[经济学]第三章 桩基础.ppt

1、5单桩承载力的确定,确定单桩承载力是分析桩基础承载力与变形等问题的基础。 单桩承载力单桩在荷载作用下，地基土和桩身的强度和稳定性均能得到保证，变形也在允许范围以内，以保证结构物的正常使用所能承受的最大荷载。 轴向承载力 横轴向承载力,单桩轴向荷载传递机理和特点 荷载传递过程与土对桩的支承力 轴向荷载作用下桩身轴力、桩身截面位移、桩侧摩阻力分布特征： 轴力、截面位移沿深度减小，摩阻力分布沿深度增大后转减小； 桩顶竖向位移等于桩身压缩加桩底地基土的压缩； 桩底支承力等于桩顶荷载减去桩侧摩阻力，桩承载力由桩侧摩阻力与桩底阻力构成。,荷载传递特征 桩侧阻力发挥至极限值是由上而下逐渐发挥； 桩侧阻力极限

2、值发挥与桩底阻力极限值发挥所对应的位移量不同； 桩底阻力：粘性土桩底直径25%；砂性土桩底直径810% 桩侧阻力：粘性土46mm；砂性土610mm 侧阻力、底阻力的发挥与桩型、桩长、持力层条件有关 端承桩桩身截面位移小，侧阻力不易发挥，可忽略不计，但 较长柱桩应考虑桩侧阻力的作用； 摩擦桩桩侧阻力先达极限值，然后底阻力达到极限，较长摩擦 桩或桩底未达较硬土层，桩底阻力达不到极限值，极限 承载力由桩顶位移控制。,桩侧摩阻力的影响因素及其分布 土的性质侧阻力随土的抗剪强度提高而增大，土的抗剪强度与土性、法向应力有关； 桩身刚度刚度小，上部变形大，侧阻力较大；刚度大，桩身各截面变形接近，下部初始法向

3、应力大，侧阻力较大； 施工方法不同施工方法，挤土效应不同（P.78图3-38）； 扰动影响粘性土的灵敏度、触变形影响；砂土密实度的影响。,桩底阻力的影响因素及其深度效应 土的性质抗剪强度、受压刚度大，桩底承载力大； 持力层上覆荷载上覆荷载大、桩底极限承载力大； 地基土的固结度桩底承载力随地基土的固结度提高而增大； 桩径大小类似于基础底面地基承载力； 深度效应桩底端进入持力层的深度（临界深度在砂土、硬粘土持力层中，桩底极限阻力随深度线形增大，到达临界深度后保持稳定。临界深度与持力层上覆荷载、持力层密度有关）。,与临界深度hcp相关的影响因素： 随砂的相对密度Dr增大而增大 随桩径的增大而增大 随

4、上覆压力的增大而减小 与稳定端阻qpl相关的影响因素 随相对密度Dr增大而增大 与桩径及上覆压力无关,单桩在轴向荷载作用下的破坏模式 单桩在竖向荷载下是否破坏取决于两种强度： 地基土强度 桩身材料强度 桩身屈曲破坏桩底端进入坚硬土层或岩基，桩身细长或桩侧土为软土，类似于压杆； 整体剪切破坏桩身强度足够，桩底端到达较硬土层，持力层上覆压力不足以阻止桩底地基土发生整体剪切破坏； 刺入破坏桩身强度足够，桩底端未达坚硬土层，桩顶发生较大的竖向位移。,单桩轴向承载力容许值按土的支承力的确定 单桩轴向承载力容许值确定方法 静载荷试验方法 设计规范经验公式方法 静力触探方法 动测试桩方法 静力分析方法,静载

