《桩竖向极限承载力》PPT课件.ppt

第三节第三节 单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力 单桩的竖向承载力单桩的竖向承载力是指单桩在竖向荷载是指单桩在竖向荷载作用下，作用下，桩桩和和桩周土体桩周土体均均能维持其自身的稳能维持其自身的稳定定，并且，并且变形也在容许范围之内变形也在容许范围之内，能够，能够满足满足建筑物的建筑物的正常使用要求正常使用要求所能所能承受的最大荷载承受的最大荷载。在确定单桩的竖向承载力之前，需要了在确定单桩的竖向承载力之前，需要了解单桩的解单桩的工作性状工作性状，即施加于桩顶的竖向荷，即施加于桩顶的竖向荷载是如何传递到地基中去（桩土体系荷载载是如何传递到地基中去（桩土体系荷载传递规律）？传递规律）？竖向受压桩的荷载传递一、一、竖向荷载作用下单桩的工作机理竖向荷载作用下单桩的工作机理1 1、单桩竖向荷载的传递规律、单桩竖向荷载的传递规律作用于桩顶的竖向荷载作用于桩顶的竖向荷载 Q是由是由桩侧土的总摩阻力桩侧土的总摩阻力 Qs和和桩端土的总抗力桩端土的总抗力 Qp共同承担共同承担的，如图的，如图49（a）所示，根据力的竖向平衡得：所示，根据力的竖向平衡得：Q Qs十十Qp 当桩顶荷载加大当桩顶荷载加大至极限值至极限值时，上式改写为时，上式改写为 Qu Qsu十十Qpu 对桩的荷载传递过程的研究表明对桩的荷载传递过程的研究表明：桩在外荷载桩在外荷载Q Q作用下，桩侧总阻力作用下，桩侧总阻力QsQs与桩端总阻力与桩端总阻力QpQp的发挥过程就是桩土体系荷载的传递过程（的发挥过程就是桩土体系荷载的传递过程（由此由此建立的方程称桩的荷载传递基本方程建立的方程称桩的荷载传递基本方程）。）。桩顶受竖向荷载后，桩身压缩而产生向下位移，桩顶受竖向荷载后，桩身压缩而产生向下位移，桩桩侧表面受到土的侧表面受到土的向上向上摩阻力摩阻力q qs s，桩，桩侧土体产生剪切变形侧土体产生剪切变形，并并使桩身荷载传递到桩周土层中去使桩身荷载传递到桩周土层中去，从而使得从而使得桩身荷载桩身荷载与桩身压缩变形与桩身压缩变形随深度递减随深度递减。随着荷载的增加，。随着荷载的增加，桩端出桩端出现竖向位移和桩端反力现竖向位移和桩端反力q qp p。桩端位移加大了桩身各截面。桩端位移加大了桩身各截面的位移，并使桩侧阻力进一步发挥。的位移，并使桩侧阻力进一步发挥。一般说来，一般说来，靠近桩身上部土层的侧阻力靠近桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥，先于下部土层发挥，由于发挥桩端阻力所由于发挥桩端阻力所需的极限位移，明显大于桩侧阻力发挥所需的极限位移，明显大于桩侧阻力发挥所需的极限位移，需的极限位移，故侧阻力先于端阻力发挥故侧阻力先于端阻力发挥出来。出来。当桩身摩阻力当桩身摩阻力全部发挥全部发挥出来达到极限后，若继出来达到极限后，若继续增加荷载，荷载增量将续增加荷载，荷载增量将全部由桩端阻力承担全部由桩端阻力承担。由于桩端持力层的大量压缩和塑性变形，位移增由于桩端持力层的大量压缩和塑性变形，位移增加速度显著增大，直至桩端阻力达到极限，位移加速度显著增大，直至桩端阻力达到极限，位移迅速增大至破坏。此时，迅速增大至破坏。此时，桩达到其极限承载力桩达到其极限承载力。对对桩的荷载传递规律桩的荷载传递规律可归纳如下：可归纳如下：竖向荷载作用下桩土体系荷载传递过程竖向荷载作用下桩土体系荷载传递过程可简单描述为：可简单描述为：桩身位移桩身位移s s（z z）和桩身荷载和桩身荷载Q Q（z z）随深度递减随深度递减，侧摩阻力，侧摩阻力q qs s（z z）自上而自上而下逐步发挥下逐步发挥。s（z）、Q（z）和和 qs（z）三三者之间的关系可通过数学表达式加以描述（者之间的关系可通过数学表达式加以描述（式式 4-1 桩的荷载传递基本方程桩的荷载传递基本方程）。）。单桩的荷载传递分析单桩的荷载传递分析 对于对于一般摩擦桩一般摩擦桩，当顶部作用有竖向荷载当顶部作用有竖向荷载Q时时，其其桩顶位移桩顶位移S0一般一般由两部分组成由两部分组成，一部分为，一部分为桩端下桩端下沉量沉量sp，它包括由桩侧荷载引起的桩端以下土体压，它包括由桩侧荷载引起的桩端以下土体压缩和桩尖刺人桩端土层而引起的缩和桩尖刺人桩端土层而引起的桩身整体位移桩身整体位移；另；另一部分则为一部分则为桩身材料桩身材料在轴力在轴力N作用下产生的压缩变形作用下产生的压缩变形Ss（见图（见图49b），可表示为），可表示为S0 SP十十Ss。