《桩基工程讲座》PPT课件

'桩基工程讲座桩基勘察、设计、施工与检测的理念（上）同济大学高大钊 内容1.桩基勘察2.桩基设计3.桩基施工4.桩基监测与检测 桩基勘察如何进行岩土工程勘察？如何利用岩土工程勘察资料？ 桩基工程勘察是桩基工程的重要组成部分，桩基工程的设计和施工需要了解场地的工程地质条件和地基土的物理力学性质。因此，岩土工程师在进行桩基设计前必须根据拟建工程的要求，提出勘察方案，确定勘探点的布置和勘探孔的深度，选定原位测试和土工试验的项目、数量和技术要求。在现场工作和室内试验分析的基础上进行桩基方案的论证和评价，包括选择桩型、桩端持力层和桩的截面尺寸，预估单桩承载力，分析沉桩的可能性。 与天然地基的勘察相比较，桩基工程勘察的勘探点的布置要求比较高。由于对桩端持力层层面起伏的控制要求比较严格，因此勘探点的间距比较小；又由于桩基础的影响深度比较深，因此勘探孔的深度也比浅基础深。勘探的其他工作量都比浅基础要求高，因此当拟建建筑物可能采用桩基础时，应按桩基础的要求布置勘探的内容。 桩基工程勘察的内容1.查明场地各层岩土的类型、埋藏深度、岩土层的分布、岩土工程特性和变化规律；2.当采用岩基作为桩端持力层时，应查明岩石的岩性、构造、岩面变化规律和风化程度，确定其坚硬程度、完整程度和基本质量等级，判定有无洞穴、临空面、破碎岩体或软弱岩层； 3.查明水文地质条件，评价地下水对桩基设计和施工的影响，判定水质对建筑材料是否具有腐蚀性；4.查明不良地质作用，可液化土层和特殊性岩土的分布及其对桩基的危害程度，并提出防治措施的建议；5.评价成（沉）桩可能性，论证桩的施工条件及其对环境的影响。 勘探点的布置勘探点位的布置主要与建筑物的轮廓有关，一般将勘探孔沿建筑物边线布置或沿柱网轴线布置，对宽度比较大的建筑物，在建筑物中部也应适当布置勘探点。控制性勘探点数量一般为勘探点总数的1/3～1/2，对采用端承桩的工程可取下限。 对于设计等级为甲级的建筑桩基，场地至少应布置3个控制孔，设计等级为乙级的建筑桩基应布置不少于2个控制孔。对于在承台下布桩或沿轴线布桩的工程，桩基的勘探点一般宜按柱列线布设；但对于复杂地基的一柱一桩工程，则需每柱布设勘探点。对于满堂布桩的工程，可沿建筑物的边线布设勘探点，勘探点的数量视工程规模大小而定，对于宽度大于35m的建筑物，在建筑物的中部需布置勘探点。 1.端承型桩的勘探点平面布设要求1)勘探点间距应能控制桩端持力层层面和厚度的变化，一般宜为12～24m。当相邻勘探孔揭露的持力层层面坡度大于10％或持力层起伏较大、地层分布复杂时，为了控制持力层层面的起伏，应根据具体工程条件适当加密勘探点。 2)如发现基岩中有断层破碎带，或桩端持力层为软、硬互层，或相邻勘探点所揭露的桩端持力层层面坡度超过10％，且单向倾伏时，勘探点应适当加密；对荷载较大或复杂地基的一柱一桩工程，或每柱设置勘探点。 3)在岩溶发育的场地当以基岩作为桩端持力层时，应按柱位布孔，同时应辅以各种有效的地球物理勘探手段，以查明拟建场地范围及有影响地段的各种岩溶洞隙和土洞的位置、规模、埋深、岩溶堆积物的性状和地下水特征。4)控制性勘探点不应少于勘探点总数的1/3。 1.摩擦桩型桩的勘探点平面布设要求，1)勘探点应按建筑物周边或柱列线布设，宜按20～35m布置勘探点。当相邻勘探点揭露的主要桩端持力层或软弱下卧层层位变化较大，影响到桩基方案选择时，需适当加密勘探点。带有裙房或外扩地下室的高层建筑，布设勘探点时应与主楼一同考虑。 2)桩基工程勘探点的数量应视工程规模的大小而定，勘察等级为甲级的单幢高层建筑勘探点数量不宜少于5个；乙级不宜少于4个。对于宽度大于35m的高层建筑，其中心应布置勘探点。3)控制性勘探点应占勘探点总数的1/3~1/2。 1．端承型桩的勘探深度1）当以可压缩地层（包括全风化和强风化岩）作为桩端持力层时，勘探孔深度应能满足沉降计算的要求，控制性勘探孔的深度应深入预计桩端持力层以下5～10m或6d～10d（d为桩身直径或方桩的换算直径，直径大的桩取小值），一般性勘探孔的深度宜达到预计桩端下3~5m或3~5d。 2）对一般岩质地基的嵌岩桩，勘探孔深度宜钻入预计嵌岩面以下1d~3d，控制性勘探孔宜钻入预计嵌岩面以下3d~5d。对质量为III级以上的岩体，可适当放宽。3）对花岗岩地区的嵌岩桩，一般性勘探孔宜进入预计嵌岩面以下3～5m，控制性勘探孔宜进入微风化岩5~8m。 4）对于岩溶、断层破碎带地区，勘探孔需穿过溶洞、或断层破碎带进入稳定地层，进入深度宜需满足3d，并不小于5m。5）具多韵律层状的沉积岩或变质岩，当基岩中强风化、中等风化、微风化岩呈互层出现时，对拟以微风化岩作为持力层的嵌岩桩，勘探孔进入微风化岩深度不宜小于5m。 2．摩擦型桩的勘探深度1)一般性勘探孔的深度宜进入预计桩端持力层或预计最大桩端入土深度以下不小于3m。2)控制性勘探孔的深度宜达到群桩基础沉降计算深度以下1~2m。群桩基础的沉降计算深度可取桩端平面以下附加压力为上覆有效自重压力20%的深度，或按桩端平面以下（1~1.5）b的深度考虑，b为假想实体基础宽度。3)当可能有多种桩长方案时，宜根据最长桩方案确定勘探孔的深度。 桩基工程勘察应采用钻探取土试验和原位测试相结合的方法进行。特别是静力触探试验能得到连续的贯入曲线，能够比较正确地划分土层的层面，对于持力层的选择提供重要的依据。对软土、粘性土、粉土和砂土的测试手段宜采用静力触探和标准贯入试验；对碎石土宜采用重型或超重型圆锥动力触探。对于地质条件复杂的场地，还宜采用地球物理勘探的方法，以探明岩溶溶洞、裂隙、断裂带等深层的地层和地质构造特征。 土工试验一般认为，在桩所穿过的土层中，应多做一些抗剪强度试验，而压缩试验可以少一些；在桩端以下的土层中则相反，抗剪强度试验可以少一些。但由于我国的规范主要采用按照土层的经验参数估算单桩承载力的方法，而很少规定按土的抗剪强度指标确定桩侧摩阻力和桩端阻力的方法，因此勘察报告中提出各土层的抗剪强度指标对于确定单桩承载力其实并没有太多的用处。 压缩试验主要用于沉降计算，但由于用作桩端持力层的砂土、碎石土很难取得质量合格的土样，因此得不到符合要求的压缩模量的数据，或者得到的变形参数过小，使沉降计算的结果偏大。