4.4.2 4.4.2 桩基础沉降的计算桩基础沉降的计算实体深基础法（桩距6d） 将桩基础看成实体的深基础，即深基础的底面与桩端将桩基础看成实体的深基础，即深基础的底面与桩端齐平，并假设桩基础如同天然地基上的实体深基础一样工作，齐平，并假设桩基础如同天然地基上的实体深基础一样工作，按浅基础的沉降计算方法进行计算，但经验系数取值不同：按浅基础的沉降计算方法进行计算，但经验系数取值不同：经验系数根据地区经验系数根据地区桩基础沉降观测资桩基础沉降观测资料及经验统计确定，料及经验统计确定，不具备条件时，查不具备条件时，查表表基底附加应力基底附加应力p p0 0为桩端平面为桩端平面处的附加应力处的附加应力4.4.2 4.4.2 桩基础沉降的计算桩基础沉降的计算实体深基础法底平面处的基底附加压力P0k计算：考虑扩散时一般取19kN/m3，地下水位以下取浮重度。多层土时为各层土的内摩擦角加权平均值。4.4.2 4.4.2 桩基础沉降的计算桩基础沉降的计算实体深基础法底平面处的基底附加压力P0k计算：不考虑扩散时桩基承台及承台上土自重实体深基础的桩及桩间土自重4.4.2 4.4.2 桩基础沉降的计算桩基础沉降的计算明德林（Mindlin）公式：设承台下群桩中各桩承受的荷载时均匀分布的，根据承台埋深及土层自重应力值，求得承台底作用在桩顶的附加压力Q单桩分担的荷载桩端阻力桩侧阻力+4.4.2 4.4.2 桩基础沉降的计算桩基础沉降的计算明德林（Mindlin）公式：当0时桩端阻力比4.4.2 4.4.2 桩基础沉降的计算桩基础沉降的计算明德林（Mindlin）公式：单桩荷载作用下土体中的应力分布 根据格德斯（Geddes）按弹性理论对明德林公式积分后得出的单桩荷载在半空间无限土体中产生的应力解，所产生的土中应力可表示为：将群桩中各根桩在该点所产生的附加应力按逐个叠加计算，地基中某点的竖向应力为：应力影响系数，可查规范4.5 4.5 桩的负摩擦问题桩的负摩擦问题负摩阻力： 当桩侧土体因某种原因而下沉，且其下沉量大于沉降（即桩侧土体相对于桩向下位移）时，土对桩产生的向下作用的摩阻力。产生负摩阻力的情况：位于桩周欠固结的软粘土或新填土在重力作用产生固结；大面积堆载使桩周土层压密；在正常固结或弱超固结的软粘土地区，由于地下水位全面降低(例如长期抽取地下水)，致使有效应力增加，因而引起大面积沉降；自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷；打桩时使已设置的邻桩抬升等4.5.1 4.5.1 产生负摩擦的条件和原因产生负摩擦的条件和原因中性点负摩阻力累计值正摩阻力累计值4.5.1 4.5.1 产生负摩擦的条件和原因产生负摩擦的条件和原因在中性点以上，桩侧出现负摩阻力，桩身轴力随深度递增；在中性点以下，桩侧出现正摩阻力，桩身轴力随深度递减；中心点处桩身轴力达到最大 。桩的负摩阻力将导致桩的承载力降低、桩基沉降加大负摩阻力的产生和发展要经历一段时间，中性点的位置、摩阻力的大小以及桩身轴力都将随时间而有所变化；桩周土固结程度高，地面沉降大，则中性点下移；固结速率大，则负摩阻力增长快；随着负摩阻力的产生和增大，桩端处的轴力增加，桩端沉降增大，则桩土相对位移减小负摩阻力降低，而逐渐达到稳定状态。4.5.2 4.5.2 负摩阻力的计算负摩阻力的计算中性点的位置单桩负摩阻力计算l0可压缩土层厚。