第十章桩基础第一节概述桩基及其应用天然地基中的浅基础一般造价较低，施工简易，因此工业与民用建筑物应尽量优先采用业部建筑物荷载较大，而适合作为持力层的土层又埋藏较深，用用天然浅基础或仅作简单的人工地基加固仍不能满足要求时，常采用桩基础。把建筑物支承在桩基上，荷载通过桩传到深处坚硬土层上，从而保证建筑物满足地基稳定和变形容许量的要求。桩基础既可看成是一种深基础，也可认为是一种地基处理方法桩基础由桩和承台两部分组成（图4-1）。由承台将桩群在上部联结成一个整体，建筑物的荷载通过承台分配给每根桩，桩群再把荷载传给地基。依承台与地面相对位置的不同，桩基础可分为低承台桩基和高承台桩基。当桩承台底面位于土中时，称低承台桩基（图4一la）：当桩承台底面高出土面以上时，称高承台桩基（图4-1b）设房屋建筑和水工建筑物中最常用的是低承台桩基，高承台桩基则常用于港口码头海洋工程及桥梁工程中。、桩的分类及常用桩一） 桩的分类1．按桩的荷载传递方式，桩可分为端承桩与摩擦桩两类。当桩穿过软弱土层、桩端支坚硬土层或岩层上时，则上部荷载主要靠桩尖处坚硬岩土层提供的反力来支承，桩侧摩擦力很小称这种桩为端承桩（图4-la）当软土层很厚，桩端达不到坚硬以忽略不间的摩擦力来支承，桩尖处土层反力，则桩的荷载主要靠桩身与周周十士层很小，可略而不计称这种桩为纯摩擦日4-1b）。当桩以摩擦支承力为主，同时又有端部支承力时，此桩称为端承摩擦桩：反之，当桩以端部支承力为主，同时又有摩擦支承力时，此桩称为摩擦端承机、按制桩材料，可分为木桩、混凝土柱、钢筋混凝土桩、钢桩和组合材料桩等。3.按制作方法，可分为预制桩和现场灌注桩两大类。①预制桩。在工厂或施工现场制作的预制桩，预制桩主要有钢筋混凝土预制桩、钢桩、木桩。预制桩采用不同的沉桩方法打入（或压入）土中，桩对周围的土体有排挤作用，因而也称之为挤土桩②灌注桩。为节省钢材和减少打桩时的口社再向孔内灌注混凝土时也配置钢筋）而成桩。用这类施工方法制桩没有或很少有挤土为非挤土桩或部用，故又称之为分为小柱、普通桩和大直径桩。小桩指桩径d<250m按桩径注多用二基础加固。普通桩指桩径250mm<d<800mm的桩，这种桩工业与民用建筑中经常使用。大直径桩则是指桩径d≥800mm的桩，此类桩大多数是端承桩。二）常用桩的类型1.预制钢筋混凝土桩页制钢筋混凝土桩的断面主要有方形和圆形两种。实心载面的桩由于具有制模浇注方便、质量易保证，一种应用较般为250~550mm，桩长一般不超过的拼：！耳载面边13.5rn，现场预制桩的长度一般在25~30m以内。钢筋混凝土预制桩的混凝土标号不应低于030大截面实心方桩的自重大、钢筋用量也大，所以当方桩的断面大于450x450mm时，为了减轻自重，节约钢材，可做成空心桩。：沉管式灌注机沉管式灌注柱又称打入式灌注桩。利用打桩机将钢管打入土层中，在钢管内放入钢筋笼，然后边灌混凝土边振动拨管而成桩。这种桩的直径一般在300~500mm之间，桩长一般不超过25m。沉管灌注桩在粘性土和砂土中均可使用。3.钻（挖）孔灌注桩利用各种钻（挖）孔机具在设计桩位处就地钻（挖）成所需孔径和深度的钻孔，入钢筋，灌入混凝土而成桩。钻（挖）孔灌注桩造价低，节省钢材。此类桩大多数属于端承型桩
1 第十章 桩基础 第一节 概述 一、桩基及其应用 天然地基中的浅基础一般造价较低，施工简易，因此工业与民用建筑物应尽量优先采用。 但当上部建筑物荷载较大，而适合于作为持力层的土层又埋藏较深，用天然浅基础或仅作简 单的人工地基加固仍不能满足要求时，常采用桩基础。把建筑物支承在桩基上，荷载通过桩 传到深处坚硬土层上，从而保证建筑物满足地基稳定和变形容许量的要求。桩基础既可看成 是一种深基础，也可认为是一种地基处理方法。 桩基础由桩和承台两部分组成（图 4-1）。由承台将桩群在上部联结成一个整体，建筑 物的荷载通过承台分配给每根桩，桩群再把荷载传给地基。依承台与地面相对位置的不同， 桩基础可分为低承台桩基和高承台桩基。当桩承台底面位于土中时，称低承台桩基（图 4－ 1a）；当桩承台底面高出土面以上时，称高承台桩基（图 4-1b）。