CSU基础工程讲稿实用PPT学习教案

1、会计学1CSU基础工程讲稿实用基础工程讲稿实用 当场地浅层土质不满足地基承载力和变形的要求；不宜采取地基处理措施时，考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的深基础方案，而桩基础是应用最为广泛的一类深基础。当场地浅层土质不满足地基承载力和变形的要求；不宜采取地基处理措施时，考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的深基础方案，而桩基础是应用最为广泛的一类深基础。 深基础与浅基础的区别深基础与浅基础的区别: : 深度（相对于支撑面积）；侧摩阻力深度（相对于支撑面积）；侧摩阻力( (由于非基坑开挖所致由于非基坑开挖所致););施工方法（非基坑方法）施工方法（非基坑方法）第1页/共160页概念概念桩桩土层中土层

2、中/ /垂直或微倾杆件垂直或微倾杆件/ /荷载传递到侧壁深部的基础荷载传递到侧壁深部的基础单桩单桩独立的单一的一根桩独立的单一的一根桩, ,群桩中性能不受相邻桩影响的一根桩群桩中性能不受相邻桩影响的一根桩基桩基桩群桩中相互影响的一根桩群桩中相互影响的一根桩桩基础桩基础由基桩和连接于桩顶的承台共同组成基础。承台把桩联结起来并承受上部结构的荷载，通过基桩传递到桩侧和桩底的地基中由基桩和连接于桩顶的承台共同组成基础。承台把桩联结起来并承受上部结构的荷载，通过基桩传递到桩侧和桩底的地基中 第2页/共160页优越性优越性承载力高承载力高沉降小而均匀沉降小而均匀用料较省用料较省机械化程度高机械化程度高广泛

3、适用于各类地层条件广泛适用于各类地层条件 第3页/共160页 应用范围应用范围(1)(1)软弱特殊土上的永久建筑物，不允许过大沉降和沉降差；软弱特殊土上的永久建筑物，不允许过大沉降和沉降差；(2)(2)高重建筑物，地基承载力不能满足设计需要；高重建筑物，地基承载力不能满足设计需要；(3)(3)桥梁、烟囱、输电塔等，承受较大水平和上拔力；桥梁、烟囱、输电塔等，承受较大水平和上拔力； (4)(4)精密或大型设备，需要减小基础振动对结构的影响；精密或大型设备，需要减小基础振动对结构的影响； (5)(5)地震区，桩基作为结构抗震措施或穿越可液化地基；地震区，桩基作为结构抗震措施或穿越可液化地基； (6

4、)(6)水上基础，当施工水位较高或河床冲刷较大，采用浅基础施工困难或不能保证基础安全。水上基础，当施工水位较高或河床冲刷较大，采用浅基础施工困难或不能保证基础安全。第4页/共160页1 1 按桩身材料分类按桩身材料分类桩的材料分类桩的材料分类 木桩木桩混凝土桩混凝土桩钢桩钢桩组合桩组合桩预制混凝土桩预制混凝土桩现场灌注桩混凝土桩现场灌注桩混凝土桩一、桩的分类一、桩的分类第5页/共160页2 2 按桩承载性能（土对桩的支撑特点）分类按桩承载性能（土对桩的支撑特点）分类(1)(1)摩擦桩摩擦桩 Shaft frictionShaft friction (2)(2)端承桩端承桩 End bearin

5、gEnd bearing (3)(3)摩擦端承桩摩擦端承桩(4)(4)端承摩擦桩端承摩擦桩第6页/共160页80. QQs750600. QQs750600. QQp80. QQppsQQQ第7页/共160页3 3 按成桩（地点）方式分类按成桩（地点）方式分类(VEDIO1)(VEDIO2)第8页/共160页(1).(1).非挤土桩：钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩非挤土桩：钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩 (2).(2).部分挤土桩：冲击成孔、预钻孔打入式预制桩、混凝土管桩、部分挤土桩：冲击成孔、预钻孔打入式预制桩、混凝土管桩、H H型钢桩、敞口钢管桩等型钢桩、敞口钢管桩等(3).(3).挤土桩：沉管灌

