单桩承载力计算

1、1 单桩承载力单桩承载力 一、一、单桩轴向荷载传递机理和特点单桩轴向荷载传递机理和特点 二、二、单桩轴向容许承载力按土的支承单桩轴向容许承载力按土的支承 力的确定力的确定 三、三、单桩横轴向容许承载力的确定单桩横轴向容许承载力的确定 四、四、按桩身材料强度确定单桩承载力按桩身材料强度确定单桩承载力 五、五、关于桩的负摩阻问题关于桩的负摩阻问题 back 2 一、单桩轴向荷载传递一、单桩轴向荷载传递 机理和特点机理和特点 ( (一一) )荷载传递过程与土对桩的支承力荷载传递过程与土对桩的支承力 ( (二二) )桩侧摩阻力的影响因素及其分布桩侧摩阻力的影响因素及其分布 ( (三三) )桩底阻力的影

2、响因素及其深度效应桩底阻力的影响因素及其深度效应 ( (四四) )单桩在轴向受压荷载作用下的破坏单桩在轴向受压荷载作用下的破坏 模式模式 back 3 （一）荷载传递过程（一）荷载传递过程 与土对桩的支承力与土对桩的支承力 桩基础桩基础 = = 承台承台 + + 基桩基桩 单桩承载力：单桩在荷载作用下，地基土和桩单桩承载力：单桩在荷载作用下，地基土和桩 本身的强度和稳定性均能得到保证，变形也在本身的强度和稳定性均能得到保证，变形也在 容许范围内，以保证结构物的正常使用所能承容许范围内，以保证结构物的正常使用所能承 受的最大荷载。受的最大荷载。 一般情况下，桩受到轴向力、横轴向力及一般情况下，桩

3、受到轴向力、横轴向力及 弯矩作用，因此须分别研究和确定单桩的轴向弯矩作用，因此须分别研究和确定单桩的轴向 承载力和横轴向承载力。承载力和横轴向承载力。 桩的承载力是桩与土共同作用的结果，了解单桩的承载力是桩与土共同作用的结果，了解单 桩在轴向荷载下桩土间的传力途径、单桩承载桩在轴向荷载下桩土间的传力途径、单桩承载 力的构成特点以及单桩受力破坏形态等基本概力的构成特点以及单桩受力破坏形态等基本概 念，将对正确确定单桩承载力有指导意义。念，将对正确确定单桩承载力有指导意义。 4 桩在轴向压力荷载作用下桩在轴向压力荷载作用下: : 桩顶将发生轴向位移桩顶将发生轴向位移( (沉降沉降)=)=桩身弹性压

4、缩桩身弹性压缩+ +桩桩 底土层压缩之和底土层压缩之和 置于土中的桩与其侧面土是紧密接触的，置于土中的桩与其侧面土是紧密接触的， 当桩相对于土向下位移时就产生土对桩向上作当桩相对于土向下位移时就产生土对桩向上作 用的桩侧摩阻力。桩顶荷载沿桩身向下传递的用的桩侧摩阻力。桩顶荷载沿桩身向下传递的 过程中，必须不断地克服这种摩阻力，桩身轴过程中，必须不断地克服这种摩阻力，桩身轴 向力就随深度逐渐减小，传至桩底轴向力也即向力就随深度逐渐减小，传至桩底轴向力也即 桩底支承反力，桩底支承反力， 桩底支承反力桩底支承反力=桩顶荷载桩顶荷载- -全部桩侧摩阻力全部桩侧摩阻力 桩顶荷载是桩通过桩侧摩阻力和桩底阻

5、力传桩顶荷载是桩通过桩侧摩阻力和桩底阻力传 递给土体。递给土体。 （一）（一）荷载传递过程荷载传递过程 与土对桩的支承力与土对桩的支承力 5 土对桩的支承力土对桩的支承力=桩侧摩阻力桩侧摩阻力+ +桩底阻力桩底阻力 桩的极限荷载桩的极限荷载( (或称极限承载力或称极限承载力)=)=桩侧极限摩阻力桩侧极限摩阻力+ + 桩底极限阻力桩底极限阻力 桩侧摩阻力和桩底阻力的发挥程度与桩土间的桩侧摩阻力和桩底阻力的发挥程度与桩土间的 变形性态有关，并各自达到极限值时所需要的位移变形性态有关，并各自达到极限值时所需要的位移 量是不相同的。量是不相同的。 试验表明：桩底阻力的充分发挥需要有较大的位移试验表明：

6、桩底阻力的充分发挥需要有较大的位移 值，在粘性土中约为桩底直径的值，在粘性土中约为桩底直径的25%25%，在砂性土中，在砂性土中 约为约为8%10%8%10%，而桩侧摩阻力只要桩土间有不太，而桩侧摩阻力只要桩土间有不太 大的相对位移就能得到充分的发挥，具体数量目前大的相对位移就能得到充分的发挥，具体数量目前 认识尚不能有一致的意见，但一般认为粘性土为认识尚不能有一致的意见，但一般认为粘性土为4 4 6mm6mm，砂性土为，砂性土为610mm610mm。 （一）（一）荷载传递过程荷载传递过程 与土对桩的支承力与土对桩的支承力 6 柱桩柱桩：由于桩底位移很小，桩侧摩阻力不易得到充：由于桩底位移很小

7、，桩侧摩阻力不易得到充 分发挥。对于一般柱桩，桩底阻力占桩支承力的绝分发挥。对于一般柱桩，桩底阻力占桩支承力的绝 大部分，桩侧摩阻力很小常忽略不计。但对较长的大部分，桩侧摩阻力很小常忽略不计。但对较长的 柱桩且覆盖层较厚时，由于桩身的弹性压缩较大，柱桩且覆盖层较厚时，由于桩身的弹性压缩较大， 也足以使桩侧摩阻力得以发挥，对于这类柱桩国内也足以使桩侧摩阻力得以发挥，对于这类柱桩国内 已有规范建议可予以计算桩侧摩阻力。已有规范建议可予以计算桩侧摩阻力。 摩擦桩摩擦桩： 桩底土层支承反力发挥到极限值，则需要桩底土层支承反力发挥到极限值，则需要 比发生桩侧极限摩阻力大得多的位移值，这时总是比发生桩侧极