5、荷试验法 适用条件特殊大桥，必要时在施工前先做试桩并进行载荷试验。方法准确可靠，但耗时费力。 试验装置 锚桩法锚桩、横梁、千斤顶等组成。 锚桩数量24根，上拔力有一定的储备； 锚桩与试桩间的间距3倍试桩桩径；（具体布置要 求见P.90内容） 试桩数量2根或总桩数的2%，沉降量测点2个,加载方式 分级加载（预计破坏荷载1/101/15）、递变加载（开始1/2.51/5，终了1/101/15）； 按一定时间间隔测读数据； 沉降稳定标准（施加下一级荷载的前提）： 砂性土30min下沉量0.1mm； 粘性土60min下沉量0.1mm。 破坏标准： 桩顶沉降突然增大，总沉降量40mm，本级荷载沉降量为前

6、一 级荷载的5倍以上； 本级荷载沉降量为前一级荷载的2倍以上，24h未达稳定； 加载后期，桩顶沉降随荷载近似线性比例增长，且总沉降量 75mm,极限荷载确定 PS曲线法 Slogt法 桩身破坏时的荷载 桩的轴向容许承载力确定： 安全系数 K=2.0,按上述破坏标准确定破坏荷载，并将破坏荷载前一级荷载确定为极限荷载,单桩 P-S 曲线 单桩 S-logt 曲线,设计规范经验公式法（钢筋混凝土桩、预应力混凝土桩、混凝土桩） 摩擦桩 基本形式： 沉桩承载力容许值： i、r：振动沉桩影响系数，锤击、静压沉桩均取1.0。 注意：桩身自重与置换土重的差值作为荷载考虑（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）

7、。,桩身周长,P.92表3-3增加粉土沉桩桩侧土摩阻力标准值 qik（新规范）,P.93表3-4增加粉土沉桩桩端土承载力标准值 qrk（新规范）,钢管桩：考虑桩底闭塞及挤土效应特点。 s、p：侧阻挤土效应系数、底端闭塞效应系数，闭口桩s=p=1，开口桩按p.94方法计算。 Ap：桩底投影面积,钻（挖）孔桩： 注意：桩身自重与置换土重的差值作为荷载考虑（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）。,u桩的周长； fa0：桩端处土的承载力容许值（kPa），按浅基础查表确定； k2：容许承载力随深度的修正系数，根据桩端持力层土类按浅基础中的规定选用；,li承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度，扩孔部分不

8、计； Ap桩底截面面积，用设计直径（钻头直径）计算，但采用换浆法施工时，按成孔直径计算，对于扩底桩，取扩底截面面积； qik与li对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值，无试验资料时可按P.94表3-7采用（新规范表格形式有变化）； qr桩端处土的承载力容许值，当持力层为砂土、碎石土时，如计算值超过下列数值，宜按下列值采用：粉砂1000kPa；细砂1150kPa；中砂、粗砂、砾砂1450kPa；碎石土2750kPa；,h桩底的埋置深度； 有冲刷的基础，由一般冲刷线起算； 无冲刷的基础，由天然地面或实际开挖的地面线起算； h40m，按40m考虑，或按试验确定承载力。 考虑桩入土长度影响的修正系数，按表

9、3-8取值； m0清底系数，按下表采用。 t：桩端沉渣厚度；d：桩径 d 1.5m，t300mm； d 1.5m，t500mm，且满足0.1t/d0.3,钻孔桩桩侧土的摩阻力标准值 qik,钻孔桩桩侧土的摩阻力标准值 qik（续前表）,桩端后压浆灌注桩： 无试验资料时，可按下式计算： 注意：桩身自重与置换土重的差值作为荷载考虑（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）。 si：i 层土的侧阻力增强系数； p：端阻力增强系数。,桩端后压浆灌注桩桩侧阻力增强范围：,支承在基岩上或嵌入基岩内的钻（挖）孔桩、沉桩： 注意：桩身自重与置换土重的差值作为荷载考虑（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）。 c

