第4章桩基础(4.5～4.6)

1、1第第4 4章章 桩基础桩基础4.54.62本讲内容本讲内容n4.5 桩的负摩擦问题桩的负摩擦问题n4.6 桩的水平承载力桩的水平承载力3n4.5.1 4.5.1 产生负摩擦的条件和原因产生负摩擦的条件和原因 n4.5.2 4.5.2 负摩阻力的计算负摩阻力的计算n4.5.3 4.5.3 减少负摩阻力的措施减少负摩阻力的措施4.5 桩的负摩擦问题桩的负摩擦问题44.5.1 4.5.1 产生负摩擦的条件和原因产生负摩擦的条件和原因n1正负摩擦 及中性点54.5.1 4.5.1 产生负摩擦的条件和原因产生负摩擦的条件和原因2产生负摩擦的条件和原因（1）桩穿越较厚松散填土（青州市政府住宅楼、寿光抽纱

2、厂）、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层时；（2）桩周存在软弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载（包括填土）时；（3）由于降低地下水位，使桩周土中有效应力增大，并产生显著压缩沉降时。64.5.1 4.5.1 产生负摩擦的条件和原因产生负摩擦的条件和原因3负摩擦的传递机理74.5.2 4.5.2 负摩阻力的计算负摩阻力的计算n1.单桩负摩阻力的计算n2.群桩负摩阻力的计算84.5.2 4.5.2 负摩阻力的计算负摩阻力的计算( (补补) )n1单桩负摩阻力的计算n(1)中性点的位置n(2)负摩阻力计算9n中性点的位置取决于桩与桩侧土的相对位移，原则上应根据桩沉降与

3、桩周土沉降相等的条件确定，但影响中性点位置的因素较多，工程上一般采用经验值ln/l0(可压缩土层厚度)（表5.4.4-2 ）(1)中性点的位置持力层性质黏性土、粉土中密以上砂砾石、卵石基岩中性点深度比ln/l00.50.60.70.80.91.0104.5.2 4.5.2 负摩阻力的计算负摩阻力的计算n中性点以上单桩桩周第i层土负摩阻力标准值，可按下列公式计算(2)负摩阻力计算nntan(5.4.4 1)siiiiiiqk 式中：qsin第i层土桩侧负摩阻力标准值；计算值大于正摩阻力标准值时，取正摩阻力标准值设计； ki土的侧压力系数 i桩周第i层土平均竖向有效覆盖应力； ni桩周第i层土负摩

4、阻力系数，可按表5.4.4-1取值。114.5.2 4.5.2 负摩阻力的计算负摩阻力的计算n地面荷载与土的自重压力之和n式中：i 、e分别为第i计算土层和其上第e土层的重度，地下水位以下取浮重度；zi 、ze第i层土、第e层土的厚度；1eeii11(5.4.42)2iiiiepzzi的计算12ni由土自重引起的桩周第i层土平均竖向有效应力；桩群外围桩自地面算起，桩群内部桩自承台底算起；np地面均布荷载 13（3）单桩下拉荷载的计算1sinniiuq lngQ142.群桩负摩阻力的计算n考虑群桩效应的基桩下拉荷载可按下式计算：n1naxaym5.4.43/5.4.444sisnniinuq l

5、qdssdngQ式中n中性点以上土层数; li中性点以上第i土层的厚度; n负摩阻力群桩效应系数。15群桩效应n群桩效应可按等效圆法计算，即假设独立单桩单位长度的负摩阻力由相应长度范围内半径re形成的土体重量与之等效mm22e2e44sssnnnddqrdqdrq解得-中性点以上桩周土层厚度加权平均负摩阻力m中性点以上桩周土层厚度加权平均重度（地下水位以下取浮重度）。16群桩效应系数注：方桩 d=1.13baxayn2axaymaxaynnn/5.4.444111sreenressAArqdssdAAss矩形面积，圆形面积、分别为纵横向桩的中心距，当计算时，取。17课堂练习题n某高层建筑采用桩