8、限摩阻力大得多的位移值，这时总是 桩侧摩阻力先充分发挥出来，然后桩底阻力才逐渐桩侧摩阻力先充分发挥出来，然后桩底阻力才逐渐 发挥，直至达到极限值。对于桩长很大的摩擦桩，发挥，直至达到极限值。对于桩长很大的摩擦桩， 也因桩身压缩变形大，桩底反力尚未达到极限值，也因桩身压缩变形大，桩底反力尚未达到极限值， 桩顶位移已超过使用要求所容许的范围，且传递到桩顶位移已超过使用要求所容许的范围，且传递到 桩底的荷载也很微小，此时确定桩的承载为时桩底桩底的荷载也很微小，此时确定桩的承载为时桩底 极限阻力不宜取值过大。极限阻力不宜取值过大。 （一）（一）荷载传递过程荷载传递过程 与土对桩的支承力与土对桩的支承力

9、 back 7 （二）桩侧摩阻力的影响（二）桩侧摩阻力的影响 因素及其分布因素及其分布 桩侧摩阻力桩侧摩阻力=f(=f(土间的相对位移，土的性质，土间的相对位移，土的性质， 桩桩 的刚度，时间，土中应力状态，桩的施工）的刚度，时间，土中应力状态，桩的施工） 桩侧摩阻力实质上是桩侧土的剪切问题。桩侧摩阻力实质上是桩侧土的剪切问题。 桩侧土极限摩阻力值桩侧土极限摩阻力值桩侧土的剪切强度桩侧土的剪切强度 桩侧土的剪切强度桩侧土的剪切强度=f(=f(类别、性质、类别、性质、 状态和剪切状态和剪切 面上的法向应力面上的法向应力) ) 桩的刚度较小时，桩顶截面的位移较大而桩桩的刚度较小时，桩顶截面的位移较

10、大而桩 底较小，桩顶处桩侧摩阻力常较大；当桩刚度较底较小，桩顶处桩侧摩阻力常较大；当桩刚度较 大时，桩身各截面位移较接近，由于桩下部侧面大时，桩身各截面位移较接近，由于桩下部侧面 土的初始法向应力较大，土的抗剪强度也较大，土的初始法向应力较大，土的抗剪强度也较大， 以致桩下部桩侧摩阻力大于桩上部。以致桩下部桩侧摩阻力大于桩上部。 8 由于桩底地基土的压缩是逐渐完成的，因此桩由于桩底地基土的压缩是逐渐完成的，因此桩 侧摩阻力所承担荷载将随时间由桩身上部向桩下部侧摩阻力所承担荷载将随时间由桩身上部向桩下部 转移。在桩基施工过程中及完成后桩侧土的性质、转移。在桩基施工过程中及完成后桩侧土的性质、 状

11、态在一定范围内会有变化，影响脏侧摩阻力，并状态在一定范围内会有变化，影响脏侧摩阻力，并 且往往也有时间效应。影响桩侧摩阻力的诸因素中且往往也有时间效应。影响桩侧摩阻力的诸因素中 ，土的类别、性状是主要因素。，土的类别、性状是主要因素。 在分析基桩承载力等问题时，各因素对桩侧摩在分析基桩承载力等问题时，各因素对桩侧摩 阻力大小与分布的影响，应分别情况予以注意。在阻力大小与分布的影响，应分别情况予以注意。在 塑性状态粘性上中打桩，在桩侧造成对土的扰动，塑性状态粘性上中打桩，在桩侧造成对土的扰动， 再加上打桩的挤压影响会在打桩过程中使桩周围土再加上打桩的挤压影响会在打桩过程中使桩周围土 内孔隙水压力

12、上升，土的抗剪强度降低，桩侧摩阻内孔隙水压力上升，土的抗剪强度降低，桩侧摩阻 力变小。待打桩完成经过一段时间后，超孔隙水压力变小。待打桩完成经过一段时间后，超孔隙水压 力逐渐消散，再加上粘土的触变性质，使桩周围一力逐渐消散，再加上粘土的触变性质，使桩周围一 定范围内的抗剪强度不但能得到恢复，而且往往还定范围内的抗剪强度不但能得到恢复，而且往往还 可能超过其原来强度，桩侧摩阻力得到提高。可能超过其原来强度，桩侧摩阻力得到提高。 （二）桩侧摩阻力的影响（二）桩侧摩阻力的影响 因素及其分布因素及其分布 9 在砂性上中打桩时，桩侧摩阻力的变化与砂土在砂性上中打桩时，桩侧摩阻力的变化与砂土 的初始密度有

13、关，如密实砂性上有剪胀性会使的初始密度有关，如密实砂性上有剪胀性会使 摩阻力出现峰值后有所下降。摩阻力出现峰值后有所下降。 桩侧摩阻力的大小及其分布决定着桩身轴桩侧摩阻力的大小及其分布决定着桩身轴 向力随深度的变化及数值，因此掌握、了解桩向力随深度的变化及数值，因此掌握、了解桩 侧摩阻力的分布规律，对研究和分析桩的工作侧摩阻力的分布规律，对研究和分析桩的工作 状态有重要作用。由于影响桩侧摩阻力的因素状态有重要作用。由于影响桩侧摩阻力的因素 即桩土间的相对位移、土中的侧向应力及上质即桩土间的相对位移、土中的侧向应力及上质 分布及性状均随深度变比，因此要精确地用物分布及性状均随深度变比，因此要精确

14、地用物 理力学方程描述桩侧摩阻力沿深度的分布规律理力学方程描述桩侧摩阻力沿深度的分布规律 较复杂。较复杂。 （二）桩侧摩阻力的影响（二）桩侧摩阻力的影响 因素及其分布因素及其分布 10 如图如图所示两例来说明其分布变化。所示两例来说明其分布变化。 其中其中 a) a) 为上海某工程钢管打入桩实测资料为上海某工程钢管打入桩实测资料, ,在在 粘性土中的打入桩的惦侧摩阻力沿深度分布的粘性土中的打入桩的惦侧摩阻力沿深度分布的 形状近乎抛物线，在桩顶处的摩阻力等于零，形状近乎抛物线，在桩顶处的摩阻力等于零， 桩身中段处的摩阻力比桩的下段大。现常近似桩身中段处的摩阻力比桩的下段大。现常近似 假设打入桩桩

