桩基沉降负摩阻力水平承载力PPT学习教案

1、会计学1 桩基沉降负摩阻力水平承载力桩基沉降负摩阻力水平承载力 嵌岩桩、设计等级丙级建筑物桩基，对沉降嵌岩桩、设计等级丙级建筑物桩基，对沉降 无特殊要求的无特殊要求的条形基础下不超过两排桩的桩基条形基础下不超过两排桩的桩基 。吊车工作制级别。吊车工作制级别A5级级A5以下的单层工业厂以下的单层工业厂 房桩基（桩端下为密实土层）。房桩基（桩端下为密实土层）。 不需要沉降计算的情况：不需要沉降计算的情况： 第1页/共57页 变形特征值变形特征值 桩基变形可用下列指标表示：桩基变形可用下列指标表示：沉降量、沉降差、倾斜。沉降量、沉降差、倾斜。 计算桩基础变形时，变形指标可按下述规定选用：计算桩基础变

2、形时，变形指标可按下述规定选用： 对于砌体承重结构应由局部倾斜控制；对于框架结构应对于砌体承重结构应由局部倾斜控制；对于框架结构应 由相邻柱基的沉降差控制；对于多层或高层建筑和高耸由相邻柱基的沉降差控制；对于多层或高层建筑和高耸 结构应由倾斜值控制。结构应由倾斜值控制。 桩基变形容许值桩基变形容许值同浅基础规定同浅基础规定。 第2页/共57页 变形特征变形特征容许值容许值 砌体承重结构基础的局部倾斜砌体承重结构基础的局部倾斜0.0020.002 工业与民用建筑相邻柱基的沉降差工业与民用建筑相邻柱基的沉降差 （1 1）框架结构）框架结构 （2 2）砖石墙填充的边排柱）砖石墙填充的边排柱 （3 3

3、）当基础不均匀沉降是不产生附加应力的结）当基础不均匀沉降是不产生附加应力的结 构构 0.002l0 0.007l0 0.005l0 单层排架结构（柱距为单层排架结构（柱距为6m6m）柱基的沉降量（）柱基的沉降量（mmmm）120120 桩基变形容许值桩基变形容许值 第3页/共57页 4.4.1 4.4.1 单桩沉降的计算单桩沉降的计算 在竖向荷载作用下单桩沉降由三部分组成：在竖向荷载作用下单桩沉降由三部分组成： （1 1）桩身弹性压缩引起的桩顶沉降；）桩身弹性压缩引起的桩顶沉降； （2 2）桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力）桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力 以压力扩散角，致使桩端下土体压缩而产

4、生以压力扩散角，致使桩端下土体压缩而产生 的桩端沉降；的桩端沉降； （3 3）桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生）桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生 的桩端沉降。的桩端沉降。 第4页/共57页 目前单桩沉降计算方法主要有下述几种：目前单桩沉降计算方法主要有下述几种： （1 1）荷载传递分析法；）荷载传递分析法； （2 2）弹性理论法）弹性理论法 （3 3）剪切变形传递法：）剪切变形传递法： （4 4）有限单元分析法）有限单元分析法 （5 5）其他简化方法。）其他简化方法。 这些计算方法的详尽介绍参见有关书籍。这些计算方法的详尽介绍参见有关书籍。 第5页/共57页 4.4.2 4.4.2 群桩沉降的

5、计算群桩沉降的计算 群桩沉降组成：群桩沉降组成： 桩间土的压缩变形（包括桩身桩间土的压缩变形（包括桩身 压缩、桩端贯入变形）；压缩、桩端贯入变形）； 桩端平面以下压缩变形。桩端平面以下压缩变形。 第6页/共57页 不计桩身压缩量及桩与土间的相对位移，以假想基础不计桩身压缩量及桩与土间的相对位移，以假想基础 为刚性整体，验算桩端以下土沉降。为刚性整体，验算桩端以下土沉降。 地基基础规范地基基础规范GB50007GB50007推荐的群桩沉降推荐的群桩沉降 的计算的计算 第7页/共57页 计算方法：单向压缩分层总和法：计算方法：单向压缩分层总和法： m j n i isj ijij p j E h

