桩基课件讲稿

8.桩基础与深基础

8.1概述

8.1.1桩基础与深基础适用范围

一般低层和多层工业与民用建筑物尽量采用天然地基浅基础，因为浅基础技术简单，造价低，工期短。

1．天然地基土质软弱

若遇天然地基土质软弱，设计天然地基浅基础不满足地基承载力或变形的要求，或采用人工加固处理地基不经济，或时间不允许时，则可采用桩基础或深基础。 2．高层建筑

高层建筑，尤其超高层建筑设计的一个重要问题是：必须满足地基基础稳定性要求。在地震区，基础埋置深度d不应小于建筑物高度的

1，采用浅基础，难以满足此要求，15只能用桩基础或深基础。 3.重型设备

重型设备或超重型设备置于一般的天然地基浅基础上，地基将发生强度破坏。例如，上海宝钢一号高炉，总重量高达50 000t，地基为软弱淤泥质土，地基承载力仅80kPa。若此高炉置于天然地基浅基础上，必将发生地基强度破坏和极大的地基变形，无法使用，因此采用大直径钢管桩，直径914mm，桩深度60m。共144根钢管桩才满足高炉的正常运用。

8.1.2深基础的类型

常用的深基础类型包括：桩基础，大直径桩墩基础，沉井基础，地下连续墙，箱桩基础和高层建筑深基坑护坡工程等。其中以桩基础应用最广，作为本章的重点。

在建国初期，曾在一些特殊的工程采用沉箱深基础。例如，上海闸北电厂在黄浦江边修建大型水泵房。北京北太平庄有色金属研究院重型设备基础，以及解放前杭州钱塘江大桥桥墩等采用沉箱基础获得成功，但由于沉箱施工设备多、技术复杂，且工人需在高压压缩空气的环境中劳动，目前沉箱基础几乎不用，故本书从略。

8.1.3深基础的特点

深基础与浅基础相比较，具有下列特点： （1）深基础施工方法较复杂

顾名思义，深基础的埋置深度较大，一般基础埋深大于5m的称为深基础。 深基础通常需要考虑基础侧壁的摩擦力，而浅基础无需考虑基础侧壁摩擦力。

深基础采用特殊的结构形式、特殊的施工方法，而浅基础一般采用开挖基坑的简单方法。

（2）深基础的地基承载力高

一方面由于深基础选择地基深层较坚实土层作为建筑物的持力层，地基承载力本来就.高；由于埋置深度大、承载力经过深度修正，有大幅度提高；而且深基础不仅基底土层有较高的承载能力，而且其四周侧壁的摩阻力也具有一定的承载能力。因此，深基础的地基承载力较高。

（3）深基础施工需专门设备

例如预制桩施工需打桩设备，灌注桩施工需成孔设备；沉井基础施工，需要现场浇筑混凝土的设备、井点降水、沉降观测及纠倾等一整套设备。 （4）深基础技术较复杂

深基础需进行特殊结构设计；施工需专业技术人员负责，如发现问题，应及时处理。

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例如，沉井施工下沉，如发现沉井倾斜，应立即采取有效措施纠倾。 （5）深基础的造价往往较高

基础各方案应认真进行经济分析。如上所述，通常只有在天然地基浅基础无法满足建筑物的安全使用的情况下，才采用深基础工程。 （6）深基础的工期较长

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8.2桩及桩基础的分类

8.2.1按承载性状分类

1.摩擦型桩： 1）摩擦桩：

在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩侧阻力承受，桩端阻力小到可忽略不计； 2）端承摩擦桩：

在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载主要由桩侧阻力承受。 2.端承型桩： 1）端承桩：

在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩端阻力承受，桩侧阻力小到可忽略不计； 2）摩擦端承桩：

在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受。

8.2.2按成桩方法分类

大量工程实践表明：成桩挤土效应对桩的承载力、成桩质量控制与环境等有很大影响，因此，按成桩方法和成桩过程的挤土效应将桩分为下列三类：

1.非挤土桩：

成桩过程对桩周围的土无挤压作用的桩称为非挤土桩，成桩方法有干作业法钻（挖）孔灌注桩、泥浆护壁法钻（挖）孔灌注桩、套管护壁法钻（挖）孔灌注桩；这类非挤土桩施工方法是，首先清除桩位的土，然后在桩孔中灌注混凝土成桩，如人工挖孔扩底桩。

2.部分挤土桩：

成桩过程对周围土产生部分挤压作用的桩称为部分挤土桩。有长螺旋压灌灌注桩、冲孔灌注桩、钻孔挤扩灌注桩、搅拌劲芯桩、预钻孔打入（静压）预制桩、打入（静压）式敞口钢管桩、敞口预应力混凝土空心桩和H型钢桩；

3.挤土桩：

成桩过程中，桩孔中的土未取出，全部挤压到桩的四周，这类桩称为挤土桩。有沉管灌注桩、沉管夯（挤）扩灌注桩、打入（静压）预制桩、闭口预应力混凝土空心桩和闭口钢管桩。

应当注意，在饱和软土中设置挤土桩，如设计和施工不当，就会产生明显的挤土效应，导致未初凝的灌注桩桩身缩小乃至断裂，桩上涌和移位，地面隆起，从而降低桩的承载力，有时还会损坏邻近建筑物；桩基施工后，还可能因饱和软土中孔隙水压力消散，土层产生再固结沉降，使桩产生负摩阻力，降低桩基承载力，增大桩基的沉降。

