西南交通大学基础工程学.pdf

《西南交通大学基础工程学.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《西南交通大学基础工程学.pdf（175页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、基 础 工 程 学岩土工程系岩土工程系课程主要内容1.基础工程概述2.浅基础的地基计算3.柱下条形基础计算4.筏形基础计算5.箱形基础结构计算6.桩基础7.深基坑工程简介1.基础工程概述1.1 基础的作用和特点1.3 对基础的要求1.2 基础的分类1.1 基础的作用和特点基础的作用是将结构所受外力传入地基，并保证地基不发生破 坏和产生过大的变形。上部结构基 础地 基（1）上部结构-基础-地基系统中的重要 组成部分。（2）与地基直接接触而使其行为十分 复杂，与岩、土的联系密切。（3）对整个工程的工期和造价可产生 较大的影响。（4）属隐蔽性工程，出现问题难以补 救。桥梁基础1.2 基础分类明挖基础

2、桩 基 础沉井基础房建基础独立基础条形基 础筏形基础箱形基础桩基础沉井基础地下连续墙基础壳形基础（1）相比之下，房建基础的类型更为丰富。（2）无论是桥梁还是房建，桩基础因承载力高，沉降小，因此应 用十分广泛，尤其是在大型建筑结构中。独立基础墙下条形基础柱下条形基础十字交叉基础筏形基础（梁板式）箱形基础壳体基础（正圆锥壳）桩基础沉井基础地下连续墙基础沉井平面长69m，宽51m，下沉深度为58m，相当于9个半篮球场大的20 层高楼埋进地下。世界上最大的沉井江阴长江公 路大桥锚碇。强 度：保证基础结构不发生破坏。刚 度：保证荷载的良好传递、分配，降低地基沉降的不均匀性。1.3 对基础的要求一是满足地

3、基承载和变形的要求，二是基础自身强度和刚度的要求。承载力：地基不发生破坏。变形：地基不能产生过大的变形（如沉降、不均匀沉降、倾斜等）。稳定性：不会在外荷载作用下发生浅层和深层滑移。1地基2基础参考书：（1）陈仲颐，叶书麟.基础工程学.北京：中国建筑工业出版社，1990（2）钱力航.高层建筑箱形与筏形基础的设计计算.北京：中国建筑工业 出版社，2003（3）郑刚，高等基础工程学.北京：机械工业出版社，2007（3）董建国，赵锡宏.高层建筑地基基础.上海：同济大学出版社，1997（4）宰金珉，宰金璋.高层建筑基础分析与设计.北京：中国建筑工业出 版社，1993（5）桩基工程手册编写委员会.桩基工程

4、手册.北京：中国建筑工 业出版社，1995（6）H.G.Poulos&E.H.Davis.Pile Foundation Analysis And Design.John Wiley&Sons.Inc,1976(卢世深，林亚超.桩基础的计算和分析.北京:人民交通出版社,1987)2.浅基础的地基计算2.1 地基承载力的确定2.2 地基承载力验算2.3 地基稳定性验算2.4 地基变形计算2.1 地基承载力的确定间接法：旁压仪试验、标准贯入试验、静力及动力触探试验等其中载荷 试验是最常用和可靠的方法。1现场试验直接法：载荷试验。2经验法3理论法Rankine(1857)Prandtl(1920)R

5、eissner(1924)Terzaghi(40年代)Meyerhof(50年代)Hansen(60年代)Vesic(70年代)通过对大量实测数据进行整理、分析、归纳等得到的计算公式，如规范中的经验公式。?Prandtl公式uc0qfcND N=+tan2qtan()42Ne=+cq(1)cotNN=假 设：地基材料为刚塑性，无重量，基础与地基之间光滑。出现的问题：置于砂土表面的基础（c=0，D=0）承载力为0。ukc0q0.5fc NDNbN=+ktan2kqtan()42Ne=+cqk(1)cotNN=qk2(1)tanNN=+?Vesic公式假设：地基材料为刚塑性，基础与地基之间无摩擦（

6、光滑），但地基有重量。uc0q0.5fcNDNbN=+uc0q1.30.4fcNDNbN=+uc0q1.30.6fcNDNrN=+(3/2)tanq2(1)cot2cos(/4/2)eN=+cq(1)cotNN=?Terzaghi公式假 设：地基材料为刚塑性，考虑重度，基础与地基之间完全粗糙（或光滑）。（矩形基础）（圆形基础）（条形基础）p21(1)tan2 coskN=2.2.1 持力层承载力验算2.2 地基承载力验算kapfkmaxa1.2pfkmin0p中心荷载偏心荷载（小偏心）kapfdpFk+GkMkb 0.00kmaxkminpblae3abpkmaxFk+Gk大偏心kkkmax2

