桩的承载力PPT学习教案

1、会计学1桩的承载力桩的承载力确定依据：确定依据： 建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范JGJ94-2008 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-20116.3.1 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定第1页/共80页是确定单桩承载力及其沉降特性的最基是确定单桩承载力及其沉降特性的最基本的方法。本的方法。 根据根据反力装置反力装置的不同可分为：锚桩法，堆载法，锚的不同可分为：锚桩法，堆载法，锚桩堆载联合法，自平衡法等，其加载一般均采用油压千桩堆载联合法，自平衡法等，其加载一般均采用油压千斤顶，自平衡法采用荷载箱。斤顶，自平衡法采用荷载箱。 测试方法测试方法可分为慢速维持载荷法

2、可分为慢速维持载荷法( (稳定稳定) )、快速维持、快速维持载荷法载荷法( (每级荷载维持每级荷载维持1 1h h) )、等贯入速率法（、等贯入速率法（CRPCRP法）法）( (桩桩顶按等速率贯入于土中顶按等速率贯入于土中) )、平衡法和各种循环加载试验、平衡法和各种循环加载试验方法等。方法等。 建筑桩基设计规范建筑桩基设计规范法法第2页/共80页规范规定：一级建筑物；试桩数规范规定：一级建筑物；试桩数n总桩数总桩数1，且且 3根；试桩时间规定。根；试桩时间规定。第3页/共80页加载方式加载方式-采用慢速维持荷载法：采用慢速维持荷载法：荷载荷载分级分级 每级荷载每级荷载 P=(0.2-0.12

3、5)R 或或 P=(0.1-0.067)Pu沉降沉降观测观测-测读测读S时间时间(5 , 10 , 15 ; 15 , 15 , 15 , 15 ; 30 , 30 , 至稳定至稳定 )；稳定标准稳定标准在在 Qi，Si0.1mm/hour,并连续出现两次并连续出现两次第4页/共80页1)QS曲线有陡降段，且曲线有陡降段，且S总总40mm;2) S总总40mm后，续增两级后，续增两级 Q；仍无陡降段；仍无陡降段；终止加荷条件终止加荷条件5) S很小，且很小，且Pmax达到设计荷载的达到设计荷载的2倍；倍；4) Si2Si-1，且经，且经24小时尚未达到相对稳定；小时尚未达到相对稳定；3) Si

4、5Si-1；6) 已达锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量。已达锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量。第5页/共80页分级卸荷至零分级卸荷至零卸载、测记卸载、测记第6页/共80页西攀高速公路桩基静载试验西攀高速公路桩基静载试验第7页/共80页A、QS曲线拐点法曲线拐点法 取明显拐点处荷载为取明显拐点处荷载为Qu； QS无陡降段时，一般无陡降段时，一般Qu取取S4060mm处处相应荷载。相应荷载。;KN/mm1 . 011uiiiQQQS作为时，取 对于对于d(b) 550mm的预制桩，在的预制桩，在Qi+1作用下，作用下，其其Qu第8页/共80页B、Slogt曲线曲线(沉降速率沉降速率)法法特点：

5、特点：取明显取明显下弯的下弯的前一级前一级荷载值荷载值为极限为极限承载力承载力第9页/共80页C、SlogQ法法特点：特点：第10页/共80页 Sn0.15时，时，Quk=Qum； Sn0.15时，时， Quk=Qum。Qui/Qum的标准差的标准差第11页/共80页Quk= Qpk + Qsk =qpkAp+u qsikli中、小工程常采用中、小工程常采用单桩总极限单桩总极限侧阻力标准侧阻力标准值值(kN)；单桩总极限端单桩总极限端阻力标准值阻力标准值(kN)；极限端阻力标准极限端阻力标准值值(kPa)第第i层土的极限侧阻层土的极限侧阻力标准力标准值值(kPa)Ap桩身的横截面积桩身的横截面

