桩的承载力资料.pptx
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1、桩的荷载传递施加于桩顶的竖向荷载是如何通过桩土相互作用传递给地基的?1.增加桩顶荷载,桩身上部压缩而产生相对位移从而受到向上 摩阻力。随着荷载增加,桩身压缩和位移随之增大,遂使桩侧摩阻力从上向下渐次发挥;2.持力层因受压引起反力,导致桩身整体下移,加大各截面位移,引发摩阻力进一步发挥;3.当摩阻力都达极限值,桩顶荷载增量就全归桩端阻力承担,直到桩底持力层破坏,无力支承为止。单桩轴向荷载的传递过程就是单桩轴向荷载的传递过程就是桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程桩侧阻力与桩端阻力的发挥过程:桩顶荷载通过:桩顶荷载通过发挥出来的侧发挥出来的侧 阻力传递到桩周土层中去,从而使桩身轴力与桩身压缩变形随深度递阻
2、力传递到桩周土层中去,从而使桩身轴力与桩身压缩变形随深度递减减.一般,桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥,侧阻力先于端阻力发挥。一般,桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥,侧阻力先于端阻力发挥。第1页/共77页桩顶沉降桩端沉降桩身压缩量桩侧摩阻力与桩侧表面的法向压力及桩土界面相对位移成正比。侧阻的深度效应桩顶轴力Q桩侧总阻力Qs+桩端总阻力Qp 第2页/共77页荷载传递基本方程的建立 取深度z处的微小桩段为对象,由力的平衡条件:第3页/共77页n任一深度z处的桩身轴力、桩身截面位移:如取z=l,则式a变为桩底轴力(即桩端总阻力Qp)表达式;式b则变为桩端位移表达式。单桩静载荷试验时,如通过沿
3、桩身若干截面预先埋设的应力或位移量测元件(钢筋应力计、应变片、应变杆等)获得桩身轴力N分布图,便可利用式(4-2)及式(4-6)作出摩阻力和截面位移分布图(图4-8e,d,c)。第4页/共77页2.影响荷载传递的因素n根据l/d的大小,桩可分为:短桩(l/d10);长桩(l/d40);超长桩(l/d100)(1)桩端土与桩周土的刚度比EbEs Eb/Es愈小,桩身轴力沿深度衰减愈快,即传递到桩端的荷载愈小。对于中长桩,当 E b/Es=1(即均匀土层)时,桩侧摩阻力接近于均匀分布、几乎承担了全部荷载,桩端阻力仅占荷载的 5 左右,即属于摩擦桩;当 E b/Es=100 时,桩身轴力上段随深度减
4、小,下段近乎沿深度不变,即桩侧摩阻力上段可得到发挥,下段则因桩土相对位移很小(桩端无位移)而无法发挥出来,桩端阻力分担了 60 以上荷载,即属于端承型桩;第5页/共77页n(2)桩身刚度与桩侧土刚度之比Ep/Es Ep/Es愈大,传递到桩端的荷载愈大;Ep/Es 1000后,对桩端阻力分担荷载比的影响不大。Ep/Es 10的中长桩,其桩端阻力分担的荷载接几乎近于零.n(3)桩端扩底直径与桩身直径之比D/d D/d愈大,桩端阻力分担的荷载比愈大。对于均匀土层中的中长桩,当D/d=3时,桩端阻力分担的荷载比将由等直径桩(D/d=1)的约5增至约35;n(4)桩的长径比l/d 随l/d的增大,传递到
5、桩端的荷载减小;在均匀土层中的长桩,其桩端阻力分担的荷载比趋于零。对于超长桩,不论桩端土的刚度多大,其桩端阻力分担的荷载都小到可略而不计,即桩端土的性质对荷载传递不再有任何影响,且上述各影响因素均失去实际意义。第6页/共77页n本图是桩径1m、嵌入风化泥质砂岩3.7m 和新鲜泥质砂岩2.0m的灌注桩的实测荷载传递曲线。可见,即使对于长径比1520 的嵌岩桩,也属于摩擦型桩,其桩端总阻力也较小。第7页/共77页3、桩侧摩阻力和桩端阻力n极限摩阻力 n桩的侧阻随深度呈线性增大?n试验表明,侧阻有深度效应。n维西克Vesic:桩周竖向有效应力不一定等于覆盖应力,其线性增加到临界深度时达到某一限值,其
