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桩基设计 第五章 桩基设计 桩基是用来支承甲板荷载和抵抗环境荷载的结构。 设计中应考虑桩对轴向荷载和水平荷载的承载能力。桩对水平荷载的承载能力是由桩截面的抗弯强度或容许的水平变位值决定的。桩的轴向承载能力来自桩周围土壤对桩侧表面所产生的摩擦阻力和桩底端土壤对桩产生的支承阻力。 第一节 桩基分类 一、按施工方法分类 打入桩基础（两级套管桩） 钻孔灌注桩基础 钟型桩基础 打入桩最简单，费用最低，是海洋工程中优先选用的一种桩基，钻孔灌注桩和钟型桩一般在不得已的情况下采用。 实际工程中采用何种桩基主要考虑土质条件、桩的用途、桩的承载能力、地基类型及施工条件等 二、按支承性状分类 摩擦型桩：桩顶竖向荷载全部或主要由桩侧摩阻力来承受。又可分为纯摩擦桩和端承摩擦桩。 端承型桩：桩顶竖向荷载由桩端阻力承受。又可分为端承桩和摩擦端承桩。 大多数情况下，桩承载能力主要是由桩身摩擦阻力提供，其承载能力随桩身表面积的增大而增大。因此，摩擦型桩是近海工程桩基常用形式。 第二节 单桩轴向承载力计算 一、受压桩的轴向承载力计算方法 受压桩的轴向承载力主要取决于桩本身的材料强度和桩周土壤对桩的支持能力。 桩的承载能力估算方法：静力法、动力法、静载试桩法。 1. 静力法 桩顶轴向荷载由桩身表面摩擦力和桩端支撑力共同承担： 1）粘性土的桩测摩阻力fs和桩端阻力qp 2）沙性土中的桩测摩阻力fs和桩端阻力qp 2. 动力法 动力法包括动力打桩公式、波动方程和动力试验3种方法。目前海洋工程中应用较多的是一维波动方程法。 打桩公式： 一维波动方程法 3. 静载试桩法 静载试桩是在工程现场直接对桩顶加载，测试土对桩的阻力。 基本又可靠的方法。但随着海洋工程向深海发展，规模扩大，海上试桩很难实现，费用很高。 确定受压桩承载力方法比较： 静载试桩法：最可靠，但费用高，水深大时困难 一维波动方程法：有效，应用广泛。 打桩公式：存在明显缺点，应用很少。 静力法：最常用的一种简单方法。 二、打入成层土壤中受压桩的承载力计算 三、开口钢管桩的桩端闭塞效应 开口桩打入海床初期土壤随桩的贯入不断进入桩内，由于桩内壁与土壤之间的摩擦力，进入桩内的土壤被压密。当摩擦力增大到超过桩端土的挤入力时，桩内土壤上升非常小，桩端形成闭塞状态。管内土壤像“塞子”一样把桩端堵住，土壤在管内形成的塞子称为“栓塞”，栓塞对桩端阻力的影响称为闭塞效应。 考虑开口桩闭塞效应，式（5-1）改为如下形式： 四、受拉桩抗拔力计算 1. 单桩的抗拔力计算 开口钢管桩，计算受拉时抗拔力一般假定桩端阻力为零，但要考虑桩体有效重量 2. 拔桩力计算 上式计算的拔桩力再乘以一个大于1的系数，该系数一般取2~3，以此作为设计拔桩力。 第四节 群桩效应与荷载分布 当组成群桩的各个单桩间距较小时，由于相邻的相互作用，一般群桩的承载能力和变形特征要受到影响，这种影响通常称为群桩效应。 一、轴向荷载作用下的群桩效应 1. 承载能力 群桩的总轴向承载能力可用下式估算 打入砂土中的群桩取 ，打入粘土中的群桩取 当桩距s≤3D时，必须考虑群桩效应；当s3D时，可按整体深基础计算 2. 沉降 轴向荷载作用下无论打入砂土还是粘土中的群桩，沉降都大于群桩荷载均布到单桩上引起的沉降量。 二、横向荷载作用下的群桩效应 无论打入沙土中的群桩，还是打入粘土中的群桩，其群桩的变形通常都大于作用于群桩的荷载均分到孤立单桩上引起的单桩的变形。 三、群桩的轴向力计算 第三节 单桩横向承载力计算 桩的横向承载力与下列因素有关： 桩的入土深度 桩的截面强度和抗弯刚度 桩顶和桩底的嵌固条件 载荷性质 有无轴向载荷同时作用 桩周围土的强度与变形性状 上部结构物特性 一般分别按刚性桩和柔性桩计算。 一、桩的破坏性状和分类 1. 横向荷载作用下单桩的破坏性状 受力情况：桩在横向荷载作用下桩顶产生水平位移和转角，桩身出现弯曲应力，桩前土体受侧向挤压。 破坏情况： 桩身由于荷载产生的弯矩过大而断裂 桩周土被挤出，从而导致桩的整体转动、倾倒或桩顶位移过大 1）刚性桩的破坏 2）半刚性桩的破坏 3）柔性桩的破坏 2. 横向载荷作用下桩的相对刚度、相对桩长 相对刚度：反映桩的刚性特征与土的刚性特征之间的 相对关系；间接反映土抗力模量Es随深度变化的性质。 水平地基系数沿深度为常数的地基，桩的相对刚度系数为： 水平地基系数随深度线性增加的地基，桩的相对刚度系数为： 相对桩长：桩打入土中的深度与相对刚度系数的比值： 相对桩长反映桩的刚度特性，可根据相对桩长把桩分为刚性桩或弹性桩。Zmax4为弹性长桩，4 Zmax2.5为中长桩， Zmax2.5为刚性桩。 二、弹性地基反力法 国内外计算弹性长桩的方法很多，通常采用弹性地基反力法，