为了解桩侧摩阻力为了解桩侧摩阻力qs与轴力与轴力N和桩身截面位移和桩身截面位移s的的关系，可进行专门的试验研究。例如图关系，可进行专门的试验研究。例如图49（a）所）所示为一根试验单桩，长度为示为一根试验单桩，长度为L，截面积为，截面积为A，周长，周长u，可预先沿桩身不同截面埋设应力计，测出各截面的可预先沿桩身不同截面埋设应力计，测出各截面的应力，从而可算出各截面轴力应力，从而可算出各截面轴力N（z）沿桩身）沿桩身z的分布的分布曲线。显然，当摩擦阻力曲线。显然，当摩擦阻力qs方向向上时，方向向上时，N（z）将）将随深度的增加而减小。例如图随深度的增加而减小。例如图49（d）所示。）所示。桩的轴向力与桩侧摩阻力、桩身位移的关系 现从桩身任意深度现从桩身任意深度z处取处取dZ微分段，其微分段，其受力状况见图受力状况见图49（a），根据微分段的竖），根据微分段的竖向力平衡条件（忽略桩身自重），可得向力平衡条件（忽略桩身自重），可得4-1式桩的荷载传递基本方程式桩的荷载传递基本方程：上式表明，上式表明，任意深度处单位侧摩阻力任意深度处单位侧摩阻力qs的大小与该处轴力的大小与该处轴力N（z）的变化率成正比）的变化率成正比，且方向相反且方向相反。只要测得桩身轴力。只要测得桩身轴力 N（z）的）的分布曲线，即可用此式求桩侧摩阻力的大分布曲线，即可用此式求桩侧摩阻力的大小与分布。小与分布。如果在试桩时，如果在试桩时，同时测出桩顶竖向位移同时测出桩顶竖向位移s0及桩的弹性模量及桩的弹性模量E则还可利用上述已测知的则还可利用上述已测知的轴力分布曲线轴力分布曲线N（z），根据材料力学公式，根据材料力学公式，求出求出桩端位移桩端位移Sp和和任意深度处的桩身截面位任意深度处的桩身截面位移移S（z），即），即 注意：图注意：图4-9中的中的荷载传递曲线（荷载传递曲线（Nz曲曲线）线）、侧阻分布曲线（侧阻分布曲线（qsz曲线）曲线）及及桩截面桩截面位移曲线（位移曲线（sz曲线曲线），），都是随着桩顶荷载都是随着桩顶荷载Q的增加而不断变化的的增加而不断变化的。如何采用不同荷载作用下的荷载传递曲线，如何采用不同荷载作用下的荷载传递曲线，了解侧阻力和端阻力随荷载增大的发展变化、了解侧阻力和端阻力随荷载增大的发展变化、它们的发挥程度及两种阻力与桩身位移的关它们的发挥程度及两种阻力与桩身位移的关系等规律，无疑对合理地确定桩的承载力和系等规律，无疑对合理地确定桩的承载力和进行桩基础的设计是很有意义的。进行桩基础的设计是很有意义的。（1 1）桩侧阻力）桩侧阻力 桩与桩之间相对位移的大小，直接影响其阻力的桩与桩之间相对位移的大小，直接影响其阻力的发挥程度。国内外原型桩和模型试验表明：发挥程度。国内外原型桩和模型试验表明：当桩与桩当桩与桩周土之间仅有非常小的相对位移时，桩侧摩阻力就发周土之间仅有非常小的相对位移时，桩侧摩阻力就发生了生了。在在粘性土粘性土中，使桩侧摩阻力中，使桩侧摩阻力全部发挥全部发挥的相对位移的相对位移量约量约为为46mm，在，在砂土砂土中约为中约为610mm，这一位，这一位移量不受桩的尺寸或长度的影响。移量不受桩的尺寸或长度的影响。(大直径钻孔灌注桩大直径钻孔灌注桩，如果孔壁呈凹凸形，发挥侧如果孔壁呈凹凸形，发挥侧摩阻力需要的极限位移较大，可达摩阻力需要的极限位移较大，可达20mm以上，甚至以上，甚至40mm，约为桩径的，约为桩径的2.2%，如果孔壁平直光滑，发挥，如果孔壁平直光滑，发挥侧摩阻力需要的极限位移较小，只有侧摩阻力需要的极限位移较小，只有34mm。)2 2、桩侧阻力和桩端阻力、桩侧阻力和桩端阻力 桩侧摩阻力沿桩身的分布受多种因素桩侧摩阻力沿桩身的分布受多种因素（如桩的（如桩的类型、沉桩方法、土的种类及性质等）类型、沉桩方法、土的种类及性质等）的影响的影响。根据试验研究结果得出：根据试验研究结果得出：一般粘性土中的桩，其摩阻力沿桩身分布的一般粘性土中的桩，其摩阻力沿桩身分布的形状，常近乎抛物线，在桩顶处摩阻力为零，桩形状，常近乎抛物线，在桩顶处摩阻力为零，桩身中段处的摩阻力则比桩的下段大身中段处的摩阻力则比桩的下段大（图图49c）。而而在砂土中的桩在砂土中的桩，其摩阻力从地面开始约其摩阻力从地面开始约520倍桩径（打人桩约为倍桩径（打人桩约为1020倍桩径；灌注桩约倍桩径；灌注桩约为为510倍桩径）范围内随深度增加而增大。倍桩径）范围内随深度增加而增大。深度深度更大处的摩阻力则接近均匀分布或逐渐减小更大处的摩阻力则接近均匀分布或逐渐减小。