在一般房屋建筑和水工建 筑物中最常用的是低承台桩基，高承台桩基则常用于港口码头海洋工程及桥梁工程中。 二、桩的分类及常用桩 （一）桩的分类 1．按桩的荷载传递方式，桩可分为端承桩与摩擦桩两类。当桩穿过软弱土层、桩端支 承在坚硬土层或岩层上时，则上部荷载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，称这种桩为端承桩（图 4-1a）。当软土层很厚，桩端达不到坚硬 土层或岩层上时，则桩的荷载主要靠桩身与周围土层之间的摩擦力来支承，桩尖处土层反力 很小，可略而不计，称这种桩为纯摩擦桩（图 4-1b）。当桩以摩擦支承力为主，同时又有端 部支承力时，此桩称为端承摩擦桩；反之，当桩以端部支承力为主，同时又有摩擦支承力时， 此桩称为摩擦端承桩。 2．按制桩材料，可分为木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩和组合材料桩等。 3．按制作方法，可分为预制桩和现场灌注桩两大类。 ①预制桩。在工厂或施工现场制作的预制桩，预制桩主要有钢筋混凝土预制桩、钢桩、 木桩。预制桩采用不同的沉桩方法打入（或压入）土中，桩对周围的土体有排挤作用，因而 也称之为挤土桩。 ②灌注桩。为节省钢材和减少打桩时的噪音及振动，可在现场桩位上先作成桩孔，然后 再向孔内灌注混凝土（有时也配置钢筋）而成桩。用这类施工方法制桩没有或很少有挤土作 用，故又称之为非挤土桩或部分挤土桩。 4．按桩径大小，可分为小桩、普通桩和大直径桩。小桩指桩径 d250mm 的桩，多用于 基础加固。普通桩指桩径 250mm <d<800mm 的桩，这种桩在工业与民用建筑中经常使用。 大直径桩则是指桩径 d800mm 的桩，此类桩大多数是端承桩。 （二）常用桩的类型 1．预制钢筋混凝土桩 预制钢筋混凝土桩的断面主要有方形和圆形两种。实心载面的桩由于具有制模浇注方 便、质量易保证，是一种应用较广的桩，其截面边长一般为 250~550mm，桩长一般不超过 13.5rn，现场预制桩的长度一般在 25~30m 以内。钢筋混凝土预制桩的混凝土标号不应低于 C30。 大截面实心方桩的自重大、钢筋用量也大，所以当方桩的断面大于 450450mm 时，为 了减轻自重，节约钢材，可做成空心桩。 2．沉管式灌注桩 沉管式灌注桩又称打入式灌注桩。利用打桩机将钢管打入土层中，在钢管内放入钢筋笼， 然后边灌混凝土边振动拨管而成桩。这种桩的直径一般在 300~500mm 之间，桩长一般不超 过 25m。沉管灌注桩在粘性土和砂土中均可使用。 3．钻（挖）孔灌注桩 利用各种钻（挖）孔机具在设计桩位处就地钻（挖）成所需孔径和深度的钻孔，然后放 入钢筋，灌入混凝土而成桩。钻（挖）孔灌注桩造价低，节省钢材。此类桩大多数属于端承 型桩
第二节单桩承载力的确定单桩承载力是指单桩在外荷载作用下，不丧失稳定性、不产生过大变形时的承载能力。单桩竖向承载力分析作用于桩顶的竖向荷载Q是由桩侧土的总摩阻力Qs和桩端土的总抗力Qp共同承担的（图4-4a），表示为0=0,+0,(4-1)当桩顶荷载加大至极限值时，式4-1改写为(4 -2)Qu=Qu+Q,这时Q称为单桩坚向抗压极限承载力（kN）：Qu为单桩总极限侧阻力（kN）：Qp则为单桩总极限端阻力（KN桩在外荷载0 作用下，,与Q的发挥程度与桩土之间的相对位移情况有关。当桩与土之间发生较小的相对位移时，摩擦阻力就可充分发挥出来。桩端阻力发挥所需要的相对位移则与桩端土的性质和沉桩方法有关。对于岩层及坚硬土层，只要很小的变形桩端阻力就能充分发挥，此时承载力中桩端阻力占绝大部分，这就是端承桩；而当桩端土与桩侧土性质差不多时，桩端阻力发挥所要求的相对位移值就要大得多。这种情况下，桩侧摩阻力的发挥一般先于桩端主力的发挥。这就是一般的摩擦机此，对于一般的摩擦桩来说，不同桩顶荷载（图4一4b）。桩在桩顶荷载作用下桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥过程及其规律称为桩的荷荷载传递。