4 桩基础4.3-4.5.ppt

4 3桩的竖向承载力 4 3 1单桩轴向荷载的传递机理 桩顶沉降 桩端沉降 桩身压缩量 桩侧摩阻力与桩侧表面的法向压力及桩土界面相对位移成正比 侧阻的深度效应 桩顶轴力Q 桩侧总阻力Qs 桩端总阻力Qp 桩侧阻对应的 u数值 粘性土4 6mm 砂类土6 10mm 桩端阻对应的 u数值 粘性土d 10 d 4 d为桩径 砂类土d 12 d 10 影响荷载传递的主要因素之一 桩的长径比l d短桩 l d100 长径比很大的桩都属于摩擦桩 4 3 2单桩竖向承载力的确定 取决于二方面 桩身的材料强度 地层的支承力设计时分别按这两方面确定后取其中的小值 如按桩的载荷试验确定 则已兼顾到这两方面 按材料强度计算低承台桩基的单桩承载力时 可把桩视作轴心受压杆件 而且不考虑纵向压屈的影响 取纵向弯曲系数为1 这是由于桩周存在土的约束作用之故 对于通过很厚的软粘土层而支承在岩层上的端承型桩或承台底面以下存在可液化土层的桩以及高承台桩基 则应考虑压屈影响 1 静载荷试验静载荷试验是评价单桩承载力诸法中可靠性较高的一种方法 缺点 时间长 费用高 广东最大可加载3000t 挤土桩在设置后须隔一段时间才开始载荷试验 这是由于打桩时土中产生的孔隙水压力有待消散 且土体因打桩扰动而降低的强度也有待随时间而部分恢复 所需的间歇时间 预制桩在砂类土中不得少于7天 粉土和粘性土不得少于15天 饱和软粘土不得少于25天 灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后才能进行 加荷分级不应少于8级 每级加载量宜为预估极限荷载的1 8 1 10 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 sn 1 sn 2 且经24h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 在特殊情况下 可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大于100mm 单桩竖向极限承载力Qu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 当出现终止加载条件第二款的情况 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 在同一条件下 进行静载荷试验的桩数不宜少于总桩数的1 且不应少于3根 计算参加统计的极限承载力的平均值 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Qu 当极差超过平均值的30 时 宜增加试桩数并分析离差过大的原因 结合工程具体情况确定极限承载力Qu 对桩数为3根及3根以下的柱下桩台 则取最小值为单桩竖向极限承载力Qu 单桩竖向承载力特征值Ra Qu 2 2 按土的抗剪强度指标确定 少用 3 规范经验公式 式中Ra 单桩竖向承载力特征值 qpa qsia 桩端端阻力 桩侧阻力特征值 由当地静载荷试验结果统计分析算得 查表 Ap 桩底横截面面积 up 桩身周边长度 li 第i层岩土的厚度 当桩端嵌入完整或较完整的硬质岩中时 单桩竖向承载力特征值可按下式估算 Ra qpaAp 4 23 式中qpa为桩端岩石承载力特征值 可按 建筑地基基础设计规范 附录H用岩基载荷试验方法确定 或根据室内岩石饱和单轴抗压强度标准值按下式计算 qpa rfrk 4 24 式中frk 岩石饱和单轴抗压强度标准值 可按 建筑地基基础设计规范 附录J确定 r 折减系数 例题 某承台下设置了3根直径为480mm的灌注桩 桩长10 5m 桩侧土层自上而下依次为 淤泥 厚6m qsia 7kPa 粉土 厚2 5m qsia 28kPa 粘土 很厚 桩端进入该层2m qsia 35kPa qpa 1800kPa 试计算单桩竖向承载力特征值 4 3 3竖向荷载下的群桩效应 群桩基础 由2根以上桩组成的桩基 竖向荷载作用下 