（一）桩土体系的荷载传递过程
当上部结构的竖向荷载通过承台逐步施加于桩顶，桩顶发生轴向位移，其值等于桩身弹性压缩和桩端土层压缩之和。
起初桩顶荷载较小，桩身截面的轴向位移主要发生在桩身上段。桩身上段压缩，产生相对于土的向下位移，故桩身上段表面受到桩周土向上的摩阻力，桩身承担的荷载就是通过桩侧摩阻力传递到桩周土层上去，致使桩身轴向力与桩身的压缩变形量随深度递减，在桩土相对位移等于零处，其摩阻力尚未开始发挥作用而等于零。
随着桩顶荷载不断增加、桩身压缩量和位移量增大，桩身下部的摩阻力随之逐步调动起来，接着桩底土层也因受到压缩而产生桩端阻力。当桩身摩阻力全部发挥出来达到极限后，若继续增加荷载，其荷载增量将全部由桩端阻力承担。由于桩端持力层的大量压缩和塑性挤出，位移增长速度显著加大，直至桩端阻力达到极限，使位移迅速增大而破坏。此时，桩所受到的荷载就是桩的极限承载力。
图8.1.14为用荷载⁃沉降（Q⁃s）曲线来反映上述桩土体系的荷载传递过程。Q⁃s曲线的横坐标是桩顶荷载Q（kN），纵坐标是桩顶竖向位移s（mm），Q⁃s曲线简化成由三段直线组成，第一段0a线表示桩身承载的初期所承担的荷载是通过桩侧摩阻力传递到桩周土层上去，第二段ab线表示随着承担荷载的提高、荷载增量由桩端阻力承担，第三段bc线表示桩端阻力达到极限，位移迅速增大而破坏。所以桩顶荷载Q是桩通过桩侧摩阻力Qs与桩端分布阻力Qp共同传递给土体的。
图8.1.14所讨论的是一般常见的摩擦端承桩和端承摩擦桩的荷载传递过程。而摩擦桩和端承桩的荷载传递过程是不相同的。图8.1.15表示了孔底有虚土的摩擦桩在荷载传递过程中各个阶段桩侧摩阻力Qs与桩端阻力Qp演变发展过程的示意图。图8.1.16表示了底端承桩在荷载传递过程中各个阶段桩侧摩阻力Qs与桩端阻力Qp演变发展过程的示意图。在图右上角的Q⁃Q坐标图内列出了受力过程中各阶段Qs/Q和Qp/Q的演变发展过程。摩擦桩主要由侧阻力承担荷载，在破坏前桩端也承担部分轴力。端承桩承受的轴向力大部分由桩端阻力承担着。
图8.1.14 摩擦端承桩的荷载⁃沉降（Q⁃s）曲线
通过上述桩土体系的荷载传递过程，可以看到靠近桩身上部土层的侧阻力比下部的侧阻力优先发挥作用，侧阻力先于端阻力发挥作用。对于一般桩基础，在工作荷载作用下，侧阻力可能已经发挥了大部分作用，而端阻力只发挥了很小一部分作用，只有对于支撑于坚硬基岩上的刚性短桩，由于桩端无法下沉，而桩身压缩量很小，摩擦阻力无法发挥作用。端阻力才先于侧阻力发挥作用。
图8.1.15 摩擦桩的荷载⁃沉降（Q⁃s）曲线
图8.1.16 端承桩的荷载⁃沉降（Q⁃s）曲线
在图8.1.15、图8.1.16的Q⁃Q坐标图的下部还列出该桩的Q⁃s坐标图，即用荷载⁃沉降（Q⁃s）曲线来间接反映受力过程中各阶段Qs/Q和Qp/Q的演变发展过程。Q⁃s曲线是通过单桩现场静载试验取得的。图8.1.16为列在各种情况下通过静载试验取得的荷载⁃沉降（Q⁃s）曲线，图8.1.17a中有明确的破坏荷载，而图8.1.17f中没有明确的破坏荷载，而其他的Q⁃s曲线是在这两种情况之间过渡。如何确定这些桩的极限承载能力是我们要讨论的问题。
图8.1.17 各种情况下荷载⁃沉降（Q⁃s）曲线示意图
（二）单桩的竖向极限承载能力
1.单桩的竖向极限承载能力的定义
《建筑桩基技术规范》指出：
2.1.6 单桩竖向极限承载力
单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载，它取决于土对桩的支承阻力和桩身承载力。
2.单桩的竖向极限承载能力的确定方法
《建筑地基基础设计规范》附录Q对落实“单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载”作了明确的规定。
Q.0.1 单桩竖向静载荷试验的加载方式，应按慢速维持荷载法。
