点的桩侧摩阻力有关，用独立的线性或非线性弹簧来模拟土体与桩体单元之间的相互作用。Page 41Page 42取深度z处的微小桩段dz，由力的平衡条件得由桩身压缩变形s（z）与轴力Q（z）之间的关系可得z断面荷载为断面沉降以上各式中，A为桩身横截面面积（），E为桩身弹性模量，U为桩身周长。Page 433.3.2单桩承载力的确定根据建筑桩基技术规范（JGJ942008）和建筑地基基础设计规范（GB500072011）设计采用的单桩竖向极限承载力标准值应符合下列规定：（）设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确定；（）设计等级为乙级的建筑桩基，当地质条件简单时，可参照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定；其余均应通过单桩静载试验确定；（）设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定。Page 44（）桩的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值宜通过埋设桩身轴力测试元件由静载试验确定，并通过测试结果建立极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值与土层物理指标、岩石饱和单轴抗压强度以及与静力触探等土的原位测试指标间的经验关系，以经验参数法确定单桩竖向极限承载力。Page 45根据桩身材料确定 在竖向荷载作用下桩向下移动，周围土层对桩产生向上的摩阻力，并在桩端产生向上的反力，所以在荷载作用下摩擦桩的承载力可用下式表示：我国国家标准建筑地基基础设计规范（500072011）中规定，当桩的竖向荷载特征值确定后，桩身强度应符合下式要求：对钢套管混凝土灌注桩和钢筋混凝土桩，应考虑钢材和钢筋的抗压强度式Page 46Page 47Page 48利用原位测试法确定（）当根据单桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，如无当地经验，可按下式计算：Page 49（）当根据双桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，对于黏性土、粉土和砂土，如无当地经验时可按下式计算：采用经验参数公式法确定（）当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，宜按下式估算：Page 50（）根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定大直径桩单桩极限承载力标准值时，可按下式计算：嵌岩桩桩端置于完整、较完整基岩的嵌岩桩单桩竖向极限承载力，由桩周土总极限侧阻力和嵌岩段总极限阻力组成。当根据岩石单轴抗压强度确定单桩竖向极限承载力标准值时，可按下列公式计算：Page 51后注浆灌注桩后注浆灌注桩的单桩极限承载力，应通过静载试验确定。在符合注浆技术实施规定的条件下，其后注浆单桩极限承载力标准值可按下式估算：按单桩竖向抗压静载试验法确定（）静载试验装置及方法。（）终止加载条件。在某级荷载下，桩顶沉降量为前一级荷载下沉降量的倍；某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的倍，且经尚未达到相对稳定；已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量时。（）按试验成果确定单桩承载力。采用静力触探法确定Page 52按土的抗剪强度指标确定 以土力学原理为基础的单桩极限承载力公式在土的抗剪强度指标的取值上考虑了理论公式所无法概括的一些影响因素，例如土的类别、排水条件、桩的类型和设置效应等，其单桩极限承载力犙一般可用下式表示：对于黏性土中的桩，因桩在设置和受荷初期，桩周土来不及排水固结，一般以短期承载力控制设计，宜按总应力分析法取不排水强度犆估算，故：Page 533.3.3桩基负摩阻力 当桩周土体因某种原因发生下沉，其沉降变形大于桩身的沉降变形时，在桩侧表面的全成一部分面积上将出现向下作用的摩阻力，称其为负摩阻力，如图-所示。Page 54桩的负摩阻力产生的原因（）在桩附近地面大量堆载，引起地面沉降。（）土层中抽取地下水或其他原因，地下水位下降，使土层产生自重固结下沉。（）桩穿过欠压密土层（如填土）进入硬持力层，土层产生自重固结下沉。（）桩数很多的密集群桩打桩时，桩周土中产生很大的超孔隙水压力，打桩停止后桩周土的再固结作用引起下沉。