《基础工程教学》桩基础4.4 4.6_沉降 负摩擦 水平承载

1、桩桩基础沉降的计算基础沉降的计算l单桩沉降的组单桩沉降的组成成l桩桩顶沉顶沉降降l桩身弹性压缩引起桩身弹性压缩引起l桩端沉降桩端沉降l桩桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力以压力扩散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角向下传递，致使桩端下土体压缩而产生的桩端沉降；沉降；l桩桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。113:04:16编辑编辑ppt常用计算方法常用计算方法l1 1）荷载传递法）荷载传递法l2 2）弹性理论法）弹性理论法l3 3）剪切变形传递法）剪切变形传递法l4 4）有限单元分析法）有限单元分

2、析法l5 5）其他简化方法）其他简化方法213:04:16编辑编辑ppt群群桩沉降计算桩沉降计算l多数桩基需要进行沉多数桩基需要进行沉降验算降验算l建筑地基基础设计规建筑地基基础设计规范（范（GB5007-2002GB5007-2002）推）推荐使用单向压缩分层荐使用单向压缩分层总和法：总和法：3,11,inmj ij ijisjpihsEF 13:04:16编辑编辑ppt4l基基本假本假设设l单向压缩、均质各向同性和弹性假设的分层总和法。l荷载采用荷载采用准永久组合准永久组合l土体应力的计算方土体应力的计算方法法：l假想实体深基础法l明德林（Mindlin)方法13:04:16编辑编辑ppt

3、实实体深基础体深基础法法0()kkmppdl 500(2)(2);4Abltgaltg kkkFGpA a0、b0 群桩外缘长短边的长度群桩外缘长短边的长度l 桩的入土深度桩的入土深度 所有土层内摩擦角平均值所有土层内摩擦角平均值G 扩散后面积上的重量扩散后面积上的重量(矩形矩形)13:04:16编辑编辑ppt按照扩散后的面积进行分层总和法计算沉降按照扩散后的面积进行分层总和法计算沉降6,11,jnmj ij ipjisj ihsE s 桩基最终计算沉降量桩基最终计算沉降量m 计算分层数计算分层数Esi 压缩模量压缩模量 pi 第第i层土的竖向附加应力平层土的竖向附加应力平均值均值 p 沉降计

4、算经验系数沉降计算经验系数F l G b0Ap0d13:04:16编辑编辑ppt实体深基础法实体深基础法70000 02()()kkfksiaikmFGGabq hpdla b hi 桩身穿越第桩身穿越第i层土层厚度层土层厚度l 桩的入土深度桩的入土深度qsia 第第i层土侧阻力特征值层土侧阻力特征值Gk 承台和承台以上土的重量承台和承台以上土的重量按照前面的分层总和法计算沉降按照前面的分层总和法计算沉降0000 02()kksiaikFGabq hpa b 13:04:16编辑编辑ppt明德林明德林(Mindlin)(Mindlin)方法（方法（1 1）813:04:17编辑编辑ppt明德林

5、明德林(Mindlin)(Mindlin)方法（方法（2 2）913:04:17编辑编辑ppt明德林（明德林（Mindlin)Mindlin)方法（方法（3 3）10l Q 第第i层土层中点处的附加应力层土层中点处的附加应力n 桩数桩数 zp,k 第第k根桩端荷载产生的附加应力根桩端荷载产生的附加应力 zs,k 第第k根桩侧荷载产生的附加应力根桩侧荷载产生的附加应力Q(1 )Qi,1()nj izp kzs kk , j i ,2zp ip kQIl ,1,2,2(1)zs iskskQIIl13:04:17编辑编辑ppt沉降计算结果的修正沉降计算结果的修正l1. 1. 按压缩模量的大小修正按