在很多情况下，只能采用原位测试来估算变形模量的经验数据，或者用深层载荷试验求得变形模量进行沉降计算。 当桩端持力层为基岩时，应采取岩样进行饱和单轴抗压强度试验，必要时尚应进行软化试验；对软岩和极软岩，风干和浸水都可以使土样破坏，无法试验，因此应封样保持天然湿度，做天然湿度的单轴抗压强度试验。 桩基工程的设计与施工所需要的有些参数，单靠钻探取土试验是无法取得的，原位测试有其独特的适应性。我国幅员广阔，各地地质条件不同，难以统一规定原位测试的手段。在桩基工程勘察中，静力触探试验、标准贯入试验和动力触探试验都可以用于判别土层的均匀性和划分土层，选择桩端持力层，估算单桩承载力以及判断沉桩可能性。但这三种方法各适用于不同的地质条件。 在碎石类土和风化岩石中应选用重型的或超重型的动力触探试验。在砂土中应优先采用标准贯入试验，在粘性土中应优先采用静力触探试验。 划分土层和选择桩端持力层，静力触探试验具有独特的优势。由于静力触探试验能得到连续贯入的曲线，土层的分层界线非常清楚，相邻土层软硬的变化也非常明确，可以确定桩端持力层的层顶标高和桩端的标高。由于静力触探的贯入机理和沉桩的机理比较相似，用静力触探试验结果预估单桩承载力的方法建立在一定理论依据的基础上，比较符合实际情况，因此使用比较广泛。 对无法取样的破碎和极破碎的岩石，对于难以取得合格土样的砂土、碎石土，必须采用原位测试的方法提供这些岩土层的强度和变形参数。对于这种类型的土，比较适合于采用标准贯入试验或动力触探试验。以不同风化带作桩端持力层的桩基工程时，控制孔宜进行压缩波波速测试，按完整性指数或波速比定量划分岩体完整程度和风化程度。 土的原位测试手段由于能直接提供较可靠的指标而常常被用以确定桩的承载力，例如标准贯入试验之用于砂土中的桩，十字板剪切试验之用于软粘土中的桩。当然，最直接用于确定桩端阻力的原位测试莫过于深层载荷试验，通过深度载荷试验可以测定桩端阻力值，也可用以确定桩端持力层的变形模量，提供大直径桩沉降计算的变形参数。 桩基评价与桩基方案建议桩基工程分析评价在下列条件下才可以进行：1)充分了解工程结构的类型、特点、荷载情况和变形控制的要求等；2)掌握场地的工程地质和水文地质条件，考虑岩土体的非均质性和土性参数的不确定性；3)充分考虑地区经验和类似工程的经验；4)缺乏经验地区应通过设计参数检测和施工监测取得实测数据，以调整修改设计和施工方案。 在勘察报告中的桩基工程评价应包括以下基本内容：1)在不同方案分析比较的基础上推荐经济合理的桩型及与其相适应的桩端持力层，对于地层中存在多个硬土层或砂层时，应作桩端持力层的比较，以供设计选用；2)对可能采用的桩型、规格及相应的桩端入土深度提出建议，可根据当地的工程施工经验，对不同桩型的可行性和适宜性进行技术经济的分析比较，并提出建议； 3)提供所建议桩型的侧阻力、端阻力、持力层和下卧层的压缩模量以及桩基设计施工所需的其他岩土参数；4)对沉（成）桩可能性、桩基施工对环境影响的评价和对策以及其他设计、施工应注意事项提出建议。 桩基勘察案例 碳酸盐岩地区钻孔灌注桩工程勘察实例－昆明三聚磷酸钠厂在岩溶地区采用桩基础工业建筑的工程实例，岩溶地区的地质条件复杂，故桩基勘察有其特殊的内容和要求。 昆明三聚磷酸钠厂厂址位于岩溶洼地内，覆盖层为红粘土，层厚10～40m，基岩为岩溶化的白云岩。主要车间引进德国成套设备，厂房高50余米，车间内配置许多重型设备和管道，按工艺要求，沉降差不得大于0.001。钻孔灌注桩能嵌入基岩，稳定性好，沉降量小，沉降差能满足工程要求，是比较适合于本工程要求的基础型式。主要车间柱基础采用单桩，设备基础采用群桩基础。 “勘察要有针对性，那种遍地开花、普遍探查，试图用某种方法完全查清整个场地岩溶地基内岩溶的大小和位置以及岩面的起伏情况，都是没有实际意义的，也是徒劳的。” 勘察重点在勘察过程中，要着重解决与桩体稳定有关的问题：1)桩端的整个环形断面是否已经深入到基岩内部；2)桩端持力面以下应力影响范围内，是否存在对桩基稳定不利的洞穴，以及桩位侧面是否存在对桩基稳定不利的临空面。 勘察手段在岩溶地区勘察，钻探是必不可少的直接探查手段，钻探的同时应考虑采用孔内摄影、测井、无线电波透视、声波等物探技术辅助了解岩溶情况。但是，这些辅助技术的探查结果必须用直接的手段加以证实。 勘察布孔的理念对大口径嵌岩灌注桩基础，无论对岩面起伏的研究或者是对桩底洞穴的探查，都要求对具体桩位进行工作，钻孔的布置应消除网度的概念，而应一桩一孔，个别地质条件复杂的部位应适当增加。 钻孔需要钻入完整岩体一定深度，查明持力层顶面标高和厚度。1)对于直接建造在基岩上的重大建筑物一柱一桩基础和重大设备基础，只要持力面以下有5m厚的连续完整岩体，且溶洞顶板的厚度为洞径2倍以上时，其安全是可以保证的。因此，对于不存在大厅式溶洞的场地，钻入持力面以下5m深度的完整岩体可以作为重大建筑物勘察钻孔深度的控制基数。本工程在持力面以上一般存在溶蚀显著的石牙起伏带和强风化带，因此钻孔深度取为岩面以下8.0m。 2)若持力面以下5.0m范围内遇有小型溶洞，溶孔密集带，强风化夹层等强度较低的软弱夹层，钻孔深度视具体情况适当加深。若岩面平坦，且表部强风化层厚度不大，钻孔深度可适当减小。3)当桩位于溶槽、溶沟或竖向溶蚀裂隙近旁，桩侧存在临空面时，勘探孔的深度应能查明出露沟底以上的倾斜软弱结构面。 确定嵌岩标高的几个原则：1)桩位勘探孔未发现洞隙，基岩面起伏不大，岩石坚硬完整，是可靠的桩位，桩端应穿过强风化带，保证持力面置于完整的基岩上。2)桩位勘探孔未发现洞隙，岩面起伏不大，但岩体内存在强风化夹层、泥化夹层、溶孔密集带、节理密集带等软弱夹层，则桩端不能置于这些软弱夹层上，而应视夹层的特征，对桩端标高进行调整。 3)桩位位于宽度小于桩径的竖向溶蚀裂隙中，桩端务必穿过强烈溶蚀带，嵌入完整的基岩。4)桩位勘探孔穿过单层或多层溶洞时，应按顶板岩层的不同性状分别进行溶洞顶板稳定性验算，按验算结果确定嵌岩标高。当溶洞顶板具有5.0m以上厚度的连续完整岩体，且场地又不存在大厅式溶洞时，可直接将桩端置于溶洞顶板之上，不需要进行稳定性验算。 5)桩位位于竖向溶蚀裂隙、溶槽、溶沟近旁，地基岩体侧向存在临空面，若地基岩体中具有倾向临空面方向的软弱结构面，应进行地基抗滑稳定性验算。 