《基础工程》教案(四1——单桩承载力)解析.ppt

1、基础工程,第七讲,黑龙江工程学院,2,第4章 桩基础设计与计算,4.1 单桩承载力的确定 4.2 单排桩基桩内力与位移的计算 4.3 多排桩基桩内力与位移的计算 4.4 群桩基础的竖向分析及其验算 4.5 承台的设计计算 4.6 桩基础的设计,黑龙江工程学院,3,提 要,内容：单桩容许承载力的确定方法 要求：掌握规范经验公式法单桩轴向容许承载力的确定方法； 有关概念 重点：规范经验公式法确定钻孔灌注摩擦桩单桩轴向受压承载力容许值的方法； 难点：运用规范中单桩轴向受压承载力容许值的经验公式，计算、验算桩长,黑龙江工程学院,4,4.1 单桩承载力,概念： 单桩承载力： 极限承载力： 容许承载力：

2、单桩容许承载力 轴向 横轴向,黑龙江工程学院,5,单桩承载力之单桩轴向容许承载力的确定,计算目的： 1、确定桩长 2、验算桩长,黑龙江工程学院,6,4.1.1 单桩工作机理,(一) 荷载传递与土对桩的支承力 1、桩顶轴向位移（沉降）=桩身弹性压缩+桩底土层压缩 桩身弹性压缩桩与侧土的相对位移 桩底土层压缩桩与侧土的相对位移+桩底支撑反力 2、极限承载力极限摩阻力极限阻力（理论上） 但：不同时发生所需位移量不同土质不同 一般：摩阻力先达到极限 摩擦桩：摩阻力大 柱桩：桩底阻力大 特殊： 长柱桩：摩擦力 长摩擦桩：抗力达不到极限,黑龙江工程学院,7,（二）桩侧摩阻力的影响因素及其分布 因素： 相对

3、位移 土质及状态 分布复杂简化实验曲线 法向应力 施工方法,黑龙江工程学院,8,（三）单桩的破坏模式： 第一种：屈曲破坏。似压杆稳定问题 条件：桩穿过极软弱土层支承于基岩或很坚硬的地层。 控制：桩身强度 实际：细长的嵌岩桩。 第二种：整体剪切破坏。 条件：足够强度的桩穿过抗剪强度较低的土层到强度较高土层。 控制：桩端土强度 实际：摩擦桩（特别细除外） 第三种：刺入破坏。 条件：足够强度的桩入土深度较大或 桩周土抗剪强度较均匀。 控制：土体强度 实际：匀质砂土中的摩擦桩。,黑龙江工程学院,9,承载力由： 桩身材料强度 持力层强度 共同控制 但：多数由土对桩的支承能力控制。 少数（柱桩、长摩擦桩）

4、例外。,（四）确定方的法 多种方法，综合分析： 静载试验 经验公式 静力触探法 动测试桩法 静力分析法,黑龙江工程学院,10,黑龙江工程学院,11,4.1.2 用静载试验确定单桩轴向容许承载力 方法：分级加载 表征：“沉降时间荷载”曲线 特点： 优点：同时兼顾桩身强度与持力层强度 准确 缺点：费用高 时间长 要求：n2,且n2% 施工方法、材料、尺寸、入土深度、土质及分布与设计一致,黑龙江工程学院,12,1、试验装置 锚桩、锚梁、横梁、千斤顶、测表 锚桩与试桩净距3d，且1.5m,黑龙江工程学院,13,2、测试方法：加载沉降沉降稳定读数加载破坏 加载 等分：每级=（1/101/15）破坏荷载

5、递减：每级=（1/2.51/5）（1/101/15）破坏荷载 读数：第1h：2min、5 min、15 min、30 min、45 min、60min各一次， 之后： 每30min一次至沉降稳定 沉降稳定：砂性土：30min，沉降0.1mm 黏性土：60min，沉降0.1mm 破坏：或 沉降S突然增大且S40mm，且 ，且24h未稳定,黑龙江工程学院,14,3、极限荷载和轴向容许承载力的确定 直接计算法 曲线分析法,黑龙江工程学院,15,直接计算法P-S曲线明显转折 破坏荷载 极限荷载 容许荷载,黑龙江工程学院,16,试验曲线分析法（S-logt法）P-S曲线无明显转折 S沉降，t时间，S-l