挤土桩若设计和施工得当，可收到良好的技术经济效果，如在非饱和松散土中采用挤土桩，其承载力明显高于非挤土桩。因此，正确地选择成桩方法和工艺是桩基设计中的重要环节。

8.2.3按桩径（设计直径d）大小分类：

1．小直径桩：

1）定义：桩径d ≤250mm； 2）特点

由于桩径小，沉桩的施工机械、施工场地与施工方法比较简单。 3）用途

适用于中小型工程和基础加固。 2.中等直径桩：

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1）定义：250mm< d <800mm； 2）用途

中等直径桩的承载力大，因此，长期以来在工业与民用建筑中大量使用。这类桩的成桩方法和施工工艺种类很多，为量大面广的最主要的桩型。

3.大直径桩：

1）定义： d ≥800mm 2）特点

因为桩径大，而且桩端还可扩大，因此单桩承载力高。大直径桩多为端承型桩。可以实现-柱-桩的优良结构型式。

3）用途

通常用于高层建筑、重型设备基础。 4）施工要点

大直径桩每一根桩的施工质量都必须切实保证。要求每一根桩作施工记录，进行质量检验须将虚土清除干净，再下钢筋笼，并用商品混凝土一次浇成，不得留施工冷缝。

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8.3桩的承载力

8.3.1单桩竖向极限承载力标准值

1.一般规定

1）建筑桩基设计等级

根据建筑规模、功能特征、对差异变形的适应性、场地地基和建筑物体型的复杂性以及由于桩基问题可能造成建筑破坏或影响正常使用的程度，应将桩基设计分为表8-3-1所列的三个设计等级。桩基设计时，应根据表8-3-1确定设计等级。

表8-3-1 建筑桩基设计等级 设计等级 建筑类型 （1）重要的建筑 （2）30层以上或高度超过100m的高层建筑 （3）体型复杂且层数相差超过10层的高低层(含纯地下室)连体建筑 （4）20层以上框架－核心筒结构及其他对差异沉降有特殊要求的建筑 （5）场地和地基条件复杂的7层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑 （6）对相邻既有工程影响较大的建筑 除甲级、丙级以外的建筑 场地和地基条件简单、荷载分布均匀的7层及7层以下的一般建筑 甲级 乙级 丙级 划分建筑桩基设计等级，旨在界定桩基设计的复杂程度、计算内容和应采取的相应技术措施。桩基设计等级是根据建筑物规模、体型与功能特征、场地地质与环境的复杂程度，以及由于桩基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度划分为三个等级。

甲级建筑桩基，第一类是（1）重要的建筑；（2）30层以上或高度超过100m的高层建筑。这类建筑物的特点是荷载大、重心高、风载和地震作用水平剪力大，设计时应选择基桩承载力变幅大、布桩具有较大灵活性的桩型，基础埋置深度足够大，严格控制桩基的整体倾斜和稳定。第二类是（3）体型复杂且层数相差超过10层的高低层（含纯地下室）连体建筑物；（4）20层以上框架－核心筒结构及其他对于差异沉降有特殊要求的建筑物。这类建筑物由于荷载与刚度分布极为不均，抵抗和适应差异变形的性能较差，或使用功能上对变形有特殊要求（如冷藏库、精密生产工艺的多层厂房、液面控制严格的贮液罐体、精密机床和透平设备基础等）的建（构）筑物桩基，须严格控制差异变形乃至沉降量。桩基设计中，首先，概念设计要遵循变刚度调平设计原则；其二，在概念设计的基础上要进行上部结构—承台—桩土的共同作用分析，计算沉降等值线、承台内力和配筋。第三类是（5）场地和地基条件复杂的一般建筑物及坡地、岸边建筑；（6）对相邻既有工程影响较大的建筑物。这类建筑物自身无特殊性，但由于场地条件、环境条件的特殊性，应按桩基设计等级甲级设计。如场地处于岸边高坡、地基为半填半挖、基底同置于岩石和土质地层、岩溶极为发育且岩面起伏很大、桩身范围有较厚自重湿陷性黄土或可液化土等等，这种情况下首先应把握好桩基的概念设计，控制差异变形和整体稳定、考虑负摩阻力等至关重要；又如在相邻既有工程的场地上建造新建筑物，包括基础跨越地铁、基础埋深大于紧邻的重要或高层建筑物等，此时如何确定桩基传递荷载和施工不致影响既有建筑物的安全成为设计施工应予控制的关键因素。

丙级建筑桩基的要素同时包含两方面，一是场地和地基条件简单，二是荷载分布较均

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根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系计算单桩竖向极限承载力，核心问题是经验参数的收集，统计分析，力求涵盖不同桩型、地区、土质，具有一定的可靠性和较大适用性。

原《建筑桩基技术规范》JGJ94-94收集的试桩资料经筛选得到完整资料229根，涵盖11个省市。本次修订又共收集试桩资料416根，其中预制桩资料88根，水下钻（冲）孔灌注桩资料184根，干作业钻孔灌注桩资料144根。前后合计总试桩数为645根。以原规范表列qsik、qpk为基础对新收集到的资料进行试算调整，其间还参考了上海、天津、浙江、福建、深圳等省市地方标准给出的经验值，最终得到规范表所列各桩型的qsik、qpk经验值。 2）大直径桩

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：

Quk?Qsk?Qpk?u?siqsikli??pqpkAp (8-3-2)

式中 qsik——桩侧第i层土极限侧阻力标准值，如无当地经验值时，可按表8-3-2取值，对

于扩底桩变截面以上2d长度范围不计侧阻力；

?qpk——桩径为800mm的极限端阻力标准值，对于干作业挖孔（清底干净）可采用深

层载荷板试验确定；当不能进行深层载荷板试验时，可按表8-3-4取值；

?si、?p——大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，按表8-3-5取值。

u——桩身周长，当人工挖孔桩桩周护壁为振捣密实的混凝土时，桩身周长可按护

壁外直径计算。

关于大直径桩（d≥800mm）极限侧阻力和极限端阻力的尺寸效应

Ⅰ大直径桩端阻力的尺寸效应。大直径桩静载试验Q?S曲线均呈缓变型，反映出其端阻力以压剪变形为主导的渐进破坏。G.G.Meyerhof(1998)指出，砂土中大直径桩的极限端阻随桩径增大而呈双曲线减小。根据这一特性，将极限端阻的尺寸效应系数表示为

