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桩基础设计与施工. 建艺分院建筑工程系. 目录. 任务 1 桩的分类与管桩施工. 任务 2 灌注桩施工与特点. 任务 3 单桩承载力与桩基检测. 任务 4 桩基础验算. 6. 3. 单桩承载力与桩基检测. 桩的分类与管桩施工. 单桩承载力分析； 单桩承载力的确定； 基桩承载力检测；. 一、单桩的承载力分析. （一）、单桩在轴向荷载作用下，桩身的 截面位移 、 桩侧的摩阻力 分布以及 轴力 分布见下图。. 桩侧摩阻力. A. B. D. C. O. 桩截面位移. （二）、桩侧摩阻力和桩端阻力
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桩基础设计与施工 建艺分院建筑工程系
目录 • 任务1 桩的分类与管桩施工 • 任务2 灌注桩施工与特点 • 任务3单桩承载力与桩基检测 • 任务4 桩基础验算
6. 3 单桩承载力与桩基检测
桩的分类与管桩施工 • 单桩承载力分析； • 单桩承载力的确定； • 基桩承载力检测；
一、单桩的承载力分析 （一）、单桩在轴向荷载作用下，桩身的截面位移、桩侧的摩阻力分布以及轴力分布见下图。
桩侧摩阻力 A B D C O 桩截面位移 （二）、桩侧摩阻力和桩端阻力 桩侧摩阻力是桩截面对桩周土的相对位移的函数[ qs= f(s)]，可用下图中的曲线OCD表示，且常简化为折线OAB。AB段表示一旦桩土界面相对滑移超过某一极限值，侧摩阻力将保持极限值不变。
则侧阻将随深度线性增大。然而砂土中的模型桩试验表明，当桩入土深度达到某一临界值后，侧阻就不随深度增加了，这个现象称为侧阻的深度效应。则侧阻将随深度线性增大。然而砂土中的模型桩试验表明，当桩入土深度达到某一临界值后，侧阻就不随深度增加了，这个现象称为侧阻的深度效应。 综上所述，桩侧极限摩阻力与所在的深度、土的类别和性质、成桩方法等许多因素有关。
但是，桩侧摩阻力达到极限值所需的桩土滑移极限值则与土的类别有关、而与桩径大小无关，根据试验资料约为4~6mm（对粘性土）或6~10mm（对砂类土）。但是，桩侧摩阻力达到极限值所需的桩土滑移极限值则与土的类别有关、而与桩径大小无关，根据试验资料约为4~6mm（对粘性土）或6~10mm（对砂类土）。
单桩受荷过程中桩端阻力的发挥不仅滞后于桩侧阻力，而且其充分发挥所需的桩底位移值比桩侧摩阻力达到极限所需的桩身截面位移值大的多。根据小型桩试验所得的桩底极限位移值，对砂类土约为d/12~d/10，对粘性土约为d/10~d/4（d为桩径）。因此，对工作状态下的单桩，其桩端阻力的安全储备一般大于桩侧摩阻力的安全储备。单桩受荷过程中桩端阻力的发挥不仅滞后于桩侧阻力，而且其充分发挥所需的桩底位移值比桩侧摩阻力达到极限所需的桩身截面位移值大的多。根据小型桩试验所得的桩底极限位移值，对砂类土约为d/12~d/10，对粘性土约为d/10~d/4（d为桩径）。因此，对工作状态下的单桩，其桩端阻力的安全储备一般大于桩侧摩阻力的安全储备。
单桩静载荷试验所得的荷载—沉降（Q~s）关系曲线可大体分为陡降型（A）和缓变型（B）两类形态。单桩静载荷试验所得的荷载—沉降（Q~s）关系曲线可大体分为陡降型（A）和缓变型（B）两类形态。 单桩的荷载—沉降曲线
对桩底持力层不坚实、桩径不大、破坏时桩端刺入持力层的桩，其曲线多呈“急进破坏”的陡降型，相应于破坏时的特征点明显，据之可确定单桩极限承载力。对桩底持力层不坚实、桩径不大、破坏时桩端刺入持力层的桩，其曲线多呈“急进破坏”的陡降型，相应于破坏时的特征点明显，据之可确定单桩极限承载力。 对桩底为非密实砂类土或粉土、清孔不净残留虚土、桩底面积大、桩底塑性区随荷载增长逐渐扩展的桩，则呈“渐进破坏”
的缓变型，其曲线不具有表示变形性质突变的明显特征点，因而较难确定极限承载力。为了发挥这类桩的潜力，其极限承载力宜按建筑物所能承受的最大沉降确定。换句话说，这类桩的承载力极限状态是受“不适于继续承载的变形”制约的。的缓变型，其曲线不具有表示变形性质突变的明显特征点，因而较难确定极限承载力。为了发挥这类桩的潜力，其极限承载力宜按建筑物所能承受的最大沉降确定。换句话说，这类桩的承载力极限状态是受“不适于继续承载的变形”制约的。