溶洞顶板稳定性评价溶洞顶板稳定性评价可分为定性评价和定量评价两种。定性评价完全取决于工程师的经验。定量评价目前尚无完备的方法，可以运用一些简化的力学方法，如视顶板为梁板、无铰拱等假定的基础上的近似计算。也可以用弹性理论的方法求溶洞周边的应力场，计算孔边切向应力，并于岩石的强度进行比较的方法计算稳定性系数。 花岗岩地区人工挖孔桩工程勘察实例－深圳福星大厦花岗岩的风化带具有厚度大，岩性变化剧烈的特点，过去一般都将桩端置于中等风化或微风化岩层中。但这个工程却采用了以强风化岩作为桩端持力层的扩底桩方案，既避免了微风化基岩顶板标高差异过大产生的工程问题，又减短了桩长，节省了造价。 1）第四系松散土层可分为填土、沉积层和残积土3个层次。（1）人工杂填土，除局部外大部分地段均有分布，厚度0.50~3.70m。（2）全新世、上更新世海陆交互相沉积层，上部为透镜体状的软塑淤泥质土或可塑的粉质粘土，下部为稍密—中密的砾砂混粘土，总厚度3.0~6.5m。（3）残积砾质粉质粘土，褐黄、桔黄、灰褐色，由粗粒花岗岩或细粒花岗岩风化残积而成，由上而下为可塑~坚硬状态，分布于整个场地，厚度11.20~23.00m。 2）基岩：场地下覆基岩为中生代燕山期侵入花岗岩，沿北北西向断裂后期侵入细粒花岗岩及煌斑岩脉。花岗岩遭受不同程度的风化，按风化程度可分为强、中、微三个带。（1）强风化带，褐黄、桔红、灰褐色，除钾长石保留原晶形、手捏成砂状外，其他矿物已风化成粘性土，换算后的标准贯入击数大于50击，顶板埋深17.0～29.5m，标高-9.46～-21.38m，厚度0.60～15.1m。 （2）中等风化岩带，浅黄、灰黄色，裂隙发育、裂隙面氧化铁浸染，岩芯呈块状，岩块手折不断，锤击声脆难碎。顶板埋深17.6~43.1m，标高-10.06~-35.92m，厚度0.3~6.8m。（3）微风化岩带，肉红、桔红色，粗拉结构，块状构造，有少量裂隙发育，裂隙面有浅铁锈色，岩石致密坚硬，需钢粒或金刚石钻进，顶板埋深17.9～46.0m，标高－10.36～－38.32m。 桩基方案的建议福星大厦由28层塔楼和4层裙房组成，均设1层地下室，埋深4~5m。在基底标高处，大部分软弱土层已被挖除，局部地段残留小部分软弱土层可采取换填法处理。持力层砾砂混粘性土层的压缩性小，承载力高，经沉降验算，最大沉降量为32.5mm，符合规范要求。因此，裙楼可以采用天然地基，以砾砂混粘土作持力层。如果考虑采用短桩基础，以强风化花岗岩为持力层。 建议采用人工挖孔桩方案。但能否采用人工挖孔桩的关键是采用强风化基岩作为桩端持力层，单桩承载力能否满足要求，以及建筑物的不同部位的桩分别置于强风化、中等风化和微风化基岩上的沉降差是否满足要求。 经过分析采取了扩大桩的端面积的措施以提高承载力。两座塔楼各布置了52根直径1.4m，扩大头直径2.0~2.6m，一柱一桩，单桩承载力7800kN~13200kN。裙房布置了46根直径1.2m，扩大头直径1.6~1.m，单桩承载力5000kN~6300kN。桩端支承在强风化基岩上时，计算的最大沉降量19.1mm，支承在中等风化和微风化基岩上的桩，沉降量为4.5mm，东西部的沉降差14.6mm，倾斜0.9‰均在允许范围内。 桩基设计 桩基础设计的目的是为了使建筑物安全、可靠地使用，设计时通过下表所示的控制达到这一目的，分别按承载力极限状态和正常使用极限状态两种极限状态验算。承载力极限状态控制包括地基土对桩的支承作用和下卧层对桩基础的支承作用的承载力验算、桩基础稳定性验算、桩身和承台的结构强度的验算；而正常使用极限状态包括桩基础沉降量和水平位移的验算、桩身裂缝验算等。 承载力极限状态验算1.根据桩基的使用功能和受力特征进行桩基的竖向抗压或抗拔承载力的计算和水平承载力的计算；对于某些条件下的群桩基础还需要考虑由桩群、土和承台相互作用产生的承载力群桩效应； 2.对桩身强度和承台的承载力进行验算；对于桩侧土不排水抗剪强度小于10kPa且长径比大于50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；3.当桩端平面以下存在软弱下卧层时，应验算软弱下卧层的承载力； 4.对位于斜坡、岸边的桩基需要验算整体稳定性；5.在地震区，按《建筑抗震设计规范》规定应进行抗震验算的桩基，应验算抗震承载力。 正常使用极限状态验算1.设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚的坚硬持力层的建筑桩基；2.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下存在软弱土层的建筑桩基； 3.受水平荷载较大或对水平变位要求严格的工程应验算水平位移；4.根据使用条件，要求混凝土不得出现裂缝的桩基应进行抗裂验算；对使用上需限制裂缝宽度的桩基应进行裂缝宽度验算。 桩基础设计方法我国桩基础的设计方法正处在多变时期，在不同的设计规范中，可以看到不同的设计规定，有容许承载力设计方法、总安全系数设计方法和分项系数设计方法。 以往的设计规范一般采用安全系数法设计桩基；大多数的规范实际上采用的是确定性的设计方法，其表达方式有的出现安全系数，有的不出现安全系数。《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）实质上恢复了在设计表达式中不出现安全系数的容许承载力设计方法。 桩基设计的另一个重要问题是设计荷载，荷载必须与承载力的确定方法配套，且与设计状况保持一致。如果荷载和抗力的取值不配套，则在桩基承载力设计时会造成很大的浪费，在桩基承台结构设计时会造成隐患，对此务必充分注意。 桩基承载力计算时应采用荷载的基本组合和地震作用效应的组合；沉降验算时应采用荷载的长期效应组合；验算桩基的水平变位、抗裂或裂缝宽度时，应根据使用要求和裂缝的控制等级分别采用短期效应组合或短期效应组合考虑长期荷载的影响。 地下水浮力桩基设计时应注意地下水浮力的影响，计算基础底面压力时，基础底面以上的总荷载应扣除基底水浮力，如不扣除水的浮力则造成浪费；桩基沉降计算时，桩端平面处的附加压力应扣除水的浮力，否则计算沉降过大；设计基础底板时应考虑水浮力的作用，不考虑浮力是偏于危险的。 