(精品)4 桩基础4.3-4.5.ppt

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1、4.3 桩的竖向承载力桩的竖向承载力4.3.1 单桩轴向荷载的传递机理单桩轴向荷载的传递机理桩顶沉降桩端沉降桩顶沉降桩端沉降桩身压缩量桩身压缩量桩侧摩阻力与桩侧表面桩侧摩阻力与桩侧表面的法向压力及桩土界面的法向压力及桩土界面相对位移成正比。相对位移成正比。侧阻的深度效应侧阻的深度效应桩顶轴力桩顶轴力Q桩侧总阻力桩侧总阻力Qs+桩端总阻力桩端总阻力Qp 桩桩侧阻对应的侧阻对应的u数值：数值：粘性土粘性土46mm;砂类土砂类土610mm桩桩端阻对应的端阻对应的u数值：数值：粘性土粘性土d/10d/4（d为桩径）；为桩径）；砂类土砂类土d/12d/10影响荷载传递的主要因素之一：影响荷载传递的主要因

2、素之一：桩的长径比桩的长径比l/d短桩：短桩：l/d 100长径比很大的桩都属于摩擦桩。长径比很大的桩都属于摩擦桩。4.3.2 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定取决于二方面：取决于二方面：桩身的材料强度桩身的材料强度 地层的支承力地层的支承力 设计时分别按这两方面确定后取其中的小值。如按桩设计时分别按这两方面确定后取其中的小值。如按桩的载荷试验确定，则已兼顾到这两方面。的载荷试验确定，则已兼顾到这两方面。按材料强度计算低承台桩基的单桩承载力时，可把桩按材料强度计算低承台桩基的单桩承载力时，可把桩视作视作轴心受压杆件轴心受压杆件，而且不考虑纵向压屈的影响而且不考虑纵向压屈的影响（取纵向（

3、取纵向弯曲系数为弯曲系数为1 1），这是由于桩周存在土的约束作用之故。），这是由于桩周存在土的约束作用之故。对于通过很厚的软粘土层而支承在岩层上的端承型桩或承对于通过很厚的软粘土层而支承在岩层上的端承型桩或承台底面以下存在可液化土层的桩以及高承台桩基，则应考台底面以下存在可液化土层的桩以及高承台桩基，则应考虑压屈影响。虑压屈影响。1.1.静载荷试验静载荷试验 静载荷试验是评价单桩静载荷试验是评价单桩承载力诸法中可靠性较高的承载力诸法中可靠性较高的一种方法。一种方法。缺点：缺点：时间长；费用高。时间长；费用高。广东最大可加载广东最大可加载3000t。挤土桩在设置后须隔一段时间才开始载荷试验挤土桩

4、在设置后须隔一段时间才开始载荷试验。这。这是由于打桩时土中产生的孔隙水压力有待消散，且土体是由于打桩时土中产生的孔隙水压力有待消散，且土体因打桩扰动而降低的强度也有待随时间而部分恢复。所因打桩扰动而降低的强度也有待随时间而部分恢复。所需的需的间歇时间间歇时间：预制桩在砂类土中不得少于：预制桩在砂类土中不得少于7 7天；粉土和天；粉土和粘性土不得少于粘性土不得少于1515天；饱和软粘土不得少于天；饱和软粘土不得少于2525天。灌注天。灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后才能进行。桩应在桩身混凝土达到设计强度后才能进行。加荷分级不应少于加荷分级不应少于8级，每级加载量宜为预估极限荷载的级，每级加载量

5、宜为预估极限荷载的1/81/10。符合下列条件之一时可终止加载：符合下列条件之一时可终止加载：1.当荷载沉降当荷载沉降(Qs)曲线上有可判定极限承载力的陡降段，曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过且桩顶总沉降量超过40mm;2.sn+1/sn2，且经且经24h尚未达到稳定；尚未达到稳定；3.25m以上的非嵌岩桩，以上的非嵌岩桩，Qs曲线呈缓变型时，桩顶总沉曲线呈缓变型时，桩顶总沉降量大于降量大于6080mm；4.在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大在特殊情况下，可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大于于100mm。单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力Qu应按下列方法确定