15、侧摩阻力在地面处为零，假设打入桩桩侧摩阻力在地面处为零， b) b) 图为我国某工程钻孔灌注桩实测资料图为我国某工程钻孔灌注桩实测资料 ，从地面起的桩侧摩阻力呈线性增加，其深度，从地面起的桩侧摩阻力呈线性增加，其深度 仅为桩径的仅为桩径的5 5一一1010倍，而沿桩长的摩阻力分布倍，而沿桩长的摩阻力分布 则比较均匀。而对钻孔灌注桩则近似假设桩侧则比较均匀。而对钻孔灌注桩则近似假设桩侧 摩阻力沿桩身均匀分布。摩阻力沿桩身均匀分布。 （二）桩侧摩阻力的影响（二）桩侧摩阻力的影响 因素及其分布因素及其分布 back 11 back 12 （三）桩底阻力的影响因素（三）桩底阻力的影响因素 及其深度效应

16、及其深度效应 桩底阻力桩底阻力=f (=f (土的性质，持力层上覆荷载，桩径，桩土的性质，持力层上覆荷载，桩径，桩 底作用力、时间及桩底端进持力层深度）底作用力、时间及桩底端进持力层深度） 桩底地基土的受压刚度和抗剪强度大则桩底阻力桩底地基土的受压刚度和抗剪强度大则桩底阻力 也大，桩底极限阻力取决于持力层土的抗剪强度和也大，桩底极限阻力取决于持力层土的抗剪强度和 上覆荷载及桩径大小的影响。由于桩底地基土层受上覆荷载及桩径大小的影响。由于桩底地基土层受 压固结作用是逐渐完成的，桩底阻力将随土层固结压固结作用是逐渐完成的，桩底阻力将随土层固结 度提高会随着时间而增长。度提高会随着时间而增长。 模型

17、和现场的试验研究表明，桩的承载力模型和现场的试验研究表明，桩的承载力( (主要主要 是桩底阻力是桩底阻力) )随着桩的入土深度，特别是进入持力层随着桩的入土深度，特别是进入持力层 的深度而变化。这种特性称为的深度而变化。这种特性称为深度效应深度效应，桩底端进，桩底端进 入持力砂土层或硬粘土层时，桩的极限阻力随着进入持力砂土层或硬粘土层时，桩的极限阻力随着进 入持力层的深度线性增加。达到一定深度后，桩底入持力层的深度线性增加。达到一定深度后，桩底 阻力的极限值保持稳值。这一深度称为阻力的极限值保持稳值。这一深度称为临界深度临界深度h h。 13 h h与持力层的上覆荷载和持力层土的密度有关与持力

18、层的上覆荷载和持力层土的密度有关 。 上部荷载越小、持力层土密度越大，则上部荷载越小、持力层土密度越大，则h h越大。越大。 当持力层下为软弱土层也存在一个当持力层下为软弱土层也存在一个临界厚度临界厚度t tc c 当当 桩底下卧软弱层顶面的距离桩底下卧软弱层顶面的距离ttttc c时，桩底阻力将随时，桩底阻力将随 着着t t的减小而下降，持力层土密度越高、桩径越大，的减小而下降，持力层土密度越高、桩径越大， 则则t tc c越大。越大。 由此可见，对于以夹于软层中的硬层作桩底持力由此可见，对于以夹于软层中的硬层作桩底持力 层时，要根据夹层厚度，综合考虑基桩进入持力层层时，要根据夹层厚度，综合

19、考虑基桩进入持力层 的深度和桩底下硬层的厚度。必须指出，群桩的深的深度和桩底下硬层的厚度。必须指出，群桩的深 度效应概念与上述单桩不同。在均匀砂或有覆盖层度效应概念与上述单桩不同。在均匀砂或有覆盖层 的砂层中，群桩的承载力始终随着桩进入持力层的的砂层中，群桩的承载力始终随着桩进入持力层的 深度而增大，不存在临界深度，当有下卧软弱土层深度而增大，不存在临界深度，当有下卧软弱土层 时，软弱土对单桩的影响更大。时，软弱土对单桩的影响更大。 （三）桩底阻力的影响因素（三）桩底阻力的影响因素 及其深度效应及其深度效应 back 14 （四）单桩在轴向受压荷载（四）单桩在轴向受压荷载 作用下的破坏模式作用

20、下的破坏模式 第一种情况：第一种情况： 当桩底支承在很坚硬当桩底支承在很坚硬 的地层，桩侧土为软上层的地层，桩侧土为软上层 其抗剪强度很低时，（如其抗剪强度很低时，（如 图图a)a)，桩在轴向受压荷载，桩在轴向受压荷载 作用下，如同一根压杆似作用下，如同一根压杆似 地出现纵向挠曲破坏。在地出现纵向挠曲破坏。在 荷载荷载- -沉降沉降(p-s)(p-s)曲线上呈曲线上呈 现出明确的破坏荷载。桩现出明确的破坏荷载。桩 的承载力取决于桩身的材的承载力取决于桩身的材 料强度。料强度。 15 （四）单桩在轴向受压荷载（四）单桩在轴向受压荷载 作用下的破坏模式作用下的破坏模式 第二种情况：第二种情况： 当

21、具有足够强度的桩穿过抗当具有足够强度的桩穿过抗 剪强度较低的土层而达到强度较剪强度较低的土层而达到强度较 高的土层时高的土层时( (如图如图b)b)，桩在轴向，桩在轴向 受压荷载作用下，桩底土体能形受压荷载作用下，桩底土体能形 成滑动面出现整体剪切破坏，这成滑动面出现整体剪切破坏，这 是因为桩底持力层以上的软弱土是因为桩底持力层以上的软弱土 层不能阻止滑动土楔的形成。在层不能阻止滑动土楔的形成。在 ptpt曲线上可求得明确的破坏荷载曲线上可求得明确的破坏荷载 。桩的承载力主要取于桩底士的。桩的承载力主要取于桩底士的 支承力，桩侧摩阻力也起一部分支承力，桩侧摩阻力也起一部分 作用。作用。 16