几本主要规范的设计方法 《建筑地基基础设计规范》的设计方法《建筑地基基础设计规范》对桩基承载力验算和结构强度验算采用了不同的设计原则，对桩基承载力的验算采用了隐含安全系数的容许承载力设计方法，而对结构强度验算则采用概率极限状态设计方法，用分项系数描述的设计表达式。 按单桩承载力确定桩数时，传至承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合，在设计表达式中，作用项为按上述荷载计算的轴心竖向力作用下任一单桩的竖向力Qk；抗力项为单桩承载力特征值Ra。对于偏心荷载的设计状况，作用项为按上述荷载计算的边缘桩的单桩最大竖向力Qikmax。抗力项为1.2倍的单桩承载力特征值Ra。 在确定承台高度、承台配筋和验算桩身截面强度时，上部结构传来荷载效应组合应按承载力极限状态下荷载效应的基本组合，采用相应的分项系数。作用项分别为按上述荷载计算的验算截面处的冲切力设计值、弯矩设计值和单桩竖向力设计值。抗力项分别为相应截面的混凝土抗拉或抗压强度设计值。 《建筑桩基技术规范》的设计方法94版规范对桩基承载力的验算采用了以分项系数描述的极限状态设计表达式，对结构强度验算则采用概率极限状态设计方法，用分项系数描述极限状态的设计表达式。新版《建筑桩基技术规范》对基桩承载力的验算采用以安全系数描述的设计表达式，安全系数取2.0，抗力项由单桩竖向极限承载力除以安全系数，作用项按荷载效应标准组合轴心竖向力作用下的基桩或复合基桩的平均竖向力。 对于偏心荷载的设计状况，作用项为按上述荷载计算的边缘桩的单桩最大竖向力Nkmax。抗力项为1.2倍的基桩或复合基桩承载力特征值R。 在计算基桩结构承载力、确定尺寸和配筋时，采用传至承台顶面的荷载效应基本组合。当进行承台验算时，采用荷载效应标准组合。作用项分别为按上述荷载计算的验算截面处的单桩竖向力设计值、冲切力设计值和弯矩设计值，抗力项分别为相应截面的混凝土抗压或抗拉强度设计值。 关于荷载组合的规定，这两本规范之间仍存在一些差别，《建筑地基基础设计规范》强调的是“荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合”，而在新版《建筑桩基技术规范》中，只说明是“荷载效应的标准组合”，没有规定究竟是按承载力极限状态荷载效应呢还是按正常使用极限状态的荷载效应，显然这两种极限状态是不相同的。 群桩承载力的计算原则《建筑地基基础设计规范》经历了三个版本，即《74规范》、《89规范》和《2002规范》。对于群桩承载力的计算原则，前两个版本都不考虑群桩效应，也不考虑承台效应，《2002规范》也不考虑群桩效应，除了以控制沉降为目的的桩基需要考虑桩土荷载的分配外，一般的桩基计算都不考虑承台效应。 《建筑桩基技术规范》的计算原则《建筑桩基技术规范》经历了两个版本，即《94规范》和新版本的规范。《94规范》对于群桩承载力的计算，同时考虑了群桩效应和承台效应。新版的《建筑桩基技术规范》不再考虑群桩效应，但仍然考虑承台效应，不但在减沉疏桩复合桩基的群桩计算中考虑承台效应，而且对一般的桩基群桩承载力计算也可以计及承台底地基土的分担作用。 我国软土地区的桩基设计经验 20世纪30年代至50年代，早期按经验方法设计阶段作用于基础上的计算荷载包括：上部结构的静载与活载，及基础的自重，但不计回填土的重量；桩基（群桩）容许承载力取单桩容许承载力之和，并计入基础（承台）底面的地基承载力；单桩容许承载力仅计桩周摩阻力，不计桩端承载力，桩周摩阻力取7KPa（静载）、10kPa（静载加活载）；承台底面的地基承载力取80～100kPa，计算时可考虑承台底面的全部面积，亦可扣除桩的载面积，仅计承台底面的净面积。 20世纪60年代至90年代，桩基设计进入规范化和不断改进的阶段1963年编制了地方性设计标准《上海市地基基础设计规范》（试行草案）（以下简称《63规范》），桩基设计开始进入规范化阶段；1975年修改为《上海市地基基础设计规范》（试行）（以下简称《75规范》）；1989年第二次修改为上海市标准《地基基础设计规范》（DBJ08-11-89）（以下简称《89规范》）；1999年第三次修订为上海市工程建设规范《地基基础设计规范》（DGJ08-11-1999）（以下简称《99规范》）。 桩基设计和桩基（群桩）承载力的确定，在历次编制和修订的各版规范中都有具体的规定，在各版规范中所包括的上海地区工程经验可归纳为以下几方面：1）首先是以《63规范》开始，就强调了桩基设计要进行变形验算的必要性，规定了桩基沉降计算图式和计算方法，这一精神始终贯穿在以后历次修订的各版规范中； 2）其次是要重视持力层的选择，原则上是宜选择压缩性较低的粘性土、粉性土、中密或中密状态以上的砂土作为持力层，同时对桩端进入持力层的深度以及当桩端土层下存在软弱下卧层时桩端下的持力层应留有的厚度等也提出了原则性要求。此外，在《89规范》中还对一般建（构）筑物和荷重特别大的高、重建（构）筑物的桩基持力层选择，分别提出了具体建议。合理选择桩基持力层可为桩基（群桩）承载力的确定提供基本保证； 3）关于单桩承载力的确定，在重视根据大量试桩资料分析得到的上海地区单桩承载力经验公式的同时，《75规范》、《89规范》和《99规范》均逐次强调了单桩承载力要通过试验方法确定或验证以及桩身质量及其结构强度对确定单桩承载力的重要性的认识，为桩基（群桩）承载力的确定提供可靠依据； 4）关于群桩承载力的确定，在全面贯彻以上三方面经验基础上，上海地区常规桩距的低承台桩基承载力可认为等于桩基中各单桩承载力之和，不考虑承台下地基土对桩基承载力的贡献，也不考虑群桩效应产生的承载力折减系数，同时在桩基沉降量验算满足容许沉降量要求前提下，一般可不强调桩基整体强度以及软弱下卧层承载力的验算。 上海地区执行上述各版规范的时间总计已有四十余年，建造在桩基础上的各种建（构）筑物已不计其数，荷载大而集中的高炉、筒仓和烟囱，大型桥梁的桥墩和桥台以及数千幢高层超高层建筑等都是建造在密集群桩基础上的，至今尚未发生过桩基整体失稳的情况。