7、()3FGpla+=/2abe=cazzzppf+kc()(2 tan)zpp bpbz=+kc()(2 tan)(2 tan)zpp blpbzlz=+0.00dzbztanztancpk=pp0pz持力层软弱下卧层Fk+Gk2.2.2 软弱下卧层承载力验算矩形基础条形基础2.3 地基稳定性验算1水平荷载作用下的滑移2偏心、水平荷载作用下的建筑物倾斜3地基整体滑动、建筑物倾覆2.4 地基变形计算2.4.1 土的压缩及地基变形计算epelg pcC1sC1cp（1）土的压缩的特点加 载卸载再加载（2）地基沉降计算的特点基 坑 开 挖不同的压缩量基础及上部 结构施工沉降全部为再压缩量。（p pc

8、）再压缩量不能忽略。基 底 最 终 压 力再压缩量可忽略不计。（p pc）（3）深基坑（p pc）（1）浅基坑（2）中深基坑自 重 压 力1iin1i 第层i第 层/l b z b（,）l bi-1zzinzzn第 层 0.001.利用压缩模量、回弹再压缩模量计算地基沉降（高层建筑箱形与筏形基础技术规范）c01abs11ss()()niiiiiiippssszzEE=+=+1a11s()niiiiiipsszzE=01bc11s()niiiiiipsszzE=（1）p pc=d 时（部分补偿）（2）ppc 时（全补偿或超补偿）对独立基础和条形基础，忽略回弹再压缩建筑地基基础设计规范2.4.2

9、地基沉降计算方法压缩模量再压缩模量c0c10clg1niiiiiiihppsCep=+=+elg p0ecCc0pp+ecp2利用压缩指数、回弹指数计算沉降(高层建筑岩土工程勘察规程)（1）正常固结土（OCR=1）c0ciiippp+c0ms10clg1miiiiiiihppsCep=+=+c0ciiippp+cc0nsc10cc(lglg)1niiiiiiiiiihpppsCCepp=+=+cpcpelg psC0ecC1e2ec0pp+c0pp+（2）超固结土（OCR1）（m层土）（n层土）mnsss=+附加应力自重应力先期固结压力 elg p0ecCc0pp+cp1e2ecpc0c10c

10、lg1niiiiiiihppsCep=+=+（3）欠固结土3由载荷试验变形模量用于地基变形计算（高层建筑箱形与筏形基础技术规范）源于叶果罗夫（）法，假设基础为刚性，按弹性理论推得。1k10niiiisp bE=与分层总和法的比较“规范”法中，假设基础为刚性，采用总压力按弹性力学方法计算位移；分层总和法中，荷载均匀作用在地表，采用基底附加应力按弹性力学 方法计算应力，再假设土层无侧向变形来计算沉降。3.柱下条形基础计算3.1 上部结构基础地基相互作用的概念3.2 不考虑相互作用（变形协调）的计算方法3.3 地基模型3.4 考虑地基-基础相互作用的计算方法3.1 上部结构基础地基相互作用的概念（2

11、）上部结构基础、基础地基之间的变形协调方程由于上部结构、基础、地基的受力变形相互影响，故合理的计算方法是 将其一同考虑。即满足：（1）上部结构、基础、地基各自的平衡方程 3种不同的计算方法（1）不考虑结构、基础、地基之间的相互作用仅满足各自的平衡方程，但相互之间的变形协调条件不满足。（2）仅考虑基础地基之间的相互作用满足地基基础变形协调条件，但不满足上部结构基础变形协调条件。（3）考虑上部结构基础地基之间的相互作用满足结构基础、基础地基变形协调方程。最合理但计算也最复杂。不同方法计算结果的比较3.2 不考虑相互作用（变形协调）的计算方法1静定法2倒梁法以上两种方法可见本科 基础工程教材。(,)

12、(,)p x yk s x y=假定地基土界面上任一点处的沉降与该点所承受的压力成正比。3.3 地基模型3.3.1 Winkler模型及其改进形式1Winkler模型（1867）将实际的地基土层简化为便于计算分析的模型。Winkler模型及其改进形式 弹性半空间模型 有限压缩层模型 地基实体模型基底压力-基底沉降之间的关系。SP=1()0()ijijkabij=缺 陷：忽略了地基中的剪应力，因而无法考虑应力的扩散。优 点：计算方便，常可得到直接使用的解析解。适用范围：厚度较小的软土。基础底面沉 降压 力柔 度 矩 阵基底压力-沉降关系2(,)(,)(,)p x ykw x yTw x y=（1