6、积(m2)；u 桩身周边长度桩身周边长度(m)；li 按土层划分的各段桩长按土层划分的各段桩长(m)。l1l2l3qs1kqs2kqs3kqpkQ第12页/共80页p、si 大直径大直径桩端阻、侧阻尺寸效应系数桩端阻、侧阻尺寸效应系数大直径桩：大直径桩： Quk= Qpk + Qsk =pqpkAp+u siqsikli第13页/共80页第14页/共80页第15页/共80页第16页/共80页KQRuka K-安全系数，取安全系数，取2第17页/共80页极差要求同浅基。极差要求同浅基。 即即(PumaxPumin)30%时，时， Ru=Pum。如超过如超过30，增加试桩数、分析原因。，增加试桩数

7、、分析原因。Ru建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范法法第18页/共80页 Ra=Ru/KRu-单桩竖向极限承载力标准值，由静载荷单桩竖向极限承载力标准值，由静载荷 试验确定；试验确定；K-安全系数，取安全系数，取2.0。第19页/共80页摩擦桩：摩擦桩：Ra=qpaAp+up qsiali端承桩：端承桩：Ra=qpaAp式中：式中：Ra 单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值(kN)；qPa 桩端土的承载力桩端土的承载力特征值特征值(kPa)，对于钻、挖、冲对于钻、挖、冲孔灌注桩可按地区经验确定或现行有关规范孔灌注桩可按地区经验确定或现行有关规范表格查取，预制桩可按表表格查取，预制桩可

8、按表8.3-8.5选用；选用；qsia 桩周土的摩擦力桩周土的摩擦力特征值特征值(kPa)，对于钻、挖、对于钻、挖、冲孔灌注桩可按地区经验确定或现行有关规冲孔灌注桩可按地区经验确定或现行有关规范表格查取，预制桩可按表范表格查取，预制桩可按表8.6-8.7选用选用。第20页/共80页l1l2l3qs1aqs2aqs3aqpaQ第21页/共80页静力触探法静力触探法 P255标准贯入法标准贯入法-N动力法动力法 根据桩体被激振以后的动力根据桩体被激振以后的动力 响应特征来估计单桩承载力响应特征来估计单桩承载力 的一种间接方法。的一种间接方法。 包括打桩公式和动测法。包括打桩公式和动测法。第22页/

9、共80页打桩公式打桩公式 通过能量分析来判定桩的承载力通过能量分析来判定桩的承载力 能量守恒的基本原理能量守恒的基本原理 动测法动测法 锤击贯入法锤击贯入法 Smith波动方程法波动方程法 Case波动方程法波动方程法 PDA打桩分析仪打桩分析仪第23页/共80页单桩竖向承载力确定小结：单桩竖向承载力确定小结： 建筑桩基设计规范建筑桩基设计规范法法建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范法法Quk= Qpk + Qsk =qpkAp+u qsikli静载荷试验：静载荷试验：经验公式：经验公式：Qu静载荷试验：静载荷试验：经验公式：经验公式：Ra=qpaAp+up qsialiRa=R /KKQ

10、Ruka 第24页/共80页6.3.2 单桩抗拔承载力单桩抗拔承载力1)、单桩抗拔极限承载力标准值、单桩抗拔极限承载力标准值 Uk = iqsik u ili抗拔系抗拔系数数基桩抗基桩抗拔极限拔极限承载力承载力标准值标准值抗拔系抗拔系数数第25页/共80页2)、单桩抗拔承载力设计值、单桩抗拔承载力设计值 建筑桩基设计规范建筑桩基设计规范法法pskGUN 0基桩上基桩上拔力设拔力设计值计值基桩自基桩自重设计重设计值值桩侧阻抗力分项桩侧阻抗力分项系数系数建筑物建筑物重要系重要系数数经验公式经验公式 Td =(u p iqsili)/K+0.9W第26页/共80页6.3.3 单桩水平承载力单桩水平承

11、载力 单桩的水平承载力取决于桩的材料强度、截面刚度、入土深度、桩侧土质条件、桩顶水平位移允许值等。单桩的水平承载力取决于桩的材料强度、截面刚度、入土深度、桩侧土质条件、桩顶水平位移允许值等。 实际工程中，通过设置斜桩来承受水平荷载。实际工程中，通过设置斜桩来承受水平荷载。第27页/共80页ccpfAQ 6.3.4 桩身混凝土强度要求桩身混凝土强度要求fc 混凝土的轴心抗压设计强度混凝土的轴心抗压设计强度(kPa)，按，按现行现行 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范 取值；取值；Ap 桩身的横载面面积桩身的横载面面积(m2)；c 工作条件系数，预制桩工作条件系数，预制桩0.75，灌注桩，灌注桩

