桥梁桩基础的设计及验算！

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。

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

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）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。

3）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

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