6、箱基础，基础长33.4m，宽30.6m，埋深4.00m。桩基采用400mm400mm钢筋混凝土预制桩，桩长18m，纵横向桩的中心距均为2.0m。根据工程地质勘察报告，该工程场地为第四纪退海地，16.9m以上均为欠固结软弱土层，桩端持力层为中密砂。试计算群桩中任一内部基桩的下拉荷载（地下水位假设在基底）。18承台底以下土层分布 土层序号土类厚度m有效重度kN/m31淤泥质黏土292淤泥883黏土6.911注：淤泥质黏土、淤泥均属软土19解题步骤：n（1）求中性点的位置n（2）求各层土的负摩阻力n（3）求nn（4）求下拉荷载20（1） 中性点的位置l0=16.9-4.0=12.9m查表5.4.4-

7、2得ln/l00.7，则ln0.712.9 9.03m，取ln9.0m，计算至第2层解：21(2) 求负摩阻力qsin1111eeii1nnnn1111219 29kPa20.15 0.25,0.20.2 91.8kPasiezzq 层土：淤泥质粘土属于软土，查表得取222122eeii1nnnn2221219 27 846kPa20.15 0.25,0.20.2 469.2kPasiezzq 层土：计算至9m粉质粘土，查表得取23(3)求n（按式4-41）sax=say=2.0m，d=1.13b=1.130.4=0.452m32 97 88.22kN/m9m 32 1.87 9.27.56k

8、N/m9nsq naxaymn/42.0 2.02.72 1=17.560.4520.4528.224snqdssd取n11 4 0.42 1.87 9.2108.8kNsinniiuq l ngQ254.5.3 减小负摩阻力的工程措施n技术措施主要有降低桩与桩间土的摩擦方法、隔离法、预处理等方法。n（1）桩侧涂层法 在可能产生负摩阻力范围的桩段，采用在桩侧涂沥青或其他化合物的办法来降低土与桩身的摩擦，从而消减负摩阻力。264.5.3 减小负摩阻力的工程措施n（2）预钻孔法 在桩位采用预钻孔，然后将桩插入，在桩周围灌入膨润土混合浆，达到消减负摩阻力的目的。n（3）地基处理法 对于松散填土、欠固

9、结土层，如采用预固结法、强夯法等使土层密实、充分固结；对于湿陷性黄土采用浸水、强夯等方法消除湿陷，从而消减与避免负摩阻力产生。27存在负摩阻力时桩基承载力的验算（补）n对于摩擦型桩，取桩身计算中性点以上侧阻力为零，按下式验算基桩承载力：nNkRa(只计中性点以下部分侧阻及端阻)n对于端承桩，除满足上式以外，尚应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载：nga+RkNQ桩基规范284.6 桩的水平承载力桩的水平承载力n作用于桩顶的水平荷载性质包括：长期作用的水平荷载、反复作用的水平荷载和地震作用所产生的水平力。 294.6.1 水平荷载下桩的工作性状水平荷载下桩的工作性状（1）刚性桩（短桩）（2）半刚性桩

10、（中长桩）（3）柔性桩（长桩）（2）（3）通称弹性桩桩的水平位移过大或桩本身断裂则破坏刚性转动平移一个位移零点多个位移零点304.6.2 水平荷载作用下弹性桩的计算水平荷载作用下弹性桩的计算n分析计算方法主要有：n地基反力系数法（文克勒地基模型）n弹性理论法n有限元法 311.地基反力系数法基本假定nx=kxx （4-44）n常数法（张有龄）、k法、m法、c值法nk法：第一挠曲零点以上按抛物线变化，以下为常数。4.6.2 水平荷载作用下弹性桩的计算水平荷载作用下弹性桩的计算m法：kx=mzc值法： kx=cz0.52.m法计算参数（1）桩的截面计算宽度）桩的截面计算宽度方形截面桩：当实际宽度方