13、）费罗年柯-鲍罗基契（-,1940,1945）模型相当于用薄膜将独立的弹簧联系起来，因此有2双参数模型目 的：弥补Winkler模型不考虑应力及变形扩散的缺点。以抗弯刚度为D 的薄板将独立的弹簧联系起来，因此有4(,)(,)(,)p x ykw x yDw x y=（2）海腾尼（Hetenyi，1946）模型4p(,)(,)(,)p x ykw x yGw x y=（3）巴斯捷纳克(，1954)模型以只能产生横向剪切变形而不可压缩的剪切层将独立的弹簧联 系起来，因此有()(1)(,)1(,)mp x ykew x y=+2xl=2yb=bml=3.三参数模型（利夫金模型，1967）广义Wink

14、ler模型3.3.2 地基模型参数的确定3.3.3 弹性半空间模型对均匀的各向同性弹性半无限空间，由Boussinesq解，集中力P作用下地 表r点的沉降为2(1)PsEr=2(1)iiiiiPsFEa=i 网格内均匀荷载作用下，中心点的沉降为222 lnln()1ln1()1iiaabaaaFbbabbb=+j网格集中力作用下，i网格中心点的沉降为2(1)jijijPsEr=故柔度矩阵为221()11()iiijijFijEaijEr=优 点：地基变形不仅与该点所受的力有关，而且与其它点作用力有关，较 Winkler模型合理。缺 点：没有考虑到地基土的塑性，导致基础边缘下地基反力过大。SP=

15、3.3.4 有限压缩层地基模型按分层总和法计算地基竖向变形，计算时假设压缩过程中地基土无侧向膨胀，最终下沉量为基础底面下压缩层范围内各土层压缩量的总和。柔度矩阵为z1smijkikijkikHE=能较好地反映出基底下土层的变化，但计算工作量大。SP=3.3.5 地基土的非线性本构模型将地基作为实体进行计算，采用相应的 计算模型模拟土的受力变形性质，即本构关 系（应力应变关系）。（1）双线性与多段线性模型1线弹性模型2非线性弹性模型（广义Hooke定律）（2）E-模型（双曲线模型，Duncan-Chang模型，1970）1131ba+=11ba+=31应力-应变关系为双曲线关系或应力-应变曲线的

16、切线模量为f2313taa31 sin12cos2sinnRcEppk=+()()()3132cos2sin1 sinc+=f()133(1 sin)12cos2sinc+f()根据Mohr-Coulomb准则，土样破坏时，应有因此，必有fRc需由三轴试验确定的参数nk3at2lg(1)FpAG=133f13aa31 sin()12cos2sinnARkppcd=+().()()泊松比的计算公式为需由三轴试验确定的参数G、F、d（2）剑桥模型（Roscoe，1968）及修正剑桥模型（3）K-G模型3弹塑性模型（1）Lade-Duncan模型（1975）3.4 考虑地基-基础相互作用的条形基础的

17、计算方法3.4.1 Winkler地基上的梁根据力的平衡条件,可得44d()dwEIBkwq xx=+条形基础所受之力通常为由柱传来的集中力（矩）()0q x=444d40dwwx+=44kBEI=（单位：m-1）1弹性特征长度，反映梁与地基间的相对刚度。上述微分方程的通解为1234(cossin)(cossin)xxweCxCxeCxCx=+02xPwAkB=202xPBkB=04xPMC=02xPVD=02xPpAB=(cossin)xxAexx=+sinxxBex=(cossin)xxCexx=cosxxDex=0 x 注意：例如，对集中力P0 作用下的无限长梁，其解为 有限长梁(1)叠

18、加法lPAB M梁 I xlPM梁 II xPAPBMAMBAB 4422ABABllaPPMMCDM+=2222ABABllaPPMMDAV+=4422ABABllbPPMMCDM+=2222ABABllbPPMMDAV+=利用无限长梁的计算公式通过叠加法得到有限长梁的公式。0PwwkB=02PMM=0VPV=12 chcos(chsinshcos)wGxxHxxxxF=+12 shsin(chsinshcos)MGxxHxxxxF=+1(chsinshcos)shsin)VGxxxxHxxF=+22shsinFll=shcoscossinchcosGlablab=sh(sinchcossh

19、)sh(shcoschsin)Hlabablabab=+x梁的挠度（梁的左端为固定端时，得到vij的计算公式）链 杆 内 力梁 端 沉 降梁 端 转 角外荷 载产 生的 挠度0010nijiiPjjaxs=(i=1,2,3,n)10niixP=+=P10iniiaMx=+=II.平衡条件竖向力弯矩（对端点）地基的沉降（半无限弹性体地基）21ijijsFEl=s1niijjjx s=(i=1,2,3,n)由bsii=得ijijijsv=+xj=1作用下i点处地基的沉降sij 及梁的竖 向位移vij 之和III.求 解ix00s3个方程联立求得(i=1,2,3,n)3.4.4 差分法以差分方程代替