6、s 11 , , 式中式中 s s桩基最终计算沉降量桩基最终计算沉降量 （mmmm）；）； m m桩端平面以下压缩层范桩端平面以下压缩层范 围内土层总数；围内土层总数； E Esj,i sj,i 桩端平面以下第 桩端平面以下第j j层土第层土第 i i个分层在自重应力至自重应力加个分层在自重应力至自重应力加 附加应力作用段的压缩模量（附加应力作用段的压缩模量（MPaMPa ）；）； n nj j桩端平面下第桩端平面下第j j层土的计层土的计 算分层数；算分层数； 第8页/共57页 hhj,i j,i 桩端平面下第 桩端平面下第j j层土第层土第 i i个分层厚度（个分层厚度（m m）；）； j

7、,i j,i桩端平面下第 桩端平面下第j j层土层土 第第i i个分层的竖向附加应力个分层的竖向附加应力(kPa)(kPa) ； p p桩基沉降计算经验系桩基沉降计算经验系 数，各地区根据当地的工程实测数，各地区根据当地的工程实测 资料统计对比确定；资料统计对比确定； m j n i isj ijij p j E h s 11 , , 第9页/共57页 地基内的应力分布宜地基内的应力分布宜 采用各向同性均质线性变采用各向同性均质线性变 形体理论按实体深基础形体理论按实体深基础 （s6ds6d）或其他方法）或其他方法( (包包 括明德林应力公式方法括明德林应力公式方法) )计计 算：算： F l

8、 G B0 A 第10页/共57页 （1）实体深基础（）实体深基础（s6d） 沉降计算方法同前基础沉降计算方法同前基础 ss p 第11页/共57页 ss p 实体深基础桩基沉降计算经验系数应根据地区桩基础沉降实体深基础桩基沉降计算经验系数应根据地区桩基础沉降 观测资料及经验统计确定。不具备条件时，观测资料及经验统计确定。不具备条件时， pp按按下表选用下表选用 ： 第12页/共57页 实体深基础桩底平面处的基底附加压力实体深基础桩底平面处的基底附加压力p0k按下列方按下列方 法考虑法考虑: 1）考虑扩散作用时：）考虑扩散作用时： c Kk ckk A GF pp 0 ldAGK 4 tan2

9、 4 tan2 00 lblaA 3 /19mKN 地下水位以下扣除浮力。地下水位以下扣除浮力。 第13页/共57页 2）不考虑扩散作用时：）不考虑扩散作用时： ld A lqbaGGF pp m isiafkKk ckk 00 0 2 G桩基承台及承台上土自重；桩基承台及承台上土自重； Gfk实体深基础的桩基桩间土自重；实体深基础的桩基桩间土自重； m实体深基础底面以上各层土的实体深基础底面以上各层土的 加权平均重度。加权平均重度。 ldG mfk A lqbaGF pp isiaKk ckk 00 0 2 第14页/共57页 明德林应力（明德林应力（Mindlin）公式）公式 单桩荷载分担

10、单桩荷载分担 地基应力：地基应力： n k kzskzpij 1 , 第15页/共57页 第第k根桩的端阻力在深度根桩的端阻力在深度 z处产生的应力处产生的应力: pkkzp I l Q 2 , 第第k根桩的侧摩阻力在深度根桩的侧摩阻力在深度z处处 产生的应力产生的应力: ksksksp II l Q ,2, 1 2 , 1 对于一般摩擦型桩，可假定桩侧摩阻力全部是沿桩身线形对于一般摩擦型桩，可假定桩侧摩阻力全部是沿桩身线形 增长的（增长的（=0），则：），则： ksksp I l Q ,2 2 , 1 第16页/共57页 m j n i kskp isj ij p m j n i isj i

11、jij p jj II E h E h s 11 ,2, , , 11 , , 1 采用上式计算时，桩端阻力比采用上式计算时，桩端阻力比。和桩基沉降计算经验系数。和桩基沉降计算经验系数p应应 根据当地工程的实测资料统计确定。根据当地工程的实测资料统计确定。 第17页/共57页 4.5桩的负摩问题桩的负摩问题 负摩阻负摩阻正摩阻正摩阻 第18页/共57页 (1)桩周附近地面大面积堆载 (2)大面积降低地下水位 (3)欠固结土,新填土 (4)湿陷性黄土遇水湿陷 (5)砂土液化、冻土融解 负摩阻负摩阻 4.5.1 4.5.1 负摩擦的产生条件负摩擦的产生条件 引起桩侧负摩阻力的条件是，桩侧土体下沉必