10、1：端阻力发挥系数； c2i：i 层侧阻力发挥系数；,frk：桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值； hi：桩嵌入各岩层部分的厚度，不包括强风化层和全风化层； m：岩层层数，不包括强风化层和全风化层； s：覆盖层土的侧阻力发挥系数； qik：i 层土侧阻力标准值，无试验资料时按沉桩、钻（挖）孔桩相应表格查取。,n：土层层数，强风化和全风化岩层按土层考虑。 当河床岩层有冲刷时，桩基须嵌入基岩，嵌岩桩按桩底嵌固设计，桩底嵌入岩基的深度按下式计算： 圆形桩 矩形桩 h桩嵌入基岩的有效深度（不计风化层，且0.5m）； MH基岩顶面处的桩身弯矩；,系数，取0.51.0，岩基节理发达取小值，节理不发达取大值；

11、d钻（挖）孔桩或管桩的设计直径； b垂直于弯矩作用平面桩的边长。 frk：岩石饱和单轴抗压强度标准值。,静力触探法 式中各项参数的取值见P.97相关内容。 单桩轴向受压承载力的抗力系数 按前述方法确定的单桩轴向受压承载力容许值，应根据桩的受荷阶段及受荷情况乘以下表规定的抗力系数。,单桩轴向受拉承载力容许值 当桩的轴向力由结构自重、预压力、土重、土侧压力、汽车荷载、人群荷载所引起时，桩不允许受拉；当桩的轴向力由上述荷载与其他作用组成的短期效应组合或荷载效应的偶然组合（地震作用除外）所引起时，桩允许受拉。摩擦桩单桩轴向受拉承载力容许值按下式计算： i：振动沉桩对各土层桩侧阻力的影响系数，锤击、静压

12、沉桩、钻孔桩均取1.0 计算作用于承台底面由外荷载引起的轴向力时，应扣除桩身自重；,桩受拉向上位移，桩侧摩擦力及粘结力作用，使上层一定深度的土能自由地向地表凸起松动，使桩侧摩阻力发挥比受压桩时要小，一般减小3040%（再考虑安全系数2，所以得到修整系数0.3）；,单桩横轴向容许承载力的确定 在横向荷载作用下桩的破坏机理和特点 桩周土体稳定性破坏刚性桩破坏模式 桩入土深度较浅、截面尺寸较大、桩周土质松软，桩身刚度远大于 土层刚度； 桩身为刚体，在水平力作用下绕桩轴某一点转动； 桩周土体受挤压隆起，桩身翻出丧失水平承载力。 桩身材料破坏 桩的入土深度较大、截面尺寸较小、桩周土质比较坚硬，桩身相对

13、刚度较小； 在水平力作用下，桩身发生挠曲变形； 随着荷载增大，桩的挠度也增大，桩身在最大弯矩处断裂或桩顶侧 向位移超过允许值,单桩横向容许承载力的确定方法 单桩水平载荷试验； 分析计算法 单桩水平载荷试验 试验装置 加载系统千斤顶、反力装置（墩台、锚墩、试桩等） 量测系统测力、测位移装置 试验方法 单向多循环加卸载（常用）桩承受反复水平荷载（风、地震、制动力，波浪力等）； 慢速连续加载桩基长期受水平荷载作用,单向多循环加卸载,试验方法,分级加载（预计水平极限承载力1/101/15）； 每级荷载施加后，恒载4min测出水平位移； 卸载至零，停2min测出残余水平位移，完成一个加卸载循环； 5次循

14、环后开始施加下一级荷载； 桩身折断、水平位移超过3040mm（软土取40mm），试验终止。,特征荷载,横向临界荷载桩身受拉区混凝土开裂退出工作前的最大荷载； 横向极限荷载桩身破坏前或水平位移超过允许值所对应的最大荷载。,横向临界荷载的确定： 取H0TU0曲线出现突变点（相同荷载增量条件下，位移量比前一级明显增大）的前一级荷载； 取H0U0/H0曲线第一直线段终点对应的荷载。 横向极限荷载的确定： 取H0TU0曲线明显陡降的前一级荷载； 取H0U0/H0曲线第二直线段终点对应的荷载。,慢速连续加载,试验方法,分级加载（预计水平极限承载力1/101/15）； 按一定的时间间隔测定位移值； 达到稳定