（2 2）桩端阻力）桩端阻力 桩端处的阻力是在荷载作用下桩与桩周土之间桩端处的阻力是在荷载作用下桩与桩周土之间产生相对位移到一定程度之后，荷载传至桩端处产生相对位移到一定程度之后，荷载传至桩端处引起土的压缩变形而产生的引起土的压缩变形而产生的。当作用于桩顶的荷载当作用于桩顶的荷载Q不断增大，不断增大，桩侧摩阻桩侧摩阻力完全发挥达到极限值后，力完全发挥达到极限值后，继续增加的荷载就靠继续增加的荷载就靠桩端阻力的增大来承担桩端阻力的增大来承担，直到桩端下的土体达到，直到桩端下的土体达到极限平衡，桩端阻力也达到极限值，此时桩所承极限平衡，桩端阻力也达到极限值，此时桩所承受的荷载即为受的荷载即为极限承载力极限承载力Qu。由于桩端阻力是桩侧阻力发挥到一定程度之后才由于桩端阻力是桩侧阻力发挥到一定程度之后才开始发生的开始发生的，因此，因此，要使桩端阻力充分发挥就需要要使桩端阻力充分发挥就需要比桩侧阻力全部发挥时的桩与土之间的比桩侧阻力全部发挥时的桩与土之间的相对位移量相对位移量大得多的相对位移量大得多的相对位移量。试验研究结果表明，试验研究结果表明，在给定的地基条件下，充分在给定的地基条件下，充分发挥桩端阻力所需的桩与土之间的发挥桩端阻力所需的桩与土之间的相对位移量是桩相对位移量是桩径（或边长）的函数。径（或边长）的函数。对于一般土，桩与土之间相对位移为倍桩径；对对于一般土，桩与土之间相对位移为倍桩径；对于坚硬粘土，为倍桩径；对砂土，为于坚硬粘土，为倍桩径；对砂土，为0.08倍桩径。倍桩径。在不同的桩顶荷载作用下，桩侧总摩阻力和桩端在不同的桩顶荷载作用下，桩侧总摩阻力和桩端总阻力的比值总阻力的比值并非是一个常数并非是一个常数。可见桩顶荷载传递。可见桩顶荷载传递过程是较复杂的。过程是较复杂的。1)摩擦型桩摩擦型桩 摩摩擦擦型型桩桩是是指指在在竖竖向向极极限限荷荷载载作作用用下下，桩桩顶顶荷荷载载全全部部或或主主要要由由桩桩侧侧阻阻力力承承受受。根根据据桩桩侧侧阻阻力力分分担担荷荷载载的的大大小小，摩摩擦擦型型桩桩分分为为摩摩擦擦桩桩和和端端承承摩摩擦擦桩桩两两类。类。（3）桩侧、桩端阻力的荷载分担比与桩的分类）桩侧、桩端阻力的荷载分担比与桩的分类 桩侧、桩端阻力的荷载分担情况，除了与桩侧、桩侧、桩端阻力的荷载分担情况，除了与桩侧、桩端土的性质有关以外，还与桩端土的性质有关以外，还与桩土相对刚度桩土相对刚度、长径比长径比l/d有关有关。桩土相对刚度越大，长径比桩土相对刚度越大，长径比l/d越小越小，桩端传桩端传递的荷载就越大。递的荷载就越大。按桩侧阻力与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比，按桩侧阻力与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比，将桩分为摩擦型桩和端承型桩将桩分为摩擦型桩和端承型桩两大类和四个亚类两大类和四个亚类。在深厚的软弱土层作中，无较硬的土层作为在深厚的软弱土层作中，无较硬的土层作为桩端持力层，或桩端持力层虽然较坚硬但桩的桩端持力层，或桩端持力层虽然较坚硬但桩的长长径比径比l/d很大很大，传递到桩端的轴力很小，以至在极，传递到桩端的轴力很小，以至在极限荷载作用下，桩顶荷载绝大部分由桩侧阻力承限荷载作用下，桩顶荷载绝大部分由桩侧阻力承受，桩端阻力很小可忽略的桩，称其为摩擦桩。受，桩端阻力很小可忽略的桩，称其为摩擦桩。当桩的当桩的l/d不很大，桩端持力层为较坚硬的粘不很大，桩端持力层为较坚硬的粘性土、粉土和砂类土时，除桩侧阻力外，还有一性土、粉土和砂类土时，除桩侧阻力外，还有一定的桩端阻力桩顶荷载由桩侧阻力和桩端阻力共定的桩端阻力桩顶荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，但大部分由桩侧阻力承受的桩，称其为同承担，但大部分由桩侧阻力承受的桩，称其为端承摩擦桩。这类桩所占比例很大。端承摩擦桩。这类桩所占比例很大。端端承承型型桩桩是是指指在在竖竖向向极极限限荷荷载载作作用用下下，桩桩顶顶荷荷载载全全部部或或主主要要由由桩桩端端阻阻力力承承受受，桩桩侧侧阻阻力力相相对对桩桩端端阻阻力力而而言言较较小小，或或可可忽忽略略不不计计的的桩桩。根根据据桩桩端端阻阻力力发发挥挥的的程程度度和和分分担担荷荷载载的的比比例例，又又可可分分为为摩摩擦擦端端承承桩和端承桩两类。桩和端承桩两类。