6、注桩、打入、静压实心预制桩、闭口钢管桩挤土桩：沉管灌注桩、打入、静压实心预制桩、闭口钢管桩4 4、按设置效应（成桩方式对土层的影响）分类、按设置效应（成桩方式对土层的影响）分类第9页/共160页5 5、按、按设置方向分类设置方向分类(1) (1) 竖直桩竖直桩vertical piles (2) (2) 斜斜 桩桩 raking piles 第10页/共160页高承台桩高承台桩高出地面；污工少高出地面；污工少稳定性差稳定性差流冰层下流冰层下25cm25cm 低承台桩低承台桩低于地面或局部冲刷线低于地面或局部冲刷线侧向约束；稳定性好侧向约束；稳定性好冻结线以下冻结线以下25cm旱地或季节性河流旱

7、地或季节性河流第11页/共160页(1).(1).小桩小桩d250mmd250mm(2).(2).中等直径桩中等直径桩 250mmd800mm250mmd 钻孔桩钻孔桩 静压桩静压桩2. 2. 挤土效应挤土效应_ _钢筋混凝土桩、沉管灌注桩钢筋混凝土桩、沉管灌注桩 钻孔挖孔灌注桩钻孔挖孔灌注桩3. 3. 沉桩能力沉桩能力_ _钻孔灌注桩钻孔灌注桩 钢桩钢桩 预制钢筋混凝土桩预制钢筋混凝土桩4. 4. 施工应力施工应力_ _ 预制桩的配筋预制桩的配筋 灌注桩灌注桩5. 5. 质量稳定性质量稳定性_ _预制桩的接头的薄弱环节，沉桩的挤土效应可使先打设的桩被抬起，如果接桩不牢固，会使上下两节桩脱开。

8、沉管灌注桩的挤土效应也可能使混凝土桩被剪断，对策是采取预制桩的接头的薄弱环节，沉桩的挤土效应可使先打设的桩被抬起，如果接桩不牢固，会使上下两节桩脱开。沉管灌注桩的挤土效应也可能使混凝土桩被剪断，对策是采取“跳打跳打”第13页/共160页单桩（单排桩）单桩（单排桩） 群桩（多排桩）群桩（多排桩）刚性桩 弹性桩轴向荷载Q轴向变位与承载力设计轴向变位与承载力设计横向荷载H,M横向变位与承载力设计横向变位与承载力设计第14页/共160页单桩单桩承载力承载力 上部上部结构结构荷载荷载桩顶桩顶荷载荷载桩顶桩顶荷载荷载Q H M承承台台地基地基桩顶轴向桩顶轴向位移位移000011()ebppSSllQE A

9、C As传递方程传递方程桩顶位移桩顶位移侧摩侧摩阻力阻力桩底土桩底土变形变形桩身轴向桩身轴向弹性变形弹性变形=+桩顶桩顶轴向轴向荷载荷载Q桩身桩身位移位移桩端桩端阻力阻力桩身材料强桩身材料强度度土对桩的支土对桩的支撑撑+11x11MH144bmZxdZxdEIz边界条件边界条件桩身弯矩桩身弯矩剪力剪力M QM Q1MMMEIEIYEIY42332第15页/共160页单桩轴向荷载的传递单桩轴向荷载的传递桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素桩的轴向刚度系数桩的轴向刚度系数变形变形单桩承载力确定方法单桩承载力确定方法 （第四节）（第四节）机理机理承载力承载力第16页/共160页H

10、MQT桩基础上承受的荷载的种类桩基础上承受的荷载的种类第17页/共160页 一般而言，上部结构由承台传给基桩的荷载分为：一般而言，上部结构由承台传给基桩的荷载分为：(1) (1) 竖向荷载（竖向荷载（Q Q、T T）(2) (2) 横向荷载（横向荷载（H H、M M）HMQT第18页/共160页横向荷载（横向荷载（H H、M M）下桩的内力与变位分析，主要涉及弯矩和剪力的计算，将在第）下桩的内力与变位分析，主要涉及弯矩和剪力的计算，将在第5 5节讲述节讲述QHM+HMQ=第19页/共160页Q单桩轴向荷载的传递单桩轴向荷载的传递桩身轴力与侧摩阻力和端阻力桩身轴力与侧摩阻力和端阻力桩侧摩阻力和端