???(式中 D—桩端直径；

0.8n) Dn—经验指数，对于粘性土、粉土，n?1/4；对于砂土、碎石土，n?1/3

图5.3-4为试验结果与上式计算端阻尺寸效应系数??的比较。

1.0D(m)8760.8n=41n=310.40.8( )Dn0.654321050100150q (kPa)sk中值0.2粘性土、含粘性土的粉砂中上密至密实粉细砂砂卵石1.02.03.0D(m)0

图5.3-4 大直径桩端阻尺寸效应系数?? 图5.3-5 砂、砾土中极限侧阻

与桩径D关系计算与试验比较 力随桩径的变化

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Ⅱ大直径桩侧阻尺寸效应系数

桩成孔后产生应力释放，孔壁出现松弛变形，导致侧阻力有所降低，侧阻力随桩径增大呈双曲线型减小（图5.3-5 H.Brand1.1988）。本规范建议采用如下表达式进行侧阻尺寸效应计算。

?s?(0.8m) d式中 d－桩身直径；

m－经验指数；粘性土、粉土m=1/5；砂土、碎石m=1/3。

表8-3-4 干作业挖孔桩（清底干净，D=800mm） 极限端阻力标准值qpk（kPa） 土名称 黏性土 0.254D时，qpk可相应取低、中、高值。 2 砂土密实度可根据标贯击数判定，N≤10为松散，1030

为密实。 3 当桩的长径比l/d?8时，qpk宜取较低值。

4 当对沉降要求不严时，qpk可取高值。

表8-3-5 大直径灌注桩侧阻尺寸效应系数?si、端阻尺寸效应系数?p 土类型 黏性土、粉土 砂土、碎石类土 (0.8/d)1/5 (0.8/D)1/4 8.3.2基桩或复合基桩竖向承载力特征值 ?si ?p (0.8/d)1/3 (0.8/D)1/3 1.基桩、复合基桩定义 基桩：桩基础中的单桩。

复合基桩：单桩及其对应面积的承台下地基土组成的复合承载基桩。 2.群桩工作特点

当建筑物上部荷载远远大于单桩竖向承载力时，通常由多根桩组成群桩，共同承受上部荷载。群桩的受力情况与承载力计算，与单桩是否相同呢?下文将对此问题给出答案。

群桩效应

由图8-3-1的端承摩擦桩来加以说明。

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图8-3-1端承摩擦桩应力传布

图8-3-1（a）为单桩受力情况，桩顶轴向荷载N，由桩端阻力与桩周摩擦力共同承受。 图8-3-1（b）为群桩受力情况，同样地每根桩的桩顶轴向荷载N，由桩端阻力与桩周摩擦力共同承受，但因桩的间距小，桩间摩擦力无法充分发挥作用，同时，在桩端产生应力叠加。因此，群桩的承载力小于单桩承载力与桩数的乘积，即:

Rn?nR (8-3-3)

式中 Rn一群桩竖向承载力设计值，kN； n一群桩中的桩数；

R一单桩竖向承载力设计值，kN

Rn与nR之比值称为群桩效应系数。以?表示: ??Rn nR国内外进行的大量群桩模型试验和现场载荷试验表明，群桩效应系数与桩距、桩数、桩径、桩的入土长度、桩的排列、承台宽度及桩间土的性质等因素有关，其中以桩距为主要因素。

3.承台效应

摩擦型群桩在竖向荷载作用下，由于桩土相对位移，桩间土对承台产生一定竖向抗力，成为桩基竖向承载力的一部分而分担荷载，称此种效应为承台效应。承台底地基土承载力特征值发挥率为承台效应系数。 4．单桩竖向承载力特征值

单桩竖向承载力特征值Ra应按下式确定：

Ra?1Quk (8-3-4) K式中 Quk—单桩竖向极限承载力标准值；

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K—安全系数，取K＝2。

关于桩基竖向承载力计算，本规范采用以综合安全系数K＝2取代原规范的荷载分项系数?G、?Q和抗力分项系数?s、?P，以单桩极限承载力Quk或极限侧阻力qsik、极限端阻力qpk、桩的几何参数ak为参数确定抗力，以荷载效应标准组合Sk为作用力的设计表达式：

Sk?R?Quk,K?

或Sk?Rqsik,qpk,ak,k

采用上述承载力极限状态设计表达式，桩基安全度水准与《建筑桩基技术规范》JGJ94-94相比，有所提高。这是由于（1）建筑结构荷载规范的均布活载标准值较前提高了1/3（办公楼、住宅），荷载组合系数提高了17％；由此使以土的支承阻力制约的桩基承载力安全度有所提高。（2）基本组合的荷载分项系数由1.25提高至1.35（以永久荷载控制的情况）；（3）钢筋和混凝土强度设计值略有降低。以上（2）、（3）因素使桩基结构承载力安全度有所提高。 5.基桩或复合基桩竖向承载力特征值

1）对于端承型桩基、桩数少于4根的摩擦型柱下独立桩基、或由于地层土性、使用条件等因素不宜考虑承台效应时，基桩竖向承载力特征值应取单桩竖向承载力特征值。

2）对于符合下列条件之一的摩擦型桩基，宜考虑承台效应确定其复合基桩的竖向承载力特征值：

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。

减沉复合疏桩基础 composite foundation with settlement-reducing piles

软土地基天然地基承载力基本满足要求的情况下，为减小沉降采用疏布摩擦型桩的复合桩基。

变刚度调平设计 optimized design of pile foundation stiffness to reduce differential settlement