6、压缩模量的大小修正l2. 2. 按桩长修正按桩长修正l3. 3. 按不同应力计算假定的等效修正按不同应力计算假定的等效修正1113:04:17编辑编辑ppt桩的负摩阻力桩的负摩阻力l负摩阻力负摩阻力l 在土层相对于桩侧向下位移时，在土层相对于桩侧向下位移时，产生于桩侧向下的摩阻力称为产生于桩侧向下的摩阻力称为。l负摩擦的产生负摩擦的产生l 桩周附近地面大面积堆载桩周附近地面大面积堆载l 大面积降低地下水位大面积降低地下水位l 欠固结土欠固结土, ,新填土新填土l 湿陷性黄土遇水湿陷湿陷性黄土遇水湿陷l 砂土液化、冻土融解砂土液化、冻土融解l 后果后果l 使桩的竖向承载力减小，而桩使桩的竖向承载

7、力减小，而桩身轴力加大身轴力加大 。1213:04:17编辑编辑ppt负摩阻力的计算（不成熟）负摩阻力的计算（不成熟）l负负摩阻力成为荷载的一部分摩阻力成为荷载的一部分对于下部为岩石的对于下部为岩石的端承桩端承桩, ,可能全桩为负阻力。可能全桩为负阻力。l对于一般桩对于一般桩, ,因为桩土都有变形因为桩土都有变形, ,视二者的相视二者的相对移量和方向。对移量和方向。1313:04:17编辑编辑ppt中性点中性点14sdQ0nzlnzllzNlqsiaxzOsd0s12O1l(a)(b)Onz-+O1zz(c)ONFpNlQFn-Fpz(d)N0=QFn图4-19 单桩在产生负摩阻力时的荷载传递

8、(a) 单桩；(b) 位移曲线；1土层竖向位移曲线；2桩的截面位移曲线；(c)桩侧摩阻力分布曲线；(d)桩身轴力分布曲线13:04:17编辑编辑ppt中性点位置的确定中性点位置的确定15l应根据桩沉降与桩周土沉降相等的条件确应根据桩沉降与桩周土沉降相等的条件确定。定。l工程实测表明，在可压缩土层工程实测表明，在可压缩土层lo的范围内，的范围内，中性点的稳定深度中性点的稳定深度ln是随桩端待力层的强度是随桩端待力层的强度和刚度的增大而增加的，其深度比和刚度的增大而增加的，其深度比lnlo可可按表按表4-4的经验值取用。的经验值取用。13:04:17编辑编辑ppt负摩阻力的计算公式负摩阻力的计算公

9、式161nnpniniiFul13:04:17编辑编辑ppt负摩阻力的强度负摩阻力的强度l软土和中等强度粘土软土和中等强度粘土l按太沙基建议的方法l根据产生负摩阻力的土层中点的竖向有效覆盖压力l竖向有效覆盖压力l当地面有均布荷载时l砂类土砂类土172nuuqctanniiiviviK vimiz vimipz 53niiN13:04:17编辑编辑ppt群桩负摩阻力的计算群桩负摩阻力的计算18l 对于桩距较小的群桩，群桩所发生的负摩阻力因群对于桩距较小的群桩，群桩所发生的负摩阻力因群桩效应而降低，即小于相应的单桩值桩效应而降低，即小于相应的单桩值。l 这这是由于负摩阻力是由桩周土体的沉降引起。是

10、由于负摩阻力是由桩周土体的沉降引起。13:04:17编辑编辑ppt群桩效应系数的计算（群桩效应系数的计算（1 1）l假设独大单桩位长度的负摩阻力假设独大单桩位长度的负摩阻力n由相应长由相应长度范围内半径度范围内半径re形成的土体重量与之等效：形成的土体重量与之等效：19224nemdrd 24nemdrd13:04:17编辑编辑ppt群桩效应系数的计算（群桩效应系数的计算（2 2）l 以群桩中各桩中心为圆心，以以群桩中各桩中心为圆心，以re为半径作圆，由各为半径作圆，由各园的相交点作矩形（或以二排桩之间的中点作纵横园的相交点作矩形（或以二排桩之间的中点作纵横向中心线形成以各桩为重心的矩形），矩