一）桩侧摩阻力的大小和分布L9s的大小除与土的性质、桩的材料性质有关外，还与桩径、桩深、侧单位面积摩阻力特别是施工方法有关。对于挤土打入桩，沉桩将使桩周土向四周排开、挤压，土的结构受到优动破坏。粘性土印孔隙力的升高而降低了抗剪强度。打桩停止后，土的给构得到恢复，土的强度可部分恢复。因此，在粘性土中打桩会使9先降低、后提高。而在非桩，则由齐密而使抗剪强度增高桩停止后，土的挤密交钻丧失，故4先增加、后又稍微降低。若为钻（挖）孔灌注桩，由于先形会因应力调分成孔，周围土体可能向孔内移动，因此桩身的摩阻力减小。桩侧摩阻力q的发挥程度与桩土之间的相对位移情况有关。对于打入式摩擦桩，当项部作用有轴向荷载Q时，其一般由二部分组成，一部分为桩端下沉量Sp（它包括由桩侧荷载引起的桩端以下土体压缩和桩尖刺入桩端土层而引起的桩身整体位移）；另一部分则为桩身材料在轴力N 作用下产生的压缩变形（图4-5e），即s0=Sp+二根试验单桩的长见讨论桩侧摩阻力9和轴向力N与桩身截面移S之间的度为L（图4-5b）截面理设应力让，测出名面积为A、周长为u。如果预先沿桩身市曲线。当摩擦阻力方向点面算出我轴7Nz)将随深度的增加而减少（图C)。从桩身任意深度z其受力状况见图取dz微分段，4-5a，根据微分段的竖向力平衡条件（忽略桩身自重）经可名qs(-)ud=+(N +dN)-N() = 01 dN(.)(4-3)qs(=) =udz任意深度处单位面积侧摩阻大小与该处轴力N的变化率成此月方向。只要测得桩身轴力N(z)的分布曲线，即可组反。4-即为桩的荷载传递基本微分万程用此式求桩侧摩阻力的大小与。粘性土中打入桩9.沿深度的分布近似抛物线形（图4-5d），桩顶处无摩擦力，桩身中段摩擦阻力最大。砂土中打入桩的值，开始时随深度近乎线性增加，至一定深度后即接近均匀分布。如果在试桩时，同时测出桩顶坚向位移so，则可利用轴力分布曲线Ne)，根据材料力学公式，求出桩端位移sp和任意深度处的桩截面位移S(z)即
2 第二节 单桩承载力的确定 单桩承载力是指单桩在外荷载作用下，不丧失稳定性、不产生过大变形时的承载能力。 一、单桩竖向承载力分析 作用于桩顶的竖向荷载 Q 是由桩侧土的总摩阻力 Qs 和桩端土的总抗力 Qp 共同承担的 （图 4－4a），表示为 (4 -1) Q = Qs + Qp 当桩顶荷载加大至极限值时，式 4-1 改写为 (4 - 2) Qu = Qsu + Qpu 这时 Qu 称为单桩竖向抗压极限承载力（kN）；Qsu 为单桩总极限侧阻力（kN）；Qpu 则为单桩总极限端阻力（kN）。 桩在外荷载 Q 作用下，Qs 与 Qp 的发挥程度与桩土之间的相对位移情况有关。当桩与土 之间发生较小的相对位移时，摩擦阻力就可充分发挥出来。桩端阻力发挥所需要的相对位移 则与桩端土的性质和沉桩方法有关。对于岩层及坚硬土层，只要很小的变形桩端阻力就能充 分发挥，此时承载力中桩端阻力占绝大部分，这就是端承桩；而当桩端土与桩侧土性质差不 多时，桩端阻力发挥所要求的相对位移值就要大得多。这种情况下，桩侧摩阻力的发挥一般 先于桩端主力的发挥。这就是一般的摩擦桩。因此，对于一般的摩擦桩来说，不同桩顶荷载 水平下桩侧摩阻力和桩端阻力的分担比例是不同的（图 4－4b）。桩在桩顶荷载作用下桩侧 摩阻力和桩端阻力的发挥过程及其规律称为桩的荷载传递。 （一）桩侧摩阻力 qs 的大小和分布 桩侧单位面积摩阻力 qs 的大小除与土的性质、桩的材料性质有关外，还与桩径、桩深、 特别是施工方法有关。对于挤土打入桩，沉桩将使桩周土向四周排开、挤压，土的结构受到 扰动破坏。粘性土因重塑作用和孔隙水压力的升高而降低了抗剪强度。打桩停止后，土的结 构得到恢复，土的强度可部分恢复。因此，在粘性土中打桩会使 qs 先降低、后提高。而在非 密实的无粘性土中打桩，则由于振动挤密而使抗剪强度增高。但打桩停止后，土的挤密效应 会因应力调整而部分丧失，故 qs 先增加、后又稍微降低。若为钻（挖）孔灌注桩，由于先形 成桩孔，周围土体可能向孔内移动，因此桩身的摩阻力减小。 