考虑上部结构形式、荷载和地层分布以及相互作用效应，通过调整桩径、桩长、桩距等改变基桩支承刚度分布，以使建筑物沉降趋于均匀、承台内力降低的设计方法。

对于本条规定的考虑承台土抗力的四种情况：一是上部结构刚度较大、体形简单的建（构）筑物，由于其可适应较大的变形，承台分担的荷载份额往往也较大；二是对于差异变形适应性较强的排架结构和柔性构筑物桩基，采用考虑承台效应的复合桩基不致降低安全度；三是按变刚度调平原则设计的核心筒外围框架柱桩基，适当增加沉降、降低基桩支撑刚度，可达到减小差异沉降、降低承台外围基桩反力、减小承台整体弯距的目标；四是软土地区减沉复合疏桩基础，考虑承台效应按复合桩基设计是该方法的核心。以上四种情况，在近年工程实践中的应用已取得成功经验。

3）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 R?Ra??cfakAc (8-3-5) 考虑地震作用时 R?Ra????a1.25?cfakAc (8-3-6)

Ac?(A?nAps)/n (8-3-7) 式中 ?c—承台效应系数，可按表8-3-6取值；

fak—承台下1/2承台宽度且不超过5m深度范围内各层土的地基承载力特征值

按厚度加权的平均值；

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Ac—计算基桩所对应的承台底净面积； Aps—为桩身截面面积；

A—为承台计算域面积。对于柱下独立桩基，A为承台总面积；对于桩筏基础，

A为柱、墙筏板的1/2跨距和悬臂边2.5倍筏板厚度所围成的面积；桩集

中布置于单片墙下的桩筏基础，取墙两边各1/2跨距围成的面积，按条基计算?c；

应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011?a—地基抗震承载力调整系数，

采用。

当承台底为可液化土、湿陷性土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土时，沉桩引起超孔隙水压力和土体隆起时，不考虑承台效应，取?c?0。

表8-3-6 承台效应系数?c sa/d 3 4 5 Bc/l ≤0.4 0.4~0.8 ?0.8 6 0.32~0.38 0.38~0.44 0.44~0.50 0.50~0.60 >6 0.06~0.08 0.08~0.10 0.10~0.12 0.15~0.18 0.14~0.17 0.17~0.20 0.20~0.22 0.25~0.30 0.22~0.26 0.26~0.30 0.30~0.34 0.38~0.45 0.50~0.80 单排桩条形承台 注：1 表中sa/d为桩中心距与桩径之比；Bc/l为承台宽度与桩长之比。当计算基桩为非正方形排

列时，sa?A/n ，A为承台计算域面积，n为总桩数。 2 对于桩布置于墙下的箱、筏承台，?c可按单排桩条基取值。

3 对于单排桩条形承台，当承台宽度小于1.5d时，?c按非条形承台取值。 4 对于采用后注浆灌注桩的承台，?c宜取低值。

5 对于饱和黏性土中的挤土桩基、软土地基上的桩基承台，?c宜取低值的0.8倍。

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2. 预制桩吊运和锤击验算

预制桩吊运时单吊点和双吊点的设置，应按吊点（或支点）跨间正弯矩与吊点处的负弯矩相等的原则进行布置。考虑预制桩吊运时可能受到冲击和振动的影响，计算吊运弯矩和吊运拉力时，可将桩身重力乘以1.5的动力系数。

对于裂缝控制等级为一级、二级的混凝土预制桩、预应力混凝土管桩，可按下列规定验算桩身的锤击压应力和锤击拉应力： 1）最大锤击压应力σp可按下式计算：

σp ＝

?2eE?pH?Ac1????AHEc??cEH??H??A??1?????AcE??p??Ec??c?? （5.8.12）

式中 ?p—桩的最大锤击压应力；

?—锤型系数；自由落锤为1.0；柴油锤取1.4；

e—锤击效率系数；自由落锤为0.6；柴油锤取0.8；

AH、Ac、A—锤、桩垫、桩的实际断面面积； EH、Ec、E—锤、桩垫、桩的纵向弹性模量； ?H、?c、?—锤、桩垫、桩的重度；

H—锤落距。

2）当桩需穿越软土层或桩存在变截面时，可按表5.8.12确定桩身的最大锤击拉应力。

表5.8.12 最大锤击拉应力σt建议值（kPa） 预应力混凝土管桩 (0.33～0.5)σp ①桩刚穿越软土层时； ②距桩尖（0.5～0.7）混凝土及预应力混凝土(0.25～0.33)σp l处。 桩 桩截面环向预应力混凝土管桩 0.25σp 最大锤击压应力相应拉应力或侧混凝土及预应力混凝土(0.22～0.25)σp 的截面 向拉应力 桩（侧向） 3）最大锤击压应力和最大锤击拉应力分别不应超过混凝土的轴心抗压强度设计值和轴心抗拉强度设计值。

应力类别 桩轴向拉应力值 桩类 建议值 出现部位 41

θ

AoAo+2ttgθθ硬持力层软弱下卧层tZ

图8-4-1 软弱下卧层承载力验算

（桩距不超过6d的群桩，当桩端平面以下软弱下卧层承载力与桩端持力层相差过大（低于持力层的1/3）且荷载引起的局部压力超出其承载力过多时，将引起软弱下卧层侧向挤出，桩基偏沉，严重者引起整体失稳。对于本条软弱下卧层承载力验算公式着重说明四点：

（1）验算范围。规定在桩端平面以下受力层范围存在低于持力层承载力1/3的软弱下卧层。实际工程持力层以下存在相对软弱土层是常见现象，只有当强度相差过大时才有必要验算。因下卧层地基承载力与桩端持力层差异过小，土体的塑性挤出和失稳也不致出现。