11、阻力关系桩侧摩阻力和端阻力关系荷载传递基本方程荷载传递基本方程主要内容单桩轴向荷载的传递单桩轴向荷载的传递桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素桩的轴向刚度系数桩的轴向刚度系数桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩的抗拔力桩的抗拔力第20页/共160页1 1 单桩轴向荷载的传递单桩轴向荷载的传递桩身轴力桩身轴力 截面位移截面位移 轴向荷载向下传递轴向荷载向下传递 桩侧摩阻力桩侧摩阻力 传递到下部轴力减小传递到下部轴力减小 桩底桩底 底土层压缩变形底土层压缩变形 两部分压缩变形两部分压缩变形 构成桩顶轴向位移构成桩顶轴向位移 一一 单桩轴向荷载的传递单桩轴向荷载的传递单桩轴向荷载的传递单桩

12、轴向荷载的传递桩身轴力与侧摩阻力和端阻力桩身轴力与侧摩阻力和端阻力桩侧摩阻力和端阻力关系桩侧摩阻力和端阻力关系荷载传递基本方程荷载传递基本方程第21页/共160页nhPhyhnhFXFXyxFxyxFxy0yhyxyxelasticplastiqueelasticplastiqueelasticplastique第22页/共160页yhnhyxFxyxFxnhhFXFXy0yhyxyxelasticplastiqueelasticplastiqueelasticplastique第23页/共160页yhnhyxFxyxFxnhhFXFXy0yhyxyxh1limitedplastiqueela

13、sticplastiqueelasticplastique第24页/共160页yhnhyxFxyxFxnhhFXFXy0yhyxyxplastiqueplastiqueend pointlastiqueh1=h第25页/共160页nhhFXFXy0yhyxyxyhnhyxFxyxFxh1y0PP0P1P2P3h1= 0h1= h第26页/共160页W W u uQ Qsusu Q Qpupu土对单桩轴向荷载支撑土对单桩轴向荷载支撑桩侧摩阻力桩侧摩阻力Q QsusuSide frictionSide friction桩端阻力桩端阻力Q QpupuToe bearingToe bearing摩擦力

14、摩擦力f f粘聚力粘聚力c cCohesionCohesion第27页/共160页015.026.743.760.1Q(kN)D(m)第28页/共160页2 2 桩身轴力与侧摩阻力和端阻力桩身轴力与侧摩阻力和端阻力桩顶荷载桩顶荷载 桩身压缩变形桩身压缩变形 桩土界面相对位移桩土界面相对位移 产生摩阻力产生摩阻力 桩身截面的轴向力随深度逐渐减小桩身截面的轴向力随深度逐渐减小 传至桩底截面的轴向力与桩底支承反力（即桩端阻力）大小相等、方向相反传至桩底截面的轴向力与桩底支承反力（即桩端阻力）大小相等、方向相反 第29页/共160页 3 3 桩侧摩阻力和端阻力关系桩侧摩阻力和端阻力关系 桩身上部土层的

15、摩阻力先于下部土层发挥出来，桩侧阻力先于桩端阻力发挥出来桩身上部土层的摩阻力先于下部土层发挥出来，桩侧阻力先于桩端阻力发挥出来. .桩底土层压缩变形桩底土层压缩变形 桩端位移桩端位移 加大桩侧摩阻力加大桩侧摩阻力psQQQ第30页/共160页S0SZdsSbdzS0LZ zQ zdQzQ bQbS zS zqs zQ0QbQSQ0Q4 4 荷载传递基本方程荷载传递基本方程第31页/共160页zosodzzquQzQ）（）（zooodzzQAESzS）（）（1dzzdQuzqS）（）（1dzAEzQzdSP）（）（22dzzSduAEzqPS）（）（任一深度任一深度z z桩身截面的荷载为桩身截面

16、的荷载为竖向位移为竖向位移为 zosodzzquQzQ）（）（dzzdQuzqS）（）（1第32页/共160页 桩侧摩阻力是桩侧与桩周土相对位移的函数，可用曲线桩侧摩阻力是桩侧与桩周土相对位移的函数，可用曲线OCDOCD表示，常简化为折线表示，常简化为折线OABOAB。一旦桩土界面相对滑移超过某一极限值，侧摩阻力保持极限值不变。一旦桩土界面相对滑移超过某一极限值，侧摩阻力保持极限值不变, ,桩端阻力发挥效应桩端阻力发挥效应, ,由于桩端持力层的大量压缩和塑性变形，位移增加速度显著增大，直至桩端阻力达到极限，位移增大至破坏。此时，桩达到其极限承载力。由于桩端持力层的大量压缩和塑性变形，位移增加速