这一客观事实从实践上说明，从工程应用角度出发，执行已综合包括上述四方面经验的《上海市地基基础设计规范》，原则上能保证上海地区的桩基础的整体稳定要求的。 99版规范对桩基设计及其承载力计算作了较大的修改和进一步规定：1）桩基应同时按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计计算：按承载能力极限状态进行设计计算的内容应包括桩基的竖向承载力设计计算；按正常使用极限状态极限设计计算的内容应包括桩基的最终沉降量验算。 为使桩基沉降量计算更加合理，在长期实践的基础上，首次在规范中采用以Geddes单桩荷载应力公式为依据的单向压缩分层总和法计算桩基最终沉降量，并给出了与桩端入土深度有关的沉降计算经验系数。2）对桩基持力层的选择做出了进一步的规定：总原则仍是桩基宜选择压缩性较低的粘性土、粉性土、中密或密实的砂土作为持力层，同时明确指出不宜将桩端悬在淤泥质土层中。 3）对单桩承载力的确定做出了进一步的规定：明确指出单桩极限承载力宜通过静载荷试验确定；为确保桩身质量，明确和完善了桩身质量检测方法和标准；改进和完善了按桩身结构强度确定单桩竖向承载力设计值的地区性经验公式。4）在常规桩距下，群桩承载力设计值等于群桩中各单桩承载力设计值之和，不考虑承台下地基土对桩基承载力的贡献，也不考虑群桩效应产生的承载力折减系数。 可能出现负摩阻力的桩基设计原则 根据引起负摩阻力的不同原因，采用不同的设计原则。对于由填土引起的负摩阻力，宜在桩基施工前先进行填土，并保证填土的密实性，应根据填料及下卧层的性质采取不同的措施，对低水位的场地应采用分层填土分层辗压或分层强夯，压实系数不小于0.94；为加速固结，对软土场地在填土前应预设塑料排水板等排水措施，待填土的场地基本稳定以后再成桩。 引起负摩阻力的室内的大面积堆载常见于仓库、炼钢、轧钢车间，为防止堆载对桩基产生负摩阻力，可对堆载地基进行加固处理，或对堆载的相邻桩基采用刚性排桩隔离，或对受负摩阻力影响的预制桩采取表面涂层措施以隔离负摩阻力的作用。对于由湿陷性产生的负摩阻力，可采用强夯、挤密土桩等措施处理，以消除土层的湿陷性，有效防止产生负摩阻力。 对于挤土沉桩，应采取消减超孔隙水压力、控制沉桩速率等措施，减少工后孔隙水压力消散所产生的负摩阻力。 建筑物桩基设计 桩的类型、截面尺寸和桩长选择一旦确定采用桩基础方案后，桩基础设计的重要环节就是合理地选择桩型和桩端持力层。选择桩型包括选择桩的材料、成桩或沉桩的工艺、桩的长度（结合持力层选择）、桩的截面尺寸(与桩长结合考虑)等内容，选择桩型时应考虑上部结构的要求、地质条件、环境要求、施工条件及质量控制以及工程造价等因素。 桩基设计首先要把握住总体方案。桩基方案拟定的主要内容则是桩型和桩基础类型的选择。桩型是指基桩采用什么材料、什么施工方法成桩或沉桩的工艺；而桩基础类型是指承台的选型、桩的布置以及桩基础作为整体的刚度要求。这两者虽有关系但侧重面是不相同的，需要通过多种方案的技术经济分析来进行。 桩基础的类型则主要根据地质条件、上部结构的型式和对基础刚度的要求来决定。例如对沉降敏感的框架结构，当由摩擦桩支承时，则应采用刚度较大的筏板将桩群连成一个刚度较大的基础，甚至采用箱型承台来弥补上部结构刚度的不足；若上部为刚度很大的剪力墙结构，则筏板的厚度可适当减小；当由端承桩支承时，则基础承台可简化为由连系梁拉结的独立承台，甚至可采用一柱一桩亦能满足要求。总之，必须综合全面考虑地质条件、上部结构类型及对基础刚度的要求，选择最佳的桩基础。 桩型选择的一些失败案例 某18层采用桩基础的住宅楼，因群桩失稳而爆破拆除的案例某综合楼管桩基础，因持力层顶面标高变化过大，造成沉桩困难或承载力不满足设计要求的案例 采用桩基的高层建筑整体爆破拆除 某栋新建的18层住宅楼，在结构封顶以后由于建筑物桩基整体失稳，导致该楼发生严重倾斜，其顶端倾斜的水平位移达2884mm。为根除工程质量隐患，在采取工程补救措施无效后，对该楼实施整体定向爆破拆除。成为桩基严重事故的第一例。 建筑物体型为十字形的点式楼，基础底面积约800m2，地上18层，地下1层，总高度56.6m，钢筋混凝土剪力墙结构，基础采用夯扩桩基础，设计桩径480mm，施工桩长16～20m，桩端持力层粉细砂，桩端进入持力层约0.8m。工程于1995年1月进行桩基施工，共完成336根夯扩桩。1995年4月初开始开挖基坑土方，9月中旬完成主体工程结构封顶，11月底完成室外装修和部分室内装修。 地貌属长江一级阶地，地势平坦，表层填土，其下为9.4~14.4m的厚层淤泥及2.2～2.4m的淤泥质粘土，有机质含量达30％，再下为稍密～中密的粉细砂。在这样的地质条件下，能否采用夯扩桩呢？当年，正是夯扩桩风行的年代，这个案例给了最好的说明。 事故概况：1995年12月3日，突然发现建筑物向东北方向明显倾斜。建筑物顶端的水平位移470mm，在东北方向的沉降量55mm，而西南方向仅沉5mm。 采取抢救措施，在沉降量小的一侧加载500吨，在沉降量大的一侧挖土卸载，还进行了粉喷桩和注浆加固，并打了7根锚杆静压桩。建筑物在12月21日突然转向西北方向倾斜，至12月25日，建筑物顶端的水平位移已达2884mm，整栋建筑物的重心偏移了1442mm。决定于12月26日爆破拆除。 事故原因分析：1.桩型用错了，在厚层淤泥中不能采用夯扩桩，把土层的结构都破坏了，将工程桩挤歪了。2.基坑开挖时未分层挖土，桩发生偏移。3.172根桩的偏位超过允许偏差，最大偏位达1700mm。4.底板的标高抬高2m，在倾斜的桩上接长，形成偏心的桩轴力。5.形成了不稳定的机动体系。 综合楼桩基工程施工质量事故 综合楼为框架结构，桩基础，主体建筑地上八层，地下一层，建筑面积8000m2。设计桩型为预应力管桩。地下室部位的桩径采用600mm，单桩承载力设计值为1100kN；边跨的桩径采用400mm，单桩承载力设计值为600kN。600mm的桩长分别采用11m、13m和15m。 预制桩用于持力层起伏很大地质条件的问题承载力不满足设计要求桩打不到设计标高 桩布置于独立承台下，承台下的桩数一般为五～七桩。压桩施工过程中由施工单位提出，经设计单位同意，改变了61根桩的长度，其中30根桩增加1m，22根减少2m，9根减少3m。