桩端进入中密以上的砂土、碎石类土或中、微化桩端进入中密以上的砂土、碎石类土或中、微化岩层，桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承岩层，桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承担，而主要由桩端阻力承受，称其为摩擦端承桩。担，而主要由桩端阻力承受，称其为摩擦端承桩。当桩的当桩的l/d较小较小(一般小于一般小于10)，桩身穿越软弱土层，桩身穿越软弱土层，桩端设置在密实砂层，碎石类土层中、微风化岩层桩端设置在密实砂层，碎石类土层中、微风化岩层中，桩顶荷载绝大部分由桩端阻力承受，桩侧阻力中，桩顶荷载绝大部分由桩端阻力承受，桩侧阻力很小可忽略不计时，称其为端承桩。很小可忽略不计时，称其为端承桩。对于钻（冲）孔灌注桩，桩侧与桩荷载分担比还对于钻（冲）孔灌注桩，桩侧与桩荷载分担比还与孔底沉渣有关，一般为摩擦型桩。与孔底沉渣有关，一般为摩擦型桩。2)端承型桩端承型桩 （4 4）极限桩侧阻力、桩端阻力的影响因素）极限桩侧阻力、桩端阻力的影响因素1)深度深度效应效应 当桩端进入均匀持力层的深度当桩端进入均匀持力层的深度h小于某一深小于某一深度时，其端阻力一直随着深度线性增大度时，其端阻力一直随着深度线性增大；当进入当进入深度大于某个深度后，极限端阻力基本保持恒定深度大于某个深度后，极限端阻力基本保持恒定不变不变，该深度称为端阻力的，该深度称为端阻力的临界深度临界深度hcp，该恒定，该恒定极限端阻力称为极限端阻力称为端阻稳定值端阻稳定值qpl。Hcp随随砂的相对密度砂的相对密度Dr和桩径和桩径的的增大而增大增大而增大，随覆盖压力随覆盖压力p0的的增大而减小增大而减小。qpl随砂的相对密度随砂的相对密度Dr的增大而增大，而与桩径和覆盖压力的增大而增大，而与桩径和覆盖压力p0无关。无关。但但端端阻阻力力将将受受其其下下存存在在的的软软弱弱下下卧卧层层影影响响而而降降低低，端端阻阻的的临临界界厚厚度度tc主主要要随随砂砂的的相相对对密密度度Dr和和桩桩径径d的的增增大而增大大而增大。在在上上海海、安安徽徽蚌蚌埠埠对对桩桩端端进进入入粉粉砂砂不不同同深深度度的的打打入桩进行了系列入桩进行了系列试验表明试验表明：临界深度在临界深度在7d以上，端阻的临界厚度为（以上，端阻的临界厚度为（5-7）d；硬硬粘粘性性土土中中的的临临界界深深度度与与临临界界厚厚度度接接近近相相等等，hcp tc 7d。2)成桩效应成桩效应 (a)挤土桩、部分挤土桩的成桩效应挤土桩、部分挤土桩的成桩效应 非密实砂土中的挤土桩非密实砂土中的挤土桩，成桩过程使桩周土因挤压，成桩过程使桩周土因挤压而趋于密实，而趋于密实，导致桩侧、桩端阻力提高导致桩侧、桩端阻力提高。对于桩群，桩。对于桩群，桩周土的挤密效应更为显著。周土的挤密效应更为显著。饱和粘土中的挤土桩饱和粘土中的挤土桩，成桩过程使桩周土受到挤压、，成桩过程使桩周土受到挤压、扰动、重塑，产生超孔隙水压力，随后出现孔压消散、扰动、重塑，产生超孔隙水压力，随后出现孔压消散、再固结和触变恢复，再固结和触变恢复，导致侧阻力、端阻力产生显著的时导致侧阻力、端阻力产生显著的时间效应，间效应，即软粘土中挤土摩擦型桩的承载力随时间而增即软粘土中挤土摩擦型桩的承载力随时间而增长，距离沉桩时间越近，增长速度越快。长，距离沉桩时间越近，增长速度越快。(b)非挤土桩的成桩效应非挤土桩的成桩效应 非挤土桩（钻、冲、挖孔灌注桩）在成孔过程由于非挤土桩（钻、冲、挖孔灌注桩）在成孔过程由于孔壁侧向应力解除，出现侧向土松弛变形。孔壁侧向应力解除，出现侧向土松弛变形。孔壁土的松孔壁土的松弛效应导致土体强度削弱，桩侧阻力随之降低。弛效应导致土体强度削弱，桩侧阻力随之降低。采用采用泥浆护壁成孔的灌注桩泥浆护壁成孔的灌注桩，在桩土界面之间将，在桩土界面之间将形成形成“泥皮泥皮”的软弱界面的软弱界面，导致桩侧阻力显著降低，导致桩侧阻力显著降低，泥浆越稠、成孔时间越长，泥浆越稠、成孔时间越长，“泥皮泥皮”越厚，桩侧阻力越厚，桩侧阻力降低越多降低越多。如果形成的孔壁比较粗糙。如果形成的孔壁比较粗糙(凹凸不平凹凸不平)，由，由于混凝土与土之间的于混凝土与土之间的咬合作用咬合作用，接触面的抗剪强度受，接触面的抗剪强度受泥皮的影响较小，泥皮的影响较小，使得桩侧摩阻力能得到比较充分的使得桩侧摩阻力能得到比较充分的发挥发挥。对于非挤土桩，成桩过程对于非挤土桩，成桩过程桩端土不仅不产生挤密桩端土不仅不产生挤密，反而出现虚土或沉渣现象反而出现虚土或沉渣现象，因而使端阻力降低，沉渣，因而使端阻力降低，沉渣越厚，端阻力降低越多。越厚，端阻力降低越多。