桥梁桩基础的设计及验算，精细到每一步！

一、概述

（一）桩基础及应用

1、组成：桩群和承台

2、优点：承载力高，沉降小，稳定性好。不需大范围的开挖，减少了支护、降水工作。

3、缺点：施工较为复杂，造价较高。

4、适用范围：

（1）荷载大，软弱土层厚时。

（2）河床冲刷较大时。

（3）对地基沉降及不均匀沉降控制有较高要求时。

（4）水平荷载较大时。

（5）河水位较高时。

（6）地震区需抗砂土液化时。

（二）桩和桩基的分类

1、桩的分类

材料类型：1）木桩（已少用），2）混凝土桩（较少），钢筋混凝土桩（主力），3)钢桩（价高）

2、施工方法（钢筋混凝土桩）

（1）预制桩

施工方法：打入、振入、压入等。

优点：桩身质量容易保证；水上施工方便；施工工效高。

缺 点：单价较灌注桩高；锤击、振动法下沉时噪音大；属挤土桩，易导致地面的隆起；桩接头是薄弱环节；不易穿透坚硬地层。

（2）灌注桩

施工方法：钻孔、冲孔、沉管成孔、人工挖孔等。

优点：适用于各种地层；可采用大直径，以获得高承载力；与预制桩相比，钢筋用量较少，更为经济。

缺点：桩身质量不易保证；孔底沉积物不易清净（挖孔桩除外），影响承载力；一般不宜用于水下施工。

（3）管柱基础

施工方法：先下沉预制钢筋混凝土管，内部钻挖后，再填钢筋混凝土。

特点：承载力高，适合于深水施工。

图2 钻孔桩

图3 冲孔桩

• 直桩和斜桩

图4 直桩

图5 斜桩

斜桩：可抵抗较大的水平荷载。

• 桩的设置效应

根据对周围土的扰动程度

挤土桩：实心预制桩、下端封闭的管桩等

部分挤土桩：冲孔灌注桩、钢桩等

非挤土桩：钻（挖）孔灌注桩等

扰动后的土影响桩的承载力及沉降。

• 按（轴向）承载性状的分类

桩的轴向受力特征

轴向荷载=侧阻力+端阻力

极限荷载=极限侧阻力+极限端阻力

图6 受力特征

桩侧、桩端阻力的分担比例

主要取决于桩侧与桩底以下土（岩）层的性质的刚度、强度以及桩所受荷载的大小。

《铁路桥基规范》

摩擦桩：在承载力极限状态下，轴向荷载由侧阻和端阻承担。轴向荷载几乎完全由侧阻承担时，称为纯摩擦桩。

柱桩：在承载力极限状态下，轴向荷载几乎全由桩端阻力承担。

《公路桥基规范》

摩擦桩：（在承载力极限状态下），轴向荷载主要由桩侧阻力承担。

端承桩：（在承载力极限状态下），轴向荷载主要由桩端阻力承担。

《建筑桩基技术规范》

摩擦型桩：在承载力极限状态下，轴向荷载主要由桩侧阻力承担。全部由侧阻承担时，称为摩擦桩；桩底承担少部分时，为端承摩擦桩。

端承型桩：在承载力极限状态下，轴向荷载主要由桩端阻力承担。全部由端阻承担时，称为端承桩；桩侧承担少部分时，为摩擦端承桩。

《建筑地基基础规范》

摩擦型桩：（在承载力极限状态下），轴向荷载主要由桩侧阻力

承担。

端承型桩：（在承载力极限状态下），轴向荷载主要由桩端阻力承担。

2、桩基础分类

低承台桩基：承台底面低于地面或局部冲刷线的桩基础。

高承台桩基：承台底面高于地面或局部冲刷线的桩基础。

二、设计计算的主要内容

（一）设计内容

1、桩的类型（施工方法）

2、桩的材料类型

3、承台底面的标高

4、承台底面的标高

5、桩的根数及平面布置方式

6、桩及承台的配筋

（二）验算内容

1、单桩轴向承载力（岩土阻力）

2、桩身材料强度

3、桩基础的承载力

4、桩基础的沉降

5、墩台顶的水平位移

6、承台强度

（三）单桩轴向容许承载力

1、轴向荷载传递的方式和特点

1）轴向荷载和侧摩阻力

通过建立微单元平衡方程（竖向）得到侧摩阻力与轴力的关系

侧摩阻力的直接量测很困难，应用上式，可通过量测轴力得到摩阻力的分布形式。

2）桩身沉降确定

3）荷载传递的一般规律

（1）加载过程中，侧阻发挥先于端阻，并先于端阻达到极限。（2）与桩土间的相对位移有关。通常，端阻达到极限状态所需的位移高于侧阻所需位移。

（3）与桩的长径比及桩端土（岩）与桩侧土的相对刚度等有关。长径比越大，端阻力越小。端/侧相对刚度越大，端阻力越大。

4）桩侧负摩阻力

负摩擦力：与轴向压力方向相同的侧摩阻力。

危 害：降低桩的承载力，增大位移。

条 件：桩周土的下沉量大于桩的下沉量。

• 产生负摩阻力的原因A、大范围降水；B、 桩侧地面大范围堆载；C、欠固结土或新填土；D、 湿陷性黄土湿陷；E、冻土融陷

• 负摩阻力的确定（经验公式）
• 总的负摩擦力
• 减小负摩擦力的措施改善土层性质，降低其沉降；桩－土隔离

2、单桩的破坏模式

1）压屈破坏

小直径柱桩、嵌岩桩、超长桩

2）整体剪切破坏

打入式短桩、钻孔短桩

3）刺入破坏

钻孔灌注桩

3、单桩竖向承载力确定

单桩承载力：轴向【受压（抗压）、受拉（抗拔）】；横向

单桩抗压承载力：材料强度（柱桩），岩土的支承力（摩擦桩）

1）按静载试验确定抗压承载力

（1）试验装置及方法

试验装备：反力系统【锚桩（或堆重）、主梁等】；加载（千斤顶、油压表）；沉降量测（百分表，基准梁等）

试验方法：慢速维持荷载法

（1）确定单桩承载力

方法：P-s曲线，s-logt曲线

• P-s曲线法确定极限荷载

陡变型：曲线明显发生下降的起始点。

缓变型：取s=40或0.05D(大直径桩，桩端直径）所对应的荷载。

• 极限承载力

极限承载力平均值

A、所有试桩的极差不超过平均值的30％时，取平均值为单桩竖向抗压极限承载力 。

B、极差超过平均值的30％，应分析极差过大的原因，结合工程具体情况综合确定，必要时增加试桩数量。

C、对桩数为3根或3根以下的柱下承台，或工程桩抽检数量少于3根时，应取低值。

• 容许承载力

2）按经验法确定抗压承载力

（1）摩擦桩

（2）柱桩

3）抗拔承载力的确定

桩承受竖向拉拔荷载的能力。

主要针对：承受较大的水平荷载的桩基、抗浮桩、锚桩等。

（1）单桩抗拔试验

4、单桩轴向容许承载力检算

• 摩擦桩

• 柱桩

主力+附加力作用时，[P]可提高20%;主力+特殊荷载（除地震力外）时柱桩可提高40%，摩擦桩20%~40%。

• 受拉桩

5、按桩身强度确定抗压容许承载力

通常，摩擦桩的承载力主要取决于土（岩）的阻力，柱桩则主要取决于桩身的强度。

1）按轴心受压构件计算

2）按偏心受压构件计算

来源：土木智库