经检测单位检测了3根桩，其中，600mm直径的桩检测了2根，109#符合设计要求；88#桩不符合要求；400mm直径的桩检测了181#桩不符合设计要求。 认为是浮桩，采取复打措施。对复打以后的桩检测了2根，其中70#桩符合设计要求，92#桩不符合要求。复打以后在桩身发现裂缝，对裂缝进行了处理。采用补桩的措施，补了9根冲抓桩。桩基工程自2001年6月27日开始至2002年5月17日最后一次检测结束，历时350天，接近一整年。 引发本案的主要原因是桩基工程的施工时间从一个月左右拖到接近一年的时间，影响了这个建筑物的后续施工和整个工期。 静压法施工中，最终压力与入土深度的关系，不同位置的桩的实际桩顶标高的起伏与持力层顶面标高起伏的密切相关性，说明达不到设计深度的原因是地层的起伏；勘察单位没有加密勘探孔，没有采用静力触探探明持力层顶面标高的起伏；在这样的地层条件下，采用预制桩的方案是错误的，必然造成压桩施工时桩顶标高的失控； 场地下卧基岩面起伏很大，采用了PHC桩，尽管按照勘察报告的剖面采用了几种不同的桩长，但还是发生很多桩打不到设计标高，有的桩承载力达不到要求的数值，耽搁了工期，造成了烂尾的工程和法律诉讼。教训：没有根据地质条件选择合适的桩型，PHC桩用得不是地方。 桩基方案的经济分析 桩的竖向承载力计算 桩的竖向承载力计算的目的是为了确定用桩的数量，以便进行桩的布置。桩的竖向承载力计算包括单桩竖向承载力的确定、桩顶作用效应计算和桩基竖向承载力计算等内容。桩的竖向承载力计算包括抗压承载力和抗拔承载力两种设计状况的计算。根据建筑物性质、地质条件和上部结构所承受的荷载性质，桩基主要承受不同性质的轴力，不同设计状况的控制性计算内容是不同的，需要加以区别对待。 结构自重比较轻而水平荷载比较大的高耸结构物，则可能出现部分桩承受压力而另一部分桩承受拔力，并随着水平荷载方向的变化，基桩可能交替地承受压力和拔力，则对基桩必须同时满足抗压承载力和抗拔承载力的计算。对于地下水位较高的纯地下室，或超补偿的建筑物，桩基设计可能受抗拔承载力控制，即在抗拔承载力满足设计要求的条件下，抗压承载力的计算比较容易满足。 结构自重比较大，而水平荷载相对不大的建筑物，桩基设计一般受抗压承载力控制，很少出现抗拔承载力控制的设计状况。在进行桩的竖向承载力计算以前，根据上部结构和使用功能的要求可以确定承台底面的埋置深度，在选定了桩端持力层以后，桩的有效长度便可以确定。按照单桩承载力的确定方法，可以求得单桩极限承载力或单桩容许承载力，然后根据作用于桩基承台顶面的竖向力和桩基承台及承台上土的自重，按不同规范所规定的设计原则选用有关公式计算桩数。 单桩承载力的确定方法1.静载荷试验的结果－单桩极限承载力－除以安全系数得单桩容许承载力（单桩承载力特征值）；2.用静力触探方法预估单桩极限承载力；3.用桩端阻力和桩侧摩阻力的经验值预估－有极限值（极限端阻力和极限桩侧摩阻力）和容许值（端阻力特征值和桩侧摩阻力特征值）之分。 两本规范的比较地基规范桩基规范 工作状态的安全度如果要用安全系数来分别表示的桩端阻力和桩侧摩阻力的话，两个安全系数是否相等？？按照荷载传递机理的理念，桩端阻力的安全系数Kb必然大于2，而桩侧摩阻力的安全系数Kf则必然小于2。 荷载传递机理的实践意义与工程应用荷载传递机理反映了桩土体系通过桩侧剪切作用传递竖向荷载，而桩身的压缩变形是形成荷载自上而下逐步传递过程的主要因素。桩是建筑物的传力构件，但不能将桩作为一个单纯的结构构件来设计。 揭示荷载传递机理对于分析桩在不同阶段的承载力构成提供了正确的方法，是桩土体系的共同作用将建筑物的荷载传递给地基。对于长桩和超长桩的设计，荷载传递机理是非常重要的设计理念。对于嵌岩桩的承载性能的正确认识也具有重要的意义。 地基土对桩的支承能力由两部分组成：桩端阻力和桩侧摩阻力。如果认为两者是同步增大的，那么对任何的荷载阶段，这个表达式都是正确的： 而实际上，桩侧摩阻力和桩端阻力不是同步发挥的。其基本原因是桩身压缩量是从桩端累加到桩顶，埋深越浅的部位，压缩量越大，因而即使是均匀土，摩阻力也不是均匀分布的。竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的摩阻力；荷载克服了摩阻力的剩余部分才往下传递，荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服已发挥的摩阻力并向土中扩散的过程，使下部土层乃至桩端土层逐步承受上部传来的荷载。 对10根桩长为27～46m的大直径灌注桩的荷载传递性能的足尺试验结果。试验表明，桩侧发挥极限摩阻力所需要的位移很小，粘性土为1～3mm，无粘性土为5～7mm；除两根支承于岩石的桩外，其余各桩（桩端持力层为卵石、砾石、粗砂或残积粉质粘土）在设计工作荷载下，端承力都小于桩顶荷载的10％。 不同荷载下轴力沿深度的变化 设桩身轴力为Q，桩身轴力是桩顶荷载N与深度Z的函数，Q＝f（N、Z） 桩的长径比L/d是影响荷载传递的主要因素之一，随着长径比L/d增大，桩端土的性质对承载力的影响减小，当长径比L/d接近100时，桩端土性质的影响几乎等于零。发现这一现象的重要意义在于纠正了“桩越长，承载力越高”的片面认识。希望通过加大桩长，将桩端支承在很深的硬土层上以获得高的端阻力的方法是很不经济的，增加了工程造价但并不能提高很多的承载力。 桩越长，端阻力所占的比例越低 桩端、桩侧的不同安全系数1984年，同济大学洪毓康教授根据17根桩长为8～62m的试桩资料和5根模型桩的试验结果，通过分析研究，提出了“考虑到桩侧摩阻力和桩尖抵抗力发挥的过程不同，在确定桩的轴向容许承载力时，应该采用两个承载力安全系数Kb与Kf的结论”并给出了桩端阻力和桩侧摩阻力取用不同安全系数的建议如表所示。 超长桩的试验90年代末，陕西省建筑科学研究院等单位在陕西信息大厦进行了超长桩的试验研究，陕西信息大厦地上51层，总高度191m，地下3层，深17.6m，基础采用桩－筏基础，桩为泥浆护壁钻孔灌注桩，直径1.0m。 场地内第四系土层厚度700～800m，勘探深度150m，在地面下30m范围内为黄土和古土壤，在30m至54m范围内为可塑状态的粉质粘土，在54m以下为含钙质结核的硬塑粉质粘土层。