桩基础设计与计算.pptx

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1、 一、轴向荷载作用下，单桩的工作状态分析 1、桩的荷载传递、桩的荷载传递长春工程学院 桩顶轴向荷载为Q，桩侧总摩阻力为Qs，桩端总摩阻力为Qp,取桩为隔离体，由静力平衡条件有：当桩顶荷载加到极限值时，则有：第1页/共54页 桩顶轴向力：桩底轴向力：长春工程学院第2页/共54页 长春工程学院返回第3页/共54页 设桩长为L，横截面积为A，周长为u，在深度z处，取厚度为dz 的微小桩段，由微分段的竖向力的平衡条件（忽略桩身自重）可得：可得桩侧单位面积摩阻力与桩身轴力的关系：长春工程学院第4页/共54页桩顶截面位移（亦即桩顶沉降s）任意深度处的桩身位移:桩端位移:长春工程学院第5页/共54页 2、桩

2、侧阻力和桩端阻力 桩侧阻力和桩端阻力并非同时发挥作用，并且桩侧阻力发挥先于桩端阻力。桩侧阻力只要桩土间有不太大的相对位移就能得到充分发挥，桩端阻力的充分发挥需要有较大的桩端位移值。长春工程学院第6页/共54页桩侧阻力和桩端阻力都存在深度效应。当桩端入土深度 时，桩的极限端阻力随深度而增加，但当 后，极限端阻力基本保持不变，称为端阻临界深度。桩侧摩阻力一般随桩的入土深度增加而线性增大，但当桩入土深度超过一定限值后，侧阻力不再随深度增加而增大，该一定深度 称侧阻临界深度。砂土侧阻临界深度与端阻临界深度的关系为：长春工程学院第7页/共54页 适用于桩长较大的端承桩，在轴向荷载作用下，如同一个细长压杆

3、发生纵向压屈破坏。荷载-沉降曲线为陡降型，桩承载力取决于桩身的材料强度。3、单桩的破坏模式（1）压屈破坏长春工程学院第8页/共54页 （2）整体剪切破坏 一般适用于摩擦端承桩的破坏，桩底上部土层不能阻止滑动土契的形成，出现滑动面而破坏。荷载-沉降曲线为陡降型，桩的承载力主要取决于桩端土的支承力。长春工程学院第9页/共54页长春工程学院（3）刺入破坏 一般适用于端承摩擦桩、摩擦桩的破坏，荷载-沉降曲线分为陡降型和缓变型。对于陡降型，桩的承载力主要取决于桩周土的强度；对于缓变型，桩的承载力主要由上部结构所能承受的极限沉降确定。第10页/共54页 二、单桩轴向容许承载力确定 1、静载试桩法 2、按桥

4、涵设计规范公式 3、锤击沉入桩的动力公式 4、按桩身材料强度确定 5、考虑负摩阻力作用的计算长春工程学院第11页/共54页（一）静载试桩法 1、静载试验装置长春工程学院第12页/共54页载荷试验第13页/共54页秦皇岛电厂载荷试验第14页/共54页第15页/共54页第16页/共54页 2、加载方法 采用分级加载方法，包括等量加载，即每级加载增量为预计破坏荷载的1/101/15；递变加载，即初始加载为预计破坏荷载的1/2.51/5，终了时取1/101/15。每一次加载后，要每隔520min测读一次下沉值，一直到下沉稳定后才能加下一级荷载。下沉稳定的标准：对砂性土为30min，对粘性土为60min

5、，其下沉量不超过0.1mm。第17页/共54页 根据S-lgt曲线沉降速率突然增大，且出现折线状，说明对应的是破坏荷载 ，确定其前一级荷载定为极限荷载 。3、极限荷载确定长春工程学院第18页/共54页 根据ps曲线上明显的拐点确定其对应的荷载为极限荷载 。长春工程学院第19页/共54页 根据桩破坏时的荷载确定极限荷载。我国公路部门规定，当出现下列之一情况时，该级荷载即确定为破坏荷载：1、某级荷载的沉降增量大于前级等量荷载沉降增量的5倍；2、总沉降量大于40mm时，某级荷载的沉降增量大于前级等量荷载沉降增量的2倍，且24h沉降仍不稳定；3、加载后期，桩的沉降随荷载作近似直线比例增长，且总沉降量大

6、于75mm。将破坏荷载前一级荷载确定为极限荷载。长春工程学院第20页/共54页 4、桩的轴向容许承载力确定（二）按桥涵设计规范公式计算单桩轴向容许承载力 1、摩檫桩单桩轴向受压容许承载力 （1）钻（挖）孔灌注桩的单桩轴向受压容许承载力第21页/共54页式中：RRa 单桩轴向受压承载力容许值（KN）,桩身自重与置换自重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑；u 桩身周长（m）；Ap 桩端截面面积（m2），对于扩底桩，取扩底截面面积；n土的层数；li承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度（m），扩孔部分不计；qik与li对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值（kPa），宜采用单桩摩阻力