12、0.6-0.7(水下或长桩取低值水下或长桩取低值)Q 相应于荷载效应基本组合时的单桩竖相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值向力设计值(KN)；第28页/共80页土层土层编号编号土的名称土的名称层层 厚厚（m）ILqsik（qpk）kPa其它指标其它指标1人工填土人工填土1.02软塑粉质粘土软塑粉质粘土2.00.8544Ap=D2/4=0.2376m23流塑粉质粘土流塑粉质粘土2.51.133u=0.55=1.7284软塑粉质粘土软塑粉质粘土2.50.80475硬塑粉质粘土硬塑粉质粘土2.00.25826中密粗砂中密粗砂3.8847强风化岩石强风化岩石1.71278泥质页岩泥质页岩20（1

13、2000）Qpk=qpkAp=120000.23762851.2kNQsk=u qsikli1.728（）1707kN2pkskQQR 2276kN第29页/共80页土层土层编号编号土的名称土的名称层厚层厚(m)ILQsia（qpa）kPa其它指标其它指标1人工填土人工填土1.02软塑粉质粘土软塑粉质粘土2.00.8521Ap=0.552*/4=0.2376m23流塑粉质粘土流塑粉质粘土2.51.115u=0.55=1.7284软塑粉质粘土软塑粉质粘土2.50.80225硬塑粉质粘土硬塑粉质粘土2.00.25386中密粗砂中密粗砂3.8407强风化岩石强风化岩石1.7658泥质页岩泥质页岩20

14、(6250)Ra=qpaAp+ up qsiali =62500.2376+ 1.728（ ） 1485+817=2302kN443347828412712000第30页/共80页Quk=4400kN2ukQR Ra=Ru/K=4400/2=2200kN建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范=2200kN第31页/共80页群桩概念；群桩群桩概念；群桩单桩关系如何？单桩关系如何？ 竖向荷载作用下，由于承台、桩、土相互作竖向荷载作用下，由于承台、桩、土相互作用群桩基础中的一根桩单独受荷时承载力和沉降用群桩基础中的一根桩单独受荷时承载力和沉降性状，往往与相同地质条件

15、和设置方法的同样独性状，往往与相同地质条件和设置方法的同样独立单桩有明显差别，这种现象即为立单桩有明显差别，这种现象即为群桩效应群桩效应。第32页/共80页端承群桩端承群桩(桩基桩基)，简单；，简单；摩擦桩基，见图摩擦桩基，见图第33页/共80页桩端处：桩端处： z群群 z单单；S群群S单单桩身摩阻力与桩端阻力的分配桩身摩阻力与桩端阻力的分配第34页/共80页影响影响R群的因素有：桩数、群的因素有：桩数、桩距桩距、桩径、土性、桩长、群桩平面形状等。、桩径、土性、桩长、群桩平面形状等。群桩效应系数群桩效应系数 群桩的极限承载力群桩的极限承载力Rn群桩中各根单桩极限承载力之和群桩中各根单桩极限承载

16、力之和nR第35页/共80页 群桩效应系数越小，群桩承载力越低，群桩效应系数越小，群桩承载力越低，沉降和沉降比越大，沉降和沉降比越大，沉降比沉降比：群桩沉降量：群桩沉降量sn与单桩沉降量与单桩沉降量s之比。之比。ssn 第36页/共80页模型及载荷试验表明：模型及载荷试验表明：1、桩距增大时，、桩距增大时， 提高；提高；2、桩距相同时，桩数越多，、桩距相同时，桩数越多， 越低；越低；3、桩距增大至一定值后，、桩距增大至一定值后， 增加不显著；增加不显著；第37页/共80页可见，桩距，桩数及排列是主要因素，规范归纳为如下原则：可见，桩距，桩数及排列是主要因素，规范归纳为如下原则： 端承桩和桩数端