（）在黄土、冻土中的桩，因黄土湿陷、冻土融化产生地面下沉。负摩阻力的机理与特性Page 553.3.4桩基的抗拔承载力l 主要承受竖向抗拔荷载的桩称竖向抗拔桩。某些建筑物，如海洋建筑物、高耸的烟囱、高压输电铁塔、受巨大浮托力的地下建筑物、特殊土如膨胀土和冻土上的建筑物等，它们所受的荷载往往会使其下的桩基中的某部分受到上拔力的作用。桩的抗拔承载力主要取决于桩身材料强度及桩与土之间的抗拔侧阻力和桩身自重。l 对桩的抗拔极限承载力的计算公式一般可以分成两大类。一类是理论计算公式，此类公式是先假定不同的桩的破坏模式，然后以土的抗剪强度和侧压力系数等主要参数进行承载力计算。单桩抗拔静载试验Page 56经验公式法（）单桩或群桩基础呈非整体性破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值计算式为（）群桩基础呈整体性破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值计算式为Page 573.4群桩的承载力3.4.1端承型群桩基础 对于端承型群桩基础，由于持力层坚硬，压缩性很低，桩顶沉降较小，桩侧摩阻力不易发挥，桩顶荷载基本上通过桩身直接传到桩端处土层上（图）。桩端处压力较集中，各桩端的压力彼此互不影响，可近似认为端承型群桩基础中各基桩的工作性状与单桩基本一致，桩间土基本不承受荷载，群桩基础的承载力即为单桩承载力之和。群桩的沉降量也与单桩基本相同，即群桩效应系数。因此，端承型群桩基础无群桩效应。式中P、Q群桩和单桩的极限承载力（）；n群桩中的桩数。Page 583.4.2摩擦型群桩基础群桩效应具体特征如下。（）预制桩沉桩：对砂土、一般黏性土和填土有挤密作用，使承载力增加饱和黏土，超静孔压积累，地面上浮，先入桩后上浮，土层扰动，使承载力降低。（）应力叠加：桩底应力增加，承载力不足，总的沉降量增加。（）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。（）承台可部分承受荷载。Page 593.4.3承台下土对荷载的分担作用 对于摩擦型桩基，在竖向荷载作用下而发生沉降，承台底一般会受到土反力的作用，而使一部分荷载为承台下土来承担。而传统的方法认为，荷载全部由桩承担，承台底地基土不分担荷载，这种考虑无疑是偏于安全的。二十多年来的大量室内研究和现场检测表明：对于摩擦型桩基，除了承台底面存在几类特殊性质土层和动力作用的情况外，承台下的桩间土均参与承担部分外荷载，且承载的比例随桩距的增大而增大。显然承台下桩间土的承载能力取决于桩和桩间土的刚度，而先决条件是承台底面必须与土保持接触而不能脱开。Page 603.4.4确定基桩承载力特征值的规范方法建筑桩基技术规范（JGJ942008）第8.5.4条规定，群桩中单桩桩顶竖向力应按下列公式进行计算：轴心竖向力作用下式中F相应于作用的标准组合时，作用于桩基承台顶面的竖向力（）；G桩基承台自重及承台上土自重标准值（）；Q作用的标准组合时，轴心竖向力作用下任一单桩的竖向力（）；n桩基中的桩数。Page 61偏心竖向力作用下式中Q作用的标准组合时，偏心竖向力作用下第i根桩的竖向力（KN）；M、M标准组合作用于承台底面通过桩群形心的x、y轴的力矩（KN）；xi、yi桩犻至桩群形心的y、x轴线的距离（）。水平力作用下式中犎相应于作用的标准组合时，作用于承台底面的水平力（KN）；犎犻相应于作用的标准组合时，作用于任一单桩的水平力（KN）。Page 623.5水平荷载下桩基的承载力与沉降3.5.1水平荷载下桩的工作性状水平荷载作用下桩的破坏性状（）刚性桩。（）弹性桩。单桩在水平荷载作用下的工作性状Page 633.5.2水平荷载作用下的理论计算 现在较普遍采用的是将桩视为弹性地基上的梁。这是因为在桩顶受到竖轴向力、横轴向力和弯矩作用时，如果略去轴向力的影响，桩就可以看做一个设置在弹性地基中的竖梁（若作用于杆的力或弯矩均与杆的轴线相垂直，并使该杆发生弯曲，杆就称为梁）。求解其内力的方法有三种：一种是直接用数学方法解桩在受荷后的弹性挠曲微分方程，再从力的平衡条件求出桩各部分的内力和位移（这是当前广泛采用的一种）；另一种是将桩分成有限段，用差分式近似代替桩的弹性挠曲微分方程中的各阶导数式而求解的有限差分法；第三种则是将桩划分为有限单元的离散体，然后根据力的平衡和位移协调条件，解得桩的各部分内力和位移的有限元法。Page 64桩的计算参数 根据建筑桩基技术规范（JGJ942008）的第5.7.5条，桩的水平变形系数和地基土水平抗力系数可按下列规定确定。（）桩的水平变形系数：（）桩侧土水平抗力系数的比例系数犿，宜通过单桩水平静载试验确定，当无静载试验资料时，可按表-取值。