17、度显著增大，直至桩端阻力达到极限，位移增大至破坏。此时，桩达到其极限承载力。 二二 桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素桩截面位移桩截面位移桩侧摩阻桩侧摩阻力力OCDAB第33页/共160页第34页/共160页 桩侧摩阻力得到充分的发挥桩侧摩阻力得到充分的发挥-相对位移小相对位移小一般认为粘性土中为一般认为粘性土中为46mm，砂性土中为，砂性土中为610mm 1 桩侧极限摩阻力与对应的桩侧极限位移桩侧极限摩阻力与对应的桩侧极限位移2 桩端阻力与对应的桩端极限位移桩端阻力与对应的桩端极限位移 桩底阻力充分发挥桩底阻力充分发挥-位移值大位移值大 在粘性土中约为桩底直径的在粘性土

18、中约为桩底直径的25，在砂性土中约为，在砂性土中约为810，对于钻孔桩，由于孔底沉渣压缩的影响，发挥端阻极对于钻孔桩，由于孔底沉渣压缩的影响，发挥端阻极限值所需位移更大。限值所需位移更大。 第35页/共160页3. 桩侧、桩端阻力的荷载分担比与桩的分类桩侧、桩端阻力的荷载分担比与桩的分类 桩侧、桩端阻力的荷载分担情况，除了与桩侧、桩桩侧、桩端阻力的荷载分担情况，除了与桩侧、桩端土的性质有关以外，还与桩土相对刚度、长径比端土的性质有关以外，还与桩土相对刚度、长径比l/d有有关。关。 按桩侧阻力与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比，按桩侧阻力与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比，将桩分为摩擦型桩和端承型桩

19、两大类和四个亚类。将桩分为摩擦型桩和端承型桩两大类和四个亚类。第36页/共160页（1 1） Nb随随长径比长径比l l/ /d d增大而减小，桩身下部侧阻的发挥相应降低增大而减小，桩身下部侧阻的发挥相应降低（2 2）桩端土与桩侧土相对刚度）桩端土与桩侧土相对刚度R Rbsbs（R Rbsbs定义为桩端土与桩侧土的压缩模量或变形模量之比）的增大而增大定义为桩端土与桩侧土的压缩模量或变形模量之比）的增大而增大（3 3）桩与桩侧土的相对刚度大，桩端阻力大）桩与桩侧土的相对刚度大，桩端阻力大 （4 4）对扩底桩，增大扩底直径与桩身直径之比）对扩底桩，增大扩底直径与桩身直径之比D/dD/d，桩端分担的

20、荷载可以提高，桩端分担的荷载可以提高4、桩侧、桩端阻力的荷载分担比影响因素、桩侧、桩端阻力的荷载分担比影响因素第37页/共160页QZS0EsQaQuQsuQQQQQQQQQQQQZSSZSZZSZSQaQuQaQuQuQaQuQaQuQa00000000000QQQQQQQsuQsuQsuQQQQsuQQQsu11SuSuSuEsEsEsEsEs(a)(b)(d)(e)(f)均 匀 土 中 的 摩 擦 桩端 承 于 砂 层 中 的 摩 擦 桩扩 底 端 承 桩孔 底 有 沉 淤 的 摩 擦 桩孔 底 有 虚 土 的 摩 擦 桩嵌 入 坚 实 基 岩 的 端 承 桩( c)第38页/共160页

21、三三 桩的轴向刚度系数（桩的轴向刚度系数（Axial stiffness of pileAxial stiffness of pile） s s0 0= =s se e+s+sb b 桩顶轴向位移桩顶轴向位移 S S0 0 桩身弹性压缩变形桩身弹性压缩变形s se e桩底处地基土的沉降桩底处地基土的沉降s sb b 桩土界面导致侧摩阻力扩散，在桩底处的扩散面积为桩土界面导致侧摩阻力扩散，在桩底处的扩散面积为A A0 0第39页/共160页00bQsC AA A0 0A Ap pQC C0 0=m=m0 0h h为竖向地基抗力系数，按为竖向地基抗力系数，按m m法取法取值，对端承桩值，对端承桩A

22、 A0 0=A=A001( )lepppplQQ z dzE AE Asl l0 0l l桩底面地基土竖向抗力系数桩底面地基土竖向抗力系数c c0 0=m=m0 0h hm m0 0桩底地基土竖向抗力系数的比例系数，桩底地基土竖向抗力系数的比例系数，kN/mkN/m4 4，取，取m m0 0= =m m ；h h桩的入土深度桩的入土深度(m)(m)，h h小于小于10m10m时，按时，按10m10m计算。计算。第40页/共160页001( )lepppplQQ z dzE AE AslQAEQdzAEdzzQAEllppp0011)(1000011()ebppSSllQE AC As第41页/