22、（四）单桩在轴向受压荷载（四）单桩在轴向受压荷载 作用下的破坏模式作用下的破坏模式 第三种情况：第三种情况： 当具有足够强度的桩入当具有足够强度的桩入 土深度较大或桩周土层抗土深度较大或桩周土层抗 剪强度较均匀时剪强度较均匀时( (如图如图c) c)， 桩在轴向受压荷载作用下，桩在轴向受压荷载作用下， 将会出现刺入式破坏。根将会出现刺入式破坏。根 据荷载大小和土质不同，试验中得到的据荷载大小和土质不同，试验中得到的p-sp-s曲线上可曲线上可 能没有明显的转折点或有明显的转折点能没有明显的转折点或有明显的转折点( (表示破坏荷表示破坏荷 载载) )。桩所受荷载由桩侧摩阻力和桩底反力共同支承。桩

23、所受荷载由桩侧摩阻力和桩底反力共同支承 ，即一般所称摩擦桩或几乎全由桩侧摩阻力支承即，即一般所称摩擦桩或几乎全由桩侧摩阻力支承即 纯摩擦桩。纯摩擦桩。 back 17 二、单桩轴向容许承载力二、单桩轴向容许承载力 按土的支承力的确定按土的支承力的确定 单桩轴向容许承载力：单桩轴向容许承载力： 单桩在轴向荷载作用下，地基土和桩本身的单桩在轴向荷载作用下，地基土和桩本身的 强度和稳定性均能得到保证，变形也在容许范强度和稳定性均能得到保证，变形也在容许范 围之内所容许承受的最大荷载，它是以单桩轴围之内所容许承受的最大荷载，它是以单桩轴 向极限承载力向极限承载力( (极限桩侧摩阻力与极限桩底阻力极限桩

24、侧摩阻力与极限桩底阻力 之和）考虑必要的安全度后求得的。之和）考虑必要的安全度后求得的。 确定方法有多种确定方法有多种 ，考虑地基土具有多变性，考虑地基土具有多变性 、复杂性和地域性，几种方法作综合考虑和分、复杂性和地域性，几种方法作综合考虑和分 析，合理地确定。析，合理地确定。 18 二、单桩轴向容许承载力二、单桩轴向容许承载力 按土的支承力的确定按土的支承力的确定 ( (一一) )用静载试验确定单桩转向容计承载力用静载试验确定单桩转向容计承载力 ( (二二) )按设计规范经验公式确定单桩转向容按设计规范经验公式确定单桩转向容 许承载力许承载力 ( (三三) ) 按静力触探法确定单桩容许承载

25、力按静力触探法确定单桩容许承载力 ( (四四) )按动测试桩法确定单桩轴向受压容许按动测试桩法确定单桩轴向受压容许 承载力承载力 ( (五五) )按静力分析法确定单桩容许承载力按静力分析法确定单桩容许承载力 back 19 （一（一) )用静载试验确定单桩用静载试验确定单桩 转向容计承载力转向容计承载力 垂直静载试验法：垂直静载试验法： 在桩顶逐级施加轴向荷载，直至桩达到破在桩顶逐级施加轴向荷载，直至桩达到破 坏状态为止，并在试验过程中测量每级荷载下坏状态为止，并在试验过程中测量每级荷载下 不同时间的桩顶沉降，根据沉降与荷载及时间不同时间的桩顶沉降，根据沉降与荷载及时间 的关系，分析确定单桩轴

26、向容许承载力。的关系，分析确定单桩轴向容许承载力。 试桩的要求：试桩的要求： 可在已打好的工程桩，也可专门设置与工可在已打好的工程桩，也可专门设置与工 程桩相同的试验桩。考虑到试验场地的差异性程桩相同的试验桩。考虑到试验场地的差异性 及试验的离散性，不少及试验的离散性，不少2%2%，不应少于，不应少于2 2根，试根，试 桩的施工方法以及试桩的材料和尺寸、入土深桩的施工方法以及试桩的材料和尺寸、入土深 度均应与设计桩相同。度均应与设计桩相同。 20 （一）用静载试验确定单桩（一）用静载试验确定单桩 转向容计承载力转向容计承载力 1. 1.试验装置试验装置 2.2.测试方法测试方法 3.3.极限荷

27、载和轴间容许承载力的确定极限荷载和轴间容许承载力的确定 back 21 1. 1.试验装置试验装置 锚桩法：锚桩法： 锚桩、锚梁、横梁和油压千斤顶组成，锚桩、锚梁、横梁和油压千斤顶组成， 如下图所示。如下图所示。 锚桩：锚桩： 4 4一一6 6根，入土深度等于或大于试桩的入土根，入土深度等于或大于试桩的入土 深度。锚桩与试桩的间距应大于试桩桩径的深度。锚桩与试桩的间距应大于试桩桩径的3 3倍，以倍，以 减小对试桩的影响。桩顶沉降常用百分表或位移计量减小对试桩的影响。桩顶沉降常用百分表或位移计量 测。观测装置的固测。观测装置的固 定点定点( (如基准桩如基准桩) ) 应与试锚桩保持应与试锚桩保持

28、 适当距离可参阅适当距离可参阅 表表3-33-3。 back 22 2.2.测试方法测试方法 加载应分级：加载应分级： 每级荷载约为预估的破坏荷载的每级荷载约为预估的破坏荷载的1/10-1/151/10-1/15。 有时也采用递变加载，开始有时也采用递变加载，开始1/2.51/2.51/51/5，终了阶，终了阶 段段1/101/101/151/15。 测读沉降时间：测读沉降时间： 每级加荷后的第一小时内，按每级加荷后的第一小时内，按2 2、5 5、1515、 3030、4545、60min60min测读一次，以后测读一次，以后每隔每隔30min30min测测 读一次，直至沉降稳定为止。读一次，

29、直至沉降稳定为止。 沉降稳定的标准：沉降稳定的标准： 对砂性土为对砂性土为30min30min内不超过内不超过0.lmm0.lmm，对粘性，对粘性 土为土为lhlh内不超过内不超过0.lmm0.lmm。 23 2.2.测试方法测试方法 终止试验：终止试验： 待某一级沉降稳定后，施加下一级。循此加待某一级沉降稳定后，施加下一级。循此加 载观测，直至桩达到破坏状态。载观测，直至桩达到破坏状态。 破坏状态标准：破坏状态标准：所相应施加的荷载即为破坏所相应施加的荷载即为破坏 荷荷 载载 （1 1）桩的沉降量突然增大，总沉降量大于）桩的沉降量突然增大，总沉降量大于 40mm40mm，且本级荷载下的沉降量