6、：应按下列方法确定：1.作荷载沉降作荷载沉降(Qs)曲线和其他辅助分析所需的曲线。曲线和其他辅助分析所需的曲线。2.当陡降段明显时，取当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的相应于陡降段起点的荷载值。荷载值。3.当出现终止加载条件第当出现终止加载条件第二款的情况，取前一级二款的情况，取前一级荷载值。荷载值。4.Qs曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40mm所对应的所对应的荷载值，当桩长大于荷载值，当桩长大于40m时，宜考虑桩身的弹性压缩。时，宜考虑桩身的弹性压缩。在同一条件下，进行静载荷试验的桩数不宜在同一条件下，进行静载荷试验的桩数不宜少于总桩数的少于总桩数的1，且

7、不应少于，且不应少于3 根。根。计算参加统计的极限承载力的平均值，当满足其极差计算参加统计的极限承载力的平均值，当满足其极差不超过平均值的不超过平均值的30%时，可取其平均值为单桩竖向极限承时，可取其平均值为单桩竖向极限承载力载力Qu；当极差超过平均值的当极差超过平均值的30%时，时，宜增加试桩数并分宜增加试桩数并分析离差过大的原因，结合工程具体情况确定极限承载力析离差过大的原因，结合工程具体情况确定极限承载力Qu。对桩数为对桩数为3根及根及3根以下的柱下桩台，则取最小值为单桩竖根以下的柱下桩台，则取最小值为单桩竖向极限承载力向极限承载力Qu。单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值 Ra=Q

8、u/22.按土的抗剪强度指标确定（少用）按土的抗剪强度指标确定（少用）3.规范经验公式规范经验公式式中式中 Ra单桩竖向承载力特征值；单桩竖向承载力特征值；qpa、qsia桩端端阻力、桩侧阻力特征值，由当地静载桩端端阻力、桩侧阻力特征值，由当地静载 荷试验结果统计分析算得（查表）；荷试验结果统计分析算得（查表）；Ap桩底横截面面积；桩底横截面面积；up桩身周边长度；桩身周边长度；li第第i层岩土的厚度。层岩土的厚度。当桩端嵌入完整或较完整的硬质岩中时，单桩竖向承当桩端嵌入完整或较完整的硬质岩中时，单桩竖向承载力特征值可按下式估算：载力特征值可按下式估算：Ra=qpaAp （4-23）式中式中q

9、pa为桩端岩石承载力特征值为桩端岩石承载力特征值,可按建筑地基基础设可按建筑地基基础设计规范附录计规范附录H用岩基载荷试验方法确定，用岩基载荷试验方法确定，或根据室内岩或根据室内岩石饱和单轴抗压强度标准值按下式计算：石饱和单轴抗压强度标准值按下式计算：qpa=r frk （4-24）式中式中 frk岩石饱和单轴抗压强度标准值，可按建筑岩石饱和单轴抗压强度标准值，可按建筑 地基基础设计规范附录地基基础设计规范附录J确定；确定；r折减系数。折减系数。例题例题某承台下设置了某承台下设置了3根直径为根直径为480mm的灌注桩，桩长的灌注桩，桩长10.5m，桩侧土层自上而下依次为：淤泥，厚桩侧土层自上而

10、下依次为：淤泥，厚6m，qsia=7kPa；粉土，粉土，厚厚2.5m，qsia=28kPa；粘土，很厚（桩端进入该层粘土，很厚（桩端进入该层2m），），qsia=35kPa，qpa=1800kPa。试计算单桩竖向承载力特征值。试计算单桩竖向承载力特征值。4.3.3 竖向荷载下的群桩效应竖向荷载下的群桩效应群桩基础群桩基础：由：由2 2根以上桩组成的桩基。根以上桩组成的桩基。竖向荷载作用下，由于承台、桩、土相互作用，群桩竖向荷载作用下，由于承台、桩、土相互作用，群桩基础中的一根桩单独受荷时的承载力和沉降性状，往往与基础中的一根桩单独受荷时的承载力和沉降性状，往往与相同地质条件和设置方法的同样独立

11、单桩有显著差别，这相同地质条件和设置方法的同样独立单桩有显著差别，这种现象称为种现象称为群桩效应群桩效应。群桩效应系数群桩效应系数：1=111.端承型群桩基础端承型群桩基础端承型群桩基础中各根端承型群桩基础中各根单桩的工作性状接近于单桩的工作性状接近于独立单桩，故独立单桩，故1。2摩擦型群桩基础摩擦型群桩基础应力重叠应力重叠沉降增加沉降增加单桩承载力下降，单桩承载力下降，1。当桩距小于当桩距小于3d（d为桩径）时，为桩径）时，桩端处应力重叠现象严重；桩端处应力重叠现象严重；当桩距大于当桩距大于6d时，应力重叠时，应力重叠现象较小。现象较小。对打入较疏松的砂类土和粉土中的挤土群桩，其桩间土和对打