20、微分方程和边界条件，将微分方程的求解变为线性代数方 程组的求解。11dd2iissssxxx+=22112222d(/)d()iiisssssxsxxxx+=22bbddiiMsxE I=112bb2()iiiiiMsssE Ix+=由梁的弯曲关系式iiiii ii iRBlpBl k sK s=Winkler地基的每段反力为根据梁左段的平衡，有1P1()iijjijMlij K sM=1bb11P21(2)()iiiiijjijE Issslij K sMl+=+=（i=2,3,n1)Pn1()0njjjlnj K sM=10njjjK sP=弯矩力3.4.5 有限元法作 业 1F=1000

21、kN5m5m请于第7周结束以前，发至 。承受集中荷载的条形基础的抗弯刚度EI=2106 kN.m2,梁长l=10m，底面 宽度b=2m，地基土的弹性模量E=20MPa，泊松比=0.3。试按链杆法计算梁 的挠度、弯矩、地基反力分布曲线。要求：（1）为保证较为准确地给出挠度、弯矩、地基反力的分布形式，要求计算 截面不少于11个。（2）建议编程或借助于Excel、Matlab等计算。提交的文本中应给出详细计 算过程。（3）独立完成，且勿抄袭，否则该作业成绩为0。4.筏形基础计算4.1 简化计算方法刚性板法4.2 考虑基础-地基相互作用的板的内力计算（1）筏基的类型平板式梁板式梁板式筏基（3）内力计算

22、（2）计算内容地基承载力、变形、稳定性基础底面尺寸基础结构内力基础高度和配筋平板式梁板式板梁板刚性板法弹性板法?概 述（4）板的内力xMyMxyyxMM=xQyQ弯 矩剪 力扭 矩截面上的 应力分布MyMyxQyQxMxMxy截面上 的内力刚性板法：地基反力线性分布（Winkler地基，板刚性），筏板刚性较 大时比较适用。属完全不考虑上部结构、地基、基础之间的相互作用的算 法。弹性板法：将筏板视作放在Winlkler地基或半无限空间地基上的板，它考虑了基础地基间的相互作用，较刚性板法更为合理。4.1 简化计算方法刚性板法4.1.1地基反力荷载的计算当柱荷载相对比较均匀（相邻柱荷载变化不超过20

23、），柱距相 差不大（相邻柱距变化不大于20）时，若柱距小于1.75/，或筏基 支承着刚性的上部结构时，可认为基底反力呈线性分布。44JEkbh=刚性板法：地基反力线性分布（Winkler地基，板刚性），筏板刚 性较大时比较适用。属完全不考虑上部结构、地基、基础之间的相互 作用的算法。柔度系数、特征系数（1）适用条件xyyxWePWePAPp=minmax（2）基底压力计算4.1.2 内力计算-条带法双向偏心计算公式将板分别沿纵向、横 向分割成互不联系的梁进 行计算。适用于平板式筏基。缺 点：忽略了板-板之间的联系和相互影响。承 受 2/3 的 荷 载承 受1/6 的 荷 载承 受1/6 的 荷

24、 载4.1.3 双向板法该法适用于筏基沿柱网布置肋梁而网柱单元内无小肋梁，且柱网在 纵、横两个方向上的柱间距lx 及距ly 的比值小于2.0的情况。pxpylxly0625.px()122233+alalpyyy2肋梁的受力计算1适用条件梁板式筏基梁板基 底 反 力基底反力网格板上的基底反力向肋梁的传递作用在肋梁上的荷载连续梁连 续 梁3板的内力计算（1）方法1结构力学法将每格中的板分别看作沿纵、横两个方向发生弯曲的梁，其相应的挠度 分别为wx 和wy，分担的荷载分别为qx 和qyabbqyqxlxlyMaMbMxMy4445xyww=qx 和qy 原 理 按四周约束的不同形式，网格板可分为5

25、种简支：位于筏板外边界的梁对网格板的约束视为简支约束。网格板所受约束的分类固支：位于筏板中间的梁对网格板的约束视为固支约束。1.三边简支，一边固定；2.两对边简支，两对边固定；3.两邻边简支，两邻边固定；4.三边固定，一边简支；5.四边固定。212()1624xxaxxxMpl=+2212xbxxMpl=跨中弯矩2xixxMpl=2yiyyMpl=（1）单列连续板（情况 i=12）支座弯矩弯矩系数，查表确定弯矩系数，查表确定234()1624xxaxxxMpl=+2412xbxxMpl=跨中弯矩2xixxMpl=2yiyyMpl=（2）双列列连续板（情况 i=34）支座弯矩2318xcyxMp

26、l=2418xdyxMpl=跨中弯矩2xixxMpl=2yiyyMpl=（3）双列列连续板（情况 i=5）支座弯矩23411()1624xxeyxxMpl=+245()1624xxcxxxMpl=+2512xdxxMpl=24511()1624xxfyxxMpl=+（2）方法2弹性力学法xxyMMM=+yyxMMM=+泊松比=0时对应的弯矩按弹性力学中板的计算方法，可得到=0时板中的弯矩Mx 和My，再经过 修正，得到真实的弯矩。4.2 考虑基础-地基相互作用的板的内力计算4.2.1 置于地基上的板的基本方程4444224(2)(,)(,)wwwDq x yp x yxxyy+=或22(,)(