这说明钻孔灌注桩承载特性这说明钻孔灌注桩承载特性受很多施工因素的影响，施工质量较难控制。掌握成受很多施工因素的影响，施工质量较难控制。掌握成熟的施工工艺，加强质量管理对工程的可靠性显得尤熟的施工工艺，加强质量管理对工程的可靠性显得尤为重要。为重要。3 3、桩侧负摩阻力、桩侧负摩阻力 前面讨论的是在前面讨论的是在正常情况下正常情况下桩和周围土体之间桩和周围土体之间的荷载传递情况的荷载传递情况，即在桩顶荷载作用下，即在桩顶荷载作用下，桩相对桩相对桩周土体产生向下的位移，因而土对桩侧产生向桩周土体产生向下的位移，因而土对桩侧产生向上的摩擦力，构成了桩承载力的一部分，上的摩擦力，构成了桩承载力的一部分，称为称为正正摩阻力摩阻力。但是在某些但是在某些特殊情况下特殊情况下，桩周土层的下沉量大，桩周土层的下沉量大于相应深度处桩身的下沉量，于相应深度处桩身的下沉量，即土层相对桩产生即土层相对桩产生向下的位移时，土对桩侧产生向下的摩擦力，这向下的位移时，土对桩侧产生向下的摩擦力，这种摩擦力称为种摩擦力称为负摩阻力负摩阻力（见图（见图410）。）。负摩阻力的存在将导致增大桩身荷载（或降负摩阻力的存在将导致增大桩身荷载（或降低了桩的承载力），并增大桩基的沉降危害！低了桩的承载力），并增大桩基的沉降危害！负摩阻力的分布与中性点（1）负摩阻力的产生条件（2）负摩阻力的分布）负摩阻力的分布 正负摩阻力分界的地方，即桩土之间不发生相对正负摩阻力分界的地方，即桩土之间不发生相对位移的截面称为位移的截面称为中性点中性点（见图（见图4-10（b）。）。在中性在中性点以上点以上，土层相对于桩产生向下的位移土层相对于桩产生向下的位移，在这部分桩在这部分桩长范围内出现长范围内出现负摩阻力负摩阻力；在；在中性点以下中性点以下，桩截面产生桩截面产生相对于土层的向下位移，因而产生桩侧相对于土层的向下位移，因而产生桩侧正摩阻力正摩阻力，同，同时在中性点处下拉荷载（即由负摩阻力在桩身引起的时在中性点处下拉荷载（即由负摩阻力在桩身引起的最大轴力）达到最大值（见图最大轴力）达到最大值（见图4-10（d）。）。中性点的深度中性点的深度Ln与桩周土的压缩性和变形条件及与桩周土的压缩性和变形条件及桩和持力层土的刚度等因素有关，桩和持力层土的刚度等因素有关，理论上可根据桩的理论上可根据桩的竖向位移和桩周土的竖向位移相等处来确定，竖向位移和桩周土的竖向位移相等处来确定，但实际但实际上准确确定中性点的位置比较困难。上准确确定中性点的位置比较困难。一些一些实测资料表明实测资料表明：对于欠固结的软弱土层中的摩擦型桩，中性点的对于欠固结的软弱土层中的摩擦型桩，中性点的位置大多在桩长的位置大多在桩长的7080深度处；深度处；对于穿过软土、自重湿陷性黄土，支撑在基岩、对于穿过软土、自重湿陷性黄土，支撑在基岩、砂卵石上的端承型桩，当沉降在允许范围之内时，砂卵石上的端承型桩，当沉降在允许范围之内时，中性点的位置在桩长的中性点的位置在桩长的8595深度处，深度处，当桩沉当桩沉降量接近于零时，负摩阻力可分布于全桩身，中性降量接近于零时，负摩阻力可分布于全桩身，中性点接近基岩面。点接近基岩面。在有可压缩土层在有可压缩土层L0的范围内，中性点深度的范围内，中性点深度Ln是是随桩端持力层的强度和刚度的增大而增加的，表随桩端持力层的强度和刚度的增大而增加的，表4-2为建筑桩基规范给出的中性点深度为建筑桩基规范给出的中性点深度Ln与桩周软与桩周软弱土层下限深度弱土层下限深度L0之比，即中性点深度比之比，即中性点深度比Ln/L0的经的经验值，可供设计时参考。验值，可供设计时参考。4-3所示对于砂类土，可按下式估算：对于砂类土，可按下式估算：N桩周土经钻杆长度修正的平均标准贯入试验击数桩周土经钻杆长度修正的平均标准贯入试验击数 在工程实际中，应尽量减小桩基负摩阻力使桩在工程实际中，应尽量减小桩基负摩阻力使桩竖向承载力降低的影响，在设计和施工时针对性的竖向承载力降低的影响，在设计和施工时针对性的采取一些有效预防措施：采取一些有效预防措施：例如：例如：a、对于欠固结土层、湿限性土层、冻融土层、对于欠固结土层、湿限性土层、冻融土层、液化土层、地下水位变动范围，以及受地面堆载影液化土层、地下水位变动范围，以及受地面堆载影响而发生沉降的土层中的预制钢筋混凝土桩和钢桩，响而发生沉降的土层中的预制钢筋混凝土桩和钢桩，一般采用在产生负摩阻力的一段桩身上涂以软沥青一般采用在产生负摩阻力的一段桩身上涂以软沥青涂层的办法来减小负摩阻力，施工时注意不要将涂涂层的办法来减小负摩阻力，施工时注意不要将涂层扩展到需要利用桩侧正摩阻力桩身部分的层扩展到需要利用桩侧正摩阻力桩身部分的。