Q.0.4 开始试验的时间：预制桩在砂土中入土7天后；黏性土不得少于15天；对于饱和软
黏土不得少于25天。灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后，才能进行。
Q.0.5 加荷分级不应小于8级，每级加载量宜为预估极限荷载的1/8～1/10。
Q.0.7 在每级荷载作用下，桩的沉降量连续两次在每小时内小于0.1mm时可视为稳定。
Q.0.8 符合下列条件之一时可终止加载：
1 当荷载⁃沉降（Q⁃s）曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过40mm；
2
，且经24小时尚未达到稳定；
3 25m以上的非嵌岩桩，Q～s曲线呈缓变型时，桩顶总沉降量大于60～80mm；
4 在特殊条件下，可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大于100mm。
注：1.Δsn——第n级荷载的沉降增量；Δsn+1——第n+1级荷载的沉降增量；
2.桩底支承在坚硬岩（土）层上，桩的沉降量很小时，最大加载量不应小于设计荷载的两倍。
Q.0.10 单桩竖向极限承载力应按下列方法确定：
1 作荷载⁃沉降（Q⁃s）曲线和其他辅助分析所需的曲线。
2 当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载值。
3 当出现本附录Q.0.8第二款的情况，取前一级荷载值。
4 Q⁃s曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40mm所对应的荷载值，当桩长大于40m时，宜考虑桩身的弹性压缩。
5 按上述方法判断有困难时，可结合其他辅助分析方法综合判定。对桩基沉降有特殊要求者，应根据具体情况选取。
6 参加统计的试桩，当满足其极差不超过平均值的30%时，可取其平均值为单桩竖向极限承载力。极差超过平均值的30%时，宜增加试桩数量并分析极差过大的原因，结合工程具体情况确定极限承载力。
注：对桩数为3根及3根以下的柱下桩台，取最小值。
7 将单桩竖向极限承载力除以安全系数2，为单桩竖向承载力特征值Ra。
现用三种荷载⁃沉降（Q⁃s）曲线图（图8.1.18）来具体说明上述三种取值方法的具体应用。
图8.1.18 三种荷载⁃沉降（Q⁃s）曲线图的三种取值方法
a）明显转折点法 b）沉降荷载增量比法 c）按沉降量取值法
（1）明显转折点法（图8.1.18a）
荷载⁃沉降（Q⁃s）曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过40mm，可终止加载。
取相应于陡降段起点的荷载值作为竖向极限承载力。
（2）沉降荷载增量比法（图8.1.18b）
当沉降荷载增量比
，且经24h尚未达到稳定时，可终止加载。取前一级荷载值作为竖向极限承载力。此处，Δsn为第n级荷载的沉降增量，Δsn+1为第n+1级荷载的沉降增量。
（3）按沉降量取值法（图8.1.18c）
25m以上的非嵌岩桩，曲线为缓变型时，桩顶总沉降量不小于60～80mm，可终止加载。
取桩顶总沉降量s=40mm所对应的荷载值作为竖向极限承载力，当桩长大于40m时，应考虑桩身的弹性压缩。
3.单桩竖向极限承载力标准值需综合确定
《建筑桩基技术规范》指出：
5.3.1 设计采用的单桩竖向极限承载力标准值应符合下列规定：
1 设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确定；
2 设计等级为乙级的建筑桩基，当地质条件简单时，可参照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定；其余均应通过单桩静载试验确定；