27、,)Dwq x yp x y=抗弯刚度3h2h12(1)E hD=荷 载反 力内力计算公式22h22()xwwMDxy=+22h22()ywwMDyx=+2h(1)xyyxwMMDx y=3332()xwwQDxx y=+3332()ywwQDyxy=+4.2.2 置于地基上的板的解析解1集中力作用下的Winkler地基上的无限大板22(,)(,)rrwq x yp x y=22222211rrrrr=+222d1d()()()ddkw rq rwrrrDD+=对轴对称问题，同时地基视为Winkler地基，有以极坐标表示板的平衡方程，有4/lD k=/r l=23()()4PlwZD=4()(

28、)4rPZl=43()()(1)()/4rPMZZ=43()()(1)()/4PMZZ=+直角坐标系下22cossinxrMMM=+22sincosyrMMM=+有效刚度半径（柱的影响范围约为4l）2集中力作用下弹性半无限地基上的无限大板舍赫捷尔（）123002(1)DaE=定义长度参数（单位：m）2()/ppP a=20()(1)/()wwPEa=PMMrr)(=PMMh)1)(=()/rrQQP a=内力解为1/6h=1/6h时时2h1()rMMMP=+1h2()MMMP=+/r a=3212(1)hhE hD=板地基PaEww020)1(),(=2),(aPpp=PMMxx=),(PMM

29、hxyxy)1(),(=aPQQxx=),(直角坐标系下的计算公式（-）4.2.3 筏基内力的计算1Winkler地基上的筏基（1）计算筏基有效刚度半径4/lD k=集中荷载的影响半径为约4l（2）当筏基的边线处于柱荷载的影响半径之外时（3）当筏基的边线处于柱荷载的影响半径之内时（4）将各柱荷载产生的内力叠加，得到最终结果。应用无限大板的计算结果，按与“有限长梁”计算相似的叠加法计算。此时筏基相当于无限大板，可按相应的公式计算。2弹性半无限空间上的筏基（1）适用条件为筏板的宽度B4a。（2）当柱距筏基边线的最小距离d 1.5a时按无限大板计算，d 1.5a时按半 无限大板计算。（3）将各柱荷载

30、产生的内力叠加，得到最终结果。4.3 差分法4.4 有限元法5.箱形基础结构计算5.1 基底反力的计算与反力系数法5.2 箱形基础的整体弯曲与局部弯曲5.3 整体弯曲时的内力计算5.1 基底反力的计算（反力系数法）反力系数法通过对大量高层建筑箱形基础基底反力现场实测结果进行统计 和分析，最终归纳总结出不同地基土、不同基底形状时地基反力的分布形式。LBijijBLGFp+=(i=1,2,5；j=1,2,3,8；)0.40=ij反力系数表（矩形基底）5.2 箱形基础的整体弯曲与局部弯曲为便于计算和分析，将箱基的变形分为整体变形和局部变形，前者是指将箱 基视作一个整体时所产生的变形，而后者是指顶、底

31、板被墙分割所形成的每一块 板（或内、外墙本身）在荷载作用下所产生的变形。整体弯曲局部弯曲5.3 箱型基础的内力计算5.3.1 整体弯曲的内力计算BBFFFFFIEIEIEMM+=1.当上部结构为现浇剪力墙体系或框架剪力墙体系时2.当上部结构为框架体系时箱基整体弯曲很小，可忽略不计，即计算时仅考虑局部弯曲。同时考虑整体弯曲及局部弯曲的作用wwliuibiliuinibibBBIEmKKKKKIEIE+=)21(21建筑物整体 弯曲的弯矩箱基整体 弯曲弯矩箱基刚度上部结构刚度5.3.2 局部弯曲时的内力计算5.3.3 墙体截面剪力计算同筏形基础的刚性板法。6.桩基础6.1 单桩轴向抗压承载力的确定

32、6.2 竖向荷载下群桩的承载力6.3 群桩软弱下卧层的承载力计算6.4 单桩的沉降计算6.5 群桩的沉降计算6.6 桩基的水平承载特性及桩基内力计算6.7 桩基础的位移及内力计算与浅基础相比，桩基础将荷载传至更深、范围更大的土层来承受，因 此能提供更高的承载力，并降低沉降。为什么桩基础较浅埋基础具有更高的承载力、更低的沉降？影响范围地 面影响范围浅基础桩基础单桩承载力轴向抗压6.1 单桩轴向抗压承载力的确定轴向抗拔横向受力（1）地基土（岩）对桩的支承能力达到极限；侧 摩 阻 力端 阻 力荷 载6.1.1 单桩竖向极限承载力两种破坏形式通常，桩的承载力取决于土（岩）对桩的支承能力。（2）桩身强度

