桩基沉降、负摩阻力、水平承载力.ppt

HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 随着建筑物越来越高大，所遇到的地质条件日趋复杂，特 别是考虑桩间土承担一部分荷载后，沉降已成为一个控制 条件，使得桩基沉降计算成为桩基设计的一个重要内容。 4.4 桩基础沉降的计算 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 地基基础设计等级为甲级建筑物的桩基。 体型复杂或桩端以下存在软弱土层的设计等级 为乙级建筑物桩基。 对沉降有严格要求的建筑物桩基。 摩擦型桩基。 桩基础沉降的计算范围 需要进行沉降计算 ： HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 嵌岩桩、设计等级丙级建筑物桩基，对沉降 无特殊要求的条形基础下不超过两排桩的桩基 。吊车工作制级别A5级A5以下的单层工业厂房 桩基（桩端下为密实土层）。 不需要沉降计算的情况： HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 变形特征值 桩基变形可用下列指标表示：沉降量、沉降差、倾斜。 计算桩基础变形时，变形指标可按下述规定选用： 对于砌体承重结构应由局部倾斜控制；对于框架结构应由 相邻柱基的沉降差控制；对于多层或高层建筑和高耸结构 应由倾斜值控制。 桩基变形容许值同浅基础规定。 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 变变形特征容许值许值 砌体承重结结构基础础的局部倾倾斜0.002 工业业与民用建筑相邻邻柱基的沉降差 （1）框架结结构 （2）砖砖石墙墙填充的边边排柱 （3）当基础础不均匀沉降是不产产生 附加应应力的结结构 0.002l0 0.007l0 0.005l0 单层单层 排架结结构（柱距为为6m）柱基的 沉降量（mm） 120 桩基变形容许值 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 4.4.1 单桩沉降的计算 在竖向荷载作用下单桩沉降由三部分组成： （1）桩身弹性压缩引起的桩顶沉降； （2）桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力以 压力扩散角，致使桩端下土体压缩而产生的 桩端沉降； （3）桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的 桩端沉降。 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 目前单桩沉降计算方法主要有下述几种： （1）荷载传递分析法； （2）弹性理论法 （3）剪切变形传递法： （4）有限单元分析法 （5）其他简化方法。 这些计算方法的详尽介绍参见有关书籍。 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 4.4.2 群桩沉降的计算 群桩沉降组成： 桩间土的压缩变形（包括桩身 压缩、桩端贯入变形）； 桩端平面以下压缩变形。 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 不计桩身压缩量及桩与土间的相对位移，以假想基础 为刚性整体，验算桩端以下土沉降。 地基基础规范GB50007推荐的群桩沉降的 计算 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 计算方法：单向压缩分层总和法： 式中 s桩基最终计算沉降量（ mm）； m桩端平面以下压缩层范围 内土层总数； Esj,i 桩端平面以下第j层土第 i个分层在自重应力至自重应力加附 加应力作用段的压缩模量（MPa）； nj桩端平面下第j层土的计 算分层数； HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） hj,i 桩端平面下第j层土第i 个分层厚度（m）； j,i桩端平面下第j层土 第i个分层的竖向附加应力(kPa)； p桩基沉降计算经验系 数，各地区根据当地的工程实测资 料统计对比确定； HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 地基内的应力分布宜 采用各向同性均质线性变 形体理论按实体深基础 （s6d）或其他方法(包 括明德林应力公式方法)计 算： F l G B0 A HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） （1）实体深基础（s6d） 沉降计算方法同前基础 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 实体深基础桩基沉降计算经验系数应根据地区桩基础沉降观 测资料及经验统计确定。不具备条件时， p按下表选用： HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 实体深基础桩底平面处的基底附加压力p0k按下列方 法考虑: 1）考虑扩散作用时： 地下水位以下扣除浮力。 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 2）不考虑扩散作用时： G桩基承台及承台上土自重； Gfk实体深基础的桩基桩间土自重； m实体深基础底面以上各层土的 加权平均重度。 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 明德林应力（Mindlin）公式 单桩荷载分担 地基应力： HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 第k根桩的端阻力在深度z 处产生的应力: 第k根桩的侧摩阻力在深度z处 产生的应力: 对于一般摩擦型桩，可假定桩侧摩阻力全部是沿桩身线形 增长的（=0），则： HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 采用上式计算时，桩端阻力比。和桩基沉降计算经验系数p应 根据当地工程的实测资料统计确定。 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 4.5桩的负摩问题 负摩阻正摩阻 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） (1)桩周附近地面大面积堆载 (2)大面积降低地下水位 (3)欠固结土,新填土 (4)湿陷性黄土遇水湿陷 (5)砂土液化、冻土融解 负摩阻 4.5.1 负摩擦的产生条件 引起桩侧负摩阻力的条件是，桩侧土体下沉必须大 于桩的下沉。 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 负摩擦力的确定：负摩阻力成为荷载的一部分 对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻力, 对于一般桩,因为桩土都有变形,视二者的相对位移量和方向 4.5.2 负摩擦力的计算 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） Qn Nl=Q+(Qn-Qs) Qn-Qs Qs O1中性点 Qn下拉荷载 单桩产生负摩阻力时的荷载传递 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） （1）中性点的位置 影响因素：与桩周土的性质和外界条件(堆载、降水、 浸水等）变化有关。 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） （2）负摩阻力强度 （3）下拉荷载计算 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 2. 群桩负摩阻力计算 群桩中任一基桩的下拉荷载 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 4.5.3 解决方法： 1）通过计算预估下沉的沉降量。 