b、对穿过欠固结等土层支承于坚硬持力层上的灌、对穿过欠固结等土层支承于坚硬持力层上的灌注桩，可采用下列措施来减小负摩阻力：注桩，可采用下列措施来减小负摩阻力：1)在沉降土层范围内采用双管套桩，使内管承在沉降土层范围内采用双管套桩，使内管承受桩顶荷载，外管承受负摩阻力，在内、外管之受桩顶荷载，外管承受负摩阻力，在内、外管之间填以润滑物质（充填高稠度膨润土泥浆），以间填以润滑物质（充填高稠度膨润土泥浆），以使外管所受负摩阻力尽量少传到内管上去；使外管所受负摩阻力尽量少传到内管上去；2)对钢桩再加一层厚对钢桩再加一层厚3mm的塑料薄膜（兼做的塑料薄膜（兼做防锈蚀用），来消除或降低负摩阻力的影响等。防锈蚀用），来消除或降低负摩阻力的影响等。二、竖向荷载下单桩的破坏模式二、竖向荷载下单桩的破坏模式 竖向受压单桩的竖向受压单桩的破坏模式破坏模式与与桩的传力性状桩的传力性状（桩（桩的尺寸、桩的类型）、的尺寸、桩的类型）、桩身材料桩身材料和和桩周土体性能桩周土体性能有着密切关系。有着密切关系。了解单桩的受力破坏特点，对正确确定单桩承了解单桩的受力破坏特点，对正确确定单桩承载力具有指导意义。在竖向荷载作用下桩的破坏载力具有指导意义。在竖向荷载作用下桩的破坏形态各异，形态各异，归纳归纳起来大致有如下起来大致有如下两大类两大类：1桩身结构破坏桩身结构破坏 2桩周土体破坏桩周土体破坏1桩身结构破坏桩身结构破坏屈曲破坏屈曲破坏 桩端支承在很硬的岩土层或穿过极软土层时，桩端支承在很硬的岩土层或穿过极软土层时，在竖向荷载作用下，桩端土提供的承载力超过桩在竖向荷载作用下，桩端土提供的承载力超过桩身结构所能承受的荷载，桩先于桩周土体产生身结构所能承受的荷载，桩先于桩周土体产生折折裂或屈服破坏裂或屈服破坏。这种破坏在荷载沉降（。这种破坏在荷载沉降（Qs）曲线上将出现明显的转折点，即破坏荷载，如上曲线上将出现明显的转折点，即破坏荷载，如上图所示。图所示。一般细长的嵌岩桩或超长的摩擦桩如超长薄一般细长的嵌岩桩或超长的摩擦桩如超长薄壁管桩和壁管桩和H形桩等，容易发生此类破坏。此时形桩等，容易发生此类破坏。此时桩桩的竖向承载力取决于桩身结构强度的竖向承载力取决于桩身结构强度。2桩周土体破坏桩周土体破坏整体剪切破坏和刺入破坏整体剪切破坏和刺入破坏 桩穿过抗剪强度较低的软弱土层支承于较硬的持桩穿过抗剪强度较低的软弱土层支承于较硬的持力层中，桩端压力超过持力土层的极限承载力时，桩力层中，桩端压力超过持力土层的极限承载力时，桩端以上的软弱土体不能阻止桩端滑动土楔的形成，桩端以上的软弱土体不能阻止桩端滑动土楔的形成，桩端土体形成连续的整体滑移面，滑动土楔向上挤出而端土体形成连续的整体滑移面，滑动土楔向上挤出而形成形成整体剪切破坏整体剪切破坏。如上图（。如上图（b）所示，其）所示，其QS曲线曲线有明显的转折点。有明显的转折点。此类桩的承载力主要取决于桩端土此类桩的承载力主要取决于桩端土的支承能力（的支承能力（一般的打入式短桩、钻扩短桩会发生）。另一种桩周土体破坏的形式体现在穿过均匀土层的另一种桩周土体破坏的形式体现在穿过均匀土层的摩擦桩，随着桩顶荷载的增加，桩周土摩阻力不断发摩擦桩，随着桩顶荷载的增加，桩周土摩阻力不断发挥至极限值，桩周土体产生剪切（刺入）破坏。如上挥至极限值，桩周土体产生剪切（刺入）破坏。如上图（图（C）所示，其）所示，其QC曲线无明显的拐点，曲线无明显的拐点，作用在桩作用在桩顶的竖向荷载主要由桩侧土摩阻力承担（顶的竖向荷载主要由桩侧土摩阻力承担（一般钻孔灌注桩会发生）。综上所述，综上所述，单桩竖向承载力单桩竖向承载力取决于桩周土对桩取决于桩周土对桩的支承能力和桩自身的结构强度所允许的最大竖向的支承能力和桩自身的结构强度所允许的最大竖向荷载，荷载，因此因此单桩竖向承载力应分别按照桩身的结构单桩竖向承载力应分别按照桩身的结构强度和地基土对桩的支承能力来确定，取其中最小强度和地基土对桩的支承能力来确定，取其中最小值值。为了保证单桩安全可靠地传递荷载，桩身结构为了保证单桩安全可靠地传递荷载，桩身结构必须有足够的强度。设计时，桩身结构可以选择，必须有足够的强度。设计时，桩身结构可以选择，而地基土的支承能力只能依现场条件而定，因此而地基土的支承能力只能依现场条件而定，因此后后者往往成为单桩竖向承载力的控制因素者往往成为单桩竖向承载力的控制因素。在设计时在设计时常常先根据地基土对桩的支承能力确定单桩竖向承常常先根据地基土对桩的支承能力确定单桩竖向承载力，然后根据该承载力并考虑有一定的安全储备载力，然后根据该承载力并考虑有一定的安全储备选择桩身材料。