12、入较疏松的砂类土和粉土中的挤土群桩，其桩间土和桩端土被明显挤密，所以群桩效应系数桩端土被明显挤密，所以群桩效应系数常大于常大于1。3.承台底面贴地的影响承台底面贴地的影响由摩擦型桩组成的群桩基础，当其承受由摩擦型桩组成的群桩基础，当其承受竖向荷载而沉降时，承台底面一般与地竖向荷载而沉降时，承台底面一般与地基土紧密接触，因此承台底面必产生土基土紧密接触，因此承台底面必产生土反力，从而分担了一部分荷载，使桩基反力，从而分担了一部分荷载，使桩基承载力随之提高。考虑到一些因素可能承载力随之提高。考虑到一些因素可能会导致承台底面与基土脱开（例如挤土会导致承台底面与基土脱开（例如挤土桩施工时产生的孔隙水压

13、力会在承台修桩施工时产生的孔隙水压力会在承台修筑后继续消散而引起地基土固结下沉），筑后继续消散而引起地基土固结下沉），为了保证安全可靠，设计时为了保证安全可靠，设计时一般一般不考虑不考虑承台贴地时承台底反力对桩基承载力的承台贴地时承台底反力对桩基承载力的贡献。贡献。结论结论设计群桩基础时，一般可不考虑群桩效应对单桩竖向设计群桩基础时，一般可不考虑群桩效应对单桩竖向承载力的影响，即取群桩效应系数承载力的影响，即取群桩效应系数1 1，但对摩擦型但对摩擦型桩基、设计等级为甲级以及部分乙级的建筑物桩基，桩基、设计等级为甲级以及部分乙级的建筑物桩基，必须进行沉降验算，以确保桩基沉降不超过允许值。必须进行

14、沉降验算，以确保桩基沉降不超过允许值。4.3.4 减沉桩基减沉桩基按浅基础设计时，若地基强度足够或略差一些，但地基按浅基础设计时，若地基强度足够或略差一些，但地基变形不满足要求，这时可设置少量的桩以减少地基变形。变形不满足要求，这时可设置少量的桩以减少地基变形。浅基础减沉桩基础桩筏基础桩基础浅基础减沉桩基础桩筏基础桩基础 复合桩基复合桩基筏基分担比例筏基分担比例100%50%50%0减沉桩特点：减沉桩特点：1)是摩擦型桩；是摩擦型桩；2)桩顶荷载接近或达到其极限承载力桩顶荷载接近或达到其极限承载力（桩身材料强度要有一定的安全储备）；（桩身材料强度要有一定的安全储备）；3)桩距大桩距大4.3.5

15、 桩基承载力验算桩基承载力验算p.172(1)桩顶荷载（竖向力）计算桩顶荷载（竖向力）计算轴心竖向力作用下轴心竖向力作用下(4-77)偏心竖向力作用下偏心竖向力作用下水平力作用下水平力作用下式中式中 Mxk、Myk相应于荷载效应标准组合作用于承台底相应于荷载效应标准组合作用于承台底面的外力对通过桩群形心的面的外力对通过桩群形心的x、y轴的力轴的力矩矩标准值标准值；xi、yi桩桩i至通过桩群形心的至通过桩群形心的y、x轴线的距离，轴线的距离，三桩承台三桩承台三桩承台桩顶竖向力计算三桩承台桩顶竖向力计算 1 1号桩桩顶竖向力号桩桩顶竖向力Q1k：2 2号桩桩顶竖向力号桩桩顶竖向力Q2k：式中式中s

16、1、s2分别为长向桩距和短向柱距。分别为长向桩距和短向柱距。(2)单桩承载力验算单桩承载力验算轴心竖向力作用下：轴心竖向力作用下：QkRa (4-80)偏心竖向力作用下：偏心竖向力作用下：QkRa (4-80)Qkmax1.2Ra (4-81)水平力作用下：水平力作用下：Hik RHa抗震设防区抗震设防区Qk1.25RaQkmax1.5Ra4.4 桩基础沉降的计算桩基础沉降的计算1.单桩沉降的组成单桩沉降的组成桩顶沉降桩身压缩量桩顶沉降桩身压缩量桩端沉降桩端沉降按按材料力学公式计算材料力学公式计算（1）桩侧阻力引起的桩周土中的附加应）桩侧阻力引起的桩周土中的附加应 力以压力扩散角向下传递，致使