桩侧摩阻力 qs 的发挥程度与桩土之间的相对位移情况有关。对于打入式摩擦桩，当顶部 作用有轴向荷载 Q 时，其桩顶位移 s0 一般由二部分组成，一部分为桩端下沉量 sp（它包括 由桩侧荷载引起的桩端以下土体压缩和桩尖刺入桩端土层而引起的桩身整体位移）；另一部 分则为桩身材料在轴力 N 作用下产生的压缩变形 ss（图 4-5e），即 s0=sp＋ss。 现讨论桩侧摩阻力 qs 和轴向力 N 与桩身截面位移 s 之间的关系。设一根试验单桩的长 度为 L（图 4-5b）、截面积为 A、周长为 u。如果预先沿桩身不同截面埋设应力计，测出各 截面的应力，从而可算出各截面轴力 N(z)沿桩身 z 的分布曲线。当摩擦阻力 qs 方向向上时， N(z)将随深度的增加而减少（图 4－5c)。从桩身任意深度 z 处取 dz 微分段，其受力状况见图 4-5a，根据微分段的竖向力平衡条件（忽略桩身自重），可得 qs(z)udz + (N(z) + dN(z) )− N(z) = 0 即 (4 - 3) 1 ) ( ( ) dz dN u q z s z = − 因此，任意深度处单位面积侧摩阻力 qs 的大小与该处轴力 N 的变化率成正比，且方向 相反。式（4-3）即为桩的荷载传递基本微分方程。只要测得桩身轴力 N(z)的分布曲线，即可 用此式求桩侧摩阻力的大小与分布。粘性土中打入桩 qs 沿深度的分布近似抛物线形（图 4-5d），桩顶处无摩擦力，桩身中段摩擦阻力最大。砂土中打入桩的 qs 值，开始时随深度近 乎线性增加，至一定深度后即接近均匀分布。 如果在试桩时，同时测出桩顶竖向位移 s0，则可利用轴力分布曲线 N(z)，根据材料力学 公式，求出桩端位移 sp 和任意深度处的桩截面位移 s(z)即
l'Neod(4 -4)=So(4-5)N-dz式中A为桩横截面积，E为桩身材料的弹性模量。桩端阻力当作用于载Q不断增加、桩侧摩阻力完全发挥而达极限值后，继续增加的荷载就靠桩端阻力9的增大来承担，直到桩端下的土体达到极限平衡，桩端阻力也达到极阳此时桩所承受的荷载即为极限承载力Qu。到达Qu时，地基发生破坏，桩将表现出a刮列的下沉.经典理论计算法极限桩端阻力qpu的计算，以古典刚塑性理论为基础，把桩视为一宽度为 b、埋深为L的深基础。当在桩上加荷载至土体发生剪切破坏时，根据所假设的不同滑裂面形状，用极限承载力原理，求出桩端极限承载力9u。桩的入土深度与其断面尺寸相比很大，所以桩端下体破坏型式大多数是冲剪或局部剪切破坏。图4一8为常用的太沙基型和梅耶霍夫型滑动面形状。根据承载力理论求出的极限端阻力qpu的一般表达式仍为：-byN, +cN, +q'N.(4-6)qpu=N。一承载力系数，其值与土的内摩擦角、土的容重及桩的几何尺寸有关；式中：Nr，Ne,二桩的宽度或直径，mm；c—土的粘聚力，kPay二土的容重，kN/m2q'=·L—桩底标高处土中竖向自重应力，kPa.对于桩来说，式（4-6）中的b值相对很小，故第一一项常被忽略，则式（4-6）可表示为：qpm=cN,+q'N,(4 - 7)若桩尖持力层为饱和粘土Φ=0，式（4-7）中的Ng=1.0，因而式（4-7）可进一步简写为： (4 -8)qu=cN,+q若持力层为砂土，粘聚力℃为0，则式（4-7）可简化为(4-9)qpu=q'Ng2．端阻的深度效应由式（4-7)可知，按古典承载力理论，桩的端阻力9s应随桩端埋深L的增加而线性增但试验研究表明，桩端阻力有深度效应，即存在着界深度he。在均匀土层中，当体上随深的极限端线性显增加或保持常数（图4－9模型试验曲线①）。临界深度h。一般表示为桩径的倍有明桩基规范》按不同类型的桩分别给出了极限端阻力变化的深度范围，例如对于预制桩或水下钻孔桩定为30m，沉管灌注桩和干作业钻孔桩定为15m（表4-8）。二、桩的负摩擦力正摩擦力与负摩擦力概念在桩顶荷载作用下因而土对桩侧产生的位天1摩控了构成了桩承载力的一部分，称之为正摩擦力（图4-10a）。然而，当桩周围的土体由于原因发生压缩，日变形量大于相应深度处桩的下沉量，则土体对桩产生向下的摩擦力。此利摩擦力相当于在桩上施加了下拉荷载，称之为负摩擦力。。负摩擦力的存在降低了桩的承载力，并可导致桩发生过量的沉隆。产生负摩擦力的原因：①桩侧地面上有分布范围较大的荷载，例如大面积堆料（图4-10b）：②由于地下水位下降（如抽取地下水），使土中有效应力增加（图4一10c）：③桩穿过欠固结的软粘土或新填土，而支承于较坚硬的土层，桩周土在