12、须大引起桩侧负摩阻力的条件是，桩侧土体下沉必须大 于桩的下沉。于桩的下沉。 第19页/共57页 4.5.2 负摩擦力的计算负摩擦力的计算 第20页/共57页 Qn Nl=Q+(Qn-Qs) Qn-Qs Qs O1中性点中性点 Qn下拉荷载下拉荷载 单桩产生负摩阻力时的荷载传递单桩产生负摩阻力时的荷载传递 第21页/共57页 （1）中性点的位置）中性点的位置 影响因素：与桩周土的性质和外界条件影响因素：与桩周土的性质和外界条件(堆载、降水堆载、降水 、浸水等）变化有关。、浸水等）变化有关。 第22页/共57页 （2）负摩阻力强度）负摩阻力强度 （3）下拉荷载计算）下拉荷载计算 ni n i ni

13、pn luF 1 第23页/共57页 2. 群桩负摩阻力计算群桩负摩阻力计算 群桩中任一基桩的下拉荷载群桩中任一基桩的下拉荷载 4 dq d ss FQ n n ayax n 1 nn n g 其中：其中： ni n i nipn lu ni n i nipn luF 1 第24页/共57页 4.5.3 解决方法：解决方法： 1）通过计算预估下沉的沉降量。）通过计算预估下沉的沉降量。 2）在预制桩表面涂一层薄层沥青）在预制桩表面涂一层薄层沥青 3）灌注桩在桩土之间加一层土浆，减少摩擦力。）灌注桩在桩土之间加一层土浆，减少摩擦力。 第25页/共57页 4.6 桩的水平承载力桩的水平承载力 桩基受

14、水平荷载：风荷载地震作用、机械制动力、土压桩基受水平荷载：风荷载地震作用、机械制动力、土压 力、水压力、波浪、撞击等。力、水压力、波浪、撞击等。 桩型：斜桩、竖直桩。桩型：斜桩、竖直桩。 当水平荷载与竖向荷载的合力与竖直线的夹角不超过当水平荷载与竖向荷载的合力与竖直线的夹角不超过5 第26页/共57页 4.6.1 水平荷载下桩的工作性状水平荷载下桩的工作性状 桩在水平荷载下承载能力极限状态：桩在水平荷载下承载能力极限状态： （1）桩身在水平荷载下破坏。）桩身在水平荷载下破坏。 （2）桩顶水平位移超过建筑物允许）桩顶水平位移超过建筑物允许 变形值。变形值。 H0H0 (a ) (b ) 桩水平受

15、荷示意桩水平受荷示意 第27页/共57页 影响桩基水平承载力因素：影响桩基水平承载力因素： 桩的断面尺寸、刚度、材料强度、入桩的断面尺寸、刚度、材料强度、入 土深度、间距、桩顶嵌固程度、土质土深度、间距、桩顶嵌固程度、土质 条件、上部结构水平位移允许值。条件、上部结构水平位移允许值。 刚性桩：桩的水平承载力主要由桩的水平刚性桩：桩的水平承载力主要由桩的水平 位移和倾斜控制。（图（位移和倾斜控制。（图（a a） hh 桩的刚度与入土深度的影响桩的刚度与入土深度的影响 5 . 2 hh 称为刚性桩称为刚性桩。 H0H0 (a ) (b ) 桩水平受荷示意桩水平受荷示意 第28页/共57页 柔性桩：

16、桩身在某处产生较大弯矩，柔性桩：桩身在某处产生较大弯矩， 可能出现屈服。桩的水平承载力主要可能出现屈服。桩的水平承载力主要 由桩的水平位移和桩的材料强度控制由桩的水平位移和桩的材料强度控制 。 半刚性桩、柔性桩统称为半刚性桩、柔性桩统称为 柔性桩（图（柔性桩（图（b） 称为半刚性桩。称为半刚性桩。0 . 45 . 2 hh 0 . 4 hh 称为柔性桩。称为柔性桩。 H0H0 (a ) (b ) 桩水平受荷示意桩水平受荷示意 第29页/共57页 单桩的水平承载力的确定方法有：单桩的水平承载力的确定方法有： 理论分析、静载试验。理论分析、静载试验。 H0H0 (a ) (b ) 桩水平受荷示意桩