30、为前一级荷载，且本级荷载下的沉降量为前一级荷载下下 沉降量的沉降量的5 5倍以上。倍以上。 (2) (2) 本级荷载下桩的沉降量为前一级荷载下沉本级荷载下桩的沉降量为前一级荷载下沉 降量的降量的2 2倍，且倍，且24h24h桩的沉降未趋稳定。桩的沉降未趋稳定。 back 24 3.3.极限荷载和轴间容许极限荷载和轴间容许 承载力的确定承载力的确定 极限荷载极限荷载 破坏荷载求得以后，可将其前一级荷载作为破坏荷载求得以后，可将其前一级荷载作为 极限荷载，从而确定单桩轴向容许承载力极限荷载，从而确定单桩轴向容许承载力 p=p=p pj j/k/k 式中：式中：pp单桩轴向受压容许承载力单桩轴向受压

31、容许承载力( (knkn); ); p pj j 试桩的极限荷载试桩的极限荷载( (knkn); ); k k 安全系数，一般为安全系数，一般为2 2。 25 3.3.极限荷载和轴间容许极限荷载和轴间容许 承载力的确定承载力的确定 破坏荷载的标准方面的分歧意见：破坏荷载的标准方面的分歧意见： 因为上述破坏标准虽然也符合桩开始破坏时因为上述破坏标准虽然也符合桩开始破坏时 将发生剧烈的或不停滞的下沉这一概念，但却人将发生剧烈的或不停滞的下沉这一概念，但却人 为地统一规定了以某个沉降值或沉降速率作为破为地统一规定了以某个沉降值或沉降速率作为破 坏标准，实际上对处于各种土层中的桩，在破坏坏标准，实际上

32、对处于各种土层中的桩，在破坏 荷载下的沉降量及沉降速率是不相同的。因此，荷载下的沉降量及沉降速率是不相同的。因此， 比较准确地确定桩极限荷载的方法，应当根据试比较准确地确定桩极限荷载的方法，应当根据试 验测得资料所作成的试验曲线来分析，分析试桩验测得资料所作成的试验曲线来分析，分析试桩 曲线的方法很多，下面仅介绍两种常用方法。曲线的方法很多，下面仅介绍两种常用方法。 26 3.3.极限荷载和轴间容许极限荷载和轴间容许 承载力的确定承载力的确定 （1 1）p-sp-s曲线明显转折点法曲线明显转折点法 在由静载试验绘制的在由静载试验绘制的p-sp-s曲线上，以曲线出现曲线上，以曲线出现 明显下弯转

33、折点所对应的作用荷载作为极限荷明显下弯转折点所对应的作用荷载作为极限荷 载，载，如图所示如图所示。这是因为当荷载超过极限荷载。这是因为当荷载超过极限荷载 后，桩底下土达到破坏阶段发生大量塑性变形后，桩底下土达到破坏阶段发生大量塑性变形 ，引起起桩发生较大或长时间仍不停止的沉降，引起起桩发生较大或长时间仍不停止的沉降 ，所以在，所以在p-sp-s曲线上呈现出明显的下弯转折点。曲线上呈现出明显的下弯转折点。 但有时但有时p-sp-s曲线的转折点不明显，此时极限荷载曲线的转折点不明显，此时极限荷载 就难以确定，需借助其他方法辅助判定，例如就难以确定，需借助其他方法辅助判定，例如 用对数坐标绘制用对数

34、坐标绘制logp-logslogp-logs曲线，可能使转折点曲线，可能使转折点 显得明确些。显得明确些。 27 3.3.极限荷载和轴间容许极限荷载和轴间容许 承载力的确定承载力的确定 back 28 3.3.极限荷载和轴间容许极限荷载和轴间容许 承载力的确定承载力的确定 (2)s-logt (2)s-logt法法( (沉降速率法沉降速率法) ) 这种方法是按沉降随时间的变化特征来确定极限这种方法是按沉降随时间的变化特征来确定极限 荷载的，根据以往大量的试桩资料分析，发现桩在荷载的，根据以往大量的试桩资料分析，发现桩在 破坏荷载以前的每级下沉量破坏荷载以前的每级下沉量(s)(s)与时间与时间(

35、t)(t)的对数成线的对数成线 性关系性关系( (如图所示如图所示) )，用公式表示为，用公式表示为 s=s=mlogtmlogt 直线的斜率直线的斜率mm在某种程度上反映了桩的沉降速率在某种程度上反映了桩的沉降速率 。mm值不是常数，它随着桩上荷载增加而增大值不是常数，它随着桩上荷载增加而增大,m,m越越 大则桩的沉降速率越大。当桩上荷载继续增大时，大则桩的沉降速率越大。当桩上荷载继续增大时， 如发现绘得的如发现绘得的s- s-logtlogt线不是直线而是折线时，则说明线不是直线而是折线时，则说明 在该级荷载作用下桩沉降骤增，此为地基土塑性变在该级荷载作用下桩沉降骤增，此为地基土塑性变 形

36、骤增的结果即为桩破坏的标志。因此可将相应于形骤增的结果即为桩破坏的标志。因此可将相应于s- s- logtlogt线型由直线变为折线的那一级荷载定为该桩的破线型由直线变为折线的那一级荷载定为该桩的破 坏荷载，其前一级荷载即为桩的极限荷载。坏荷载，其前一级荷载即为桩的极限荷载。 back 29 3.3.极限荷载和轴间容许极限荷载和轴间容许 承载力的确定承载力的确定 back 30 （二）按设计规范经验公式（二）按设计规范经验公式 确定单桩转向容许承载力确定单桩转向容许承载力 1. 1.摩擦桩摩擦桩 2.2.柱桩柱桩 back 31 1. 1.摩擦桩摩擦桩 下面以下面以公桥基规公桥基规所用经验公式