负摩阻力强度对软土和中等强度粘土，可按太沙基建议方法：根据产生负摩阻力的土层中点的竖向有效覆盖压力计算：4.5.2 4.5.2 负摩阻力的计算负摩阻力的计算负摩阻力强度单桩负摩阻力计算 地面满布荷载和土有效重度所产生的竖向应力当地面无均布荷载时当地面有均布荷载时zi自地面算起第i层土层中点的深度4.5.2 4.5.2 负摩阻力的计算负摩阻力的计算负摩阻力强度单桩负摩阻力计算砂类土的估算公式Ni桩周第I层土经钻杆长度修正的平均标准贯入试验锤击数。下拉荷载计算4.5.3 4.5.3 减小负摩阻力的工程措施减小负摩阻力的工程措施预制混凝土桩和钢桩涂软沥青涂层采用软化点较低的沥青。涂层前桩表面清洗干净。沥青层愈软愈厚，减小的负摩阻力愈大。注意：不能将沥青涂层扩展到正摩阻力的桩身部分。灌注桩在沉降土层范围内设置预制混凝土桩并用高稠度膨润土泥浆填充预制桩段外围形成隔离层。在桩身与孔壁之间铺设双层筒形塑料薄膜形成可自由滑动的隔离层。4.6 4.6 桩的水平承载力桩的水平承载力作用于桩顶水平荷载的性质：长期作用的水平荷载反复作用的水平荷载地震作用产生的水平荷载一般当水平荷载和竖向荷载的合力与竖直线的夹角不超过5（相当于水平荷载的数值为竖直荷载的1/101/12）时，采用竖直桩。4.6.1 4.6.1 水平荷载下桩的工作性状水平荷载下桩的工作性状根据桩、土相对刚度不同：刚性桩桩很短或桩周土很软弱，桩相对刚度很大。桩身不发生挠曲变形。破坏一般只发生于桩周土中，桩体本身不发生破坏。弹性桩（半刚性桩、柔性桩）中长桩或长桩。桩相对刚度低，水平荷载作用下桩身发生挠曲变形，半刚性桩出现一个位移零点，柔性桩出现多个位移零点和弯距零点。破坏时可能是桩周土失稳破坏，也可能是桩身破坏。4.6.2 4.6.2 水平荷载下弹性桩的计算水平荷载下弹性桩的计算基本假定单桩承受水平荷载时，深度z处的水平抗力x等于该点的水平抗力系数kx与该点的水平位移x的乘积。四种较为常用的kx分布图示：地基反力系数法:4.6.2 4.6.2 水平荷载下弹性桩的计算水平荷载下弹性桩的计算计算参数桩的截面计算宽度b0:b1m时，取b0 b+1b1m时，取b0 1.5b+0.5方形截面桩：圆形截面桩：d1m时，取b0 0.9(d+1)d1m时，取b0 0.9(1.5d+0.5)桩身抗弯刚度EI：水平抗力系数的比例常数，可查表。4.6.2 4.6.2 水平荷载下弹性桩的计算水平荷载下弹性桩的计算单桩计算确定桩顶荷载N0、 H0、 M0桩的挠曲微分方程4.6.2 4.6.2 水平荷载下弹性桩的计算水平荷载下弹性桩的计算单桩计算桩身最大弯距及其位置(l4/时，查表)4.6.4 4.6.4 单桩水平承载力设计值单桩水平承载力设计值现场单桩水平荷载试验确定，必要时进行带承台桩的荷载试验。混凝土预制桩、钢桩、桩身全截面配筋率大于0.65的灌注桩，根据静载试验结果取地面处水平位移为10mm（对水平位移敏感的建筑物取水平位移6mm）所对应的荷载。桩身配筋率小于0.65的灌注桩，取单桩水平荷载试验的临界荷载为单桩水平承载力设计值。