试桩直径1.0m，桩长82.2m，进行了单桩竖向承载力及桩身荷载传递机理的测试与研究，还作了压浆前后的承载性状的对比试验研究。 研究成果不仅对黄土地区的桩基础设计有指导的意义，而且对其他地区的桩也有参考作用。实测荷载传递资料表明，黄土地区的超长桩没有测到桩端阻力，在桩长60~70m处桩身轴力已经趋于零，说明在这个深度以下的桩侧阻力也得不到发挥；在压浆以后，由于提高了浅层土的侧摩阻力，轴力为零的深度明显减小。 后注浆对单桩承载力的提高作用 后压浆具有如下的作用：1）胶结孔底沉渣，提高单桩承载力，消除桩的过大沉降；2）增强桩身混凝土与桩侧土的结合，提高侧摩阻力；3）修补桩身缺陷部位，保证设计承载力；减少桩基的不均匀沉降。 根据一些试验的结果，认为后压浆处理后可以达到比较好的效果，对细粒土中的桩，单桩承载力可提高30％～70％；对粗粒土中的桩，增幅可达60％～120％。压浆后的侧摩阻效应表现为侧摩阻力提高和桩侧土的剪切刚度提高；从而使摩阻力充分发挥时的位移值移后，这就意味着桩的韧性增大。 桩端条件对试桩曲线的影响 压浆对侧摩阻力的影响 常规桩的曲线 压浆桩的曲线 1）在事故处理、补强中的应用；单桩承载力不足时的补强；此时只能在桩体外下管注浆。2）设计时承载力不能满足要求，事先在桩体中预设压浆管的加强措施。后压浆技术推广应用中的问题主要是如何控制压浆的均匀性和如何实现注浆的技术要求。压浆后单桩承载力的提高幅度与压浆工艺密切相关，而均匀性和稳定性是在工程中应用的关键； 后压浆技术推广应用中的问题主要是如何控制压浆的均匀性和如何实现注浆的技术要求。压浆后单桩承载力的提高幅度与压浆工艺密切相关，而均匀性和稳定性是在工程中应用的关键；标准化将有助于这一技术的推广应用。 后注浆增强系数 后注浆增强系数系通过数十根不同土层中的后注浆桩与普通桩的静载对比试验求得。其侧阻和端阻增强系数不同，而且变化很大。总的变化规律是：端阻的增幅高于侧阻，粗拉土的增幅高于细粒土，桩端、桩侧复式注浆高于单一注浆。根据北京、上海、天津、河南、山东、西安、武汉、福州等地106份资料验证。 群桩效应和承台效应 关于群桩效应和承台效应的考虑《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）不考虑群桩对承载力的影响，即群桩的承载力等于单桩承载力之和，也不考虑承台与土的相互作用，即承台下的土不分担荷载，荷载全部由桩承担。 上海市工程建设标准《地基基础设计规范》也不考虑群桩效应，除沉降控制复合桩基设计外，对常规桩基设计也不考虑承台与土的相互作用。 建筑桩基技术规范在《建筑桩基技术规范》94版中，考虑了群桩效应对桩基承载力的影响，也考虑了承台效应的影响。在新版的报批稿中，群桩效应退出规范，对承台效应的适用条件更严格地控制。 群桩效应设计方法退出规范群桩效应及其工程意义《建筑桩基技术规范》考虑群桩效应的设计方法的定量依据是群桩试验的结果。规范方法过于复杂，与桩基设计的误差水平不一致。具体计算方法退出规范不等于群桩效应不存在。 群桩效应的工程意义1.桩的平面布置对于单桩承载力发挥的作用，桩的中心距的影响；2.载荷试验的沉降在什么条件下才具有工程意义？3.有没有变形控制的单桩承载力？ 群桩在竖向荷载作用下，由于承台、桩、土之间相互影响和共同作用，群桩的工作性状趋于复杂，桩群中任一根桩即基桩的工作性状都不同于孤立的单桩，群桩承载力将不等于各单桩承载力之和，群桩沉降也明显地大于单桩，这种现象就是群桩效应。群桩效应可用群桩效率系数η和沉降比表示。 群桩效率η和沉降比 由端承桩组成的群桩，通过承台分配到各桩桩顶的荷载，其大部或全部由桩身直接传递到桩端。因而通过承台土反力、桩侧摩阻力传递到土层中的应力较小，桩群中各桩之间以及承台、桩、土之间的相互影响较小，其工作性状与独立单桩相近。因而端承型群桩的承载力可近似取为各单桩承载力之和，即群桩效率η和沉降比可近似取为1。 由摩擦桩组成的群桩，桩顶荷载主要通过桩侧摩阻力传递到桩周和桩端土层中，在桩端平面处产生应力重叠。承台土反力也传递到承台以下一定范围内的土层中，从而使桩侧阻力和桩端阻力受到干扰。 就一般情况而言，在常规桩距（3~4d）下，粘性土中的群桩，随着桩数的增加，群桩效率明显下降，且η<1，同时沉降比迅速增大，可以从2增大到10以上；砂土中的挤土桩群，有可能η>1；而沉降比则除了端承桩=1外，均为>1；同时承台下土反力分担上部荷载可使群桩承载力增加。 群桩应力的重叠作用 《建筑桩基技术规范》两个版本的比较：1.群桩效应退出规范；2.承台效应有条件地考虑；3.分项系数改为安全系数；4.荷载采用标准值。 桩基沉降计算 桩基沉降计算桩端持力层为软弱土的一、二级建筑桩基以及桩端持力层为粘性土、粉土或存在软弱下卧层的一级建筑桩基，应验算沉降，其桩基计算变形值不应大于桩基变形允许值。桩基沉降计算是比较复杂的，各种沉降计算方法都作了一定的假定，其计算结果和实测的建筑物沉降之间存在一定的差别，在桩基设计时要根据建筑经验对计算结果的可靠性进行判别，并加以经验修正。 建筑桩基规范的方法将附加压力作用面的位置放在桩端标高处，附加压力的分布不扩散，即直接按群桩外围面积分布附加压力。采用按Boussinesq理论计算应力 －按压缩模量取用的修正系数，取用方法改变了，94版规范是根据桩长取用的。e－桩基等效修正系数，与94版规范一样，没有变化。 按压缩模量取用修正系数时，分别考虑不同桩型的影响。采用后注浆工艺，将修正系数再乘以0.8的折减系数；软土中的挤土桩，乘以1.3～1.8的挤土效应系数。 建筑地基基础设计规范的方法1.基底压力分布同时采用两种假定，分别采用扩散压力和扣除侧摩阻力； 2.附加应力计算也同时采用两种假定，分别按Boussinesq理论和按Mindlin理论； 3.对计算结果按照压缩模量进行修正；其实，修正系数的取用与计算假定密切相关。 实体深基础法的优点与缺点计算简单，易于手工计算；适用于计算承台面积不大的群桩基础；但计算的沉降量偏大；只能计算中点沉降作为基础的平均沉降；沉降与桩的数量无关，与桩的分布无关；不能将桩和承台下土反力的作用分开考虑。 