11、形截面桩：当实际宽度b1m时，时，bo=b+1；当；当b1m时，时，bo=1.5b+0.5。圆形截面桩：当桩径圆形截面桩：当桩径dlm时，时，bo=0.9(d+1)；d1m时时:bo=0.9(1.5d+0.5)。（2）E=0.85Ec（混凝土的弹性模量）（混凝土的弹性模量） （3）地基水平抗力系数的比例常数）地基水平抗力系数的比例常数m参考表参考表4-6 333. 单桩计算单桩计算n(1)确定桩顶荷载N0、H0、M0000;FGHMNHMnnn（445）343. 单桩计算单桩计算n(2)桩的挠曲微分方程（材料力学）称为桩的水平变形系数。解得单桩的挠度、弯距、剪力、土的水平抗力x45405044

12、9448d xzxdzmbEI35(3)桩身最大弯矩及其位置由C查表4-7得换算深度()hhz00450MCHmax0452MC M再查表4-7得C对桩顶刚接于承台的桩，其桩身所产生的弯矩和剪力的有效深度为：z4.0/ 则桩身最大弯距的深度max451hz364.6.3 单桩水平静载荷试验单桩水平静载荷试验n1、试验装置374.6.3 单桩水平静载荷试验单桩水平静载荷试验n 对于承受反复作用的水平荷载的桩基，其单桩试验宜采用多循环加卸载方式。每级荷载的增量为预估水平极限承载力的1/101/15，每级各加卸载5次 。2加荷方法384.6.3 单桩水平静载荷试验单桩水平静载荷试验n3试验结果 水平

13、临界荷载水平临界荷载 (Hcr) 是是相当于桩身开裂、受拉相当于桩身开裂、受拉区混凝土不参加工作时区混凝土不参加工作时的桩顶水平力：取的桩顶水平力：取 Ho-t-Uo 曲线出现突变点的曲线出现突变点的前一级荷载。前一级荷载。水平极限荷载水平极限荷载 (Hu) 394.6.3 单桩水平静载荷试验单桩水平静载荷试验n3试验结果 水平临界荷载水平临界荷载 (Hcr) 水平极限荷载水平极限荷载 (Hu) 40n4.6.4 单桩水平承载力特征值单桩水平承载力特征值 对于混凝土预制桩、钢桩、桩身全截面配筋对于混凝土预制桩、钢桩、桩身全截面配筋率大于率大于 0.65 的灌注桩，根据静载试验结的灌注桩，根据静

14、载试验结果取地面处水平位移果取地面处水平位移 为为 10mm ( 对于水平对于水平位移敏感的建筑物取水平位移位移敏感的建筑物取水平位移 6mm ) 所对所对应的荷载为单桩水平承载力特征值。应的荷载为单桩水平承载力特征值。 对于桩身配筋率小于对于桩身配筋率小于 0.65 的灌注桩，取的灌注桩，取单桩水平静载试验的临界荷载为单桩水平承单桩水平静载试验的临界荷载为单桩水平承载力特征值。载力特征值。 414.6.4 单桩水平承载力特征值单桩水平承载力特征值(3) 当缺少单桩水平静载试验资料时，可按当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下列公式估算桩身配筋率小于下列公式估算桩身配筋率小于0. 65 的的灌注

15、桩的单桩水平承载力特征值：灌注桩的单桩水平承载力特征值： （453）0.7542(4) 当缺少单桩水平静载试验资料时，可按当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下式估算预制桩、钢桩、桩身配筋率大于下式估算预制桩、钢桩、桩身配筋率大于0.65的灌注桩等的单桩水平承载力特的灌注桩等的单桩水平承载力特征值：征值： 4.6.4 单桩水平承载力特征值单桩水平承载力特征值（454）0.7543课堂练习题一高填方挡土墙基础下，设置单排打入式钢筋混凝土阻滑桩，桩横截面400mm 400mm，桩长5.5m，桩距0.8m，地基土水平抗力系数的比例常数m为104kN/m4，桩顶约束条件按自由端考虑，试计算当控制桩顶水平位移0a10mm时，每根阻滑桩能对每延米挡土墙提供的水平阻滑力（桩身配筋率大于0.65，桩身抗弯刚度EI5.08 104kNm2)。305Ha0a0.75xm