37、为例，说明所用经验公式为例，说明 此种方法此种方法( (以下各经验公式除特殊说明者外均适用于以下各经验公式除特殊说明者外均适用于 钢筋混凝土桩、混凝土桩及预应力混凝土桩钢筋混凝土桩、混凝土桩及预应力混凝土桩) ) 单桩容许承载力单桩容许承载力p=p=桩侧极限摩阻力桩侧极限摩阻力p psu su十桩 十桩 底极限阻力底极限阻力p ppu pu/ /安全系数 安全系数 (1) (1) 打入桩的容许承载力按下式计算打入桩的容许承载力按下式计算 p=up=ui il li ii i+a+ar r/2/2 32 1. 1.摩擦桩摩擦桩 上式中：上式中： pp 单桩轴向受压容许承载力单桩轴向受压容许承载力

38、(kn); (kn); 当荷载为附加组合、临时施工荷载或拱承受单向自当荷载为附加组合、临时施工荷载或拱承受单向自 重推力时，可予以提高重推力时，可予以提高; ; u u 桩的周长桩的周长(m); (m); l li i 桩在承台底面或最大冲刷线以下的第桩在承台底面或最大冲刷线以下的第i i层土层土 层中的长度层中的长度(m);(m); i i 与与li li相对应的各土层与桩侧的极限摩阻力相对应的各土层与桩侧的极限摩阻力 ( (kpakpa) )，可按表，可按表3-43-4查用查用; ; a a 桩底面积桩底面积( (m)im)i ； r r 桩底处上的极限承载力桩底处上的极限承载力( (kp

39、akpa) )，可按表，可按表3-53-5查查 用用; ; i i，分别为振动下沉对各土层桩侧摩阻力和分别为振动下沉对各土层桩侧摩阻力和 桩底抵抗力的影响系数，按表桩底抵抗力的影响系数，按表3-63-6查用，对于打入查用，对于打入 桩其值均为桩其值均为1.01.0。 33 1. 1.摩擦桩摩擦桩 钢管桩（考虑桩底端闭塞效应及其挤土效应）钢管桩（考虑桩底端闭塞效应及其挤土效应） p pj j=s sululi ii i+p paar r 当当h hb b/d/ds s5 40mh40m时可按时可按h=40mh=40m考虑考虑; ; 0 0 桩底处土的容许承载力桩底处土的容许承载力( (kpakp

40、a) )，可参照规范，可参照规范 或按本书第二章中表或按本书第二章中表2-32-3、2-42-4查用查用; ; 2 2 桩底以上土的容重，多层土时按换算容重计桩底以上土的容重，多层土时按换算容重计 算算; ; k k2 2 地基土容许承载力随深度的修正系数，可参照 地基土容许承载力随深度的修正系数，可参照 规范或本书第二章中表规范或本书第二章中表2-52-5采用，表中土名系按桩采用，表中土名系按桩 底土层确定。采用式底土层确定。采用式(3-11)(3-11)计算时，应以最大冲刷线计算时，应以最大冲刷线 下桩重的一半值作为外荷载计算。下桩重的一半值作为外荷载计算。 36 1. 1.摩擦桩摩擦桩

41、(3)(3)管柱受压容许承载力确定管柱受压容许承载力确定 管柱受压容许承载力可按打入桩式管柱受压容许承载力可按打入桩式(3-7)(3-7)计算，计算， 也可由专门试验确定。也可由专门试验确定。 (4)(4)单桩轴向受拉容许承载力确定单桩轴向受拉容许承载力确定 当荷载组合当荷载组合、组合、组合ll或组合或组合作用时，单作用时，单 桩轴向受拉容许承载力可按下式计算：桩轴向受拉容许承载力可按下式计算： pp1 1=0.3ul=0.3uli ii i十十ww (3-12) (3-12) 式中：式中：p1 p1 单桩轴向受拉容许承载力单桩轴向受拉容许承载力( (knkn); ); w w 桩身自重桩身自

42、重( (knkn); ); 其余符号意义可参见式其余符号意义可参见式(3-7)(3-7)及式及式(3-11)(3-11)。当荷。当荷 载组合载组合l l作用时，桩不宜出现上拔力。作用时，桩不宜出现上拔力。 back 37 2.2.柱桩柱桩 取决于桩底处岩石的强度和嵌入岩层深度取决于桩底处岩石的强度和嵌入岩层深度 p=(cp=(c1 1a a十十c c2 2u uh h)r)ra a (3-13) (3-13) 式中：式中：a a桩底截面面积桩底截面面积(m);(m); r ra a 天然湿度的岩石单轴极限抗压强度天然湿度的岩石单轴极限抗压强度( (kpakpa) )， 试件直径为试件直径为70

43、70100mm;100mm;试件高度与试件直径相试件高度与试件直径相 等等; ; h h 桩嵌人未风化岩层深度桩嵌人未风化岩层深度(m(m）；）； u u 桩嵌入基岩部分的横截面周长桩嵌入基岩部分的横截面周长(m)(m)，按设计，按设计 直径计算直径计算; ; c c1 1、c c2 2 根据岩石破碎程度、清孔情况等因素 根据岩石破碎程度、清孔情况等因素 而定的系数，可参考表而定的系数，可参考表3-113-11。 38 2.2.柱桩柱桩 经验公式中一些问题的探讨：经验公式中一些问题的探讨： 由于土的类别和性状以及桩土共同作用过程都较由于土的类别和性状以及桩土共同作用过程都较 复杂，有些土的试桩

44、资料也较少，因此对重要工程复杂，有些土的试桩资料也较少，因此对重要工程 的桩基础在运用规范法确定单桩容许承载力的同时的桩基础在运用规范法确定单桩容许承载力的同时 ，应以静载试验或其他方法，应以静载试验或其他方法 验证其承载力验证其承载力; ;经验公经验公 式中有些问题也有待进一步探讨研究，例如以上所式中有些问题也有待进一步探讨研究，例如以上所 述经验公式是根据桩侧土极限摩阻力和桩底土极限述经验公式是根据桩侧土极限摩阻力和桩底土极限 阻力的经验值计算出单桩轴向极限承载力，然后除阻力的经验值计算出单桩轴向极限承载力，然后除 以安全系数以安全系数k(k(我国一般取我国一般取k=2)k=2)来确定单桩