二、单桩竖向承载力的确定 • 单桩竖向承载力（bearing capacity of a single pile）：指单桩在竖向外荷载作用下，不丧失稳定、不产生过大沉降时的最大荷载。 • 《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）规定：单桩竖向极限承载力标准值除以安全系数后的承载力值为单桩竖向承载力特征值。
单桩竖向承载力的确定 单桩极限承载力Ru由总极限侧阻力Rsa和总极限端阻力Rpa组成，若忽略二者间的相互影响，可表示为： 式中 li、up——桩周第i层土厚度和 相应的桩身周长；
由于土体因打桩扰动而降低的强度有待随时间而恢复，在桩身强度达到设计要求的前提下，桩设置后开始载荷试验所需的间歇时间：对于砂类土不得少于10天；粉土和粘性土不得少于15天，饱和软粘土不得少于25天。由于土体因打桩扰动而降低的强度有待随时间而恢复，在桩身强度达到设计要求的前提下，桩设置后开始载荷试验所需的间歇时间：对于砂类土不得少于10天；粉土和粘性土不得少于15天，饱和软粘土不得少于25天。
在同一条件下，进行静载荷试验的桩数不宜少于总桩数的1%，工程桩总桩数在50根以内时不应少于2根，其他情况不应少于3根。在同一条件下，进行静载荷试验的桩数不宜少于总桩数的1%，工程桩总桩数在50根以内时不应少于2根，其他情况不应少于3根。 关于单桩竖向静载（抗压）试验的方法、终止加载条件以及单桩竖向承载力标准值的确定详见《建筑桩基技术规范》JGJ94—94。
（一）单桩竖向极限承载力（静载荷试验法 ） • 静载荷试验法 锚桩横梁反力装置
单桩竖向极限承载力（静载荷试验法 ） • 静载荷试验法 堆载反力装置
单桩竖向极限承载力（静载荷试验法 ） 堆载反力装置
单桩竖向极限承载力（静载荷试验法 ） • 试验时加载方式通常有慢速维持荷载法、快速维持荷载法、等贯入速率法、等时间间隔加载法以及循环加载法等。工程中最常用的是慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷载值为预估极限荷载的l／10～1／15，第一级荷载可双倍施加。每级加荷后间隔5，10，l5，15，15，30，30，30min…测读桩顶沉降。当每小时的沉降不超过0.1mm，并连续出现两次，则认为已趋稳定，可施加下一级荷载。
单桩竖向极限承载力（静载荷试验法 ） • 试验结果与承载力的确定 单桩静载荷试验曲线
Ra、 qsai、 qpa的确定通常采用下列几种方法： （1）、原型试验法 通过埋设各类测试元件可获得桩身轴力、桩侧阻力、桩端阻力、荷载—沉降关系等诸多资料。 对地基土进行原位测试，利用桩的静载荷试验与原位测试参数间的关系，确定桩的侧阻力和端阻力。常用的原位测试法有静力触探法(CPT)、标准贯入试验法(SPT)、旁压试验法(PMT)。
静力加压装置 电测装置 探头 （二）静力触探法 Quk =u∑Liβifsi +αqcAp fsi —桩侧摩阻力平均值； qc—桩端阻力平均值； α—桩端阻力修正系数； βi —第i层土摩阻力修正系数； fsi u —桩身周长； qc Li—第i层土内桩身长度。 静力触探试验
单桩竖向极限承载力（静力触探法 ） 当根据单桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩和预应力混凝土管桩单桩竖向极限承载力标准值时，若无当地经验可按下式计算：Quk= Qsk+ Qpk= u∑qsikli+psk Ap 单桥探头 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，对于粘性土、粉土和砂土，如无当地经验时可按下式计算：Quk= Qsk+ Qpk= u∑liβfsi+αqc Ap 双桥探头
（三）按经验公式估算 • 根据桩的工作原理，桩的承载力包括桩端土对桩端支承作用和桩四周土对桩端摩擦作用。 • 《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）规定，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： Quk= Qsk+ Qpk= u∑qsikli+qpk Ap