3 设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定。
静载荷试验是确定单桩竖向承载力的最接近实际的方法，但在设计时不一定能取得，且费用较高，对重要的甲级桩基工程应采用这种方法。
经验参数法主要是由大范围内的统计得出的指标，与具体工程的实际情况可能不尽相符，故允许在丙级桩基中采用。
地质条件相同的试验报告的经验参数有可能部分反映地区经验，与报告编写人的主观取舍也有一定关系，况且许多地方的地区经验并不成熟，故在地质条件简单的情况参考。
对一般的乙级桩基工程可采用综合确定的方法，即参考地质条件相同的试验报告、经验参数法的计算结果和其他原位测试资料来综合确定。
4.单桩竖向承载力特征值
《建筑桩基技术规范》指出：
2.1.9 单桩竖向承载力特征值
单桩竖向极限承载力标准值除以安全系数后的承载力值。
5.2.2 单桩竖向承载力特征值Ra应按下式确定：
式中 Quk——单桩竖向极限承载力标准值；
K——安全系数，取K=2。
Q.0.10 单桩竖向极限承载力应按下列方法确定：
7 将单桩竖向极限承载力除以安全系数2，为单桩竖向承载力特征值Ra。
5.算例
（1）取最小值为极限承载力的算例
【8.1.10】 （2004年二级考题，原题是连锁题的子题，情境描述有所简化）
某民用建筑物地基基础设计等级为乙级，其柱下桩基础采用两根泥浆护壁钻孔灌注桩，桩身设计直径d=800mm，如图8.1.19所示。
图 8.1.19
经单桩竖向静荷载试验得到三根试桩的单桩竖向极限承载力分别为6230kN、5960kN和5620kN，根据《建筑地基基础设计规范》规定，本工程中所采用的单桩竖向承载力特征值Ra（kN），应与下列何项数值最为接近？(www.xing528.com)
（A）2810 （B）30258 （C）2968.33 （D）5936.67
【答案】 （A）
【详解】 根据《建筑地基基础设计规范》附录Q.0.10条6款的规定，对桩数三根或三根以下的柱下桩台，取最小值5620kN。
根据《建筑地基基础设计规范》附录Q.0.11条，单桩竖向承载力特征值为
故（A）正确。
【简解】
【8.1.11】 （2010年一级考题，原题是连锁题的子题，情境描述有所简化）
某多层地下建筑采用泥浆护壁成孔的钻孔灌注桩基础，柱下设三桩等边承台，如图8.1.20所示。
图 8.1.20
在该工程的试桩中，由单桩竖向静载试验得到3根试验桩竖向极限承载力分别为7680kN、8540kN、8950kN。根据《建筑地基基础设计规范》的规定，试问，工程设计中所采用的桩竖向承载力特征值Ra（kN），与下列何项数值最为接近？
（A）3800 （B）4000 （C）4200 （D）4400
【答案】 （A）
【详解】 根据《建筑地基基础设计规范》附录Q.0.10条6款，对桩数三根或三根以下的柱下桩台，取最小值7680kN。
根据《建筑地基基础设计规范》附录Q.0.11条，单桩竖向承载力特征值为
Ra=7680/2=3840kN
故（A）正确。
【简解】 取竖向极限承载力最小值7680kN计算，则
Ra=7680/2=3840kN
（2）取平均值为极限承载力的算例
【8.1.12】 （2006年二级考题）
有一矩形4桩承台基础，采用沉管灌注桩，桩径为452mm，有效桩长18.50m，有关地基各土层分布情况、桩端端阻力特征值qpk、桩侧阻力特征值qsia及桩的布置、承台尺寸等，均示于图8.1.21中。
图 8.1.21
经三根试桩的单桩竖向静荷载试验，得到极限承载力值分别为1540kN、1610kN和1780kN。试问，应采用的单桩竖向承载力特征值Ra（kN），最接近于下列何项数值？
（A）821 （B）725 （C）1450 （D）1643
【答案】 （A）