11、形面积与向中心线形成以各桩为重心的矩形），矩形面积与圆面积之比，即负摩阻力的群桩效应系数。圆面积之比，即负摩阻力的群桩效应系数。204rnnaxaymeAdssdA1nngnnnpniniiQFul13:04:17编辑编辑ppt负摩擦的时间效应负摩擦的时间效应l负摩擦力由桩周土层固结沉降引起，负摩负摩擦力由桩周土层固结沉降引起，负摩擦力产生的时间与桩沉降时间及固结完成擦力产生的时间与桩沉降时间及固结完成时间相关；时间相关；l中性点位置会发生变化；中性点位置会发生变化；l桩端沉降的影响。桩端沉降的影响。2113:04:17编辑编辑ppt减小负摩阻力的工程措施l对可能出现负摩阻力的桩基，宜按下列原

12、则设对可能出现负摩阻力的桩基，宜按下列原则设计：计：l对于填土建筑场地，先填土并保证填土的密实度，待填土地面沉降基本稳定后再成桩；l对于地面大面积堆载的建筑物，采取预压等处理措施，减少堆载引起的地面沉降；l对位于中性点以上的桩身进行处理，以减少负摩阻力；l对于自重湿陷性黄土地基，采取强夯、挤密土桩等先行处理，消除上部或全部土层的自重湿陷性；l采用其他有效而合理的措施。（见教材）13:04:1722编辑编辑ppt4.6 4.6 桩的水平承载力桩的水平承载力风荷载风荷载吊车制动荷载吊车制动荷载地震荷载地震荷载23风荷载风荷载13:04:17编辑编辑ppt1 1 水平承载机理水平承载机理桩土的相互作

13、用桩土的相互作用承载力大小取决于：土性、桩长和桩断面刚承载力大小取决于：土性、桩长和桩断面刚度和桩的约束条件。度和桩的约束条件。24l水平承载桩水平承载桩13:04:17编辑编辑ppt2513:04:17编辑编辑ppt2. 2. 横向受力桩的承载力确定横向受力桩的承载力确定l理论公式计算理论公式计算 弹性弹性地基梁挠度方程地基梁挠度方程 kh 水平抗力系数水平抗力系数 常数法、常数法、 m法、法、k法、法、c法法l静力水平载荷试验静力水平载荷试验 RH为设计值为设计值,Hu为横向极限荷载为横向极限荷载 H 为抗力分项系数为抗力分项系数 26水平承载桩水平承载桩13:04:17编辑编辑ppt27

14、常数法m法k法C法k kh h 抗力系数抗力系数桩的位移xxkx（1）基本假设）基本假设13:04:18编辑编辑ppt计算参数（计算参数（1 1）l计算宽度计算宽度b b0 0l方形截面桩方形截面桩lb1,bb1,b0 0=b+1; b=1,b=b+1; b1,bd1,b0 0=0.9(d+1); d=1,b=0.9(d+1); d=1,b0 0=0.9(1.5d+0.5)=0.9(1.5d+0.5)2813:04:18编辑编辑ppt计算参数（计算参数（2 2）l桩身抗弯刚度桩身抗弯刚度EI；lm法计算时比例常数法计算时比例常数m的取值。的取值。l与土层性质，桩顶位移相关，与桩的刚度相关与土层

15、性质，桩顶位移相关，与桩的刚度相关2913:04:18编辑编辑pptm13:04:1830编辑编辑ppt桩身最大弯矩位置桩身最大弯矩位置3100MCHC查表查表4-74-7hmaxzhCmax0MC M13:04:18编辑编辑ppt3. 3. 单桩水平静载荷试验单桩水平静载荷试验3213:04:18编辑编辑ppt3313:04:18编辑编辑ppt4. 4. 单桩水平承载力特征值单桩水平承载力特征值34(1) 单桩的水平承载力特征值应通过现场单桩水平载荷试验确定（对于受水平荷较大的设计等级为甲级、乙级的建筑桩基，单桩的水平承载力特征值应通过单桩水平静载试验确定，试验方法可按现行行业标准建筑基桩检测技术规范JGJ 106执行）；(2) 对于混凝土顶制桩、钢桩、桩身全截面配筋率大于的灌注桩，根据静载试验结果取地面处水平位移为10mm(对于水平位移敏感的建筑物取水平位移6mm)所对应的荷载为单桩水平承载为特