3 (4 - 4) 1 0 0 N( ) dz AE s s L p z = − • 和 (4 - 5) 1 0 ) 0 N( ) dz AE s s z z z = − • （ 式中 A 为桩横截面积，E 为桩身材料的弹性模量。 （二）桩端阻力 qp 当作用于桩顶的荷载 Q 不断增加、桩侧摩阻力完全发挥而达极限值后，继续增加的荷 载就靠桩端阻力 qp 的增大来承担，直到桩端下的土体达到极限平衡，桩端阻力也达到极限 值 qpu，此时桩所承受的荷载即为极限承载力 Qu。到达 Qu 时，地基发生破坏，桩将表现出 剧烈的下沉。 1．经典理论计算法 极限桩端阻力 qpu 的计算，以古典刚塑性理论为基础，把桩视为一宽度为 b、埋深为 L 的深基础。当在桩上加荷载至土体发生剪切破坏时，根据所假设的不同滑裂面形状，用极限 承载力原理，求出桩端极限承载力 qpu。桩的入土深度与其断面尺寸相比很大，所以桩端下 土体破坏型式大多数是冲剪或局部剪切破坏。图 4－8 为常用的太沙基型和梅耶霍夫型滑动 面形状。 根据承载力理论求出的极限端阻力 qpu 的一般表达式仍为： (4 - 6) 2 1 pu r c q Nq q = bN + cN + 式中：Nr，Nc，Nq—承载力系数，其值与土的内摩擦角、土的容重及桩的几何尺寸有关； b—桩的宽度或直径，mm； c—土的粘聚力，kPa； —土的容重，kN/m3； q = • L —桩底标高处土中竖向自重应力，kPa。 对于桩来说，式（4-6）中的 b 值相对很小，故第一项常被忽略，则式（4-6）可表示为： (4 - 7) pu c q Nq q = cN + 若桩尖持力层为饱和粘土 u =0，式（4-7）中的 Nq=1.0，因而式（4-7）可进一步简写为： q cN q (4 - 8) pu c = + 若持力层为砂土，粘聚力 c 为 0，则式（4-7）可简化为 (4 - 9) qpu q Nq = 2．端阻的深度效应 由式（4-7）可知，按古典承载力理论，桩的端阻力 qp 应随桩端埋深 L 的增加而线性增 加。但试验研究表明，桩端阻力有深度效应，即存在着一个临界深度 hc。在均匀土层中，当 桩端入土深度 L＜hc时，桩的极限端阻力 qpu 大体上随深度而线性增加；但当 L＞hc后，qpu 不再有明显增加或保持常数（图 4－9 模型试验曲线①）。临界深度 hc一般表示为桩径的倍 数。 《桩基规范》按不同类型的桩分别给出了极限端阻力变化的深度范围，例如对于预制桩 或水下钻孔桩定为 30m，沉管灌注桩和干作业钻孔桩定为 15m（表 4-8）。 二、桩的负摩擦力 （一）正摩擦力与负摩擦力概念 在桩顶荷载作用下，桩相对周围土体产生向下的位移，因而土对桩侧产生向上的摩擦力， 构成了桩承载力的一部分，称之为正摩擦力（图 4-10a）。然而，当桩周围的土体由于某些 原因发生压缩，且变形量大于相应深度处桩的下沉量，则土体对桩产生向下的摩擦力。此种 摩擦力相当于在桩上施加了下拉荷载，称之为负摩擦力。负摩擦力的存在降低了桩的承载力， 并可导致桩发生过量的沉降。产生负摩擦力的原因：①桩侧地面上有分布范围较大的荷载， 例如大面积堆料（图 4-10b）；②由于地下水位下降（如抽取地下水），使土中有效应力增 加（图 4－10c）；③桩穿过欠固结的软粘土或新填土，而支承于较坚硬的土层，桩周土在