7、试验确定，当无试验条件时按表5.3.3-1选用；qr桩端处土的承载力容许值（kPa），当持力层为砂土、碎石土时，若计算值超过下列值，宜按下列值采用：粉砂1000 kPa；细砂1150 kPa；中砂、粗砂、砾砂1450 kPa；碎石土2750kPa；ffa0 桩端处土的承载力基本容许值（kPa），按本规范第3.3.3条确定；h桩端的埋置深度（m），对于有冲刷的桩基，埋深由一般冲刷线起算；对于无冲刷的桩基，埋深由天然地面线或实际开挖后的地面线起算；h的计算值不大于40m，当大于40m时，按40m计算；第22页/共54页第23页/共54页第24页/共54页 k2容许承载力随深度的修正系数，根据桩端处

8、持力层土类按本规范表3.3.4选用；2桩端以上各土层的加权平均重度（KN/m3），若持力层在水位以下且不透水时，不论桩端以上土层的透水性如何，一律取饱和重度；当持力层透水时，则水中部分土层取浮重度；修正系数，按表5.3.3-2选用；m0清底系数，按表5.3.3-3选用。第25页/共54页（2）沉入桩的轴向受压容许承载力长春工程学院式中：RRa 单桩轴向受压承载力容许值（KN）,桩身自重与置换自重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑；u 桩身周长（m）；n土的层数；li承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度（m）；qik与li对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值（kPa），宜采用

9、单桩摩阻力试验确定或通过静力触探试验测定，当无试验条件时按表5.3.3-4选用；qr桩端处土的承载力容许值（kPa），宜采用单桩试验确定或通过静力触探试验测定，当无试验条件时按表5.3.3-5选用；ai、ar分别为振动沉桩对各土层桩侧摩阻力和桩端承载力的影响系数，按表5.3.3-6采用；对于锤击、静压沉桩其值均取为1.0。第26页/共54页第27页/共54页第28页/共54页第29页/共54页 沉桩当采用静力触探试验测定时，容许承载力计算中和取为长春工程学院式中：桩侧第i层土由静力触探测得的局部侧摩阻力的平均值（kPa），当 小于5 kPa时，采用5kPa；桩端（不包括桩靴）标高以上和以下各4

10、d范围内静力触探桩端的平均值（kPa）；若桩端标高以上4d范围内桩端的平均值大于桩端标高以下4d的桩阻平均值时，则取桩端以下4d范围内端阻的平均值；第30页/共54页 上列综合修正系数计算公式不适用于城市杂填土条件下的短桩；综合修正系数用于黄土地区时，应做试桩校核。分别为侧摩阻和端阻的综合修正系数，其值按下面判别标准选用相应的计算公式；当土层的 大于2000kPa，且小于或等于0.014时：如不满足上述 和 条件时：第31页/共54页 支承在基岩上或嵌入基岩内的钻（挖）孔桩、沉桩的单桩轴向受压承载力容许值RaRa，可按下式计算：式中：Ra 单桩轴向受压承载力容许值（KN）,桩身自重与置换自重（

11、当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑；C1 根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻发挥系数，按表5.3.4采用。Ap桩端截面面积（m2），对于扩底桩，取扩底截面面积；frk桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa），黏土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值，当frk小于2MPa时按摩擦桩计算。C2i根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩层的侧阻发挥系数，按表5.3.4采用；u各土层或各岩层部分的桩身周长（m）；hi桩嵌入各岩层部分的厚度（m），不包括强风化层和全风化层。m岩层的层数，不包括强风化层和全风化层；第32页/共54页第33页/共54页 当河床岩层有冲刷时，桩

12、基须嵌入基岩，基岩桩按桩底嵌固设计。其应嵌入基岩中的深度，可按下列公式计算。1 圆形桩 2 矩形桩 s覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端frk确定：当2MPa frk 15MPa时，s=0.8；当 15MPa frk 30MPa时，s=0.5；frk 20MPa时，s=0.2；Li各土层的厚度（m）；qik桩侧第i层土的侧阻力标准值（KPa），宜采用单桩摩阻力试验值，当无试验条件时，对于钻（挖）孔桩按本规范表5.3.31选用，对于沉桩按本规范表5.3.34选用；n土层的层数，强风化和全风化岩层按土层考虑。第34页/共54页以上两式中：h桩嵌入基岩中（不计强风化层和全风化层）的有效深度（m），不

13、应小于0.5m；MH在基岩顶面处的弯矩（kNm）；frk岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa），黏性质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值；系数，0.51.0，根据岩层侧面构造而定，节理发育的取小值；节理不发育的取大值；d桩身直径（m）；b垂直于弯矩作用平面桩的边长（m）。桩端后压浆单桩轴向受压承载力容许值按下式计算：第35页/共54页式中：RaRa桩端后压浆灌注桩的单桩轴向受压承载力容许值（KN）,桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑；sisi第i层土的侧阻力增强系数，可按表5.3.6取值，当在饱和土层中压浆时，仅对桩端以上8.012.0m范围的桩侧阻力进行增