4.6.4 4.6.4 单桩水平承载力设计值单桩水平承载力设计值配筋率小于0.65的灌注桩的单桩水用承载力设计值估算公式：混凝土预制桩、钢桩、桩身全截面配筋率大于0.65的灌注桩的单桩水用承载力设计值估算公式：桩基础设计桩基础设计桩基础设计要求桩基础设计要求在外荷载的作用下，桩与地基之间的相互作用能在外荷载的作用下，桩与地基之间的相互作用能保证有足够的竖向（抗拔或抗压）或水平承载力保证有足够的竖向（抗拔或抗压）或水平承载力桩基的沉降（或沉降差）、水平位移及桩身挠曲桩基的沉降（或沉降差）、水平位移及桩身挠曲在容许范围内。在容许范围内。桩基设计步骤：桩基设计步骤：调查研究、收集相关的设计资料；调查研究、收集相关的设计资料；根据工程地质勘探资料、荷载、上部结构的条件要求确定持力层；根据工程地质勘探资料、荷载、上部结构的条件要求确定持力层；选定桩材、桩形、尺寸、确定基本构造；选定桩材、桩形、尺寸、确定基本构造；计算并确定单桩承载力；计算并确定单桩承载力；根据上部结构及荷载情况，初拟桩的平面布置和数量；根据上部结构及荷载情况，初拟桩的平面布置和数量；根据桩的平面布置拟定承台尺寸和底面高程；根据桩的平面布置拟定承台尺寸和底面高程；桩基础验算；桩基础验算；桩身、承台结构设计；桩身、承台结构设计；绘制桩基（桩和承台）的结构施工图。绘制桩基（桩和承台）的结构施工图。设计资料的收集设计资料的收集1 1）岩土工程勘察资料；）岩土工程勘察资料；2 2）建筑场地与环境条件的有关资料；）建筑场地与环境条件的有关资料；3 3）建筑物的有关资料；）建筑物的有关资料；4 4）施工条件的有关资料；）施工条件的有关资料；4.7 4.7 桩的平面布置原则桩的平面布置原则一般原则（P160表4-9、4-10）布桩方法举例4.8 4.8 承台的设计承台的设计设计内容材料选择几何形状及尺寸承台结构承载力计算抗弯计算抗冲切计算抗剪计算局部承压计算满足构造要求4.8 .14.8 .1承台构造要求承台构造要求宽度500mm；厚度300mm；最小埋深500mm。边桩中心至承台边缘d；桩外边缘至承台边缘矩形承台150mm，条形承台75mm。混凝土强度等级不低于C20，纵向钢筋的混凝土保护层厚度70mm，有混凝土垫层时40mm。矩形承台双向通长配筋，钢筋直径10mm，间距200mm。桩顶嵌入承台长度100mm（大直径桩）或50mm （中等直径桩）。桩顶主筋伸入承台内，锚固长度30d(HPB235级钢筋)或35d(HRB335级钢筋和HRB400级钢筋)或40d（抗拔桩基）。4.8 .14.8 .1柱下桩基独立承台柱下桩基独立承台柱下多桩矩形承台1.受弯计算:分别计算同一方向各截面的配筋量后取各向的最大值按双向均布配置。4.8 .14.8 .1柱下桩基独立承台柱下桩基独立承台2.受冲切计算:4.8 .14.8 .1柱下桩基独立承台柱下桩基独立承台2.受冲切计算:4.8 .14.8 .1柱下桩基独立承台柱下桩基独立承台2.受冲切计算:4.8 .14.8 .1柱下桩基独立承台柱下桩基独立承台3.受剪切计算:4.9 4.9 桩基础设计的一般步骤桩基础设计的一般步骤桩、承台有足够的强度、刚度、耐久性。地基有足够的承载力和不产生过量的变形。必备资料：建筑物的类型和规模；岩土工程勘察报告；施工机具和技术条件、环境条件、检测条件、当地桩基工程经验。主要依据4.9 .2 4.9 .2 桩的类型、截面和桩长桩的类型、截面和桩长1.桩的类型预制桩灌注桩2.桩的截面层数灌注桩预制桩10层以下1020层2030层500mm400mm8001000mm450500mm10001200mm500mm3040层1200mm500550mm4.9 .2 4.9 .2 桩的类型、截面和桩长桩的类型、截面和桩长3.