17、承桩和桩数n9根的摩擦桩以及条形基础下不超过两排的摩擦桩，其群桩的竖向抗压承载力为各单桩竖向抗压承载力的总和。根的摩擦桩以及条形基础下不超过两排的摩擦桩，其群桩的竖向抗压承载力为各单桩竖向抗压承载力的总和。 桩距桩距s6d，桩数桩数n 9根的摩擦桩基，可视作一假想的实体深基础，进行基础下地基承载力验算和沉降计算根的摩擦桩基，可视作一假想的实体深基础，进行基础下地基承载力验算和沉降计算。第38页/共80页关于实体深基础法计算群桩承载力的探讨关于实体深基础法计算群桩承载力的探讨王向余王向余,王成华王成华,李绍飞李绍飞第39页/共80页第40页/共80页饱和粘性土饱和粘性土C、U、G分别表示饱和粘性

18、土，非饱和粘土、粉土分别表示饱和粘性土，非饱和粘土、粉土,无粘性土。例如无粘性土。例如:U-s30L20m4n3表示非饱和粘性土表示非饱和粘性土或粉土中或粉土中s=3.0d，L=20 m，m=4，n=3的群桩基础。的群桩基础。当桩距较小当桩距较小(s3d)、桩径较小、桩长较长、土质不太硬、桩径较小、桩长较长、土质不太硬时时,值是接近或略大于值是接近或略大于1的，与一些现场模型试验结果的，与一些现场模型试验结果(如刘金如刘金砺、黄强等砺、黄强等,1991)是比较吻合的。是比较吻合的。当桩距较大、桩径较大、桩长较短、土质较硬时当桩距较大、桩径较大、桩长较短、土质较硬时,计算得计算得到的到的值就比较

19、大，如土的不排水剪强度值就比较大，如土的不排水剪强度cu=120 kPa、d=0.7 m、s/d=6.0、L=15 m、mn=43时时,算得算得=6.593,与实际与实际相差很多，这说明不能形成所谓的等代墩基，实体深基础法相差很多，这说明不能形成所谓的等代墩基，实体深基础法已不适用于计算承载力，得到与实际不符的过大的群桩承载已不适用于计算承载力，得到与实际不符的过大的群桩承载力。力。第41页/共80页第42页/共80页无粘性土无粘性土在桩距较小在桩距较小(s=2.0d)时，用实体深基础法计算所得到的时，用实体深基础法计算所得到的值是与实际吻合较好的，说明此时群桩呈整体破坏。值是与实际吻合较好的

20、，说明此时群桩呈整体破坏。随着随着s的增大，算得的的增大，算得的值迅速增大值迅速增大,比实际值大很多，说比实际值大很多，说明群桩呈非整体破坏，利用实体深基础法来计算群桩极限承明群桩呈非整体破坏，利用实体深基础法来计算群桩极限承载力已不适用，会得到与实际不符的过高的群桩承载力。载力已不适用，会得到与实际不符的过高的群桩承载力。第43页/共80页第44页/共80页非饱和粘性土、粉土非饱和粘性土、粉土非饱和粘性土、粉土中的群桩效率系数值介于饱和非饱和粘性土、粉土中的群桩效率系数值介于饱和粘性土与无粘性土之间粘性土与无粘性土之间,各影响因素对各影响因素对的影响也大致是的影响也大致是介于二者之间的。介于

21、二者之间的。第45页/共80页当桩的排数较少当桩的排数较少(如如n=2)时时,值随桩数的增加而增大值随桩数的增加而增大,表表现为无粘性土的性质现为无粘性土的性质;当桩的排数较多当桩的排数较多(如如n3)时时,值随桩数值随桩数的增加而减小的增加而减小,表现为饱和粘性土的性质。可见表现为饱和粘性土的性质。可见,桩数及其排桩数及其排列对列对的影响也是介于饱和粘性土与无粘性土之的。的影响也是介于饱和粘性土与无粘性土之的。第46页/共80页结论结论实体深基础法只是在一定的其它条件下实体深基础法只是在一定的其它条件下(土质条件、桩数及其排列、桩长、桩径土质条件、桩数及其排列、桩长、桩径)的某一较小的距径比