17、水平受荷示意 第30页/共57页 4.6.2 水平受荷弹性桩的计算水平受荷弹性桩的计算 1.基本假定基本假定 线弹性地基反力分析法：线弹性地基反力分析法：x=Kxx Kx地基水平抗力系数，地基水平抗力系数， 根据根据Kx 的假定不同，可分为以下四种方法的假定不同，可分为以下四种方法: H0 第31页/共57页 H0 x t 图4-23 地基水平抗力系数的分布图式 Kx=kh （a）常数法 Kx=k t （b）”k”法 Kx=mz （c）”m”法 Kx=cz0.5 （d）”c值”法 第32页/共57页 常数法：常数法：常数法假定地基系数常数法假定地基系数Kx沿深度为均匀分布，不随沿深度为均匀分布

18、，不随 深度而变化，即深度而变化，即 KxKh，(kNm3)为常数。为常数。 H0 x t Kx=kh （a）常数法 第33页/共57页 “K”法：假定在桩身挠曲曲线第一挠曲零点所示深度处以法：假定在桩身挠曲曲线第一挠曲零点所示深度处以 上地基系数上地基系数Kh随深度增加呈凹形抛物线变化；该点以下，地随深度增加呈凹形抛物线变化；该点以下，地 基系数基系数Kh不再随深度变化而为常数不再随深度变化而为常数KhK 。 Kx=k t （b）”k”法 H0 x t 第34页/共57页 “m”法：假定地基系数法：假定地基系数Kx随深度成正比例地增长目前随深度成正比例地增长目前 我国应用较多，我国应用较多，

19、 Kx =mz。 H0 x t Kx=mz （c）”m”法 第35页/共57页 “c值值”法：假定地基系数法：假定地基系数Kh随着深度成抛物线规律增加随着深度成抛物线规律增加 ，即，即Kh =cz1/2 ，c为常数，随土类不同而异。在我国多用于为常数，随土类不同而异。在我国多用于 公路交通部门。公路交通部门。 H0 x t Kx=cz0.5 （d）”c值”法 第36页/共57页 2.计算参数计算参数 （1）桩的截面计算宽度）桩的截面计算宽度b0为：为： 1md 1md 5 . 01.5dk 1dk b f f 1 K Kf f桩的形状系数，圆形桩桩的形状系数，圆形桩K Kf f=0.9=0.9

20、，方形桩，方形桩K Kf f=1.0=1.0； d d桩的直径，方形截面时为桩的边长。桩的直径，方形截面时为桩的边长。 水平荷载下桩内力及位移理论分析水平荷载下桩内力及位移理论分析mm法法 第37页/共57页 （2）钢筋混凝土桩的抗弯刚度）钢筋混凝土桩的抗弯刚度EI=0.85EcI0 （3）抗力系数）抗力系数Kh =mz中的中的m值，宜采用试验值，无试验资值，宜采用试验值，无试验资 料时，参考表料时，参考表4-6。桩侧为多层土时，按。桩侧为多层土时，按hm=2(d+1)范围内范围内m 值得加权平均值。例如：两层土时：值得加权平均值。例如：两层土时： 2 m 2212 2 11 h hh2hmh

21、m m 第38页/共57页 地基土水平抗力系数的比例常数地基土水平抗力系数的比例常数m 表表4-6 第39页/共57页 3. 单桩计算单桩计算 （1） 确定桩顶荷载：确定桩顶荷载： n GF N 0 n H H 0 n M M 0 N0 H0 M 0 x z 承台底面承台底面 第40页/共57页 N0 H0 M 0 x z 承台底面承台底面 zp dz xd N dz xd 2 2 0 4 4 EI N0影响很小可忽略不计，影响很小可忽略不计， P（Z）= kxxb0 =mzxb0。上式变为：。上式变为： 0zx dz xd EI 5 4 4 （2） 桩的挠曲微分方程桩的挠曲微分方程 ）。）。