6、ogt沉降速度法 S-logt曲线出现转折点该级荷载为破坏荷载，前级荷载为,黑龙江工程学院,17,4.2.3 按经验公式法（规范法）,1、摩擦桩 钻、挖孔灌注桩受压 沉桩、管柱受压 桩端后压浆灌注桩 受压 摩擦桩轴拉 2、柱桩 3、单桩轴向受压承载力容许值的抗力系数,黑龙江工程学院,18,（二）按经验公式法（规范法）,1、摩擦桩 钻挖孔灌注桩轴向受压 规范桩尖土的容许承载力 展开为：,黑龙江工程学院,19,展开为： 式中： 单桩轴向受压承载力容许值。桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑； 桩的周长。成孔直径？ 桩端截面面积，对于扩底桩，取扩底截面面积。

7、设计直径对应的桩截面积；当换浆清孔，采用成孔直径 土的层数； 局部冲刷线以下第i层土中的桩长。扩孔部分不计；,黑龙江工程学院,20,与对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值，宜采用单桩摩阻力试验确定，当无试验条件时按表取。 桩端处土的承载力容许值，当持力层为砂土、碎石土时，若计算值超过下列值，宜按下列值采用： 粉砂1000KPa； 细砂1150 KPa； 中砂、粗砂、砾砂1450 KPa； 碎石土2750 KPa； 桩底土承载力的基本容许值；,黑龙江工程学院,21,由一般冲刷线算起， 取桩底土； 一般冲刷线至桩底土的换算容重； 入土长度影响系数； 清底系数，按表。,黑龙江工程学院,22,黑龙江工程学

8、院,23,黑龙江工程学院,24,沉桩（管柱，也可专门试验） 式中： 单桩轴向受压承载力容许值。桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑； 桩身周长； 土的层数； 局部冲刷线以下第i层土中的桩长；,黑龙江工程学院,25,与对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值，宜采用单桩摩阻力试验确定或通过静力触探试验测定，当无试验条件时按表取。 桩端处土的承载力标准值，宜采用单桩摩阻力试验确定或通过静力触探试验测定，当无试验条件时按表取。 分别为振动沉桩对各土层桩侧摩擦力和桩端承载力的影响系数，按表取，对锤击、静压沉桩其值均取为,黑龙江工程学院,26,黑龙江工程学院,27,黑龙江

9、工程学院,28,桩端后压浆灌注桩单桩轴向受压承载力容许值 式中： 桩端后压浆灌注桩的单桩轴向受压承载力容许值(kN)，桩身自重与置换土重(当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力)的差值作为荷载考虑； 第i 层土的侧阻力增强系数，可按表4-8取值，当在饱和土层中压浆时，仅对桩端以上8.012.0m(粗粒土取低值、细粒土取高值)范围的桩侧阻力进行增强修正；当在非饱和土层中压浆时，仅对桩端以上4.05.0m的桩侧阻力进行增强修正；对于非增强影响范围，取1； 端阻力增强系数，可按表4-8取值。,黑龙江工程学院,29,黑龙江工程学院,30,黑龙江工程学院,31,摩擦桩单桩轴拉 式中： 单桩轴向受拉承载力容

10、许值； 桩身周长，对于等直径桩， 对于扩底桩，自桩端起算的桩长 时， 其余长度均取 ？ （其中D为桩的扩底直径，d为桩身直径）； 振动沉桩对各土层桩侧摩阻力的影响系数，按表。对于锤击、静压沉桩和钻孔桩，,黑龙江工程学院,32,是否允许受拉的规定： 不允许：当桩的轴向力由结构自重、预应力、土重、土侧压力、汽车荷载和人群荷载短期效应组合所引起时，桩不允许受拉； 允许：当的轴向力由上述荷载并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，则桩允许受拉。,黑龙江工程学院,33,2、柱桩：支承在基岩上或嵌入基岩内的钻挖桩、沉桩 式中： 单桩轴向受压承载力容许值。桩身自重与置换土

11、重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑； 根据清孔情况、岩土破碎程度等因素而定的端阻发挥系数，按表。 桩端截面面积，对于扩底桩，取扩底截面面积。 桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值，黏土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值，当 小于2MPa时按摩擦桩计算。,黑龙江工程学院,34,根据清孔情况、岩土破碎程度等因素而定的第i层岩层的侧阻发挥系数，按表。 各土层或各岩层部分的桩身周长。 桩嵌入各岩层部分的厚度，不包括强风化层和全风化层。 岩层的层数，不包括强风化层和全风化层,黑龙江工程学院,35,覆盖层土的侧阻发挥系数，根据桩端 确定： 当 时， 当 时， 当 时， 各土层的厚度。 桩