【详解】 根据《建筑地基基础设计规范》附录Q.0.10条6款的规定，参加统计的桩的平均值为
其极差为（1780-1540）=240，
，不超过平均值的30%，可采用平均值。
根据《建筑地基基础设计规范》附录Q.0.11条，单桩竖向承载力特征值为
故（A）正确。
【简解】
，满足
，则
【8.1.13】 （2003年二级考题，原题是连锁题的子题，情境描述有所简化）
某柱下桩基础采用6根沉管灌注桩，地基基础设计等级为乙级，桩身设计直径d=388mm，如图8.1.22所示。
图 8.1.22
经单桩竖向静荷载试验得到三根试桩的单桩竖向极限承载力分别为780kN、722kN和586kN。根据《建筑地基基础设计规范》规定，本工程中所采用的单桩竖向承载力特征值Ra，
应与下列何项数值最为接近？
（A）720kN （B）586kN （C）348kN （D）293kN
【答案】 （C）
【详解】 根据《建筑地基基础设计规范》附录Q.0.10条6款的规定，参加统计的桩的平均值为
其极差为（780-586）/696=27.8%<30%，不超过平均值的30%，可采用平均值。
根据《建筑地基基础设计规范》附录Q.0.11条，考虑安全系数，单桩竖向承载力特征值为
故（C）正确。
【简解】
，满足极差（780-586）/696=27.8%<30%，则
【8.1.14】 （2002年二级考题，因规范改版，本题所用参数已作相应调整）
某二级建筑物有一钢筋混凝土柱下桩基础。采用六根沉管灌注桩，桩身设计直径d=426mm，桩端进入持力层（黏性土）的深度为2500mm。作用于桩基承台顶面的外力有竖向力设计值F、力矩设计值M和水平剪力设计值V，承台和承台上的土的平均重度γG=20kN/m3。承台平面尺寸和桩位布置如图8.1.23所示。桩基础剖面和地基土层分布状况如图8.1.24所示。
图 8.1.23
图 8.1.24
根据静载荷试验。已知三根试桩的单桩竖向极限承载力实测值分别为Q1=1020kN，Q2=1120kN，Q3=1220kN，其极值与平均值之差为199kN。试按《建筑地基基础设计规范》确定其基桩竖向承载力设计值，并指出它最接近于下列何项数值？
（A）560kN （B）580kN （C）620kN （D）650kN
【答案】 （A）
【详解】 根据《建筑地基基础设计规范》附录Q.0.10条6款的规定，参加统计的桩的平均值为
，不超过平均值的30%，可采用平均值。
根据《建筑地基基础设计规范》附录Q.0.11条，单桩竖向承载力特征值为
故（A）正确。
【简解】
，因
，则
【8.1.15】 （2012年一级考题）
下列与桩基相关的4点主张：
Ⅰ.液压式压桩机的机架重量和配重之和为4000kN时，设计最大压桩力不应大于3600kN
Ⅱ.静压桩的最大送桩长度不宜超过8m，且送桩的最大压桩力不宜大于允许抱压压桩力，场地地基承载力不应小于压桩机接地压强的1.2倍
Ⅲ.在单桩竖向静荷载试验中采用堆载进行加载时，堆载加于地基的压应力不宜大于地基承载力特征值
Ⅳ.抗拔桩设计时，对于严格要求不出现裂缝的一级裂缝控制等级，当配置足够数量的受拉钢筋时，可不设置预应力钢筋试问，针对上述主张正确性的判断，下列何项正确？
（A）Ⅰ、Ⅲ正确，Ⅱ、Ⅳ错误 （B）Ⅱ、Ⅳ正确，Ⅰ、Ⅲ错误
（C）Ⅱ、Ⅲ正确，Ⅰ、Ⅳ错误 （D）Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ正确，Ⅰ错误
【答案】 （A）
【解答】 根据《建筑桩基技术规范》7.5.4条，Ⅰ正确；
根据《建筑桩基技术规范》7.5.1条、7.5.13条5款，Ⅱ不正确；
根据《建筑桩基技术规范》3.4.8条，Ⅳ错误；
根据《建筑地基基础设计规范》附录Q.0.2，Ⅲ正确；故答案为（A）。
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