第3章 桩基础(3)

1、1 基础工程基础工程 第第3 3章章 桩基础桩基础 2 n4.1 桩的竖向荷载传递过程 n4.2桩的竖向荷载传递的一般规律 n4.3桩在轴向荷载下的破坏模式 n4.4桩的负摩阻力 4. 竖向荷载作用下单桩的工作性能 3 n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)=)= 桩身弹性压缩桩身弹性压缩+ +桩底土层压缩桩底土层压缩 n 置于土中的桩与其侧面土是紧密接触的，当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用的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。桩侧摩阻力。 n 桩顶荷载沿桩身向下传递的过程中，必须不

2、断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，桩身轴向力就随深度逐渐减地克服这种摩阻力，桩身轴向力就随深度逐渐减 小，传至桩底轴向力也即桩底支承反力小，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= =桩顶荷载桩顶荷载- -全部桩侧摩阻力全部桩侧摩阻力 n桩顶荷载是桩通过桩侧摩阻力和桩底阻力传递给桩顶荷载是桩通过桩侧摩阻力和桩底阻力传递给 土体。土体。 4.1 桩的竖向荷载传递过程 4 n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 n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+

3、 +桩底极限阻力桩底极限阻力 5 n 桩侧摩阻力和桩底阻力的发挥程度与桩土间的变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量是形性态有关，并各自达到极限值时所需要的位移量是 不相同的。不相同的。 n 试验表明：试验表明：桩底阻力桩底阻力的充分发挥需要有较大的位的充分发挥需要有较大的位 移值，粘性土中约为桩底直径的移值，粘性土中约为桩底直径的25%25%，砂性土中约为，砂性土中约为 8%-10%8%-10%。 n 而桩而桩侧摩阻力侧摩阻力只要桩土间不太大的相对位移就能只要桩土间不太大的相对位移就能 充分的发挥，一般认为粘性土为充分的发挥，一般认为粘性土

4、为4-6mm4-6mm，砂性土为，砂性土为6-6- 10mm10mm。 4.2桩的竖向荷载传递的一般规律 6 n桩侧摩阻力= n f(f(桩土间的相对位移，土的性质，桩土间的相对位移，土的性质， 桩的刚度，桩的刚度， 时间，土中应力状态，桩的施工）时间，土中应力状态，桩的施工） n桩侧摩阻力实质上是桩侧土的剪切问题。 n桩侧土极限摩阻力值桩侧土的剪切强度 n桩侧土的剪切强度= n f(类别、性质、 状态和剪切面上的法向应力) n实测的侧摩阻力沿桩身的分布 n桩底阻力= n f (f (土的性质，持力层上覆荷载，桩径，桩底作土的性质，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）

5、用力、时间及桩底端进持力层深度） n 4.2桩的竖向荷载传递的一般规律 7 4.2桩的竖向荷载传递的一般规律 打入桩 钻孔灌注桩 8 n 模型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 随着桩的入土深度，特别是进入持力层的深度而随着桩的入土深度，特别是进入持力层的深度而 变化，这种特性称为变化，这种特性称为深度效应深度效应。 n 桩底端进入持力砂土层或硬粘土层时，桩底端进入持力砂土层或硬粘土层时，桩底桩底 的极限阻力的极限阻力随着进入持力层的深度线性增加。达随着进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。这到一定深度后，桩底阻力的极限值保持稳

6、值。这 一深度称为一深度称为临界深度临界深度h hcp cp。 。 n 桩侧的极限摩阻力桩侧的极限摩阻力随着进入持力层的深度线随着进入持力层的深度线 性增加。达到一定深度后，保持稳值。这一深度性增加。达到一定深度后，保持稳值。这一深度 称为称为临界深度临界深度h hcs cs。 。 4.2桩的竖向荷载传递的一般规律 9 n压屈破坏：压屈破坏： 当桩底支承在很坚硬的地当桩底支承在很坚硬的地 层，桩侧土为软土层抗剪强层，桩侧土为软土层抗剪强 度很低，桩在轴向受压荷载度很低，桩在轴向受压荷载 作用下，如同一根压杆似地作用下，如同一根压杆似地 出现纵向挠曲破坏。出现纵向挠曲破坏。 荷载荷载- -沉降沉

7、降(P-s)(P-s)曲线上曲线上 呈现出明确的破坏荷载。呈现出明确的破坏荷载。 桩的承载力取决于桩身桩的承载力取决于桩身 的材料强度。的材料强度。 4.3桩在轴向荷载下的破坏模式 10 n整体剪切破坏：整体剪切破坏： 足够强度的桩穿过抗剪强度较低的足够强度的桩穿过抗剪强度较低的 土层而达到强度较高的土层时，桩底土土层而达到强度较高的土层时，桩底土 形成滑动面出现整体剪切破坏，因为桩形成滑动面出现整体剪切破坏，因为桩 底持力层以上的软弱土层不能阻止滑动底持力层以上的软弱土层不能阻止滑动 土楔的形成。土楔的形成。 在在PSPS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