Page 65Page 66桩的挠曲微分方程的建立及其解桩顶水平位移桩身最大弯矩及其位置Page 67Page 68Page 693.5.3单桩水平静载试验n桩的水平静载试验是确定桩的横轴向承载力的较可靠的方法，也是常用的研究分析试验方法。试验是在现场进行，所确定的单桩横轴向承载力和地基土的水平抗力系数最符合实际情况。如果预先已在桩身埋有量测元件，则可测定出桩身应力变化，并由此求得桩身弯矩分布。n试验方法主要有两种：单向多循环加卸载法和慢速连续法。一般采用前者，对于受长期横向荷载的桩可采用后者。桩水平静载试验装置示意如图-所示。n桩承受水平荷载的试验可在两根桩间放置一个千斤顶，在这两根桩间施加水平力。如果做力矩产生水平位移的试验，可在地面上一定高度给桩施加水平力，必要时还可进行带承台桩的荷载试验。水平位移用大量程百分表测量，试验结果整理成水平荷载（H）时间（t）水平位移（x）的曲线，如图-所示。Page 70Page 71Page 723.6桩基础设计3.6.1桩基础设计的一般规定桩的作用是把建筑物的荷载传递给地基，不同桩径、不同桩长、不同形状、不同材质、不同施工方法和不同地质状况的桩，单桩承载力和变形特征不同。桩基础应按下列两类极限状态设计。（）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；（）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。Page 73Page 74桩基应根据具体条件分别进行下列承载能力计算和稳定性验算。（）应根据桩基的使用功能和受力特征分别进行桩基的竖向承载力计算和水平承载力计算。（）应对桩身和承台结构承载力进行计算；对于桩侧土不排水抗剪强度小于且长径比大于的桩应进行桩身压屈验算；对于混凝土预制桩应按吊装、运输和锤击作用进行桩身承载力验算；对于钢管桩应进行局部压屈验算。（）当桩端平面以下存在软弱下卧层时，应进行软弱下卧层承载力验算。（）对位于坡地、岸边的桩基应进行整体稳定性验算。（）对于抗浮、抗拔桩基，应进行基桩和群桩的抗拔承载力计算。（）对于抗震设防区的桩基应进行抗震承载力验算。Page 75下列建筑桩基应进行沉降计算。（）设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基；（）设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均匀或桩端平面以下存在软弱土层的建筑桩基；（）软土地基多层建筑减沉复合疏桩基础。桩基设计时，所采用的作用效应组合与相应的抗力应符合下列规定。（）确定桩数和布桩时，应采用传至承台底面的荷载效应标准组合；相应的抗力应采用基桩或复合基桩承载力特征值。（）计算荷载作用下的桩基沉降和水平位移时，应采用荷载效应准永久组合；计算水平地震作用、风载作用下的桩基水平位移时，应采用水平地震作用、风载效应标准组合。Page 76（）验算坡地、岸边建筑桩基的整体稳定性时，应采用荷载效应标准组合；抗震设防区，应采用地震作用效应和荷载效应的标准组合。（）在计算桩基结构承载力、确定尺寸和配筋时，应采用传至承台顶面的荷载效应基本组合。当进行承台和桩身裂缝控制验算时，应分别采用荷载效应标准组合和荷载效应准永久组合。（）桩基结构设计安全等级、结构设计使用年限和结构重要性系数应按现行有关建筑结构规范的规定采用，除临时性建筑外，重要性系数不应小于。Page 773.6.2桩基础设计的步骤桩基础设计应力求做到安全适用、经济合理，设计过程主要包括收集资料和设计两部桩基础设计的一般步骤为：（）确定桩的类型和外形尺寸，确定承台埋深；（）确定单桩竖向承载力特征值和水平承载力特征值；（）初步拟定桩的数量和平面布置；（）计算单桩上的竖向和水平荷载，确定群桩承载力；（）必要时验算地基沉降；（）承台结构设计；（）绘制桩和承台的结构以及施工图。Page 783.6.3桩基础设计的内容桩基础设计内容如下。收集基本设计资料初定承台底面高程，确定桩的类型、桩长和断面尺寸确定单桩承载力确定桩的数量、间距，承台底面和桩的布置桩基础的验算Page 793.6.4桩基础的构造要求下面给出建筑地基基础设计规范（GB500072011）和建筑桩基技术规范（JGJ942008）中的一些构造要求。（）对应用最多的混凝土预制桩和混凝土灌注桩低承台桩基础，桩和桩基的构造，应符合下列要求。摩擦型桩的中心距不宜小于桩身直径的倍；扩底灌注桩的中心距不宜小于扩底直径的倍，当扩底直径大于时，桩端净距不宜小于。在确定桩距时尚应考虑施工工艺中挤土等效应对邻近桩的影响。