45、轴向容许来确定单桩轴向容许 承载力的，即对桩侧摩阻力和桩底阻力引用了单一承载力的，即对桩侧摩阻力和桩底阻力引用了单一 的安全系数。而实际上由于桩侧摩阻力与桩底阻力的安全系数。而实际上由于桩侧摩阻力与桩底阻力 是异步发挥，且其发生极限状态的时效也不同，因是异步发挥，且其发生极限状态的时效也不同，因 此各自的安全度是不同的，此时单桩轴向容许承载此各自的安全度是不同的，此时单桩轴向容许承载 力可用分项安全系数表示为力可用分项安全系数表示为: : 39 2.2.柱桩柱桩 p= p=p psu su/k /ks s+p+ppu pu/k /kp p 式中：式中：pp单桩轴向容许承载力单桩轴向容许承载力(

46、 (knkn); ); p psu su桩侧极限摩阻力蚀 桩侧极限摩阻力蚀n); n); p ppu pu桩底极限阻力伙 桩底极限阻力伙n); n); k ks s桩侧阻安全系数桩侧阻安全系数; ; k kp p桩端阻安全系数。桩端阻安全系数。 一般情况下，一般情况下，k ks sk kp p。 采用分项安全系数确定单桩容许承载力要比单一安采用分项安全系数确定单桩容许承载力要比单一安 全系数更符合桩的实际工作状态。但要付诸应用全系数更符合桩的实际工作状态。但要付诸应用, ,还还 有待积累更多的资料。有待积累更多的资料。 40 2.2.柱桩柱桩 建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范确定单桩承载力的分

47、项系确定单桩承载力的分项系 数极限状态设计方法：数极限状态设计方法： 以上均为按容许应力设计方法来确定单桩轴向以上均为按容许应力设计方法来确定单桩轴向 容许承载力的。为使建筑结构、公路桥涵结构设计容许承载力的。为使建筑结构、公路桥涵结构设计 达到更经济的效果，使结构钧更好的在使用期限内达到更经济的效果，使结构钧更好的在使用期限内 满足安全、适用、耐久功能要求，我国建筑结构，满足安全、适用、耐久功能要求，我国建筑结构， 公路桥涵结构设计已采用以概率理论为基础的分项公路桥涵结构设计已采用以概率理论为基础的分项 系数的极限状态设计方法。但由于桩基础的工作性系数的极限状态设计方法。但由于桩基础的工作性

48、 状和承载力与变异性很大的地基上性质有关，而桩状和承载力与变异性很大的地基上性质有关，而桩 基的施工条件也使其质量变异性很大，迄今积累有基的施工条件也使其质量变异性很大，迄今积累有 关资料还少关资料还少公桥基规公桥基规采用上述原则进行桩基设采用上述原则进行桩基设 计尚存在许多困难。计尚存在许多困难。 41 2.2.柱桩柱桩 1995 1995年城乡建设部颁发的年城乡建设部颁发的建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范 介绍了桩按土支承力确定单桩承载力的分项系数介绍了桩按土支承力确定单桩承载力的分项系数 极限状态设计方法极限状态设计方法: :（摘录如下供学习参考）（摘录如下供学习参考） 确定单桩轴向承载

49、力设计值确定单桩轴向承载力设计值r=r=qqsk sk/ /s s十十qqpk pk/ /p p 当根据静载试验确定单桩轴向极限承载力标准值时当根据静载试验确定单桩轴向极限承载力标准值时 ，基桩的轴向承载力设计值，基桩的轴向承载力设计值r=r=qquk uk/ /sp sp 式中：式中： qqsk sk、 、qqpk pk 分别为单桩总极限桩侧阻力和总极限桩底 分别为单桩总极限桩侧阻力和总极限桩底 阻力标准值阻力标准值; ; qquk uk 单桩轴向极限承载力标准值 单桩轴向极限承载力标准值; ; s s、p p、sp sp 分别为桩侧阻力抗力分项系数、桩 分别为桩侧阻力抗力分项系数、桩 底阻

50、力抗力分项系数、桩侧阻力桩底阻力综合抗力底阻力抗力分项系数、桩侧阻力桩底阻力综合抗力 分项系数，按表分项系数，按表3-123-12采用。采用。 back 42 （三）按静力触探法确（三）按静力触探法确 定单桩容许承载力定单桩容许承载力 触探仪的探头贯入土中时的贯入阻力与受触探仪的探头贯入土中时的贯入阻力与受 压单桩在土中的工作状况有相类似，将探头压压单桩在土中的工作状况有相类似，将探头压 入土中测得探头的贯入阻力，取得资料与试桩入土中测得探头的贯入阻力，取得资料与试桩 结果进行比较，通过大量资料的积累和分析研结果进行比较，通过大量资料的积累和分析研 究，建立经验公式确定轴向受压单桩容许承载究，

51、建立经验公式确定轴向受压单桩容许承载 力。测试时，可采用单桥或双桥探头。力。测试时，可采用单桥或双桥探头。 公桥基规公桥基规采用的，根据双桥探头资料确定采用的，根据双桥探头资料确定 沉入桩的单桩容许承载力公式沉入桩的单桩容许承载力公式: 43 （三）按静力触探法（三）按静力触探法 确定单桩容许承载力确定单桩容许承载力 p= p=uui ii i l li ii i+a+ar r/2 (3-16)/2 (3-16) 式中：式中： pp单桩轴向受压容许承载力单桩轴向受压容许承载力( (knkn); ); i i 桩侧第桩侧第i i层土的静力触探测得的平均局部侧摩层土的静力触探测得的平均局部侧摩 阻

52、阻( (kpakpa) )，当，当i i 5kpa77时时; ; 按式按式(3-37)(3-37)算得的强度小于按式算得的强度小于按式(3-36)(3-36)算得算得 的强度时的强度时; ; 当当ajgajg小于小于25%ag25%ag时。时。 ( (一一) )轴向受压情况轴向受压情况 back 75 ( (二二) )偏心受压情况偏心受压情况 1 1强度验算强度验算 由于桩顶有水平力及弯矩作用使桩身轴线发生偏由于桩顶有水平力及弯矩作用使桩身轴线发生偏 倚，因此应考虑桩在水平力、弯矩作用平面内的挠倚，因此应考虑桩在水平力、弯矩作用平面内的挠 度对纵向力偏心距的影响，应将纵向力对截面重心度对纵向力