自重作用下随时间而逐渐固结：①自重湿陷性黄土浸水后下沉和冻土的融陷等。二）负摩擦力范围桩身上负摩擦力的分布范围可根据桩与周围土的相对位移情况确定。假设图4-11b中的ab线代表桩周土层的下沉量随深度的分布线，s为地面下沉量，cd 线代表桩身各截面的立移曲线，该线上所代表的桩身任一截面位移量是由该截面以下桩自身的材料压缩变形与桩尖处的下sp之和。因此，在图中ab与cd 线的交点o处，桩与周围土体之间没有相沉童位移在上的大市在中截面，桩身的轴力N笔擦人思思最大（图411d）。正摩擦区王桩的沉降量，因区。作用于桩侧的摩阻力分布4-11中性点的深度工框用生和杀件以及桩和持力层的刚度等因素有关当Sp=0时，则L=L，所以对于支承在岩层上的端承桩，负摩桩尖沉降Sp越小，L越大。当擦力可分布于全桩身。《桩基规范》给出的中性点深度与桩长比值见表4-1。三）负摩擦力计算由于影响负摩擦力素较多与桩端土的变形与强度性质、土层的应力历史地面堆载的大小与范围、降低地下水的范围与深度以及桩的类型因此精确士算负摩擦力是相当困难的般认为桩侧负摩与桩侧土的有效应力有关。《桩基规范》规定用贝伦的“有效应力法”算单桩负摩擦力力标准值9n，其计算公式为：qn=Kotge'o"=5.0(4-10)土的侧压力系数；式中，一土的有效内摩擦角度。二桩周土中的坚向有效应力，kPa:—桩周土负摩擦力系数，5.=K.tgg。E与土的类别和状态有关（表4-2)。对于砂类土，也可按下式估算负摩擦力标准值。9,=八+3(kPa)(4-11)式中，N为标准贯入试验的击数在桩基设计中应采取措施以避免或减少负摩擦力的发生。在桩身上涂敷一层具有适当粘度的沥青滑动层是一种有效的方法三、单桩承载力确定方法竖向承载力单桩的坚向承载力取决于地基土对桩的支承能力和桩身材料的强度。一般说来，桩的承载力主要由地基土的承载力决定，材料强度往往不能充分利用；只有对端承桩和超长桩，才控制桩的承载能力可能由桩身材料强根据材料强度计算单桩承载力时，可把桩视为插在土中的受压杆件。在轴向压力作用下计算桩身轴力受压强度时，一般不考虑弯曲的影响，即取稳定系数=1.0，则其承载力设计值可用下式确定：R=f.Ap(4-12a)混凝土桩(14-12b)钢筋混凝土桩R=f.A, +f,As式中：R一混凝土桩的单桩轴向承载力设计值，kN；昆凝油心强度设计值，kPa；桩的横截面面积，一纵向钢筋抗压强度设计值，kPa；A纵向钢筋的横截面面积，m2
4 自重作用下随时间而逐渐固结；④自重湿陷性黄土浸水后下沉和冻土的融陷等。 （二）负摩擦力范围 桩身上负摩擦力的分布范围可根据桩与周围土的相对位移情况确定。假设图 4－11b 中 的 ab 线代表桩周土层的下沉量随深度的分布线，se为地面下沉量，cd 线代表桩身各截面的 位移曲线，该线上所代表的桩身任一截面位移量是由该截面以下桩自身的材料压缩变形 ss 与桩尖处的下沉量 sp 之和。因此，在图中 ab 与 cd 线的交点 o 处，桩与周围土体之间没有相 对位移，作用在桩上的摩擦力为零，因而称 o 点为中性点。在中性点截面，桩身的轴力 N 最大（图 4-11d）。在中性点以上，土的下沉量大于桩的沉降量，所以是负摩擦区；在中性 点以下，土的下沉量小于桩的沉降量，因而是正摩擦区。作用于桩侧的摩阻力分布如图 4-11c 所示。中性点的深度 Ln 与桩周土的压缩性和变形条件以及桩和持力层的刚度等因素有关。 桩尖沉降 Sp 越小，Ln 越大。当 Sp=0 时，则 Ln=L，所以对于支承在岩层上的端承桩，负摩 擦力可分布于全桩身。《桩基规范》给出的中性点深度与桩长比值见表 4-1。 （三）负摩擦力计算 由于影响负摩擦力的因素较多，如桩侧与桩端土的变形与强度性质、土层的应力历史、 地面堆载的大小与范围、降低地下水的范围与深度以及桩的类型与成桩工艺等，因此精确计 算负摩擦力是相当困难的。一般认为桩侧负摩擦力的大小与桩侧土的有效应力有关。《桩基 规范》规定用贝伦的“有效应力法”计算单桩负摩擦力标准值 qn，其计算公式为： (4 -10) ' 0 n n q K tg = = 式中，K0—土的侧压力系数； ’—土的有效内摩擦角度； ’—桩周土中的竖向有效应力，kPa； n—桩周土负摩擦力系数， = K tg n 0 。n 与土的类别和状态有关（表 4－2）。 