桩长（桩顶进入承台+中间段+桩端进入持力层厚+桩尖）桩端进入持力层的深度为13倍桩径，一般：薄持力层且其下有软弱下卧层时，持力层厚度4d。持力层较厚时，桩端进入持力层深度可加大：同一基础的邻桩桩底高：粘性土、粉土：2d砂类土：1.5d碎石类土：d微风化、中等风化岩体： 0.5m砂类、碎石类土：310d粉土、粘性土： 26d非嵌岩桩：中心距摩擦型桩： 1/10桩长1.桩的根数和布置轴心受压时：偏心受压时：根数适当增加10202.单桩承载力验算轴心受压时：偏心受压时：水平荷载下：初选承台面积和埋深4.9 .3 4.9 .3 桩的平面布置及承载力验桩的平面布置及承载力验算算4.9 .3 4.9 .3 桩的平面布置及承载力验桩的平面布置及承载力验算算3.桩基软弱下卧层承载力验算桩距sa6d的非端承群桩基础及s6d但各单桩桩端冲剪锥体扩散线在硬持力层中相交重叠的非端承群桩基础，按图a计算。桩距sa6d且持力层厚度t（sa-De）cot/2的群桩，按图b计算。4.9 .3 4.9 .3 桩的平面布置及承载力验桩的平面布置及承载力验算算4.桩基沉降验算5.桩基负摩阻力验算考虑桩侧摩阻力的桩基承载力验算中，单桩竖向承载力特征值Ra只计中性点以下部分的侧阻力和端阻力。摩擦型桩基桩身计算中性点以上侧阻力为0。土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时，应将下拉荷载 计入附加荷载验算桩基沉降。端承型桩基4.9 .4 4.9 .4 桩身结构设计桩身结构设计桩身强度轴心受压时：工作条件系数，预制桩取0.75，灌注桩取0.60.74.9 .4 4.9 .4 桩身结构设计桩身结构设计预制桩吊桩时强度：桩的吊立：桩的水平起吊：依此值计算配筋量4.9 4.9 桩基础设计步骤桩基础设计步骤1.确定桩型2.选择桩长3.确定单桩承载力4.确定桩数5.桩的平面布置6.单桩受力验算7.软弱下卧层验算8.桩基沉降验算9.桩基负摩阻力验算10.桩身结构验算11.承台设计4.9.5 4.9.5 桩的质量检验桩的质量检验开挖检查抽芯法声波检测法动检法4.9. 4.9. 例题例题二、桩形、桩断面尺寸及桩长的选择二、桩形、桩断面尺寸及桩长的选择（一）桩形的选择（一）桩形的选择（二）断面尺寸的选择（二）断面尺寸的选择一般沉管灌注桩，直径为一般沉管灌注桩，直径为300mm300mm500mm500mm之间之间钻孔灌注桩，直径多为钻孔灌注桩，直径多为5005001200mm1200mm混凝土预制桩断面为方形，边长混凝土预制桩断面为方形，边长550mm550mm( (三）桩长的选择三）桩长的选择桩端全截面进入持力层的深度桩端全截面进入持力层的深度粘性土、粉土粘性土、粉土2d2d沙土沙土1.5d1.5d碎石类土碎石类土1d1d存在软弱下卧层存在软弱下卧层持力层厚度持力层厚度4d4d嵌岩桩周边嵌入嵌岩桩周边嵌入微风化、中等风化岩石微风化、中等风化岩石0.5m桩端下坚硬土层厚度桩端下坚硬土层厚度5d三、确定单桩承载力三、确定单桩承载力根据结构物对桩功能要求及荷载特性根据结构物对桩功能要求及荷载特性四、桩的数量计算及桩的平面布置四、桩的数量计算及桩的平面布置（一）桩的数量计算一）桩的数量计算对于承受竖向中心荷载的桩基，桩数对于承受竖向中心荷载的桩基，桩数n