23、共160页 负摩阻力的概念负摩阻力的概念 负摩阻力的分布特性负摩阻力的分布特性 负摩阻力的确定负摩阻力的确定 减小负摩阻力的工程措施减小负摩阻力的工程措施Q QL L1 1Granular Granular FillFillL L2 2F Fc cF Fg gSoft Soft ClayClayRockRockOriginal Original Ground Ground SurfaceSurface第42页/共160页 桩负摩阻力，就是当桩身穿越软弱土层支承在桩负摩阻力，就是当桩身穿越软弱土层支承在坚硬土层上，当软弱土层因某种原因发生地面沉降坚硬土层上，当软弱土层因某种原因发生地面沉降时，桩

24、周围土体相对桩身产生向下位移，这样使桩时，桩周围土体相对桩身产生向下位移，这样使桩身承受向下作用的摩擦力，软弱土层的土体通过作身承受向下作用的摩擦力，软弱土层的土体通过作用在桩侧的向下的摩擦力而悬挂在桩身上用在桩侧的向下的摩擦力而悬挂在桩身上; ;这部分这部分作用于桩身的向下摩擦力，称为负摩阻力。作用于桩身的向下摩擦力，称为负摩阻力。第43页/共160页 桩周土沉降速率或沉降量大于桩下沉速率或沉降量，桩侧桩周土沉降速率或沉降量大于桩下沉速率或沉降量，桩侧土体对桩产生与桩的位移方向一致的摩擦力。土体对桩产生与桩的位移方向一致的摩擦力。 1 1）桩侧地下水位下降使土层产生固结下沉；）桩侧地下水位下

25、降使土层产生固结下沉； 2 2）桩侧附近大面积堆载使桩侧土层压缩；）桩侧附近大面积堆载使桩侧土层压缩； 3 3）桩侧有较厚的欠固结土层或新填土，因固结产生下沉；）桩侧有较厚的欠固结土层或新填土，因固结产生下沉； 4 4）饱和软土中打入桩群，产生超孔隙水压力，随超孔隙水压）饱和软土中打入桩群，产生超孔隙水压力，随超孔隙水压力消散，因固结引起桩侧土体下沉；力消散，因固结引起桩侧土体下沉； 5 5）湿陷性黄土、季节性冻土或可液化土层内的桩，因重新固）湿陷性黄土、季节性冻土或可液化土层内的桩，因重新固结原因引起下沉。结原因引起下沉。第44页/共160页 中性点中性点 在深度在深度l ln n以上，桩受

26、负摩阻力作用；在以上，桩受负摩阻力作用；在l ln n深深度以下，桩受正摩阻力。在度以下，桩受正摩阻力。在l ln n处，既无负摩阻力也无正摩阻力，处，既无负摩阻力也无正摩阻力，该点为中性点。中性点截面处桩身轴力最大该点为中性点。中性点截面处桩身轴力最大 第45页/共160页 桩侧下沉量可能在某一深度处与桩身的位移量相等桩侧下沉量可能在某一深度处与桩身的位移量相等。在此深度以上桩侧土下沉大于桩的位移，桩身受到向。在此深度以上桩侧土下沉大于桩的位移，桩身受到向下作用的负摩阻力；在此深度以下，桩的位移大于桩侧下作用的负摩阻力；在此深度以下，桩的位移大于桩侧土的下沉，桩身受到向上作用的正摩阻力。正、

27、负摩阻土的下沉，桩身受到向上作用的正摩阻力。正、负摩阻力变换处的位置，即称中性点。中性点位置取决于桩与力变换处的位置，即称中性点。中性点位置取决于桩与桩侧土的相对位移，与作用荷载和桩周土性质有关。精桩侧土的相对位移，与作用荷载和桩周土性质有关。精确计算出中性点位置是比较麻烦和困难的确计算出中性点位置是比较麻烦和困难的, ,可按经验值确可按经验值确定。定。3. 中性点及其位置的确定中性点及其位置的确定第46页/共160页 影响中性点深度影响中性点深度l ln n的主要因素：的主要因素： 1 1）桩端持力层的刚度越大，则）桩端持力层的刚度越大，则l ln n愈大；愈大； 2 2）桩周土层的变形性质