8、要取于桩底土的支承力，桩的承载力主要取于桩底土的支承力， 桩侧摩阻力也起一部分作用桩侧摩阻力也起一部分作用。 4.3桩在轴向荷载下的破坏模式 11 n刺入破坏：刺入破坏： 足够强度的桩入土深度足够强度的桩入土深度 较大或桩周土层抗剪强度较大或桩周土层抗剪强度 较均匀时，桩在轴向受压较均匀时，桩在轴向受压 荷载作用下，刺入式破坏。荷载作用下，刺入式破坏。 根据荷载大小和土质不同，试验中得到的根据荷载大小和土质不同，试验中得到的P-SP-S曲线曲线 上可能没有明显的转折点或有明显的转折点上可能没有明显的转折点或有明显的转折点( (表示破坏表示破坏 荷载荷载) )。 桩所受荷载由桩侧摩阻力和桩底反力

9、共同支承，桩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纯摩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。擦桩。 4.3桩在轴向荷载下的破坏模式 12 (一) 负摩阻力的意义及其产生原因 (二)中性点及其位置的确定 (三)负摩力的计算 4.4桩的负摩阻力 13 正摩阻力正摩阻力： 桩受轴向荷载作用后，桩桩受轴向荷载作用后，桩 相对于桩侧土体作向下位相对于桩侧土体作向下位 移，使土对桩产生向上作移，使土对桩产生向上作 用的摩阻力用的摩阻力 。 (一)负摩阻力的意义及其产生原因 14 负摩阻力：负摩阻力： 当桩周土体因某种原因发当桩周土体因某种原因发

10、 生下沉，其沉降速率大于桩的生下沉，其沉降速率大于桩的 下沉时，则桩侧土就相对于桩下沉时，则桩侧土就相对于桩 作向下位移，而使土对桩产生作向下位移，而使土对桩产生 向下作用的摩阻力向下作用的摩阻力 。 (一)负摩阻力的意义及其产生原因 15 产生的原因： 1.1.在桩附近地面大面堆载，引起地面沉降，对桩产在桩附近地面大面堆载，引起地面沉降，对桩产 生负摩阻力生负摩阻力; ; 2. 2.土层中抽取地下水或其他原因，地下水位下降，土层中抽取地下水或其他原因，地下水位下降， 使土层产生自重固结下沉使土层产生自重固结下沉; ; 3. 3.桩穿过欠压密土层桩穿过欠压密土层( (如填土）进入硬持力层，土如

11、填土）进入硬持力层，土 层产生自重固结下沉层产生自重固结下沉; ; 4. 4.桩数很多的密集群桩打桩时。使桩周土中产生很桩数很多的密集群桩打桩时。使桩周土中产生很 大的超孔隙水压力，打桩停止后桩周土的再固结作用大的超孔隙水压力，打桩停止后桩周土的再固结作用 引起下沉引起下沉; ; 5. 5.在黄土、冻土中的桩，因黄土湿陷、冻土融化产在黄土、冻土中的桩，因黄土湿陷、冻土融化产 生地面下沉。生地面下沉。 16 负摩阻力产生范围：负摩阻力产生范围： 桩侧土层对桩产生相对桩侧土层对桩产生相对 下沉的范围。下沉的范围。 负摩阻力的影响因素负摩阻力的影响因素： 桩侧土层的压缩，决定桩侧土层的压缩，决定 于

12、地表作用荷载于地表作用荷载( (或土的自或土的自 重重) )和土的压缩性质，并随和土的压缩性质，并随 深度而渐减小；深度而渐减小； 桩身弹性压缩变形，桩桩身弹性压缩变形，桩 身压缩变形随深度逐渐减少；身压缩变形随深度逐渐减少； ( (二二) )中性点及其位置的确定中性点及其位置的确定 中性点位置及荷载传递 a)位移曲线；b)桩侧摩阻力分布曲线；c)桩身 轴力分布曲线Sd地面沉降；S桩的沉降； Ss桩身压缩；Sh桩底下沉；Nhf由负摩 阻力引起的桩身最大轴力；Nf总的正摩阻 力 17 中性点中性点： 正、负摩阻力变换处的正、负摩阻力变换处的 位置，即称中性点。位置，即称中性点。 中性点的位置：中

13、性点的位置： 桩与桩侧土的相对位移，桩与桩侧土的相对位移， 桩周土的性质，当桩侧土桩周土的性质，当桩侧土 层压缩变形大，桩底下土层压缩变形大，桩底下土 层坚硬，桩的下沉量小时，层坚硬，桩的下沉量小时， 中性点位置就会下移中性点位置就会下移; ;反之，反之， 中性点位置就会上移。中性点位置就会上移。 (二)中性点及其位置的确定 中性点位置及荷载传递 a)位移曲线；b)桩侧摩阻力分布曲线；c)桩身 轴力分布曲线Sd地面沉降；S桩的沉降； Ss桩身压缩；Sh桩底下沉；Nhf由负摩 阻力引起的桩身最大轴力；Nf总的正摩阻 力 18 按经验估计产生负摩阻力的深度按经验估计产生负摩阻力的深度： h hn n=(0.71.0)h=(0.71.0)h0 0 式中：式中：h hn n产生负摩阻力的深度产生负摩阻力的深度; ; h h0 0 软弱压缩层或自重湿陷黄土层厚度。软弱压缩层或自重湿陷黄土层厚度。 在泥炭层中可取在泥炭层中可取h h1 1为泥炭层厚度。为泥炭层厚度。 端承桩桩应取端承桩桩应取h hn n=h=h0 0 摩擦桩，桩底支承力与整桩承载力摩擦桩，桩底支承力与整桩承载力5%5%以下时，以下时， 取取h hn n=0.7h=0.7h0 0 在在5%-50%5%-50%之间，取之间，取h hn n=0.8h=0.