对于砂类土，也可按下式估算负摩擦力标准值。 3 (kPa) (4 -11) 5 = + N qn 式中，N 为标准贯入试验的击数。 在桩基设计中应采取措施以避免或减少负摩擦力的发生。在桩身上涂敷一层具有适当粘 度的沥青滑动层是一种有效的方法。 三、单桩承载力确定方法 （一）竖向承载力 单桩的竖向承载力取决于地基土对桩的支承能力和桩身材料的强度。一般说来，桩的承 载力主要由地基土的承载力决定，材料强度往往不能充分利用；只有对端承桩和超长桩，才 可能由桩身材料强度控制桩的承载能力。 1．按材料强度确定 根据材料强度计算单桩承载力时，可把桩视为插在土中的受压杆件。在轴向压力作用下， 计算桩身轴力受压强度时，一般不考虑弯曲的影响，即取稳定系数=1.0，则其承载力设计 值可用下式确定： 混凝土桩 (4 -12a) c Ap R = f 钢筋混凝土桩 (14 -12b) ' c p y Ag R = f A + f 式中：R—混凝土桩的单桩轴向承载力设计值，kN； fc—混凝土轴心抗压强度设计值，kPa； Ap—桩的横截面面积，m2 ； y f —纵向钢筋抗压强度设计值，kPa； Ag—纵向钢筋的横截面面积，m2
2．按桩周土的支承能力确定（1）静载荷试验法桩的静载莅试验方法，就是在施工现场，按照设计条件就地制作或打入试验桩。桩的材料、长度、断面形状以及施工方法等均与实际工程桩完全一致。试验的数量不少于总桩数的1%，且一般不少于3根。但若总桩数不超过50根时，最小试桩数为2根。图4-12为工程中常用的千斤顶加荷装置示意图。试验时，在桩顶部逐级加荷载，记录每级荷载Q下桩的下沉量s，直到桩基破不为止。由试验结果绘出荷载与桩的沉降关系曲线（图4-13）几根据实验结果，可用下列方法确定单桩坚向极限承载力Q：第二拐点出现时（图413由沉隆清化当Q-s曲线有明0线①）取第二拐点处所对应的荷载为极限荷载Qu。第二拐点就是指Q-s曲线上陡降段的起②根据沉降量确定极限承载力。对于缓变型Q-s曲线（图4-13曲线②）一般可取=40~60mm对应的荷载值为于大直径桩（d>800m可取s=0.03~0.06d（d为机端直径）所对应的荷载值，大桩径取低值，小桩径取高值；对于细长桩（L/d>80），可取s=60~80mm对应的荷载。测出每根试桩的极限承载力值Qa:后，计算极限承载力平均值。般认为单桩竖向极限承载力的标准值Quk就等于极限承载力的平均值。对于桩数n不超过3根的桩基，其单桩向承载力设计值R可按式（4-16）求出R=Quk(4-16)山是桩的侧阻力和端阻力的系数，6。对于桩数n超过3根的非端承桩桩基，应这时R值的确定方法见第三考虑桩群、土和承台的相互作用效静载荷试验最接近桩的实际工作情况，是一种最可靠的确定桩承载力的方法，但耗费大不能普遍采用。按规范要求，这种方法主要用于一级建筑和部分二级建筑。（2）经验公式根据静力平衡条件可得：Qu=Qs+Ok(4 - 21)式中，Qak—单桩竖向极限承载力标准值，kN一单桩总极限侧阻力标准值，kN；OekQk—单桩总极限端阻力标准值，KN为了便于计算，假定同一土层中的单位侧摩阻力9是均匀分布的。《建筑桩基技术规范》对于一般预制桩及灌注桩，推荐了下述估算表达式：(4 - 22)Ou =uEqsl, +qpkA,式中：qk9p分别为第i层土的桩侧极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值（kPa）9%和9mk可根据成桩方法与工艺按表4-7和表4-8取值。二）横向承载力大多数桩基以承受竖直荷载为主，但同时也要承受定的水平荷载，女王律舞时作用的风荷载和地震荷载等些建筑物则主要承受水平荷载作用，如挡土结构物、水结构物经常作用着土和水的侧压力等。因此，在桩基设计中，但要考虑竖向承载力，有时还要考虑横向承载力竖直桩能够承担水平力的大小就是桩的横向承载力。对于抗弯性能差的桩，如低配筋率耀注斑桶我力可能日桩身强度控制：对于能好的桩，如钢筋混凝土预制桩王则通常由桩周围土体所能提供的横向抵抗力控制，常以桩顶水平位移达一定值或桩侧土出现用破环作为达到横向极限承载力的标志。与单桩竖向承载力相比，单桩横向承载力的计算更为复杂，其大小主要与桩身的抗弯刚度、桩周土的刚度、桩的入土深度以及桩顶的约束条件等因素有关。目前确定单桩横向承载力的方法有两类：类是通过横向静载荷试验，另是通过理横向静载荷试验法