由于承台 桩 土相互作用 群桩基础中的一根桩单独受荷时的承载力和沉降性状 往往与相同地质条件和设置方法的同样独立单桩有显著差别 这种现象称为群桩效应 群桩效应系数 1 1 1 1 端承型群桩基础 端承型群桩基础中各根单桩的工作性状接近于独立单桩 故 1 2 摩擦型群桩基础 应力重叠 沉降增加 单桩承载力下降 1 当桩距小于3d d为桩径 时 桩端处应力重叠现象严重 当桩距大于6d时 应力重叠现象较小 对打入较疏松的砂类土和粉土中的挤土群桩 其桩间土和桩端土被明显挤密 所以群桩效应系数 常大于1 3 承台底面贴地的影响 由摩擦型桩组成的群桩基础 当其承受竖向荷载而沉降时 承台底面一般与地基土紧密接触 因此承台底面必产生土反力 从而分担了一部分荷载 使桩基承载力随之提高 考虑到一些因素可能会导致承台底面与基土脱开 例如挤土桩施工时产生的孔隙水压力会在承台修筑后继续消散而引起地基土固结下沉 为了保证安全可靠 设计时一般不考虑承台贴地时承台底反力对桩基承载力的贡献 结论 设计群桩基础时 一般可不考虑群桩效应对单桩竖向承载力的影响 即取群桩效应系数 1 但对摩擦型桩基 设计等级为甲级以及部分乙级的建筑物桩基 必须进行沉降验算 以确保桩基沉降不超过允许值 4 3 4减沉桩基 按浅基础设计时 若地基强度足够或略差一些 但地基变形不满足要求 这时可设置少量的桩以减少地基变形 浅基础减沉桩基础桩筏基础桩基础复合桩基筏基分担比例100 50 50 0 减沉桩特点 1 是摩擦型桩 2 桩顶荷载接近或达到其极限承载力 桩身材料强度要有一定的安全储备 3 桩距大 4 3 5桩基承载力验算 p 172 1 桩顶荷载 竖向力 计算 轴心竖向力作用下 4 77 偏心竖向力作用下 水平力作用下 式中Mxk Myk 相应于荷载效应标准组合作用于承台底面的外力对通过桩群形心的x y轴的力矩标准值 xi yi 桩i至通过桩群形心的y x轴线的距离 三桩承台 三桩承台桩顶竖向力计算 1号桩桩顶竖向力Q1k 2号桩桩顶竖向力Q2k 式中s1 s2 分别为长向桩距和短向柱距 2 单桩承载力验算 轴心竖向力作用下 Qk Ra 4 80 偏心竖向力作用下 Qk Ra 4 80 Qkmax 1 2Ra 4 81 水平力作用下 Hik RHa 抗震设防区 Qk 1 25RaQkmax 1 5Ra 4 4桩基础沉降的计算 1 单桩沉降的组成 桩顶沉降 桩身压缩量 桩端沉降 按材料力学公式计算 1 桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力以压力扩散角向下传递 致使桩端下土体压缩而产生的桩端沉降 2 桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降 2 群桩沉降计算 计算桩基础沉降时 可不考虑桩间土的压缩变形对沉降的影响 采用单向压缩分层总和法按下式计算桩基础的最终沉降量 地基内的应力分布宜采用各向同性均质线性变形体理论 可按实体深基础 桩距不大于6d 或其他方法 包括明德林应力公式方法 计算 习题4 1 4 2 4 5桩的负摩擦问题 4 5 1产生负摩擦的条件和原因 在桩顶竖向荷载作用下 当桩相对于桩侧土体向下位移时 土对桩产生的向上作用的摩阻力 称为正摩阻力 但是 当桩侧土体因某种原因而下沉 且其下沉量大于桩的沉降 即桩侧土体相对于桩向下位移 时 土对桩产生的向下作用的摩阻力 称为负摩阻力 产生负摩阻力的情况有多种 例如 位于桩周欠固结的软粘土或新填土在重力作用下产生固结 大面积堆载使桩周土层压密 在正常周结或弱超固结的软粘土地区 由于地下水位全面降低 例如长期抽取地下水 致使有效应力增加 因而引起大面积沉降 自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷 地面因打桩时孔隙水压力剧增而隆起 其后孔压消散而固结下沉等 后果 使桩的竖向承载力减小 而桩身轴力加大 4 5 2负摩阻力的计算 不成熟 4 5 3减小负摩阻力的工程措施 对可能出现负摩阻力