22、为桩的水平变形系数（为桩的水平变形系数（其中：其中：1/m EI mb 5 1 第41页/共57页 采用幂级数对上式进行求解，得出桩身采用幂级数对上式进行求解，得出桩身z处的内力与位移：处的内力与位移： ）。）。为桩的水平变形系数（为桩的水平变形系数（其中：其中：1/m EI mb 0zx dz xd EI 5 1 5 4 4 、可查表。、可查表。、 、系数系数 剪力剪力 弯矩：弯矩： 转角：转角： 位移：位移： QQM MxX Q0Q0z M0M 0 z 0 2 0 z x 2 0 x 3 0 z BAB ABABA BMAHV: BMA H M B EI M A EI H B EI M A

23、 EI H x 第42页/共57页 第43页/共57页 桩顶水平位移桩顶水平位移 桩的无量纲深度不同，桩端约束条件不同，其水平荷载下桩桩的无量纲深度不同，桩端约束条件不同，其水平荷载下桩 的工作性状也不同。下表给出了相应的位移系数的工作性状也不同。下表给出了相应的位移系数AxAx、BxBx值，值， 利用基本表达式即可求出桩顶位移，或桩顶允许的水平荷载利用基本表达式即可求出桩顶位移，或桩顶允许的水平荷载 。 h桩端置于土中桩端置于土中桩端嵌固在基岩中桩端嵌固在基岩中 AxBxAxBx 2.43.5262.3272.2401.586 2.63.1632.0482.3301.596 2.82.905

24、1.8692.3711.593 3.02.7271.7582.3851.586 3.52.5021.6412.3891.584 4.02.4411.6212.4011.600 各类桩的桩顶水平位移系数各类桩的桩顶水平位移系数 第44页/共57页 （3）桩身最大弯矩及位置）桩身最大弯矩及位置 根据最大弯矩截面剪力为零的条件得到。计算步骤如下：根据最大弯矩截面剪力为零的条件得到。计算步骤如下： 1、计算、计算C =M/H0，查表 ，查表4-7确定有关参数：确定有关参数： M Cz和最大弯矩系数和最大弯矩系数换算深度换算深度 0max MCM3 2 ：、计算桩身最大弯矩为、计算桩身最大弯矩为 度为：

25、度为：、计算最大弯矩截面深、计算最大弯矩截面深 h 表表4-74-7时按时按l4.0/l4.0/编制，当编制，当l l4.0/4.0/时，可查有关设计时，可查有关设计 手册。手册。 第45页/共57页 CDCM 0.01.00 0.55.5391.057 1.00.8241.728 1.8-0.665-0.53 4.0-0.045-0.011 zz 确定桩身最大弯矩截面系数确定桩身最大弯矩截面系数C 及最大弯矩系数 及最大弯矩系数C 表 表4-7 一般当桩的入土深度达到一般当桩的入土深度达到4.0/时，桩身的内力及位移几乎时，桩身的内力及位移几乎 为零，在此深度以下，桩身只需按构造配筋或不配筋

26、。为零，在此深度以下，桩身只需按构造配筋或不配筋。 第46页/共57页 4.6.3 单桩水平静载试验单桩水平静载试验 1 试验装置试验装置 图图8.16单桩水平静载试验装置单桩水平静载试验装置 第47页/共57页 慢速连续加载法慢速连续加载法 模拟桥台、挡墙等长期静止水平荷载的连续荷载试验，类模拟桥台、挡墙等长期静止水平荷载的连续荷载试验，类 似于垂直静载试验慢速法。似于垂直静载试验慢速法。 单向单循环恒速水平加载法单向单循环恒速水平加载法 2 试验加载方法试验加载方法 单向多循环加载法单向多循环加载法 模拟风浪、地震力、制动力、波浪冲击力及机器扰力模拟风浪、地震力、制动力、波浪冲击力及机器扰力 等循环性动力水平荷载。等循环性动力水平荷载。 H t 第48页/共57页 3. 3. 终止加载条件终止加载条件 （1 1）桩身折断。）桩身折断。 （2 2）桩顶水平位移超过）桩顶水平位移超过30-40mm30-40mm（软土取（软土取40mm40mm）。）。 （3 3）桩侧地面出现明显裂缝或隆起。）桩侧地面出现明显裂缝或隆起。 （4 4）所加水平荷载已超过按下述方法确定的极限荷载。）所加水平荷载已超过按下述方法确定的极限荷载。 第49页/共57页 4. 试验资料整理