（2）传递至桩端平面的荷载，按扣除实体基础外表面总极限侧阻力的3/4而非1/2总极限侧阻力。这是主要考虑荷载传递机理，在软弱下卧层进入临界状态前基桩侧阻平均值已接近于极限。

（3）桩端荷载扩散。持力层刚度愈大扩散角愈大这是基本性状，这里所规定的压力扩散角与《建筑地基基础设计规范》GB 50007一致。

（4）软弱下卧层承载力只进行深度修正。这是因为下卧层受压区应力分布并非均匀，呈内大外小，不应作宽度修正；考虑到承台底面以上土已挖除且可能和土体脱空，因此修正深度从承台底部计算至软弱土层顶面。另外，既然是软弱下卧层，即多为软弱粘性土，故深度修正系数取1.0。）

2）负摩阻力计算 Ⅰ概念 ①负摩阻力

由于某种原因使桩周土的沉降大于桩身的沉降时，桩身相对于桩周土的位移向上，桩侧摩阻力则向下，即桩侧负摩阻力，相当于增加了作用在桩上的荷载。 ②中性点

桩身某一深度处的桩土位移量相等，该处称为中性点。 ③下拉荷载

对于单桩基础，中性点以上负摩阻力的累计值。

Ⅱ产生负摩阻力的条件

符合下列条件之一的桩基，当桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力：

①桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层时； ②桩周存在软弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载（包括填土）时；

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L

③由于降低地下水位，使桩周土有效应力增大，并产生显著压缩沉降时。 Ⅲ考虑负摩阻力基桩承载力计算

桩周土沉降可能引起桩侧负摩阻力时，应根据工程具体情况考虑负摩阻力对桩基承载力和沉降的影响；当缺乏可参照的工程经验时，可按下列规定验算。

① 对于摩擦型基桩可取桩身计算中性点以上侧阻力为零，并可按下式验算基桩承载力：

Nk?Ra (8-4-11)

n②对于端承型基桩除应满足上式要求外，尚应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载Qg，

并可按下式验算基桩承载力：

nNk?Qg?Ra (8-4-12)

③当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载计入

附加荷载验算桩基沉降。

注：本条中基桩的竖向承载力特征值Ra只计中性点以下部分侧阻值及端阻值。

（桩周负摩阻力对基桩承载力和沉降的影响，取决于桩周负摩阻力强度、桩的竖向承载类型，因此分三种情况验算。

1 对于摩擦型桩，由于受负摩阻力沉降增大，中性点随之上移，即负摩阻力、中性点与桩顶荷载处于动态平衡。作为一种简化，取假想中性点（按桩端持力层性质取值）以上摩阻力为零验算基桩承载力。

2 对于端承型桩，由于桩受负摩阻力后桩不发生沉降或沉降量很小，桩土无相对位移或相对位移很小，中性点无变化，故负摩阻力构成的下拉荷载应作为附加荷载考虑。

3 当土层分布不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时，由于下拉荷载是附加荷载的一部分，故应将其计入附加荷载进行沉降验算。）

Ⅳ下拉荷载计算

桩侧负摩阻力及其引起的下拉荷载，当无实测资料时可按下列规定计算： ①中性点以上单桩桩周第i层土负摩阻力标准值，可按下列公式计算：

nqsi??ni?i' (8-4-13)

''当填土、自重湿陷性黄土湿陷、欠固结土层产生固结和地下水降低时：?i???i

当地面分布大面积荷载时：?i?p???i

??i???m?zm??i?zi (8-4-14)

'm?1n式中 qsi —第i层土桩侧负摩阻力标准值；当按式 (8-4-13)计算值大于正摩阻力

''i?112标准值时，取正摩阻力标准值进行设计；

?ni —桩周第i层土负摩阻力系数，可按表表8-4-4取值；

桩群外围桩自地面算?'?i —由土自重引起的桩周第i层土平均竖向有效应力；起，桩群内部桩自承台底算起；

?i? —桩周第i层土平均竖向有效应力；

?i、?m—分别为第i计算土层和其上第m土层的重度，地下水位以下取浮重

度；

?zi、?zm—第i层土、第m层土的厚度；

p—地面均布荷载。

27

表8-4-4 负摩阻力系数?n

土类 饱和软土 黏性土、粉土 砂土 ?n 0.15～0.25 0.25～0.40 0.35～0.50 0.20～0.35 自重湿陷性黄土 注：1 在同一类土中，对于挤土桩，取表中较大值，对于非挤土桩，取表中较小值；

2 填土按其组成取表中同类土的较大值；

②考虑群桩效应的基桩下拉荷载可按下式计算：

Q??n?ung?qi?1nnsiil (8-4-15)

??qsnd?? ?n?sax?say/??d????4??? (8-4-16)

????m式中 n——中性点以上土层数；

li——中性点以上第i土层的厚度； ?n——负摩阻力群桩效应系数；

sax、say——分别为纵横向桩的中心距；

n——中性点以上桩周土层厚度加权平均负摩阻力标准值； qs。 ?m——中性点以上桩周土层厚度加权平均重度（地下水位以下取浮重度）对于单桩基础或按式(8-4-16)计算的群桩效应系数?n>1时，取?n=1。

③中性点深度ln应按桩周土层沉降与桩沉降相等的条件计算确定，也可参照表表8-4-5

确定。

表8-4-5 中性点深度ln

持力层性质 中性点深度比ln/l0 黏性土、粉土 0.5~0.6 中密以上砂 0.7~0.8 砾石、卵石 0.9 基岩 1.0 注： 1 ln、l0—分别为自桩顶算起的中性点深度和桩周软弱土层下限深度； 2 桩穿过自重湿陷性黄土层时，ln可按表列值增大10％（持力层为基岩除外）； 3 当桩周土层固结与桩基固结沉降同时完成时，取ln?0；

