第3-3章桩基础.ppt

第第3 3章章 桩桩 基基 础础3.3 高承台桩的受力分析承台底面位于地面承台底面位于地面(或冲刷线或冲刷线)以下以下为低桩承台，承台底面位于地面为低桩承台，承台底面位于地面(或冲刷线或冲刷线)以上称为高桩承台。以上称为高桩承台。3.3.1 单桩在水平荷载作用下的工作性状单桩在水平荷载作用下的工作性状 单桩水平承载力，是指桩在与桩轴线垂直方向单桩水平承载力，是指桩在与桩轴线垂直方向受力时的承载力。桩在水平力（包括弯矩）作用下受力时的承载力。桩在水平力（包括弯矩）作用下的工作情况较轴向受力时要复杂些，但仍然是从保的工作情况较轴向受力时要复杂些，但仍然是从保证证桩身材料桩身材料和和地基强度与稳定性地基强度与稳定性以及以及桩顶水平位移桩顶水平位移满足使用要求来分析和确定桩的水平承载力。满足使用要求来分析和确定桩的水平承载力。1.在水平荷载作用下，桩的破坏机理和特点在水平荷载作用下，桩的破坏机理和特点第一种情况，第一种情况，桩的刚度远大桩的刚度远大于土层刚度于土层刚度，基桩的水平承，基桩的水平承载力可能由桩侧土的强度及载力可能由桩侧土的强度及稳定性决定。稳定性决定。第二种情况，第二种情况，桩的相对刚度桩的相对刚度较小时较小时，基桩的水平承载力，基桩的水平承载力将由桩身材料的抗弯强度或将由桩身材料的抗弯强度或侧向变形条件决定。侧向变形条件决定。2、单桩水平静载荷试验、单桩水平静载荷试验 图图3.12 单桩水平静载荷试验装置单桩水平静载荷试验装置 当桩身折断或水平位移超过当桩身折断或水平位移超过3040mm（软土取（软土取40mm）时，终止试）时，终止试验。验。慢速连续加载法慢速连续加载法 试验荷载分级同上种方法。每级荷载施加后维持其恒试验荷载分级同上种方法。每级荷载施加后维持其恒定值，并按定值，并按5、10、15、30min测读位移值，直至每小时位移测读位移值，直至每小时位移小于小于 0.1mm，开始加下一级荷载。当加载至桩身或位移超过，开始加下一级荷载。当加载至桩身或位移超过3040mm时终止加载。卸载时按加载量的时终止加载。卸载时按加载量的2倍逐级进行，每倍逐级进行，每30min卸载一级，并于每次卸载前测读一次位移。卸载一级，并于每次卸载前测读一次位移。v 图3-11 单桩水平静载荷试验成果曲线3、按试验结果确定单桩水平承载力、按试验结果确定单桩水平承载力（1）单桩水平单桩水平临界荷载临界荷载 单桩水平临界荷载Hcr是指桩身即将开裂、受拉区混凝土退出工作前所受的最大荷载，通常取单桩水平临界荷载为单桩水平承载力。单桩水平承载力。单桩水平临界荷载临界荷载Hcr按下列方法综合确定：取取H0-T-X0曲线出现突变点的前一级荷载为曲线出现突变点的前一级荷载为Hcr。取取H0-X0/H0曲线第一直线段终点或曲线第一直线段终点或lgH0 lg X0曲线拐点所曲线拐点所对应的荷载为对应的荷载为Hcr。取钢筋应力曲线取钢筋应力曲线H0-g的第一突变点对应的荷载为的第一突变点对应的荷载为Hcr。（2）单桩水平单桩水平极限荷载极限荷载 单桩水平极限荷载极限荷载Hu是指桩身材料破坏或产生结构所能承受最大变形前的最大荷载。通常将单桩水平极限荷载极限荷载除以安全系数为单桩水平（横向容许）承载力，安全系数一般取2。单桩水平极限荷载Hu按下列方法综合确定：取取H0-T-X0曲线明显陡降（即图中位移包络线下凹）的前一曲线明显陡降（即图中位移包络线下凹）的前一级荷载为级荷载为Hu。取取H0-X0/H0曲线第二直线段的终点所对应的荷载为曲线第二直线段的终点所对应的荷载为Hu。取桩身折断或钢筋应力达到流限的前一级荷载为取桩身折断或钢筋应力达到流限的前一级荷载为Hu。