如何计算板的变形？ 板的各点的沉降是不同的，板的变形使内力增大，对桩筏基础，如何计算板的变形？实体基础法就无能为力了。对某一点而言，各根桩对它的沉降都有影响，影响的大小与距离有关，距离越远，影响越小。桩所传递的荷载在地基中所产生的应力就不能用Boussinesq理论计算。要考虑承台下反力的影响。 桩土共同作用设计方法桩土分担荷载的规律沉降控制复合桩基的设计桩筏基础的设计 高层建筑的桩与箱、桩与筏共同作用理论是在高层建筑箱基、筏基共同作用理论研究的基础上发展起来的，在采用空间子结构方法凝聚上部结构刚度和荷载的同时还需要将桩－土体系离散化，需要考虑桩－土、桩－桩和土－土之间的相互作用，并将其模型化为线性弹性体或理想的弹塑性体，共同作用分析计算的结果可以得到基础的沉降、基础的内力、桩顶的反力和基底反力的变化规律。 高层建筑桩基础共同作用研究的最新发展有两个方面：一是承重地下连续墙与桩筏基础的共同作用研究；二是变刚度调平概念设计的提出和实用化。 关于Mindlin课题应用《建筑桩基技术规范》采用Geddes解 明德林─盖得斯法假定承台是柔性的；桩群中各桩承受的荷载相等；桩端平面以下土中的附加应力按明德林─盖得斯解分布；各层土的压缩量按分层总和法计算。单桩顶上的总荷载Q可以分解为桩端阻力Qp和桩侧摩阻力Qs之和，即Q=Qp+Qs。 假设桩端阻力占总荷载的比例为，则Qp=Q；桩侧摩阻力Qs分解为均匀分布的摩阻力Qw=Q，和随深度线性增长的摩阻力Qv=(1)Q，为均布摩阻力占总荷载之比。盖得斯对图示的Qp、Qw和Qv三种荷载分别进行积分，给出了单桩荷载下土中任一点竖向应力的显式。 zp由桩端阻力Qp引起的竖向应力：zw由均匀分布摩阻力Qw引起的竖向应力：zv由三角形分布摩阻力Qv引起的竖向应力： 单桩、单排桩的沉降1.单桩和单排桩的沉降用群桩基础的沉降计算方法不合适，得到的结果偏大；2.新版《建筑桩基技术规范》提出了一种计算沉降的方法； 3.根据产生沉降的不同原因，采用不同的应力计算方法，桩产生的附加应力用考虑桩径影响的Mindlin解，承台底压力引起的附加应力用Boussinesq解，将两者叠加。 1.沉降由两部分组成，一部分是土层的压缩，一部分是桩身压缩；2.从公式的相加，可以判断，所谓土层的压缩，都是指桩端以下的土层；3.桩端以下土层的压缩是由两种附加应力引起的，一种是桩的作用结果，另一种是承台作用的结果。 1.考虑桩径与不考虑桩径的区别在哪里？2.桩端集中力假定与桩端分布压力；3.Geddes解假定集中力，使桩端平面以下应力集中现象明显；4.在桩端下l/10处，两者接近，越近桩端，差异越大； 因此，新版《建筑桩基技术规范》对单桩、单排桩和疏桩复合桩基采用计入考虑桩径影响的Mindlin解。 摩擦型桩的桩身压缩量：端承型桩的桩身压缩量： 大直径扩底桩的沉降计算 根据大直径扩底桩的模型试验结果，认为大直径扩底桩地基土的变形特征和破坏模式均不同于浅基础，也不同于一般的桩基础，具有如下的特点：1.扩大端底面以下的土体以竖向压缩变形为主，伴随有侧向挤压，但无向上隆起现象，也不会对摩擦段有任何影响，大变形时也未观察到连续的滑动面和整体的剪切破坏； 2.扩大端上方有有关明显的临空面，由于土拱作用和存在粘聚力而不致塌落，与现场试验情况一致；3.扩大端底部的外侧，有伞形拉裂缝，说明存在拉应力区。 应用Mindlin解得到弹性半空间内部深度L处作用一圆形均布垂直荷载，则荷载作用面地基的接触应力和沉降的关系为： 对于湿陷性黄土上的某设计院情报楼采用大直径扩底桩，8层框架结构，持力层为黄土状粉土，顶板埋深13.0～14.0m，用公式计算的沉降和实测沉降的比较见下表。 疏桩基础设计与计算 在桩基设计体系中，疏桩基础又称“减沉复合疏桩基础”是复合桩基的一种，按照《建筑桩基技术规范》的术语系统，复合桩基的定义是“由基桩和承台下地基土共同承担荷载的桩基础”，而减沉复合疏桩基础的定义是“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”。 软土地基减沉复合疏桩基础软土地基上多层建筑，地基承载力基本满足要求时，以减小沉降为目的，可设置穿越软土层进入相对较好的疏布摩擦桩型，由桩和桩间土共同分担荷载，称为减沉复合疏桩基础。 减沉复合疏桩基础设计原则一是桩和桩间土在受荷变形过程中始终确保两者共同分担荷载；桩端的变形条件二是桩距大于5～6倍桩径。 确定承台底面积和桩数－承台面积控制系数，取大于等于0.60 沉降计算：s0－承台底附加应力产生中点的沉降；ssp－桩土相互作用产生的中点沉降；qsu－厚度加权平均的桩侧摩阻力：p－刺入变形影响系数，砂土1.0，粉土1.15，粘土1.3 桩侧阻力引起桩周土的沉降，按桩侧剪切位移法计算；桩周碟形位移体积：再除以环形面积后得沉降公式 s0ssp 疏桩基础的沉降由两部分构成；桩端下土层，由承台底面的压力产生的压缩变形，按实体基础假定计算s0；桩身部分，桩身压缩加刺入变形与桩土相互作用产生的土体压缩变形应当是相等的；由于刺入变形难以计算，故规范计算桩土相互作用产生的土体压缩变形ssp。 变刚度调平设计传统桩基设计的原则，同一建筑物下采用相同截面、相同长度的桩，一般等距离布桩，桩基的刚度是等刚度的。 基本概念：等刚度的桩基，按等桩长、等桩径、等间距的布桩，其结果是：沉降是中间大，四周小，形成碟形沉降盆；桩的反力是中间小，四周大，形成马鞍形反力分布。 变桩距、变桩径或变桩长都可以达到变刚度的目的 变刚度调平概念设计变刚度调平概念设计的目的为了减小差异变形、降低承台内力和上部结构次应力，以节约资源，提高建筑物使用寿命，确保正常使用功能。 对于主群楼连体建筑，当高层主体采用桩基时，裙房（含纯地下室）的地基或桩基的刚度宜相对弱化，可采用天然地基、复合地基、疏桩或短桩基础； 对于框架－核心筒结构高层建筑桩基，应加强核心筒区域桩基刚度（如适当增加桩长、桩径、桩数、采用后注浆等措施），适当弱化核心筒外围桩基刚度； 对于框架－核心筒结构高层建筑天然地基满足要求的情况下，宜于核心筒区域设置增强刚度、减小沉降的摩擦型桩； 对于大体量筒仓、储罐的摩擦型桩基，宜按内强外弱原则布桩；'