15、（位移0.1mm/小时），加下一级荷载； 桩身折断、水平位移超过3040mm（软土取40mm），终止加载； 按加载量2倍逐级卸载，每30min卸一级，每次卸载前测读一次位移。,横向临界荷载的确定： 取H0U0/H0曲线第一直线段终点对应的荷载； 取H0U0曲线第一拐点的前一级荷载。 横向极限荷载的确定： 取H0U0/H0曲线第二直线段终点对应的荷载； 取H0U0曲线明显陡降点的前一级荷载。,横向容许承载力横向极限荷载除以安全系数（一般取2）得到,现行规范里，土的比例系数m或m0的制定，是以结构在地面处的最大位移不超过6mm为要求。需要检验按强度条件确定的极限荷载的位移是否超过结构使用要求的水平

16、位移，否则应按变形条件控制，一般取试桩在地面处的水平位移不超过6mm，定为确定单桩横向承载力的判断标准。,根据试验结果确定土的地基系数 m水平地基系数随深度变化的比例系数，为地面以下2(d+1)深度内各土层加权平均值。 Xcr单桩横向临界荷载对应的位移； Ux桩顶位移系数，按下表取值； b1桩身计算宽度,分析计算法 按公路基规、铁路基规、建基规推荐的“m”法计算桩在横轴向荷载作用下，考虑桩土共同作用下桩身截面内力的计算方法。,按桩身材料强度确定单桩承载力 将桩看成轴向受压杆件，确定桩身材料强度所决定的单桩承载力。 轴向受压 考虑纵向挠曲影响，桩身轴向抗压屈强度乘以一个1的纵向挠曲系数。 钢筋混

17、凝土桩，配有普通钢筋（钻（挖）孔灌注桩）,公式的使用说明 式中各项的物理意义见p.104说明； 表3-12中桩的变形系数： 对于低承台桩，表3-12中l0=0；,关于桩的负摩阻问题 负摩阻力的意义及其产生原因 桩身截面向下位移量桩周土沉降速率正摩阻力； 桩身截面向下位移量桩周土沉降速率负摩阻力。 负摩阻力的影响： 给桩施加向下的附加荷载； 桩的竖向承载力降低； 桩基沉降量增大。 负摩阻力的产生原因： 地面大面积堆载；,地下水位下降； 桩身穿透欠固结土进入硬持力层，土层固结下沉； 高路堤填土本身的固结压缩变形、软粘土地基上受高路堤填土压力产生压缩变形； 饱和软粘土受打桩挤压扰动，在桩周形成欠压密

18、重塑区； 湿陷性黄土、冻土等特殊地基的下陷。,中性点及其位置的确定 中性点桩身截面位移与桩周土沉降量相等，桩侧摩阻力为0，中性点以上产生负摩阻力，中性点以下产生正摩阻力。 中性点位置的确定方法： 经验公式（p.106）：中性点深度：h1=0.7h21.0h2 查表方法：根据桩端进入的持力土层性质，用查表的方法估算中性点深度h1。,位于软粘土上的其他土层： 地面有均布荷载： 按上式计算得到的负摩阻力不得大于正摩阻力，否则取正摩阻力值； 负摩阻力系数查表确定（P.107表3-13）。,负摩阻力计算 软粘土层： qu无侧限抗压强度。,桩的轴向承载力 桩身总负摩阻力： 作用于单桩的总负摩阻力不应大于单桩所分配承受的桩周下沉土重（按相邻桩距之半，深度为中性点深度h1）。 桩身总负摩阻力作为外荷载，进行单桩承载力校核： 或： P桩顶轴向荷载； G包括中性点以上的桩身自