53、偏心距的影响，应将纵向力对截面重心 轴的偏心距向乘以偏心距增大系数轴的偏心距向乘以偏心距增大系数 =1/(1 - =1/(1 - c cnnj j l lp p2/102/10e ee eh hi ih hb b ) ) （3-403-40） 式中：式中：e eh h 混凝土弹性模量混凝土弹性模量 i ih h 混凝土截面惯性距混凝土截面惯性距 nnj j、b b、c c同式同式(3-36);(3-36); l lp p 桩的计算长度，按表桩的计算长度，按表3-143-14采用采用 e e 考虑偏心距对考虑偏心距对值的影响系数，按下式计算：值的影响系数，按下式计算： 76 e e=0.1/(0

54、.3+e=0.1/(0.3+e0 0/d)+0.143/d)+0.143 当当e e0 0/d 1/d 1时，取时，取=0.2=0.2 d d 圆形截面直径。圆形截面直径。 式式(3-40)(3-40)为为公路桥涵设计规范公路桥涵设计规范引用的公式引用的公式 ，在桩的长细比很小时即，在桩的长细比很小时即l lp p/d7/d7时，在计算时可时，在计算时可 不必考虑附加挠度的影响；当长细比很大时，按不必考虑附加挠度的影响；当长细比很大时，按 式式(3-40)(3-40)算得的算得的值可能出现负值或大于值可能出现负值或大于3 3时，说时，说 明所选定的截面尺寸偏小，应加大截面尺寸明所选定的截面尺寸

55、偏小，应加大截面尺寸; ;当全当全 部纵向钢筋的配筋率大于部纵向钢筋的配筋率大于3%3%时，式时，式(3-40)(3-40)中的中的i ih h 乘以系数乘以系数1.21.2，以计钢筋的影响。，以计钢筋的影响。由于水平力及弯由于水平力及弯 矩作用使纵向力对截面重心轴偏心距的增大，纵矩作用使纵向力对截面重心轴偏心距的增大，纵 向力必然会对截面产生附加弯矩，此时，沿周边向力必然会对截面产生附加弯矩，此时，沿周边 ( (二二) )偏心受压情况偏心受压情况 77 均匀配置钢筋的圆形截面偏心受压桩的截面强度计算均匀配置钢筋的圆形截面偏心受压桩的截面强度计算 公式为：公式为： nnj j=b b r r2

56、 2(r(ra aa/a/c c+r+rg gc/c/s s) (3-42) (3-42) nnj jee0 0=mjbmjb r r3 3(r(ra ab/c+b/c+g g r rg gd/d/s s) ) （3-433-43） 式中式中r r桩的圆形截面半径桩的圆形截面半径 含筋率；含筋率；mjmj计算弯矩计算弯矩 r ra a 混凝土抗压设计强度混凝土抗压设计强度 r rg g 钢筋抗拉设计强度钢筋抗拉设计强度 e e0 0 纵向力初始偏心距纵向力初始偏心距; ; g g 钢筋半径相对系数，钢筋半径相对系数，g= g= r rg g/r /r a a、b b、c c、d d 圆形截面偏

57、心受压截面强度计算系数圆形截面偏心受压截面强度计算系数 ，可查，可查公路桥涵设计规范公路桥涵设计规范已编成表格查用已编成表格查用; ; 余下符号同式余下符号同式(3-36)(3-36)。 ( (二二) )偏心受压情况偏心受压情况 78 强度复核验算步骤：强度复核验算步骤： (1) (1) 由式由式(3-43)(3-43)除以式除以式(3-42)(3-42)可得可得 ee0 0=mmj j / / nnj j =( =(r ra ab b + +g g r rg gd d) r/ ) r/ ( (r ra aa+ra+rg gc c) ) (2) (2) 假定假定值为值为ii，查表得系数，查表得

58、系数a a、b b、c c、d;d; 代大上式求得代大上式求得ee0i 0i。若 。若ee0i 0ie e0 0 ( (实际值实际值) )， 则认为所假定则认为所假定值与实际相符，即可取值与实际相符，即可取=i i 进行计算。否则要重新假定进行计算。否则要重新假定值。值。 (3) (3) 将与实际相符而查得的将与实际相符而查得的a a、b b、c c、d d系数代系数代 入式入式(3-42)(3-42)或式或式(3-43)(3-43)进行强度复核。进行强度复核。 ( (二二) )偏心受压情况偏心受压情况 79 2 2最大裂缝宽度验算最大裂缝宽度验算 偏心受压的钢筋混凝士桩为压弯构件。它除了偏心

59、受压的钢筋混凝士桩为压弯构件。它除了 需进行承载能力极限状态的计算外，还需按正常需进行承载能力极限状态的计算外，还需按正常 使用极限状态验算桩的裂缝宽度，便其限制在允使用极限状态验算桩的裂缝宽度，便其限制在允 许范围之内，以保证必要的抗裂安全度，即式中许范围之内，以保证必要的抗裂安全度，即式中 fmax fmax f f (3-44) (3-44) 式中：式中：fmax fmax 在荷载短期效应组合下，并考虑荷 在荷载短期效应组合下，并考虑荷 载长期效应影响，构件的最大裂缝宽度载长期效应影响，构件的最大裂缝宽度(mm);(mm); ff 构件的允许裂缝宽度构件的允许裂缝宽度(mm)(mm)公路

60、桥涵设计公路桥涵设计 规范规范建议，裂缝宽度按下式计算建议，裂缝宽度按下式计算 fmax fmax =c1c2c3 =c1c2c3g g(30+d)/(0.28+10)/e(30+d)/(0.28+10)/eg g(mm)(mm) ( (二二) )偏心受压情况偏心受压情况 80 上式中：上式中： c1 c1 钢筋表面形状系数，光圆钢筋钢筋表面形状系数，光圆钢筋c1=1.4c1=1.4，螺纹钢筋，螺纹钢筋 c1=1.0c1=1.0； c2 c2 考虑荷载作用的系数，短期静荷载考虑荷载作用的系数，短期静荷载( (不考虑冲击力不考虑冲击力) ) 作作c2=1.0c2=1.0； 长期荷载作用时，长期荷