6、原因是土的“拱作用”。第8页/共77页n极限端阻力:端阻也存在深度效应端阻也存在深度效应!单桩桩端阻力的安全储备一般大于桩侧阻力的安全储单桩桩端阻力的安全储备一般大于桩侧阻力的安全储备。备。(桩端阻力的发挥滞后于桩侧阻力,充分发挥所需的桩底位移值比桩侧摩阻力到达极限所需的桩身截面位移值大得多。)第9页/共77页单桩的破坏模式n荷载-沉降关系曲线所呈现的沉降特征和破坏模式,是荷载作用下桩-土相互作用内在机制的宏观反映,大体分为陡降型(A)和缓变型(B)两类型态。n“急进破坏”的陡降型:桩底持力层不坚实、桩径不大、破坏时桩端刺人持力层的桩.n“渐进破坏”的缓变型:桩底为非密实砂类土或粉土、清孔不净
7、残留虚土、桩底面积大、桩底塑性区随荷载增长逐渐扩展的桩.第10页/共77页4.3.2单桩竖向承载力确定单桩竖向承载力确定桩基破坏类型桩材料强度地层的支撑力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。第11页/共77页按材料强度确定n可将桩视为轴心受压杆件,根据桩材相应按混凝土结构设计规范或钢结构设计规范计算。对于混凝土桩:n n Q单桩竖向承载力设计值(kN);混凝土构件稳定系数。对低承台桩基,考虑土的侧向约束可取=1.0;但穿过很厚软粘土层和可液化土层的端承桩或高承台桩基,其值应小于1.0;fc混凝土的轴心抗压强度设计值(kPa);纵向钢筋的抗压强度设计
8、值(kPa);Ag纵向钢筋的横截面面积(m2)QcfcApc工作条件系数,预制取0.75,灌注取0.60.7。第12页/共77页n 静载荷试验是先在准备施工的地点打试桩,在试桩顶上分级静载荷试验是先在准备施工的地点打试桩,在试桩顶上分级施加静载荷,直到土对桩的阻力被破坏时为止,从而求得桩的极施加静载荷,直到土对桩的阻力被破坏时为止,从而求得桩的极限承载力。限承载力。n 由于成桩时对土体的扰动,所以试桩必须待机周土体的强度由于成桩时对土体的扰动,所以试桩必须待机周土体的强度恢复后方可开始。恢复后方可开始。n 预制桩在砂土中入土预制桩在砂土中入土7 7天后才能进行试验,粘性土中一般不得天后才能进行
9、试验,粘性土中一般不得少于少于1515天,对饱和软粘土不得少于天,对饱和软粘土不得少于 25 25 天。天。n 灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后才能进行。灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后才能进行。n静载荷试验是评价单桩承载力诸法中可靠性较高的一种方法。缺点:时间长;费用高。广东最大可加载3000t。1.按静载荷试验确定第13页/共77页单桩承载力的确定锚桩反力装置试桩压重千斤顶支墩横梁压重平台反力装置小梁横梁锚桩试桩锚桩千斤顶1.按静载荷试验确定第14页/共77页挤土桩在设置后须隔一段时间才开始载荷试验。这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
10、部分恢复。所需的间歇时间:预制桩在砂类土中不得少于7 7天;粉土和粘性土不得少于1515天;饱和软粘土不得少于2525天。灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后才能进行。第15页/共77页试验方法n慢速维持荷载法:n1.试验加载应分级进行。加荷分级不应小于 8 级,每级加载量宜为预估极限荷载的 1/8-1/10。n2.测读桩沉降量的间隔时间:每级加载后,每第 5.10.15min时各测读一次,以后每隔 15min读一次,累计一小时后每隔半小时读一次。n 在每级荷载作用下,桩的沉降量连续两次在每小时内小于 0.1mm时可视为稳定。第16页/共77页终止加载条件 n当出现下列情况之一时即可终止加载:n