33、达到极限。而土（岩）对桩的支承能力来源于桩侧摩阻力、桩端阻力。基础及地基在保证不发生破坏、不产生过大变形时，能够承受的最 大外荷载。usupuQQQ=+suQpuQuQ2.影响因素（1）桩侧土（岩）层分布与性质桩侧土的强度与变形性质直接影响桩侧阻力的大小 及分布，从而影响到单桩的承载力。湿陷性、液化、欠 固结等常会降低桩侧阻力，甚至出现负摩阻力。（2）桩端土（岩）层的性质桩端持力层直接影响端阻的大小及沉降量。低压缩性、高强度的 砂、砾、岩层等是理想的高端阻的持力层，而高压缩性、低强度的软 土几乎不能提供端阻。1.极限承载力（按土（岩）阻力）极限承载力=极限侧阻力+极限端阻力（3）桩的几何特征及

34、强度包括桩的截面尺寸及形状、长度等。对端承桩（柱桩），强度常会 成为桩承载力的控制因素。（4）成桩效应挤土桩、非挤土桩、部分挤土桩三种主要成桩工艺的成桩效应是不同 的。通常，饱和土的成桩效应大于非饱和土，群桩大于单桩。（5）施工因素的影响 灌注桩成孔对周围土体扰动及松弛效应，会降低侧阻。因清孔不彻底，桩底虚土、沉渣降低端阻。护壁泥浆形成的泥皮降低侧阻。砂土中打（压、振）入预制桩，因挤密作用可提高桩的侧阻、端阻。3.侧阻、端阻的发挥（1）侧阻先于端阻发挥出来。（2）侧阻完全发挥所需的桩-土间相对位移较小，而端阻完全发 挥所需的相对位移较大。包树黄河大桥试桩直径1.8m，长90m6.1.2 按承载

35、特性进行桩的分类1.铁路桥涵地基和基础设计规范（TB 10002.5-2005 J464-2005）摩擦桩：在承载力极限状态下，桩底位于较软土层，轴向荷载由 侧阻和端阻承担，且桩侧阻力在其中起主要支承作用。轴向荷载几乎 完全由侧阻承担时，称为纯摩擦桩。柱桩：在承载力极限状态下，桩底支于坚硬土层（岩层），轴 向荷载几乎全由桩端阻力承担。端承型桩：在承载力极限状态下，轴向荷载主要由桩端阻力承担。全部由端阻承担时，称为端承桩；桩侧承担少部分时，为摩擦端承桩。摩擦型桩：在承载力极限状态下，轴向荷载主要由桩侧阻力承担。全部由侧阻承担时，称为摩擦桩；桩底承担少部分时，为端承摩擦桩。2.建筑桩基技术规范（J

36、GJ 94-2008）6.1.3 单桩承载力的计算 方法（规范中的经验公式法）单桩承载力的确定方法原型试验法（现场试验）理论计算法利用原位测试结果进行推算经验法1.铁路桥涵地基和基础设计规范中桩的容许承载力打入、振动下沉、桩尖爆扩桩1()2ii iPUa f lARa=+钻（挖）孔灌注桩01 2i iPUf lm A=+（1）摩擦桩侧阻端阻侧阻端阻端阻（2）柱 桩 PCRA=2.建筑桩基技术规范中桩的极限承载力ukskpkskpkpi iQQQUq lq A=+=+uksskppkpii iQUq lq A=+d800mm的桩侧阻端阻d800mm的桩侧 阻 折 减 系 数端 阻 折 减 系 数

37、zzzzd(d)0NuzNN+=通过建立微单元平衡方程（竖向）6.1.4 桩-土体系的荷载传递研究竖向荷载作用下桩侧摩阻、桩身轴力、位移的分布情况。zNudd1zz=得 到侧摩阻力与轴力的关系侧摩阻力的直接量测很困难，应用上式，可通过量测轴力得到摩阻 力的分布形式。z1Nuz222018161412108642001000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000 2000kN 4000kN 5000kN 6000kN 7000kN 8000kN 9000kN 10000kN 轴 力（kN）深度（m）轴 力2018161

38、4121086420050100150200250 2000kN 4000kN 5000kN 6000kN 7000kN 8000kN 9000kN 10000kN3#桩(第二次)10000kN时昔格达层的平均摩阻力：159.1kPa摩阻力(kPa)深度(m)摩阻力振弦式应变计振弦式应变计6.1.5 负摩擦桩危 害：承载力下降，沉降增大。原 因：桩侧土的竖向位移大于相应的桩的位移。软土、湿陷性黄土、欠固结土；桩周地面大面积堆载；地下水位下降等。负摩阻力：与桩的轴向荷载方向相反的桩侧摩阻力。湿陷性黄土地表堆载填 土6.1.6 单桩竖向抗压静载试验1.试验目的（1）获得桩的沉降-荷载曲线，并由此确