5 2．按桩周土的支承能力确定 （1）静载荷试验法 桩的静载荷试验方法，就是在施工现场，按照设计条件就地制作或打入试验桩。桩的材 料、长度、断面形状以及施工方法等均与实际工程桩完全一致。试验的数量不少于总桩数的 1％，且一般不少于 3 根。但若总桩数不超过 50 根时，最小试桩数为 2 根。图 4-12 为工程 中常用的千斤顶加荷装置示意图。试验时，在桩顶部逐级加荷载，记录每级荷载 Q 下桩的 下沉量 s，直到桩基破坏为止。由试验结果绘出荷载与桩的沉降关系曲线（图 4-13）。 根据实验结果，可用下列方法确定单桩竖向极限承载力 Qu： ①按沉降随荷载的变化特征确定 Qu.。当 Q-s 曲线有明显的第二拐点出现时（图 4-13 曲 线①）取第二拐点处所对应的荷载为极限荷载 Qu。第二拐点就是指 Q-s 曲线上陡降段的起 点。 ②根据沉降量确定极限承载力。对于缓变型 Q-s 曲线（图 4-13 曲线②），一般可取 s=40~60mm 对应的荷载值为 Qu。对于大直径桩（d>800mm），可取 s=0.03~0.06d（d 为桩 端直径）所对应的荷载值，大桩径取低值，小桩径取高值；对于细长桩（L/d>80），可取 s=60~80mm 对应的荷载。 测出每根试桩的极限承载力值 Qui 后，计算极限承载力平均值。一般认为单桩竖向极限 承载力的标准值 Quk 就等于极限承载力的平均值。对于桩数 n 不超过 3 根的桩基，其单桩竖 向承载力设计值 R 可按式（4－16）求出： (4 -16) sp Quk R = 式中的sp 是桩的侧阻力和端阻力的综合分项抗力系数，取sp=1.6。对于桩数 n 超过 3 根 的非端承桩桩基，应考虑桩群、土和承台的相互作用效应，这时 R 值的确定方法见第三节。 静载荷试验最接近桩的实际工作情况，是一种最可靠的确定桩承载力的方法，但耗费大 不能普遍采用。按规范要求，这种方法主要用于一级建筑和部分二级建筑。 （2）经验公式法 根据静力平衡条件可得： (4 - 21) Quk = Qsk + Qpk 式中，Quk—单桩竖向极限承载力标准值，kN； Qsk—单桩总极限侧阻力标准值，kN； Qpk—单桩总极限端阻力标准值，kN。 为了便于计算，假定同一土层中的单位侧摩阻力 qs 是均匀分布的。《建筑桩基技术规范》 对于一般预制桩及灌注桩，推荐了下述估算表达式： = + (4 - 22) uk ski i qpk Ap Q u q l 式中： qski ， pk q 分别为第 i 层土的桩侧极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值（kPa）。 qski 和 pk q 可根据成桩方法与工艺按表 4-7 和表 4-8 取值。 （二）横向承载力 在建筑工程中，大多数桩基以承受竖直荷载为主，但同时也要承受一定的水平荷载，如 瞬时作用的风荷载和地震荷载等；有些建筑物则主要承受水平荷载作用，如挡土结构物、水 工结构物经常作用着土和水的侧压力等。因此，在桩基设计中，不但要考虑竖向承载力，有 时还要考虑横向承载力。 竖直桩能够承担水平力的大小就是桩的横向承载力。对于抗弯性能差的桩，如低配筋率 的灌注桩，其横向承载力可能由桩身强度控制；对于抗弯性能好的桩，如钢筋混凝土预制桩， 则通常由桩周围土体所能提供的横向抵抗力控制，常以桩顶水平位移达一定值或桩侧土出现 明显破坏，作为达到横向极限承载力的标志。与单桩竖向承载力相比，单桩横向承载力的计 算更为复杂，其大小主要与桩身的抗弯刚度、桩周土的刚度、桩的入土深度以及桩顶的约束 条件等因素有关。目前确定单桩横向承载力的方法有两类：一类是通过横向静载荷试验，另 一类是通过理论计算。 1．横向静载荷试验法