4 当桩周土层计算沉降量小于20mm时，ln应按表列值乘以0.4~0.8折减。 （关于负摩阻力及下拉荷载的计算 1 负摩阻力计算

负摩阻力对基桩而言是一种主动作用。多数学者认为桩侧负摩阻力的大小与桩侧土的有效应力有关，不同负摩阻力计算式中也多反映有效应力因素。大量试验与工程实测结果表明，以负摩阻力有效应力法计算较接近于实际。因此本规范规定如下有效应力法为负摩阻力计算方法。

qni?k?tg?'??i'??n??i'

式中 qni—第i层土桩侧负摩摩阻力标准值；

k —土的侧压力系数； ??—土的有效内摩擦角；

?i?—第i层土的平均竖向有效应力；

?n—负摩阻力系数。

28

?n与土的类别和状态有关，对于粗粒土，?n随土的粒度和密实度增加而增大；对于

细粒土，则随土的塑性指数、孔隙比、饱和度增大而降低。综合有关文献的建议值和各类土中的测试结果，给出如规范表5.4.4-1所列?n值。由于竖向有效应力随上覆土层自重增大而增加，当qni??n??i'超过土的极限侧阻力qsk时，负摩阻力不再增大。故当计算负摩阻力qni超过极限侧摩阻力时，取极限侧摩阻力值。

下面列举饱和软土中负摩阻力实测与按规范方法计算的比较。

某电厂的贮煤场位于厚70～80m的第四系全新统海相地层上，上部为厚20～35m的低强度、高压缩性饱和软粘土。用底面积为35m×35m、高度为4.85m的土石堆载模拟煤堆荷载，堆载底面压力为99kPa，在堆载中心设置了一根入土44m的Φ610闭口钢管桩，桩端进入超固结粘土、粉质粘土和粉土层中。在钢管桩内采用应变计量测了桩身应变，从而得到桩身正、负摩阻力分布图、中性点位置；在桩周土中埋设了孔隙水压力计，测得地基中不同深度的孔隙水压力变化。

按规范式（5.4.4-1）估算，得图5.4-1所示曲线。 由图中曲线比较可知，计算值与实测值相近。 2 关于中性点的确定

当桩穿越厚度为lo的高压缩土层，桩端设置于较坚硬的持力层时，在桩的某一深度ln以上，土的沉降大于桩的沉降，在该段桩长内，桩侧产生负摩阻力；ln深度以下的可压缩层内，土的沉降小于桩的沉降，土对桩产生正摩阻力，在ln深度处，桩土相对位移为零，既没有负摩阻力，又没有正摩阻力，习惯上称该点为中性点。中性点截面桩身的轴力最大。

??kPa? Qn(kN) ?qn(kPa) ?qn(kPa) ?v2001000200400600402002040

5523101564303540451015202513035404520255z(m)z(m)图5.4-1采用有效应力法计算负摩阻力图

① 土的计算自重应力?c??mz；?m?土的浮重度加权平均值； ② 竖向应力?v??z??c；

③ 竖向有效应力?'v??v?u， u－实测孔隙水压力； ④ 由实测桩身轴力Qn，求得的负摩阻力?qn； ⑤ 由实测桩身轴力Qn，求得的正摩阻力?qs； ⑥ 由实测孔隙水压力，按有效应力法计算的负摩阻力。

一般来说，中性点的位置，在初期多少是有变化的，它随着桩的沉降增加而向上移动，当沉降趋于稳定，中性点也将稳定在某一固定的深度ln处。

工程实测表明，在高压缩性土层lo的范围内，负摩阻力的作用长度，即中性点的稳定深

29

度ln，是随桩端持力层的强度和刚度的增大而增加的，其深度比ln/lo的经验值列于规范表5.4.4-2中。

3 关于负摩阻力的群桩效应的考虑

对于单桩基础，桩侧负摩阻力的总和即为下拉荷载。

对于桩距较小的群桩，其基桩的负摩阻力因群桩效应而降低。这是由于桩侧负摩阻力是由桩侧土体沉降而引起，若群桩中各桩表面单位面积所分担的土体重量小于单桩的负摩阻力极限值，将导致基桩负摩阻力降低，即显示群桩效应。计算群桩中基桩的下拉荷载时，应乘以群桩效应系数?n?1。

本规范推荐按等效圆法计算其群桩效应，即独立单桩单位长度的负摩阻力由相应长度范围内半径?e形成的土体重量与之等效，得

?dq?(?r?解上式得

ns2e?d24)?m

re?式中re－等效圆半径（m）；

dqsn?md2? 4d－桩身直径（m）；

qsn－单桩平均极限负摩阻力标准值（kPa）

；地下水位以下取浮重度。 ?m－桩侧土体加权平均重度（kN/m3）

以群桩各基桩中心为圆心，以re为半径做圆，由各圆的相交点作矩形。矩形面积Ar?sax?say与圆面积Ae??re2之比，即为负摩阻力群桩效应系数。

?n?Ar/Ae?sax?say?re2?sax?say/?d(nqs?m?d) 4式中sax、say－分别为纵、横向桩的中心距。?n?1，当计算?n?1时，取?n?1。）

8.4.5桩承台设计

1.承台作用

（1）把多根桩联成整体，共同承受上部荷载；

（2）把上部结构荷载，通过桩承台传递到各根桩的顶部 （3）桩承台本身具有类似于浅基础的承载能力 2.承台种类

（1）高桩承台：当桩顶位于地面以上相当高度的承台。 （2）低桩承台：桩顶位于地面以下的桩承台。 3.承台构造

桩基承台的构造，除满足抗冲切、抗剪切、抗弯承载力和上部结构需要外，尚应符合下列要求：

1）柱下独立承台、条形承台梁、筏形承台构造尺寸

①柱下独立桩基承台的最小宽度不应小于500mm，边桩中心至承台边缘的距离不应小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不应小于150mm。对于墙下条形承台梁，桩的外边缘至承台梁边缘的距离不应小于75mm，承台的最小厚度不应小于300mm。 ②高层建筑平板式和梁板式筏形承台的最小厚度不应小于400mm，墙下布桩的剪力墙结构