39、定桩的极限承载力等承载 特性，以及桩的沉降特性。（2）获得沿桩长的轴力分布情况，进一步得到侧摩阻力的分布及 端阻力的大小。2.试验设备及元件（1）反力系统：主梁、锚固系统（专用或借用工程桩）或堆载；（2）加载系统：千斤顶，精密压力表；（3）沉降量测设备：基准梁、百分表；（4）应变量测元件及仪器：振弦式应变计（光纤）及量测仪。应变计布置图千斤顶主梁次梁支墩试桩锚桩锚索千斤顶试桩（帽）基准梁百分表振弦式应变计振弦式应变计3.试验原理及过程（1）采用千斤顶分级加载。（2）每级荷载施加后，用百分表定时量测沉降量。沉降稳定后，量测桩身应变，然后施加下一级荷载。（3）沉降无法稳定或超过规定限值时，停止加载

40、。（4）逐级卸载。4.试验成果（1）桩顶沉降-荷载曲线；极限承载力（2）桩身轴力分布图；桩侧摩阻力分布图桩底端阻力桩侧摩阻力11iiiiNNUl+=iN1iN+iil桩周长陡变型：曲线明显发生下降的起始点。缓变型：取s=40或0.05D(大直径桩，桩 端直径）所对应的荷载。极限荷载的确定陡变型缓变型(1)所有试桩的极差不超过平 均值的30时，取平均值为单桩 竖向抗压极限承载力。(2)极差超过平均值的30，应分析极差过大的原因，结合工 程具体情况综合确定，必要时增 加试桩数量；(3)对桩数为3根或3根以下的 柱下承台，或工程桩抽检数量少 于3根时，应取低值。建筑基桩检测技术规范（JGJ 106-

41、2003）353025201510500100020003000400050006000700080009000 10000 11000荷载P/kN位移S/mm沉降-荷载曲线冲孔灌注桩，长22m，桩径0.8m轴力图222018161412108642001000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 100001100012000 2000kN 4000kN 5000kN 6000kN 7000kN 8000kN 9000kN 10000kN 轴 力（kN）深度（m）20181614121086420050100150200250300350400 1

42、000kN 2000kN 3000kN 4000kN 5000kN 6000kN 7000kN 8000kN 9000kN10000kN3#桩(第 一 次)10000kN时昔格达层的平均摩阻力：99.6kPa摩阻力(kPa)深度(m)摩阻力轴力图6.1.7 桩承载力的自平衡法1.基本原理和方法通过荷载箱的加载，可得到上段桩和下段桩的极限承载力，二者 之和即为整根桩的承载力。2.荷载箱的位置（1）需确定整个桩的承载力时，应尽量使上、下段同时达到极限 荷载。（2）按试验目的，置放在不同位置。3.优点及缺点（2）可用于水上试桩、坡地试桩、基坑底试桩、狭窄场地试桩、斜桩、嵌岩桩、抗拔桩等，这些都是传统

43、试桩法难以做到的。（1）适用于大型桩。（3）试验费用通常较高（荷载箱是一次性的）。端阻侧阻端阻侧阻抗拔扩底抗拔端阻1，是因为上段向下的桩侧摩阻力（试验时的试桩）小于 向下的摩阻力（实际的工程桩）。试验结果转换后桩长60m，桩径2.8m。润扬长江公路大桥 南汊桥南塔基础6.2.1 群桩的工作特点6.2 群桩基础的承载力结 论(2)承台下土的无分担作用。1.端承桩（柱桩）基础(1)群桩基础承载力为各单桩承载力之和。(2)群桩基础的沉降与各单桩沉降量相等。(1)桩底压应力不叠加;特 点（1）桩底压应力的叠加效应2.摩擦型群桩基础桩间距较大时ds6a应力不叠加桩间距较小时a6sd1，即群桩承载力高于

44、单桩承载力，且随着桩间距的减小而增大。过小时将降低。（2）对很密的砂（45o），群桩效应系数(67)d时，群桩效应基本消失。4粉土中的摩擦型群桩（刘金砺等，1984，1987）（1）当无承台的影响时（即高承台），Sa 1，之后6d后群桩效应逐渐消失。此外，承台消弱了侧阻的发挥。（3）对高承台桩基，极限端阻力低于单根桩，但低承台桩基使端阻的发挥得 到了增强。侧 阻端 阻5粘性土中的摩擦型群桩（刘金砺等，1991）（1）对群桩基础来说，由于在成桩过程中对土的扰动，造成其强度下 降，因此群桩中的极限侧阻低于单桩，且随着桩距的减小而降低，这与 前述砂、粉土等是不同的。（2）群桩的极限端阻明显高于单桩，