选择桩身材料。三、三、单桩竖向极限承载力的确定单桩竖向极限承载力的确定 单单桩桩竖竖向向极极限限承承载载力力是是指指单单桩桩在在竖竖向向荷荷载载作作用用下下到到达达破破坏坏状状态态前前或或出出现现不不适适于于继继续续承承载载的的变变形所对应的最大荷载形所对应的最大荷载。目前，根据桩周土的变形和强度确定单桩竖目前，根据桩周土的变形和强度确定单桩竖向承载力的方法较多，确定单桩极限承载力的方向承载力的方法较多，确定单桩极限承载力的方法主要有法主要有：静载荷试验法、经验参数法、静力触静载荷试验法、经验参数法、静力触探法、动力分析法等探法、动力分析法等。单桩静载荷试验法单桩静载荷试验法是确定单桩竖向承载力的是确定单桩竖向承载力的最最可靠方法，可靠方法，但单桩静载荷试验的费用、时间、人但单桩静载荷试验的费用、时间、人力消耗较大力消耗较大。在工程实际中，一般依桩基工程的。在工程实际中，一般依桩基工程的重要性和建筑场地的复杂程度，并利用地质条件重要性和建筑场地的复杂程度，并利用地质条件相同的试桩资料、触探资料及土的物理指标的经相同的试桩资料、触探资料及土的物理指标的经验关系参数，慎重选择一种或几种方法相结合的验关系参数，慎重选择一种或几种方法相结合的方式综合确定单桩的竖向承载力，力争所选方法方式综合确定单桩的竖向承载力，力争所选方法既可靠又经济合理。既可靠又经济合理。单桩竖向极限承载力主要取决于单桩竖向极限承载力主要取决于两个方面两个方面：一是土对桩的支承能力；一是土对桩的支承能力；二是桩身本身的材料强度。二是桩身本身的材料强度。一般情况下桩的承载力由土的支承能力所控制，一般情况下桩的承载力由土的支承能力所控制，而桩的材料强度往往不能充分发挥。只有对端承桩、而桩的材料强度往往不能充分发挥。只有对端承桩、超长桩以及桩身有质量缺陷的桩，材料强度才起控超长桩以及桩身有质量缺陷的桩，材料强度才起控制作用。制作用。教材介绍方法主要是按桩周土的支承能力确定教材介绍方法主要是按桩周土的支承能力确定单桩承载力单桩承载力 建筑桩基规范对建筑桩基规范对单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力标准值标准值Quk确定的规定确定的规定如下：如下：a、对设计等级为甲级的建筑桩基应通过现场静载荷试验法确定；静载荷试验法确定；b、对设计等级为乙级的建筑桩基，一般情况下应通过单桩静载荷试验法确定；静载荷试验法确定；地质地质情况简单，可参照地质条件相同的试桩，结情况简单，可参照地质条件相同的试桩，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定；合静力触探等原位测试和经验参数综合确定；c、对、对设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验参数综合确定原位测试和经验参数综合确定（一）按桩周土的支承能力确定单桩承载力（一）按桩周土的支承能力确定单桩承载力1单桩静载荷试验单桩静载荷试验 单桩静载荷试验是在试验桩上分级施加静荷单桩静载荷试验是在试验桩上分级施加静荷载，直至破坏为止，从而求得桩的极限承载力。载，直至破坏为止，从而求得桩的极限承载力。由于打桩对土体有扰动现象，所以由于打桩对土体有扰动现象，所以试桩试桩从成桩从成桩到开始试验应有一定的时间到开始试验应有一定的时间，该时间视成桩条，该时间视成桩条件和试验方法而定。件和试验方法而定。在桩身强度达到设计强度的前提下，对于在桩身强度达到设计强度的前提下，对于砂砂类土不得少于类土不得少于10天；粉土和粘性土不得少于天；粉土和粘性土不得少于15天天，饱和软粘土不得少于饱和软粘土不得少于25天（天（对于淤泥或淤对于淤泥或淤泥质土，不应少于泥质土，不应少于25天），天），对灌注对灌注桩应在桩身桩应在桩身混凝土强度达到设计强度后，才能开始进行荷混凝土强度达到设计强度后，才能开始进行荷载试验。载试验。建筑桩基技术规范规定：建筑桩基技术规范规定：在同一条件下，进行静载荷试验的桩数在同一条件下，进行静载荷试验的桩数不不宜少于总桩数的宜少于总桩数的1%，且不应少于，且不应少于3根。根。工程桩总桩数在工程桩总桩数在50根以内时不应少于根以内时不应少于2根。根。关于单桩竖向静载（抗压）试验的方法、关于单桩竖向静载（抗压）试验的方法、终止加载条件以及单桩竖向承载力标准值终止加载条件以及单桩竖向承载力标准值的确定详见建筑桩基技术规范的确定详见建筑桩基技术规范JGJ942008。