28、和应力历史；）桩周土层的变形性质和应力历史； 3 3）当负摩阻力系由沉桩后外部条件变化所致，则条件变化）当负摩阻力系由沉桩后外部条件变化所致，则条件变化幅度和范围愈大，幅度和范围愈大，l ln n愈大；愈大； 4 4）桩的长径比愈小、截面刚度愈大，则）桩的长径比愈小、截面刚度愈大，则l ln n愈大；愈大； 5 5）在桩承受荷载过程中，随承受荷载及沉降的增加，）在桩承受荷载过程中，随承受荷载及沉降的增加，l ln n逐逐渐变小。渐变小。第47页/共160页 负摩擦力大小的确定关键在于确定中性面，计算按负摩擦力大小的确定关键在于确定中性面，计算按模型假设和常规的侧阻力计算一样，国内、外规范模型假

29、设和常规的侧阻力计算一样，国内、外规范一般只提有效应力法一般只提有效应力法（a a）总应力法）总应力法法法 （b b）有效应力法）有效应力法法法 第48页/共160页isiqn 当降低地下水位时，位于降水后地下水位以下第当降低地下水位时，位于降水后地下水位以下第i i 层土平均竖向有效压力：层土平均竖向有效压力：wwhziii iiiz 当降低地下水位时，位于降水后地下水位以上第当降低地下水位时，位于降水后地下水位以上第i i 层土平均竖向有效压力：层土平均竖向有效压力： 当地面作用满布均布荷载时：当地面作用满布均布荷载时：iiizp 建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范（JGJ94-94JGJ9

30、4-94）推荐采用有效应力）推荐采用有效应力法计算单桩负摩阻力标准值：法计算单桩负摩阻力标准值：第49页/共160页桩侧总的负摩阻力桩侧总的负摩阻力Q Qn n为：为： 软土或中等强度粘土可按下式估算负摩阻力标准值软土或中等强度粘土可按下式估算负摩阻力标准值 35insiNqunsicq insinlquQ 砂类土也可按下式估算负摩阻力标准值砂类土也可按下式估算负摩阻力标准值 ：第50页/共160页 原则：原则：Ktgqin桩土截面位桩土截面位移移桩侧摩阻桩侧摩阻力力OCDABKtgqin第51页/共160页（1 1）桩侧涂层法：在可能产生负摩阻力范围的桩段，桩侧涂沥青等降低土与桩身摩擦。）桩

31、侧涂层法：在可能产生负摩阻力范围的桩段，桩侧涂沥青等降低土与桩身摩擦。 第52页/共160页什么地方错了？第53页/共160页 （2 2）预钻孔法：在桩位预钻孔，然后桩插入，在桩周）预钻孔法：在桩位预钻孔，然后桩插入，在桩周围灌入膨润土混合浆，一般适用于黏性土地层围灌入膨润土混合浆，一般适用于黏性土地层 （3 3）双重套管法：在桩外侧设置套管，用套管承受负）双重套管法：在桩外侧设置套管，用套管承受负摩阻力的方法摩阻力的方法 （4 4）设置消减负摩阻桩群）设置消减负摩阻桩群第54页/共160页 （5 5）地基处理：对于松散填土、欠固结土层，采用）地基处理：对于松散填土、欠固结土层，采用预固结法、

32、强夯法等使土层密实、充分固结；对于湿陷性预固结法、强夯法等使土层密实、充分固结；对于湿陷性黄土采用浸水、强夯方法消除湿陷黄土采用浸水、强夯方法消除湿陷 （6 6）其他方法：在饱和软土地区，选择非挤土桩或部）其他方法：在饱和软土地区，选择非挤土桩或部分挤土桩，对挤土型桩，适当增加桩距，选择合理的打桩分挤土桩，对挤土型桩，适当增加桩距，选择合理的打桩流程，控制沉桩速率及打桩根数，打桩后休止一段时间后流程，控制沉桩速率及打桩根数，打桩后休止一段时间后再施工基础及上部结构；对于周边有大面积抽吸地下水或再施工基础及上部结构；对于周边有大面积抽吸地下水或降水情况时，在桩群周围采取回灌等方法来达到消减或避降