45、且随桩距的增大而降低。侧 阻端 阻34560.91.01.11.21.31.4Sa/d单桩群桩 44（3）群桩效率值随桩距的增大而增加，且由于承台的作用（低承台桩 基），Sa3d后1。6.2.3 承台土反力及其对桩基承载力的贡献承台的作用是将各单桩连接为整体，将荷载分配给各桩，并使桩协调地 工作。（1）承台底土的压缩性愈低，强度愈高，承台承受的土反力愈大。（2）承台外缘（外区）土反力大于群桩内部（内区）反力。桩距愈大，承 台土反力愈大。（3）桩愈短（与承台的宽度比愈小），承台土反力愈高。（4）承台土反力所占比例随荷载水平的提高而提高。6.2.4 群桩基础的承载力1.建筑桩基技术规范 中复合基桩

46、的极限承载力承载力老规范（JGJ 94-94）pkskckspcspcQQQR=+抗力分项系数群桩分项效应系数桩的侧阻桩的端阻承台土阻力基 桩：群桩中的一根桩。复合基桩：考虑了承台效应的基桩。acakcRRf A=+承台效应实际上是为计算方便，忽略了群桩效应（Sa 3d），但考虑了承 台的作用。单桩承载力特征值auk/RQK=安全系数，取为2（1）由单桩极限承载力计算承载力特征值。（2）由单桩承载力特征值计算复合基桩的承载力。新规范（JGJ 94-2008）除单桩进行承载力检算外，还需将群桩基础作为一个实体基础 进行检算。2.铁路桥涵地基和基础设计规范max NMAW=+NM/46.2.5 群

47、桩软弱下卧层的承载力计算为减小桩长节约投资，或由于穿透硬层困难，可能会将桩端设置于存在软 弱下卧层的有限厚度硬层上。6.2.6 群桩中桩顶（竖向）荷载的分配荷载的分配的基本规律是角桩边桩中心桩6.4 单桩沉降计算1.对高速铁路中的桥梁基础及高层建（构）筑物来说，起控制作用 的往往是基础的沉降变形，而不是承载力。6.4.1 概述静定结构超静定有砟桥面明桥面沉降(mm)沉降差(mm)沉降(mm)沉降差(mm)沉降差桥 规80404020根据沉降对结构 产生的附加应力 的影响而定200km/h 规定50202020300350km/h规定3015205铁路桥涵地基和基础设计规范新建时速200公里客货

48、共线铁路设计暂行规定新建时速300500公里客运专线铁路设计暂行规定(1)桩的沉降=桩自身的变形+桩底以下土层的压缩（摩擦 桩）(2)活载作用下所产生的变形是瞬间的、弹性的，可以恢复，故 计算沉降变形时只考虑恒载的作用。3.沉降的计算方法2.沉降计算的基本原理及原则较 小（钢筋砼的弹性模量30000MPa）较 大（土的压缩模量数十数百MPa）沉降确定方法现场试验理论方法经验方法数值计算方法即：桩的沉降通常取决于土层（岩）的性 质。4.沉降计算模型（1）桩周围的土体可用一系列 独立的弹簧来模拟，如荷载传递法 中；均质的弹性半无限体，如弹性 理论法中；或按实际的土层进行计 算，如有限元等数值方法中

49、。桩基的沉降与周围土层及其性质密切相关，因此合理模拟土层 是沉降计算的重要前提。（2）土体可看作：弹性的、弹 塑性的、粘性的等。6.4.2 单桩沉降计算传递函数法22ppd(,)dsUz szA E=桩侧阻力的传递函数以Kezdi法（1957）为例u(,)tan 1 exp()ksz sK zss=反映土的类别 及性质的参数极限侧摩阻 力时的位移1.荷载传递法优点：计算较为简单。缺点：合理的传递函数难以确定。荷载传递分析法弹性理论法剪切变形传递法2.剪切变形传递法(Cooke，1974)假设：（1）荷载在土层中产生的的竖向应力不随深度变化；（2）桩的沉降由剪切变形的积累而产生的。剪应变ddsu

50、srxr=+剪应力ssddsGGr=平衡方程00rr=00sddrsGrr=m00 00 0mss0dln()rrrrrrsGrGr=影响半径,rm=20r0问题：为什么会出现rm 时s 的情况？0 r0r对土层3.弹性理论法（20世纪60年代）（1）基本假定土为均质、各向同性的弹性半无限体；桩侧完全粗糙，即桩、土之 间沿切向无相对位移。（1）作用在各单元中点处桩轴上的集中荷载（DAppolonia&Romualdi，Thurman&DAppolonia）；（2）各单元中点处的圆形面积上的均布荷载（Nair）；（3）作用在各单元四周侧面上的均布荷载（Poulos&Davis，Polous&Ma