22、范围内才适用，否则，会得到与事实不符的过高的群桩承载力的某一较小的距径比范围内才适用，否则，会得到与事实不符的过高的群桩承载力(尤其是在无粘性土中尤其是在无粘性土中)，是偏于不安全的。，是偏于不安全的。第47页/共80页 复合桩基：复合桩基：考虑桩群、土和承台的相互作用效应的桩基。考虑桩群、土和承台的相互作用效应的桩基。复合单桩：复合单桩：含有承台底土阻力贡献在内，复合基桩中的单桩。含有承台底土阻力贡献在内，复合基桩中的单桩。指承台不仅起联结多根桩和传递荷指承台不仅起联结多根桩和传递荷载的作用，而且还具有类似于浅基载的作用，而且还具有类似于浅基础的承载能力。础的承载能力。第48页/共80页文章

23、编号文章编号:1009-0185(2004)03-0015-0低承台复合桩基承台分担荷载作用分析低承台复合桩基承台分担荷载作用分析金菊顺肖立凡金菊顺肖立凡吉林建筑工程学院土木工程系吉林建筑工程学院土木工程系第49页/共80页第50页/共80页从图中可知，无承台单桩由弹性状态进入承从图中可知，无承台单桩由弹性状态进入承载力极限状态所需的变形量远较有承台单桩要小。载力极限状态所需的变形量远较有承台单桩要小。这就说明，当相同沉降时，有承台的单桩承载力这就说明，当相同沉降时，有承台的单桩承载力大大高于无承台单桩承载力。因为承台与桩的相大大高于无承台单桩承载力。因为承台与桩的相互作用、共同工作及承台分担

24、荷载使得承载力提互作用、共同工作及承台分担荷载使得承载力提高，所以承台的分担作用不可忽视。高，所以承台的分担作用不可忽视。第51页/共80页例如：例如：新加坡某大直径桩支承于软岩中，建至新加坡某大直径桩支承于软岩中，建至17层时，实测层时，实测筏式承台分担荷载比为筏式承台分担荷载比为40%(Leung etal 1985)。英国伊丽莎白女皇二世会议中心大厦的桩筏基础，桩英国伊丽莎白女皇二世会议中心大厦的桩筏基础，桩径径d=1.8 m，桩距，桩距3.8 d5.6 d，承台分担荷载，承台分担荷载70%。我国的软土地区上海某我国的软土地区上海某25层框筒结构的楼桩箱基础，层框筒结构的楼桩箱基础，承台

25、分担荷载约承台分担荷载约26%(金宝森、肖辉祥等金宝森、肖辉祥等1991)。山东省三个水闸钻孔桩基础的实测表明，承台底土反山东省三个水闸钻孔桩基础的实测表明，承台底土反力能长期稳定在力能长期稳定在20 kPa25 kPa，相当于上部荷载的，相当于上部荷载的21%26%(牟王玮牟王玮1981)。以上这些工程实例表明，考虑承台的荷载分担作用更以上这些工程实例表明，考虑承台的荷载分担作用更为接近实际，且承台的分担作用与承台底土的强度，承台为接近实际，且承台的分担作用与承台底土的强度，承台的尺寸，桩长等因素有很大关系。的尺寸，桩长等因素有很大关系。第52页/共80页桩基中承台分担荷载比除了与承台底土的

26、强度桩基中承台分担荷载比除了与承台底土的强度有关外有关外,还与承台、桩的几何形状与尺寸有关。还与承台、桩的几何形状与尺寸有关。承台面积对承台荷载分担比影响：承台面积对承台荷载分担比影响：桩长为桩长为8m桩长为桩长为5m第53页/共80页桩长对承台荷载分担比的影响：桩长对承台荷载分担比的影响：L=1.61.6L=11第54页/共80页结论结论承台不只是单纯用作桩帽、作联系构件，它可以与桩共同承担荷载。承台不只是单纯用作桩帽、作联系构件，它可以与桩共同承担荷载。具浅基础功能，可以充分发挥桩间土的承载能力，可提高桩基承载力。具浅基础功能，可以充分发挥桩间土的承载能力，可提高桩基承载力。实践和计算也证