30

筏形承台的最小厚度不应小于200mm。

③高层建筑箱形承台的构造应符合《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》JGJ6的规定。 2）柱下独立承台、条形承台梁、筏形承台的配筋规定； ①柱下独立桩基承台钢筋应通长配置（图8-4-2（a）），对四桩以上（含四桩）承台宜按双向均匀布置，对三桩的三角形承台应按三向板带均匀布置，且最里面的三根钢筋围成的三角形应在柱截面范围内（图8-4-2（b））。钢筋锚固长度自边桩内侧（当为圆桩时，应将其直径乘以0.8等效为方桩）算起，不应小于35dg（dg为钢筋直径）；当不满足时应将钢筋向上弯折，此时水平段的长度不应小于25dg，弯折段长度不应小于10dg。承台纵向受力钢筋的直径不应小于12mm，间距不应大于200mm。

图8-4-2 承台配筋示意

（a）矩形承台配筋 （b）三桩承台配筋 （c）墙下承台梁配筋图

柱下独立桩基承台的最小配筋率不应小于0.15%。

②柱下独立两桩承台，按深受弯构件配置纵向受拉钢筋、水平及竖向分布钢筋。承台纵向受力钢筋端部的锚固长度及构造应与柱下多桩承台的规定相同。 ③条形承台梁的纵向主筋应符合现行《混凝土结构设计规范》（GB 50010）关于最小配筋率的规定 ，主筋直径不应小于12mm，架立筋直径不应小于10mm，箍筋直径不应小于6mm。承台梁端部纵向受力钢筋的锚固长度及构造应与柱下多桩承台的规定相同。 ④筏形承台板或箱形承台板在计算中当仅考虑局部弯矩作用时，考虑到整体弯曲的影响，在纵横两个方向的下层钢筋配筋率不宜小于0.15%；上层钢筋应按计算配筋率全部连通。当筏板的厚度大于2000mm时，宜在板厚中间部位设置直径不小于12mm、间距不大于300mm的双向钢筋网。

3）混凝土耐久性要求、抗渗要求、保护层厚度；

承台砼材料及其强度等级应符合结构砼耐久性的要求和抗渗要求。

承台底面钢筋的混凝土保护层厚度，当有混凝土垫层时，不应小于50mm，无垫层时不应小于70mm；此外尚不应小于桩头嵌入承台内的长度。 4）桩与承台的连接

①桩嵌入承台内的长度对中等直径桩不宜小于50mm；对大直径桩不宜小于100mm。 ②混凝土桩的桩顶纵向主筋应锚入承台内，其锚入长度不宜小于35倍纵向主筋直径。对于抗拔桩，桩顶纵向主筋的锚固长度按现行《混凝土结构设计规范》（GB 50010）确定。 ③对于大直径灌注桩，当采用一柱一桩时可设置承台或将桩与柱直接连接。 5）柱与承台之间的连接

①对于一柱一桩基础，柱与桩直接连接时，柱纵向主筋锚入桩身内长度不应小于35倍纵向主筋直径。

②对于多桩承台，柱纵向主筋应锚入承台不应小于35倍纵向主筋直径；当承台高度不满足锚固要求时，竖向锚固长度不应小于20倍纵向主筋直径，并向柱轴线方向呈90°弯折。

31

③当有抗震设防要求时，对于一、二级抗震等级的柱，纵向主筋锚固长度应乘以1.15系数；对于三级抗震等级的柱，纵向主筋锚固长度应乘以1.05系数。 6）承台与承台之间的连接，联系梁设置

①一柱一桩时，应在桩顶两个主轴方向上设置联系梁。当桩与柱的截面直径之比大于2时，可不设联系梁。

②两桩桩基的承台，应在其短向设置联系梁。

③有抗震设防要求的柱下桩基承台，宜沿两个主轴方向设置联系梁。

④联系梁顶面宜与承台顶面位于同一标高。联系梁宽度不宜小于250mm，其高度可取承台中心距的1/10～1/15，且不宜小于400mm。 ⑤联系梁配筋应按计算确定，梁上下部配筋不宜小于2根直径12mm钢筋；位于同一轴线上的相邻跨联系梁纵筋应连通。

7）承台及地下室外墙与基坑侧壁间隙的回填处理

承台和地下室外墙与基坑侧壁间隙应灌注素混凝土或搅拌流动性水泥土，或采用灰土、级配砂石、压实性较好的素土分层回填夯实，轻型击实压实系数不宜小于0.94； 4.承台计算 1）受弯计算

桩基承台应进行正截面受弯承载力计算。承台弯距可按以下规定计算，受弯承载力和配筋可按现行《混凝土结构设计规范》（GB 50010）的规定进行。 Ⅰ柱下独立桩基承台

柱下独立桩基承台的正截面弯矩设计值可按下列规定计算：

①两桩条形承台和多桩矩形承台弯矩计算截面取在柱边和承台变阶处(图8-4-3（a）)，可按下列公式计算：

Mx??Niyi (8-4-17)

My??Nixi (8-4-18)