17、桩力以压力扩散角向下传递，致使桩 端下土体压缩而产生的桩端沉降；端下土体压缩而产生的桩端沉降；（2）桩端荷载引起桩端下土体压缩所产）桩端荷载引起桩端下土体压缩所产 生的桩端沉降。生的桩端沉降。2.群桩沉降计算群桩沉降计算计算桩基础沉降时，可不考计算桩基础沉降时，可不考虑桩间土的压缩变形对沉降虑桩间土的压缩变形对沉降的影响，采用单向压缩分层的影响，采用单向压缩分层总和法按下式计算桩基础的总和法按下式计算桩基础的最终沉降量。地基内的应力最终沉降量。地基内的应力分布宜采用各向同性均质线分布宜采用各向同性均质线性变形体理论，可按实体深性变形体理论，可按实体深基础（桩距不大于基础（桩距不大于6 6d）或

18、其或其他方法（包括明德林应力公他方法（包括明德林应力公式方法）计算。式方法）计算。习题习题4-1,4-24.5 桩的负摩擦问题桩的负摩擦问题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在桩顶竖向荷载作用下，当桩相对于桩侧土体向下位移时，土在桩顶竖向荷载作用下，当桩相对于桩侧土体向下位移时，土对桩产生的向上作用的摩阻力，称为正摩阻力。但是，当桩侧对桩产生的向上作用的摩阻力，称为正摩阻力。但是，当桩侧土体因某种原因而下沉，且其下沉量大于桩的沉降（即桩侧土土体因某种原因而下沉，且其下沉量大于桩的沉降（即桩侧土体相对于桩向下位移）时，土对桩产生的向下作用的摩阻力，体相对于桩向下位移）时，土

19、对桩产生的向下作用的摩阻力，称为负摩阻力。称为负摩阻力。产生负摩阻力的情况有多种，例如：位于桩周欠固结的产生负摩阻力的情况有多种，例如：位于桩周欠固结的软粘土或新填土在重力作用下产生固结；大面积堆载使软粘土或新填土在重力作用下产生固结；大面积堆载使桩周土层压密；在正常周结或弱超固结的软粘土地区，桩周土层压密；在正常周结或弱超固结的软粘土地区，由于地下水位全面降低由于地下水位全面降低(例如长期抽取地下水例如长期抽取地下水)，致使有，致使有效应力增加，因而引起大面积沉降；自重湿陷性黄土浸效应力增加，因而引起大面积沉降；自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷；地面因打桩时孔隙水压力剧增而隆起、水后产生湿陷；地

20、面因打桩时孔隙水压力剧增而隆起、其后孔压消散而固结下沉等。其后孔压消散而固结下沉等。后果后果使桩的竖向承载力减小，而桩身轴力加大使桩的竖向承载力减小，而桩身轴力加大。4.5.2 负摩阻力的计算（不成熟）负摩阻力的计算（不成熟）4.5.3 减小负摩阻力的工程措施减小负摩阻力的工程措施对可能出现负摩阻力的桩基，宜按下列原则设计：对可能出现负摩阻力的桩基，宜按下列原则设计：对于填土建筑场地，先填土并保证填土的密实度，待填土对于填土建筑场地，先填土并保证填土的密实度，待填土地面沉降基本稳定后再成桩；地面沉降基本稳定后再成桩；对于地面大面积堆载的建对于地面大面积堆载的建筑物，采取预压等处理措施，减少堆载引起的地面沉降；筑物，采取预压等处理措施，减少堆载引起的地面沉降；对位于中性点以上的桩身进行处理，以减少负摩阻力；对位于中性点以上的桩身进行处理，以减少负摩阻力；对于自重湿陷性黄土地基，采取强夯、挤密土桩等先行对于自重湿陷性黄土地基，采取强夯、挤密土桩等先行处理，消除上部或全部土层的自重湿陷性；处理，消除上部或全部土层的自重湿陷性；采用其他有采用其他有效而合理的措施。（见教材）效而合理的措施。（见教材）