（三）按经验公式估算 用于初估单桩承载力特征值及桩数： 1.按单桩极限承载力确定单桩承载力特征值 Quk =Qsk+Qpk=up∑liqsik +qpkAp qsik —桩侧极限摩阻力标准值； qpk—桩端极限阻力标准值； 单桩承载力特征值： Ra= Qu /2 2.按土层物理力学性质指标确定单桩承载力特征值 Ra =up∑liqsia +qpaAp
（四）单桩水平承载力 • 单桩水平承载力取决于桩的材料与断面尺寸、入土深度、土质条件及桩顶约束条件等因素。 • 桩水平承载力一般通过现场荷载试验确定，也可用理论方法确定。 • 水平静载荷试验确定（设计等级为甲级、乙级的建筑桩基 ） • 公式计算确定
（五）单桩抗拔承载力 • 高耸建（构）筑物、受地下水浮力作用的地下结构物等桩基受上拔力作用。 • 单桩抗拔承载力由抗拔静载荷试验确定。 注：单桩抗拔承载力特征值取极限承载力的1/2。
（五）桩身材料验算 1.钢筋混凝土桩竖向抗压承载力设计值 Q=φ（fcAp +fyAs) fc—桩身混凝土轴心抗压强度设计值； fy—主受力钢筋抗压强度设计值； Ap 、As—桩身及桩纵向钢筋断面积； φ—桩纵向弯曲系数，一般φ=1.0， 高承台桩φ=0.25~1.0 。 Q≤ψcfcAp 2.混凝土桩竖向抗压承载力设计值 ψc—工作条件系数，预制取0.75，灌注取0.6~0.7。
（一）、桩基检测目的： 三、基桩检测
（三）、桩基检测特点： • 静力试桩法：（静载荷试桩法）
（三）、桩基检测特点： • 动力试桩法： • 低应变法：
（三）、桩基检测特点： • 动力试桩法： • 高应变法
（四）、静力试桩法： 基本概念： 目前，国内外使用较普遍的桩基检测技术主要有 ： （一）静载荷试验法 这是最传统的桩基检测方法 ，但目前仍是最基本、最可靠的方法。发展：大吨位试验。目前国内不少单位可以从事30000KN以上吨位的加载。
堆载法 锚桩反力梁法 静力试桩法（静载荷试桩法） 分类： 按载荷方式分：堆载法、锚桩反力梁法； 按加载方向分：竖向抗压、竖向抗拔、水平静载试验。
静力试桩法（静载荷试桩法） • 检测目的：确定单桩竖向抗压极限承载力，判断竖向抗压承载力是否满足设计要求，通过桩身内力及变形测试，测定桩侧、桩端阻力，验证高应变法的单桩竖向抗压承载力检测结果。 • 检测时间：桩身混凝土强度达到设计要求。 • 休止期：砂土——7d; • 粉土——10d； • 非饱和粘土——15d； • 饱和粘土——25d； 单桩竖向抗压静载试验
静力试桩法——单桩竖向抗拔 • 检测目的：确定单桩竖向抗拔极限承载力，判断竖向抗拔承载力是否满足设计要求，通过桩身内力及变形测试，测定桩的抗拔摩擦力。 • 检测时间：桩身混凝土强度达到设计要求。 • 休止期：砂土——7d; • 粉土——10d； • 非饱和粘土——15d； • 饱和粘土——25d； 单桩竖向抗拔静载试验
静力试桩法（静载荷试桩法） 单桩水平静载试验 • 检测目的：确定单桩水平临界极限承载力，推定土抗力参数，判断水平承载力是否满足设计要求，通过桩身内力及变形测试，测定桩身弯矩和挠曲。 • 检测时间：桩身混凝土强度达到设计要求。 • 休止期：砂土——7d; • 粉土——10d； • 非饱和粘土——15d； • 饱和粘土——25d；
静力试桩法（钻桩取芯试验法） • 检测目的：桩身完整性及桩端持力层情况为检测目的；检测灌注桩桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度，判定或鉴别桩端岩土性状，判定桩身完整性类别（见下图）
（五）、动力试桩法（高应变法） 原理与分类：
（五）、动力试桩法（高应变法） • 在动态的冲击荷载作用下,由于桩身瞬时的动应变峰值和静载试验至极限承载力时的静应变大体相当，采集桩顶附近有代表性的桩身轴向应变（或内力）和桩身运动速度（或加速度）的时程曲线，再用一维波动方程进行分析，可推算桩四周对桩的阻力分布和土的其它力学参数；在充分的冲击作业下，可获得岩土对桩的极限阻力。
（五）、动力试桩法（低应变法） • 虽然近年来国内外对于这种方法的研究未见本质性的进展，但在实用和普及方面国内却有较大提高 。 • 主要的是表现在许多管理部门已开始认真总结应力波反射法完整性检测的得与失，开始使这种方法的应用回归到一种正常的位置 。 • 如广东省正在将这种方法定位于为后续检测提供前期技术准备，这种定位已与该方法的解决问题的真实能力完全对应。
反射波法及其实例 完整桩波形示意图
反射波法及其实例 缩颈桩波形示意图
反射波法及其实例 扩颈桩波形示意图