扩底灌注桩的扩底直径，宜为桩身直径的倍。桩端进入持力层的深度，根据地质条件、荷载及施工工艺确定，宜为桩身直径的倍。在确定桩底进入持力层深度时，尚应考虑特殊土、岩溶以及震陷液化等影响。嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的未风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度，不宜小于。Page 80布置桩位时宜使桩基承载力合力点与竖向永久荷载合力作用点重合。预制桩的混凝土强度等级不应低于；灌注桩不应低于；预应力桩不应低于。桩的主筋应经计算确定。打入式预制桩的最小配筋率不宜小于；静压预制桩的最小配筋率不宜小于；灌注桩最小配筋率不宜小于（小直径桩取大值）。箍筋采用，宜采用螺旋式箍筋；当钢筋笼长度超过时，应每隔左右设一道焊接加劲箍筋。配筋长度。受水平荷载和弯矩较大的桩，配筋长度应通过计算确定；桩基承台下存在淤泥、淤泥质土或液化土层时，配筋长度应穿过淤泥、淤泥质土层或液化土层；坡地岸边的桩、度及度以上地震区的桩、抗拔桩、嵌岩端承桩应通长配筋；桩径小于的钻孔灌注桩，构造钢筋的长度不宜小于桩长的。Page 81桩顶嵌入承台内的长度对大直径桩不宜小于，对小直径桩不宜小于。主筋伸入承台内的锚固长度不宜小于主筋直径（级钢）的倍和钢筋直径（级钢和级钢）的倍。对于大直径灌注桩，当采用一柱一桩时，可设置承台或将桩和柱直接连接。柱纵筋插入桩身的长度应满足锚固长度的要求。主筋的混凝土保护层厚度，不应小于，水下灌注混凝土，不得小于。在承台及地下室周围的回填中，应满足填土密实性的要求。（）对以控制沉降为目的的桩基，应结合地区经验，并满足下列要求。桩身强度应按桩顶荷载特征值验算。桩基设计时，应考虑桩、土、承台的共同工作，桩、土荷载分配应按上部结构与地基共同作用分析确定。桩端进入较好的土层，桩端平面处土层应满足下卧层承载力设计要求。桩距可采用犱（犱为桩身直径）。Page 823.6.5桩数及桩位布置桩径、桩长的拟定（）桩径拟定。（）桩长拟定。确定基桩根数及其平面布置（）桩根数的估算。基础所需桩的根数可根据承台底面上的竖向荷载和单桩容许承载力按下式估算：（）桩间距的确定。Page 83（）桩的平面布置。桩数确定后，可根据桩基受力情况选用单排桩或多排桩桩基。多排桩的排列形式常采用行列式图3-43（a）和梅花式图3-43（b），在相同的承台底面积下，后者可排列较多的基桩，而前者有利于施工。Page 843.6.6桩基承载力验算桩顶作用效应计算对于一般建筑物和受水平力（包括力矩与水平剪力）较小的高层建筑群桩基础，应按下列公式计算柱、墙、核心筒群桩中基桩或复合基桩的桩顶作用效应。（）竖向力。轴心竖向力作用下偏心竖向力作用下（）水平力：Page 85桩基竖向承载力计算（）桩基竖向承载力计算应符合下列要求。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，尚应满足下式的要求：地震作用效应和荷载效应标准组合。轴心竖向力作用下除满足上式外，尚应满足下式的要求：Page 86（）单桩竖向承载力特征值犚应按下式确定：（）考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值可按下列公式确定。不考虑地震作用时考虑地震作用时Page 87Page 883.6.7承台设计柱下桩基承台的弯矩的简化计算方法（）多桩矩形承台计算截面取在柱边和承台高度变化处。多桩矩形承台计算截面取在柱边和承台高度变化处（杯口外侧或台阶边缘），如图3-45（a）所示：Page 89等腰三桩承台图3-45（c）。Page 90Page 91Page 923.6.8桩基设计实例Page 93Page 943.7桩基础施工3.7.1挤土桩施工要点沉管灌注桩的施工沉桩（预制桩）的施工旋挖灌注桩的施工大直径空心桩的施工Page 953.7.2钻孔桩施工要点钻孔灌注桩施工（）准备工作。准备场地。埋置护筒。制备泥浆。安装钻机或钻架。（）钻孔。旋转钻进成孔。冲击钻进成孔。冲抓钻进成孔。（）清孔及装吊钢筋骨架。抽浆清孔。掏渣清孔。换浆清孔。Page 96挖孔灌注桩施工（）挖孔桩的优点：施工工艺和设备比较简单；质量好，不卡钻，不断桩，不塌孔，绝大多数情况下无须浇筑水下混凝土，桩底无沉淀浮泥；易于扩大桩尖，提高桩身支承力；速度快，无需重大设备如钻机等，容易多孔平行施工，加快全桥进度；成本低，比灌钻孔可降低。（）施工工艺。施工准备。开挖桩孔。护壁和支撑。Page 973.7.3桩基础质量检验桩的几何受力条件检验桩身质量检验桩身强度与单桩承载力检验