27、明了实践和计算也证明了承台底面反力可分担荷载约承台底面反力可分担荷载约10%65%。如果能合理的选择承台尺寸、桩距、桩长，可充分发挥桩基的承载力，提高桩基的经济效益，亦有节约资金之潜力。如果能合理的选择承台尺寸、桩距、桩长，可充分发挥桩基的承载力，提高桩基的经济效益，亦有节约资金之潜力。第55页/共80页假想实体深基础如图假想实体深基础如图 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范法法不考虑群桩效应：不考虑群桩效应：Rn=nR。考虑群桩效应：假想实体深基础。考虑群桩效应：假想实体深基础。第56页/共80页第57页/共80页)42)(42(0000 ltgbltgaA 式中：式中：a0, b0

28、分别表示矩形承台下桩群外缘的长度和宽度分别表示矩形承台下桩群外缘的长度和宽度(m)； 0 为桩长范围内各土层为桩长范围内各土层(厚度为厚度为hi)内摩擦角内摩擦角 i的加权平均值。即的加权平均值。即iiihh0第58页/共80页在中心荷载下要求桩尖平面处压应力在中心荷载下要求桩尖平面处压应力p满足：满足：fAGFpkk 在偏心荷载下，除满足上式外，尚应满足：在偏心荷载下，除满足上式外，尚应满足：fWMWMAGFpyyxxkk2 . 1max 第59页/共80页式中：式中：Fk 上部结构传至基础顶面的竖向力设计值上部结构传至基础顶面的竖向力设计值(kN)；Gk 桩尖平面以上假想基础内桩与桩周土自

29、重设计值桩尖平面以上假想基础内桩与桩周土自重设计值(kN)，Gk=A(d+h) G， G为桩土平均重度，一般可取为桩土平均重度，一般可取 G=20kN/m3，地下水位以下取浮重度；地下水位以下取浮重度；第60页/共80页Mx，My 作用于桩尖平面处外力对该平面重心的作用于桩尖平面处外力对该平面重心的x、y轴的力矩设计值轴的力矩设计值(kN m)；Wx，Wy 假想实体基础底面分别对假想实体基础底面分别对x、y轴的抵抗矩轴的抵抗矩(m3)；f 桩尖平面处地基土的承载力设计值桩尖平面处地基土的承载力设计值(kPa)。 当桩端以下主要受力层范围内存在软弱下卧层时，还应计算图验算软弱下卧层，算法与浅基础

30、相似。当桩端以下主要受力层范围内存在软弱下卧层时，还应计算图验算软弱下卧层，算法与浅基础相似。第61页/共80页轴心受压时，轴心受压时，式中：式中：Qk 桩基中单桩所受的外力设计值桩基中单桩所受的外力设计值(kN)；akkkRnGFQ Gk 桩基承台自重设计值及承台上土的自重标准值桩基承台自重设计值及承台上土的自重标准值(kN)；n 桩数。桩数。第62页/共80页当偏心受压时当偏心受压时第63页/共80页式中：式中：xi，yi 第第i根桩分别至通过桩群重心的根桩分别至通过桩群重心的y轴和轴和x轴的距离轴的距离(m)； 22iiyiixkkixxMyyMnGFQMx，My 作用于桩群上的外力对通

31、过桩群重心的作用于桩群上的外力对通过桩群重心的x轴和轴和y轴的力矩设计值轴的力矩设计值(kN m)；第64页/共80页其余符号意义同前。其余符号意义同前。 离桩群横截面形心最远处离桩群横截面形心最远处(坐标为坐标为xmax、ymax)的桩所承受的荷载最大，即的桩所承受的荷载最大，即Qmax。要求其满足下列条件：要求其满足下列条件：aiyixkkikRxxMyyMnGFQ2 . 12max2maxminmax 除要求满足上式外，还应同时满足轴心受荷时要求。除要求满足上式外，还应同时满足轴心受荷时要求。akkkRnGFQ 第65页/共80页不考虑群桩效应和承台效应：不考虑群桩效应和承台效应： 端承桩或端承桩或n=13的非端承桩。的非端承桩。 建筑桩基设计规范建筑桩基设计规范法法第66页/共80页考虑承