14、强修正；当在非饱和土层中压浆时，仅对桩端以上4.05.0m的桩侧阻力进行增强修正；对于非增强影响范围，sisi 1。pp端阻力增强系数，可按表5.3.6取值。第36页/共54页 2、摩檫桩单桩轴向受拉容许承载力长春工程学院式中：RRt t 单桩轴向受拉承载力容许值（kN）；u桩身周长（m），对于等直径桩，u=d；对于扩底桩，自桩端起算的长度l li i5d时，取u=d（其中D为桩的扩底直径，d为桩身直径）；ai 振动沉桩对各土层桩侧摩阻力的影响系数，按规范表5.3.3-6采用，对于锤击、静压沉桩和钻孔桩，ai=1。计算作用于承台底面由外荷载引起的轴向力时，应扣除桩身自重值。第37页/共54页第

15、38页/共54页第39页/共54页（三）锤击沉入桩动力公式锤击的全部能量力国内外广泛应用的动力公式，即或控制贯入度为长春工程学院第40页/共54页 打桩实践中两个比较重要概念“假极限”-连续捶击时承载力高的假象（即 ）。“吸入”-显示出贯入度 承载力低的假象。不复打的连续捶击的桩控制贯入度为：其中第41页/共54页（四）按桩身材料强度确定单桩轴向承载力 1、按轴心受压构件计算 （1）对配有普通箍筋的钢筋混凝土轴心受压构件。式中：长春工程学院第42页/共54页 （2）当采用螺旋式或焊接环式间接钢筋时的钢筋混凝土轴心受压构件。长春工程学院第43页/共54页 2、按偏心受压构件计算沿周边均匀配置钢筋

16、的圆形截面偏心受压构件，其正截面抗压承载力计算，应符合下列规定，即长春工程学院第44页/共54页规范规定，对于长细比的构件，应考虑在弯矩作用平面内的挠曲对轴向力偏心距的影响将轴向力对截面重心轴的偏心距乘以偏心距增大系数圆形截面偏心受压构件的偏心距增大系数按下列公式计算，即长春工程学院第45页/共54页 （五）考虑负摩阻力作用桩的轴向承载力计算 1、负摩阻力的基本概念 桩周围的土体由于某些原因发生下沉，且压缩变形会大于桩在外荷载作用下的位移量，这种相对位移而产生的摩阻力是向下的，与桩的位移方向一致，这种摩阻力称为负摩阻力。长春工程学院第46页/共54页 可能产生负摩阻力的情况 （1）软粘土地基受

17、有高路堤填土压力；（2）大量抽取地下水造成大面积地面沉降；（3）高路堤填土本身产生固结压缩变形；（4）饱和软粘土由于打桩的挤压扰动，使桩周形成欠压密的重塑区；（5）湿陷性黄土浸水沉陷和多年冻土地区融化下沉。长春工程学院第47页/共54页 2、负摩阻力作用范围确定 桩周土压缩变形 桩的沉降位移包括两部分：一是桩尖土的压缩变形y2，一是桩身材料的弹性压缩变形y3。长春工程学院第48页/共54页 中性点：在某一深度h1处，桩侧土的压缩变形量与该处桩的下沉位移量相当，这一位置称为中性点。利用 ，可求出中性点位置h1，即为产生负摩阻力的作用深度。长春工程学院第49页/共54页表5.15中性点深度比（h1

18、/h）持力层性质粘性土、粘土中密以上砂砾石、卵石基岩中性点深度比（h1/h）0.50.60.70.80.91第50页/共54页3、负摩阻力强度 对软质粘性土 对泥炭层 对软弱土层上的其他土层 当地面有均布荷载作用时 长春工程学院负摩阻力值不得大于正摩阻力值，若大于取正摩阻力值。第51页/共54页 4、桩的轴向承载力确定 中性点以上桩与软土的接触面积Af乘以负摩阻力强度 ，即 验算时负摩阻力Nf作为外加荷载考虑，则桩的轴向承载力为长春工程学院第52页/共54页 减少负摩阻力的措施 （1）对于高填土桥头引道，要保证填土的密实度，待填土沉降基本稳定以后在成桩。（2）对软弱土层采取预压或强夯、砂桩挤密等措施，以减少推载后引起过大沉降。（3）尽量减少穿过软弱土层的桩侧面积，在可能条件下选用细长桩，以减少负摩阻力总数值。（4）在灵敏度高的饱和软粘土，为避免打入桩扰动而随后进一步固结压缩变形产生负摩阻力，此时选择就地钻孔灌注桩较为有利。（5）对位于中性点以上桩身进行表面处理（如利用沥青涂层或套管）来减少负摩阻力。长春工程学院第53页/共54页感谢您的观看！第54页/共54页