图8-4-3 承台弯矩计算示意

（a）矩形多桩承台； （b）等边三桩承台； （c）等腰三桩承台

式中 Mx、My—— 分别为绕X轴和绕Y轴方向计算截面处的弯矩设计值；

xi、yi——垂直Y轴和X轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离；

Ni——不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合下的第i基桩或复合基

桩竖向反力设计值。

②三桩承台的正截面弯距值应符合下列要求：

等边三桩承台（图8-4-3（b））

32

M?Nmax3(sa?c) (8-4-19) 34式中 M——通过承台形心至各边边缘正交截面范围内板带的弯矩设计值；

Nma——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或复合基桩x竖向反力设计值；

sa——桩中心距；

c——方柱边长，圆柱时c=0.8d(d为圆柱直径)。 等腰三桩承台(图8-4-3（c）)

M1?Nmax0.75(sa?c1) (8-4-20)

234?? M2?Nmax0.75(?sa?c2) (8-4-21)

234??式中 M1、M2——分别为通过承台形心至两腰边缘和底边边缘正交截面范围内板带的

弯矩设计值；

sa—— 长向桩中心距；

?——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。

Ⅱ箱形承台和筏形承台的弯矩可按下列规定计算：

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、承台和上部结构类型和刚度，按地基－桩－承台－上部结构共同作用原理分析计算；

②对于箱形承台，当桩端持力层为基岩、密实的碎石类土、砂土且深厚均匀时；或当上部结构为剪力墙；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，箱形承台底板可仅按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；或当上部结构为框架－核心筒结构且按变刚度调平原则布桩时，可仅按局部弯矩作用进行计算。

Ⅲ柱下条形承台梁的弯矩可按下列规定计算：

①可按弹性地基梁（地基计算模型应根据地基土层特性选取）进行分析计算；

②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。 Ⅳ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，并应符合《建筑桩基技术规范JGJ94-2008》附录G的要求。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。 2）受冲切计算

桩基承台厚度应满足柱（墙）对承台的冲切和基桩对承台的冲切承载力要求。 Ⅰ轴心竖向力作用下桩基承台受柱（墙）的冲切，可按下列规定计算：

①冲切破坏锥体应采用自柱（墙）边或承台变阶处至相应桩顶边缘连线所构成的锥体，

锥体斜面与承台底面之夹角不应小于45°（图8-4-4 ）。 ②受柱（墙）冲切承载力可按下列公式计算：

Fl??hp?0umfth0 (8-4-22)

33

Fl?F??Qi

(8-4-23)

?0?0.84 (8-4-24)

??0.2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—— 承台混凝土抗拉强度设计值；

?hp——承台受冲切承载力截面高度影响系数，当h≤800mm时，βhp 取1.0,

h≥2000mm时，β

hp

取0.9, 其间按线性内插法取值；

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；

?0——柱（墙）冲切系数；

?——冲跨比，??a0/h0，a0为柱（墙）边或承台变阶处到桩边水平距离；当

λ<0.25时，取λ=0.25；当λ>1.0时,取λ=1.0；

F——不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下柱（墙）底的竖向荷

载设计值；

?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内各基桩

或复合基桩的反力设计值之和。

③对于柱下矩形独立承台受柱冲切的承载力可按下列公式计算（图8-4-4 ）：

Fl?2?ox(bc?aoy)??oy(hc?aox)?hpfth0 (8-4-25)

??式中

?0x、?0y—— 由公式(8-4-24)）求得，?0x?a0x/h0，?0y?a0y/h0；?0x、

?0y 均应满足0.25～1.0的要求；

hc、bc —— 分别为x、y方向的柱截面的边长；

aox、aoy——分别为、y方向柱边离最近桩边的水平距离。

x

图8-4-4 柱对承台的冲切计算示意

④对于柱下矩形独立阶形承台受上阶冲切的承载力可按下列公式计算（图8-4-4 ）：

34

Fl?2?1x(b1?a1y)??1y(h1?a1x)?hpfth10 (8-4-26)

式中

???1x、?1y—— 由公式(8-4-24)求得，?1x?a1x/h10，?1y?a1y/h10；?1x、

?1y 均应满足0.25～1.0的要求；

h1、b1 —— 分别为x、y方向承台上阶的边长；

a1x、a1y——分别为x、y方向承台上阶边离最近桩边的水平距离。

对于圆柱及圆桩，计算时应将其截面换算成方柱及方桩，即取换算柱截面边长，换算桩截面边长bp?0.8d（d为圆桩直径）。 bc?0.8dc（dc为圆柱直径）

对于柱下两桩承台，宜按深受弯构件（lo/h<5.0，lo＝1.15 ln，ln为两桩净距）计算受弯、

受剪承载力，不需要进行受冲切承载力计算。 Ⅱ对位于柱（墙）冲切破坏锥体以外的基桩，

可按下列规定计算承台受基桩冲切的承载力：

① 四桩以上（含四桩）承台受角桩冲切的承载力可按下列公式计算（图8-4-5-1）：

Nl??1x(c2?a1y/2)??1y?c1?a1x/2??hpfth0 (8-4-27)

???1x??1y?0.56 (8-4-28)

?1x?0.20.56 (8-4-29)

?1y?0.2

（a）锥形承台； (b)阶形承台

图8-4-5-1 四桩以上（含四桩）承台角桩冲切计算示意

式中 Nl——不计承台及其上土重，在荷载效应基本组合作用下角桩（含复合基桩）

反力设计值；

?1x,?1y——角桩冲切系数；

a1x、a1y—— 从承台底角桩顶内边缘引45°冲切线与承台顶面相交点至角桩内

边缘的水平距离；当柱（墙）边或承台变阶处位于该45°线以内时，则取由柱（墙）边或承台变阶处与桩内边缘连线为冲切锥体的锥线（图8-4-5-1）；

h0——承台外边缘的有效高度；

?1x、?1y——角桩冲跨比，?1x?a1xh0，?1y其值均应满足0.25～?a1yh0，

1.0的要求。

②对于三桩三角形承台可按下列公式计算受角桩冲切的承载力（图8-4-5-2）：

底部角桩：

35

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