11、 Q-S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40mm;n 某级荷载下,桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的2倍,且经24h尚未达到相对稳定;n 25m以上的非嵌岩桩,Q-S曲线呈缓变形时,加载至S 60mm-80mm。n卸载观测:每级卸载值为加载值的两倍。卸载后隔 15min 测读一次,读两次后,隔半小时再读一次,即可卸下一级荷载。全部卸载后,隔 3,4 小时再测读一次。第17页/共77页n按试验成果确定单桩承载力Qu Q(荷载)s(桩顶位移)曲线和slgt 曲线荷载Q沉降量ss=40mm陡降点Qu12第18页/共77页单桩竖向极限承载力Qu应按下列方法确定:1.作荷载沉降(Qs
12、)曲线和其他辅助分析所需的曲线。2.当陡降段明显时,取相应于陡降段起点的荷载值。3.当出现终止加载条件第二款的情况,取前一级荷载值。4.Qs曲线呈缓变型时,取桩顶总沉降量s=40mm所对应的荷载值,当桩长大于40m时,宜考虑桩身的弹性压缩。第19页/共77页在同一条件下,进行静载荷试验的桩数不宜少于总桩数的1,且不应少于3 根。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30%时,可取其平均值为单桩竖向极限承载力Qu;当极差超过平均值的30%时,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Qu。对桩数为3根及3根以下的柱下桩台,则取最小值为单桩竖向极限承载力
13、Qu。单桩竖向承载力特征值 Ra=Qu/2第20页/共77页静载荷试验-堆重式第21页/共77页上海静载荷试验之最 第22页/共77页3.确定单桩竖向承载力特征值的规范经验公式 建筑地基基础设计规范指出:单桩竖向承载力特征值的确定应符合下列规定:(1)单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定。单桩竖向承载力特征值取单桩竖向静载荷试验所得单桩竖向极限承载力除以安全系数2。(2)地基基础设计等级为丙级的建筑物,可采用静力触探及标准贯入试验参数确定。(3)初步设计时单桩竖向承载力特征值 可按下式估算:式中:桩端阻力、桩侧阻力特征值,由当地静载荷试验结果统计分析算得。2.按土的抗剪强度指标确定
14、(少用)第23页/共77页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:Ra=qpaAp (4-23)式中qpa为桩端岩石承载力特征值,可按建筑地基基础设计规范附录H用岩基载荷试验方法确定,或根据室内岩石饱和单轴抗压强度标准值按下式计算:qpa=r frk (4-24)式中 frk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J确定;r折减系数。第24页/共77页补充:按静力触探法确定公式:式中:桩端平面上、下探头阻力(KPa),取桩端平面以上4d范围内探头阻力加权平均值,再与桩端平面以下1d范围内的探头阻力进行平均;桩端阻力修正系数,对粘性土、粉土取2/3
15、,饱和砂土取1/2;第i层土的探头平均侧阻力(KPa);桩的周长;第i层土桩侧阻力综合修正系数,按下式计算:粘性土:砂性土:第25页/共77页补充:桩基规范推荐经验公式法确定单桩承载力标准值(1)一般预制桩及中小直径灌注桩对直径 800的预制桩和灌注桩,单桩竖向极限承载力标准值 :式中:单桩总极限侧阻力标准值(KN);单桩总极限端阻力标准值(KN);桩侧第层土的极限侧阻力标准值(KPa),当无当地经验值时,可按表8-6取值;桩端极限端阻力标准值(KPa),当无当地经验值时,可按表8-7取值;第26页/共77页第27页/共77页(2)大直径桩(d800)公式:式中:桩侧第层土的极限侧阻力标准值,
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