（1 1）静载荷试验装置及方法）静载荷试验装置及方法单桩静荷载试验的装置单桩静荷载试验的装置单桩静荷载试验的装置单桩静荷载试验的装置(a)(a)(a)(a)锚桩横梁反力装置锚桩横梁反力装置锚桩横梁反力装置锚桩横梁反力装置 (b)(b)(b)(b)压重反力装置压重反力装置压重反力装置压重反力装置单桩荷载单桩荷载单桩荷载单桩荷载-沉降（沉降（沉降（沉降（Q-sQ-sQ-sQ-s）曲线）曲线）曲线）曲线 单桩沉降单桩沉降单桩沉降单桩沉降s-lgts-lgts-lgts-lgt曲线曲线曲线曲线 各试桩其极差不超过平均值的各试桩其极差不超过平均值的30%30%时，时，可取其平均值为单桩竖向极限承载力。可取其平均值为单桩竖向极限承载力。极差极差超过平均值的超过平均值的30%30%时，宜增加试桩数量并分时，宜增加试桩数量并分析离差过大的原因，结合工程具体情况确定析离差过大的原因，结合工程具体情况确定极限承载力。极限承载力。按按地地基基规规范范将将单单桩桩竖竖向向极极限限承承载载力力除除以以安安全全系系数数2 2，为为单单桩桩竖竖向向承承载载力力特特征征值值R Ra a。2静力触探法静力触探法 静力触探法静力触探法是将园锥形的金属探头，以静力是将园锥形的金属探头，以静力方式按一定的速度均匀压人土中，根据探头所测方式按一定的速度均匀压人土中，根据探头所测得的贯人阻力，确定单桩竖向承载力。得的贯人阻力，确定单桩竖向承载力。静力触探与桩的静载荷试验虽有很大区别，但静力触探与桩的静载荷试验虽有很大区别，但与桩打人土中的过程基本相似，探头贯人土中所与桩打人土中的过程基本相似，探头贯人土中所受到的阻力能够反映土层的强度特点，且设备简受到的阻力能够反映土层的强度特点，且设备简单，自动化程度高，应用方便，在国内外已得到单，自动化程度高，应用方便，在国内外已得到广泛应用。但探头的贯人速度和尺寸及组成材料广泛应用。但探头的贯人速度和尺寸及组成材料等均与实际的桩有一定差别，不能直接将探头阻等均与实际的桩有一定差别，不能直接将探头阻力作为单桩承载力，因此需将触探资料与单桩静力作为单桩承载力，因此需将触探资料与单桩静载荷试验的资料进行对比，并应用统计分析的方载荷试验的资料进行对比，并应用统计分析的方法，经必要的修正和换算，建立表示二者之间关法，经必要的修正和换算，建立表示二者之间关系的经验公式来确定单桩竖向承载力。系的经验公式来确定单桩竖向承载力。目前国内建筑、铁路和公路部门已提出了不少根据静力触探资料计算单桩竖向极限承载力的经验公式，以下仅介绍建筑桩基规范推荐的根据单桥探头资料和双桥探头资料，确定混凝土预制单桩竖向极限承载力的经验公式。（4-7）（4-8）（4-9）3经验参数法经验参数法 利用经验参数确定单桩的竖向承载力是利用经验参数确定单桩的竖向承载力是一种沿用多年的传统方法一种沿用多年的传统方法，我国的各类行，我国的各类行业规范及地区标准都推荐了各自的经验参业规范及地区标准都推荐了各自的经验参数表及相应的经验公式。其中的数表及相应的经验公式。其中的经验参数经验参数表是根据大量的静载荷试验资料经统计分表是根据大量的静载荷试验资料经统计分析而得出，而经验公式的建立是根据试验析而得出，而经验公式的建立是根据试验研究结果，考虑了桩的类型及施工方法、研究结果，考虑了桩的类型及施工方法、桩的长度和桩径、桩周土性参数及桩进人桩的长度和桩径、桩周土性参数及桩进人持力层的深度等影响因素持力层的深度等影响因素。现将建筑桩。现将建筑桩基规范的部分公式介绍如下。基规范的部分公式介绍如下。单桩竖向极限承载力标准值为单桩竖向极限承载力标准值为 为了便于计算，常常假定同一土层中的单位侧摩阻为了便于计算，常常假定同一土层中的单位侧摩阻力力qs是均匀分布的，于是可得到土的物理指标与承是均匀分布的，于是可得到土的物理指标与承载力参数之间的经验公式。载力参数之间的经验公式。（4-10）（1）一般预制桩及灌注桩）一般预制桩及灌注桩不同成桩工艺的经验值按表44和表45取值。（2）对大直径灌注桩（）对大直径灌注桩（d 800 mm）大直径大直径灌注桩竖向极限承载力计算与灌注桩竖向极限承载力计算与中小直径中小直径灌注桩竖向极限承载力计算的灌注桩竖向极限承载力计算的区别是区别是：大直径灌大直径灌注桩须考虑其侧阻力的松弛效应和端阻力的尺寸注桩须考虑其侧阻力的松弛效应和端阻力的尺寸效应。效应。桩底持力层一般都呈渐进破坏，使其具有桩底持力层一般都呈渐进破坏，使其具有缓变的缓变的QS曲线，曲线，因此其极限端阻力