12、侧第i层土的摩阻力标准值，宜采用单桩摩阻力试验值，当无试验条件时分别按钻孔桩或沉桩的表取。 土的层数，强风化层和全风化层按土考虑。,黑龙江工程学院,36,3、单桩轴向受压承载力容许值的抗力系数 适用： 摩擦桩中的钻（挖）孔灌注桩、沉桩 柱桩或嵌岩桩中的钻（挖）孔灌注桩、沉桩 桩端后压浆灌注桩,黑龙江工程学院,37,黑龙江工程学院,38,4.1.4 按动测试桩法确定单桩轴向受压容许承载力 桩顶施加一动载，量测桩土系统的响应信号。 分高应变动测（检承载力、桩身质量）、低应变动测（桩身质量）。 高应变动测分锤击贯入法、波动方程法 另：按静力触探法确定单桩容许承载力 将圆锥形探头按一定速率匀速压入土中

13、，量测其贯入阻力（锥头阻力、侧壁抹阻力）的过程称为静力触探试验。 4.1.5 按静力分析法确定单桩容许承载力 根据土的极限平衡理论和土的强度理论，计算桩底极限阻力和桩侧极限摩阻力,黑龙江工程学院,39,4.1.6 按桩身材料强度确定单桩轴向容许承载力,1、轴心受压 钢砼轴压 （箍筋、螺旋筋等）： （JTG D62-2004）P32：5.3.1式 （螺旋式、焊环式间接钢筋）：当 ；或 箍筋间距80mm或1/5倍的截面核芯直径，构件长细比l0/i48，时 （JTG D62-2004）P33：5.3.2式 注意：截面强度应：1.0倍普通螺旋1.5倍按普通,黑龙江工程学院,40,2、偏心受压 （JTG

14、 D62-2004）P38：5.3.9-1、5.3.9-2式,黑龙江工程学院,41,黑龙江工程学院,42,黑龙江工程学院,43,4.1.7 负摩阻简介,1、概述 正摩阻：桩相对于土向下位移，土对桩产生向上的摩阻。 负摩阻：土相对于桩向下位移，土对桩产生向下的摩阻。 2、产生原因： 1）大面积堆载，引起地面下降。 2）抽取地下水，土层自重固结下沉。 3）桩穿欠压密层进入硬持力层，自重固结下沉。 4）密集群桩打桩时，产生超孔隙水压力，土体大量上涌，随后土体因超孔隙水压力消散而重新固结。 5）因黄土湿陷、冻土融化。 总之：桩穿软弱高压缩性土层而支承在硬持力层易发生。 实际：桥头路堤高填土的桥台易出现

15、负摩阻。,黑龙江工程学院,44,3、危害： 摩擦桩：承载力损失、附加下沉。 柱桩：桩身荷载增大，桩身强度破坏或桩端持力层破坏。,黑龙江工程学院,45,4、判断标准：桩周土位移是否大于桩位移。 5、中性点及其位置 中性点：正负摩阻变换点 位置相对位移 方法：试算、经验公式 6、负摩阻力计算 负摩阻强度 负摩阻合力,黑龙江工程学院,46,4.1.8 单桩横轴向容许承载力确定简介,（一）要求 保证桩身材料强度 地基强度 桩顶水平位移满足使用要求,黑龙江工程学院,47,（二）在横向荷载作用下，桩的破坏机理和特点 情况有二： 1、刚性桩： 桩径较大，入土深度较小，或周围土层较松软，即桩的相对刚度较大 在横向荷载作用下，桩身挠曲变形不明显，如刚体一样绕桩轴某点转动的桩 桩侧土的强度和稳定性决定单桩横轴向容许承载力 2、弹性桩： 当桩径较小，入土深度较大，或周围土层较坚实，即桩的相对刚度较小 在横向荷载作用下，桩身发生挠曲变形的桩 桩身材料抗弯强度和侧向变形条件决定,黑龙江工程学院,48,（三）单桩横轴向容许承载力确定的方法 1、单桩水平静载试验 现场、可靠、可同时获得桩身内力 （1）试验装置 千斤顶施力点应为实际受力点 球铰水平力作用于桩轴 基准桩及百分表 （2）试验方法 单向多循环加卸载多用 慢速连续加载受长期水平荷载时选用 2、分析计算法见弹