n：对于承受竖向偏心荷载的桩基，桩数对于承受竖向偏心荷载的桩基，桩数n n ：（二）桩的平面布置（二）桩的平面布置1 1、桩的中心矩、桩的中心矩桩的中心矩宜取（桩的中心矩宜取（3 34 4）d d2 2、桩的平面布置、桩的平面布置形状形状等间距布置不等距布置正方形、三角形、梅花形等 布置规则布置规则上部荷载的中心与群桩的中心重合或接近上部荷载的中心与群桩的中心重合或接近桩基：布置成梅花形或行列式桩基：布置成梅花形或行列式条形基础：布置成一形条形基础：布置成一形五、桩基础验算五、桩基础验算（一）单桩受力验算（一）单桩受力验算1 1、轴心竖向作用下、轴心竖向作用下2 2、偏心竖向力作用下、偏心竖向力作用下桩基偏心受压时，各桩桩顶轴压力为：桩基偏心受压时，各桩桩顶轴压力为：在上式中在上式中Q Qikmaxikmax，应满足，应满足六、桩身结构设计六、桩身结构设计主筋主筋：4 4根或根或8 8根，直径根，直径121225mm25mm。 配筋率在配筋率在1%1%左右，左右，8%8%。箍筋：箍筋：，直径，直径6 68mm8mm。间距。间距200mm200mm。（一）钢筋混凝土预制桩（一）钢筋混凝土预制桩施工阶段施工阶段1 1、制作、制作2 2、运输、堆放、运输、堆放6 6、吊装、吊装3 3、打桩、打桩4 4、截桩、截桩5 5、接桩、接桩水平起吊（最少两点）水平起吊（最少两点）吊立（一点起吊）吊立（一点起吊）起吊和运输起吊和运输采用两支点或三支点。采用两支点或三支点。考虑到吊运过程中的冲撞和震动：采取动力系数考虑到吊运过程中的冲撞和震动：采取动力系数K=1.5K=1.5考虑到锤击应力考虑到锤击应力：桩顶桩顶250025003000mm3000mm范围内将箍筋加密，并放置三层钢筋网片。范围内将箍筋加密，并放置三层钢筋网片。在桩尖附近加密箍筋。在桩尖附近加密箍筋。钢筋混凝土预制桩吊装抗弯承载力设计计算示意图M1 M2(1)(1)二点起吊二点起吊M1 M2 (2)(2)一点起吊一点起吊（二）灌注桩（二）灌注桩结构设计：考虑到承载力条件结构设计：考虑到承载力条件混凝土强度等级：混凝土强度等级：C15C15（水下灌注者（水下灌注者2020）受力状态受力状态施工阶段：按受弯构件施工阶段：按受弯构件实用阶段：按受压构件实用阶段：按受压构件七、承台设计七、承台设计形状形状尺寸尺寸高度高度配筋率配筋率宽度：宽度：500mm500mm厚度：厚度： 300mm 300mm外边缘至承台梁边缘距离外边缘至承台梁边缘距离： 75mm 75mm 配筋：配筋：对于矩形承台应通常布置。对于矩形承台应通常布置。 直径直径10mm10mm，间距，间距200mm200mm混凝土强度：混凝土强度： C20 C20纵向钢筋砼保护层厚度：纵向钢筋砼保护层厚度： 70mm 70mm由混凝土垫层时：由混凝土垫层时： 40mm 40mm。包括内容：包括内容：2 2、承台板正截面受弯承载力验算、承台板正截面受弯承载力验算两个方向的正截面弯矩表达式为两个方向的正截面弯矩表达式为：3 3、承台板的冲切验算、承台板的冲切验算柱对承台的冲切柱对承台的冲切桩对承台冲切（边角桩）桩对承台冲切（边角桩）Fl抗冲切力（公式8-19）4 4、承台板的斜截面受剪承载力验算、承台板的斜截面受剪承载力验算5 5、局部承压验算、局部承压验算6 6、承台之间的连接、承台之间的连接