v 用水平静载试验确定单桩水平承载力时，还应用水平静载试验确定单桩水平承载力时，还应注意到按上述强度条件确定的极限荷载时的位移，注意到按上述强度条件确定的极限荷载时的位移，是否超过结构使用要求的水平位移，否则应按是否超过结构使用要求的水平位移，否则应按变形变形条件来控制条件来控制。水平位移容许值可根据桩身材料强度、。水平位移容许值可根据桩身材料强度、土发生横向抗力的要求以及墩台顶水平位移结构和土发生横向抗力的要求以及墩台顶水平位移结构和使用要求来确定。目前在水平静载试验中根据使用要求来确定。目前在水平静载试验中根据公公桥基规桥基规有关的精神可取试桩在地面处水平位移有关的精神可取试桩在地面处水平位移不不超过超过6mm，定为确定单桩水平承载力的判断标准，定为确定单桩水平承载力的判断标准，以满足结构物和桩、土变形条件安全度要求，这是以满足结构物和桩、土变形条件安全度要求，这是一种较概略的标准。一种较概略的标准。v3.3.2 单桩在水平荷载下的计算单桩在水平荷载下的计算1、基本概念、基本概念（1）文克勒线弹性地基理论）文克勒线弹性地基理论 承受水平荷载的桩被视作水平基床（抗力）系数沿深度承受水平荷载的桩被视作水平基床（抗力）系数沿深度可变的文克勒地基内竖直的弹性梁。可变的文克勒地基内竖直的弹性梁。假定：假定：任意深度任意深度z处土的水平抗力处土的水平抗力 与且仅与该处土的水与且仅与该处土的水平位移平位移 成正比，即成正比，即 （kN/m2）沿深度变化的地基土水平基床系数或水平抗沿深度变化的地基土水平基床系数或水平抗力系数或横向抗力系数，简称地基系数（力系数或横向抗力系数，简称地基系数（kN/m3）（2）地基土水平）地基土水平(横向横向)抗力系数的几种常见形式抗力系数的几种常见形式 地基土水平抗力系数地基土水平抗力系数 表示单位面积土在弹性限表示单位面积土在弹性限度内产生单位变形时所需加的力。它的大小与地基土的度内产生单位变形时所需加的力。它的大小与地基土的类别、物理力学性质有关。类别、物理力学性质有关。地基土水平抗力系数地基土水平抗力系数 值是通过对试桩在不同类值是通过对试桩在不同类别土质及不同深度进行实测别土质及不同深度进行实测 及及 后反算得到。后反算得到。大量的试验表明，地基土水平抗力系数大量的试验表明，地基土水平抗力系数 值不仅值不仅与土的类别及其性质有关，而且也随着深度变化。与土的类别及其性质有关，而且也随着深度变化。几种地基土水平几种地基土水平(横向横向)抗力系数的分布形式：抗力系数的分布形式：“C”法法，又称，又称“张有龄法张有龄法”假定土水平抗力系数沿深度保持常数，即假定土水平抗力系数沿深度保持常数，即 适用于小位移桩适用于小位移桩“C值值”法法假定土水平抗力系数沿深度呈假定土水平抗力系数沿深度呈1/2次抛物线增大，即次抛物线增大，即“m”法法假定土水平抗力系数随深度成正比例地增大，即假定土水平抗力系数随深度成正比例地增大，即 适用于位移较大的桩适用于位移较大的桩“k”法法假定在桩第一挠曲零点以上，土水平抗力系数随深度呈凹形假定在桩第一挠曲零点以上，土水平抗力系数随深度呈凹形高次曲线变化，在该点以下土水平抗力系数保持常数，即高次曲线变化，在该点以下土水平抗力系数保持常数，即v 上述四种方法均为按上述四种方法均为按文克勒假定的弹性地基梁法文克勒假定的弹性地基梁法，但，但各自假定的土水平抗力系数随深度分布规律不同，其计算各自假定的土水平抗力系数随深度分布规律不同，其计算结果是有差异的。从实测资料分析表明，宜根据土质特性结果是有差异的。从实测资料分析表明，宜根据土质特性来选择恰当的计算方法。本章介绍目前应用较广并列入来选择恰当的计算方法。本章介绍目前应用较广并列入公桥基规公桥基规中的中的“m”法。法。（3）单桩、单排桩与多排桩基础）单桩、单排桩与多排桩基础（4）桩的计算宽度）桩的计算宽度b1