2）在预制桩表面涂一层薄层沥青 3）灌注桩在桩土之间加一层土浆，减少摩擦力。 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 4.6 桩的水平承载力 桩基受水平荷载：风荷载地震作用、机械制动力、土压 力、水压力、波浪、撞击等。 桩型：斜桩、竖直桩。 当水平荷载与竖向荷载的合力与竖直线的夹角不超过5 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 4.6.1 水平荷载下桩的工作性状 桩在水平荷载下承载能力极限状态： （1）桩身在水平荷载下破坏。 （2）桩顶水平位移超过建筑物允许变 形值。 H0H0 (a ) (b) 桩水平受荷示意 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 影响桩基水平承载力因素： 桩的断面尺寸、刚度、材料强度、入 土深度、间距、桩顶嵌固程度、土质 条件、上部结构水平位移允许值。 刚性桩：桩的水平承载力主要由桩的水平 位移和倾斜控制。（图（a） 桩的刚度与入土深度的影响 称为刚性桩。 H0H0 (a ) (b) 桩水平受荷示意 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 柔性桩：桩身在某处产生较大弯矩，可 能出现屈服。桩的水平承载力主要由桩 的水平位移和桩的材料强度控制。 半刚性桩、柔性桩统称为 柔性桩（图（b） 称为半刚性桩。 称为柔性桩。 H0H0 (a ) (b) 桩水平受荷示意 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 单桩的水平承载力的确定方法有： 理论分析、静载试验。 H0H0 (a ) (b) 桩水平受荷示意 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 4.6.2 水平受荷弹性桩的计算 1.基本假定 线弹性地基反力分析法：x=Kxx Kx地基水平抗力系数， 根据Kx 的假定不同，可分为以下四种方法: H0 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） H0 x t 图4-23 地基水平抗力系数的分布图式 Kx=kh （a）常数法 Kx=k t （b）”k”法 Kx=mz （c）”m”法 Kx=cz0.5 （d）”c值”法 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 常数法：常数法假定地基系数Kx沿深度为均匀分布，不随深 度而变化，即 KxKh，(kNm3)为常数。 H0 x t Kx=kh （a）常数法 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） “K”法：假定在桩身挠曲曲线第一挠曲零点所示深度处以 上地基系数Kh随深度增加呈凹形抛物线变化；该点以下，地 基系数Kh不再随深度变化而为常数KhK 。 Kx=k t （b）”k”法 H0 x t HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） “m”法：假定地基系数Kx随深度成正比例地增长目前我 国应用较多， Kx =mz。 H0 x t Kx=mz （c）”m”法 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） “c值”法：假定地基系数Kh随着深度成抛物线规律增加， 即Kh =cz1/2 ，c为常数，随土类不同而异。在我国多用于公路 交通部门。 H0 x t Kx=cz0.5 （d）”c值”法 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 2.计算参数 （1）桩的截面计算宽度b0为： Kf桩的形状系数，圆形桩Kf=0.9，方形桩Kf=1.0； d桩的直径，方形截面时为桩的边长。 水平荷载下桩内力及位移理论分析m法 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） （2）钢筋混凝土桩的抗弯刚度EI=0.85EcI0 （3）抗力系数Kh =mz中的m值，宜采用试验值，无试验资料 时，参考表4-6。桩侧为多层土时，按hm=2(d+1)范围内m值得 加权平均值。例如：两层土时： HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 地基土水平抗力系数的比例常数m 表4-6 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 3. 单桩计算 （1） 确定桩顶荷载： N0 H0 M0 x z 承台底面 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） N0 H0 M0 x z 承台底面 N0影响很小可忽略不计， P（Z）= kxxb0 =mzxb0。上式变为： （2） 桩的挠曲微分方程 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 采用幂级数对上式进行求解，得出桩身z处的内力与位移： HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 桩顶水平位移 桩的无量纲深度不同，桩端约束条件不同，其水平荷载下桩的 工作性状也不同。下表给出了相应的位移系数Ax、Bx值，利用 基本表达式即可求出桩顶位移，或桩顶允许的水平荷载。 h桩桩端置于土中桩桩端嵌固在基岩中 AxBxAxBx 2.43.5262.3272.2401.586 2.63.1632.0482.3301.596 2.82.9051.8692.3711.593 3.02.7271.7582.3851.586 3.52.5021.6412.3891.584 4.02.4411.6212.4011.600 各类桩的桩顶水平位移系数 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） （3）桩身最大弯矩及位置 根据最大弯矩截面剪力为零的条件得到。计算步骤如下： 1、计算C=M/H0，查表4-7确定有关参数： 表4-7时按l4.0/编制，当l4.0/时，可查有关设计 手册。 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） CDCM 0.01.00 0.55.5391.057 1.00.8241.728 1.8-0.665-0.53 4.0-0.045-0.011 确定桩身最大弯矩截面系数C及最大弯矩系数C 表4-7 一般当桩的入土深度达到4.0/时，桩身的内力及位移几乎为 零，在此深度以下，桩身只需按构造配筋或不配筋。 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 4.6.3 单桩水平静载试验 1 试验装置 图8.16单桩水平静载试验装置 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 慢速连续加载法 模拟桥台、挡墙等长期静止水平荷载的连续荷载试验，类似 于垂直静载试验慢速法。 单向单循环恒速水平加载法 2 试验加载方法 单向多循环加载法 模拟风浪、地震力、制动力、波浪冲击力及机器扰力等 循环性动力水平荷载。 H t HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 3. 终止加载条件 （1）桩身折断。 （2）桩顶水平位移超过30-40mm（软土取40mm）。 （3）桩侧地面出现明显裂缝或隆起。 （4）所加水平荷载已超过按下述方法确定的极限荷载。 HuaihaiHuaihai Institute of Technology Institute of Technology 淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm） 4. 试验资料整理 根据试