33、水情况时，在桩群周围采取回灌等方法来达到消减或避免负摩阻力的产生免负摩阻力的产生第55页/共160页 作用：作用：当地下结构的重量小于所受浮力当地下结构的重量小于所受浮力( (地下车库、水地下车库、水池放空时池放空时) )，或高耸结构，或高耸结构( (输电塔等输电塔等) )受到较大的倾覆弯矩受到较大的倾覆弯矩时，需要设置抗拔桩基础。时，需要设置抗拔桩基础。 拔极限承载力标准值确定拔极限承载力标准值确定：可通过现场单桩上拔载荷试：可通过现场单桩上拔载荷试验确定，单桩上拔静载荷试验方法与抗压静载荷试验方验确定，单桩上拔静载荷试验方法与抗压静载荷试验方法相似。如无当地经验时，群桩基础及基桩的抗拔极限

34、法相似。如无当地经验时，群桩基础及基桩的抗拔极限承载力标准值可计算。承载力标准值可计算。 五五 桩基的抗拔承载力计算桩基的抗拔承载力计算第56页/共160页 单桩或群桩呈非整体破坏时，基桩的抗拔极限承单桩或群桩呈非整体破坏时，基桩的抗拔极限承载力标准值可按下式计算：载力标准值可按下式计算： iisikikluqU 抗拔系数，砂土抗拔系数，砂土0.500.70，粘性土、粉土，粘性土、粉土0.70.8 。第57页/共160页按材料强度确定按材料强度确定 按单桩竖向抗压静载试验法确定按单桩竖向抗压静载试验法确定 按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定 按静力触探法确定按静力触探法确定 按经验公

35、式法确定按经验公式法确定 按动力试桩法确定按动力试桩法确定 （略）（略）桩的抗拔承载力（略）桩的抗拔承载力（略） 单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值 五五 单桩承载力确定方法单桩承载力确定方法桩的承载力取决于桩身材桩的承载力取决于桩身材料的强度和土对桩的支撑料的强度和土对桩的支撑第58页/共160页 对于摩擦型桩，桩端持力层地基反力系数对于摩擦型桩，桩端持力层地基反力系数k ks s值很小，值很小，2 23 3直线段近似于竖直线，一般属直线段近似于竖直线，一般属整体破坏整体破坏, ,Q Qs s曲线在点曲线在点2 2处不出现明显拐点处不出现明显拐点 ； 对于端承型桩，桩端阻力占承载力的比

36、例较大，对于端承型桩，桩端阻力占承载力的比例较大，k ks s值较大，一般属值较大，一般属刺入破坏刺入破坏, ,Q Qs s曲线陡降曲线陡降; ;单桩的破坏模式单桩的破坏模式 对于端承桩和桩身有缺陷的桩，在土阻力尚未充分发挥情况下，出现对于端承桩和桩身有缺陷的桩，在土阻力尚未充分发挥情况下，出现桩身材料破坏桩身材料破坏，Q Qs s曲线也呈曲线也呈陡降型陡降型。第59页/共160页 按材料强度计算单桩竖向承载力时，将桩视为一轴向受按材料强度计算单桩竖向承载力时，将桩视为一轴向受压构件，混凝土桩压构件，混凝土桩单桩单桩竖向承载力设计值公式：竖向承载力设计值公式： 式中：式中： 单桩竖向承载力设计

37、值；单桩竖向承载力设计值； 混凝轴心受压构件的稳定系数；混凝轴心受压构件的稳定系数； 混凝土轴心抗压强度设计值；混凝土轴心抗压强度设计值； 纵向受力钢筋的抗压强度设计值；纵向受力钢筋的抗压强度设计值； 桩身横截面面积；桩身横截面面积； 纵向受力钢筋的截面面积。纵向受力钢筋的截面面积。 )(syccAfAfRRfcyfcAsA第第4 4节节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定第60页/共160页(a) 锚桩横梁反力装置；锚桩横梁反力装置； (b) (b) 压重平台反力装置压重平台反力装置加压( a )试验桩沉降观测点千斤顶 锚桩（四根）主梁次梁试验桩( b )支墩千斤顶加压沉降观测点重物第第4 4

38、节节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定第61页/共160页静载荷试验静载荷试验(Static load test)试验设备试验设备(Test device)反力设备、加载设备和记录反力设备、加载设备和记录终止加荷条件终止加荷条件(Condition for stop to load)极限承载力的确定极限承载力的确定(Determination of ultimate bearing capacity)第第4 4节节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定第62页/共160页0600012000180002400030000Q (kN) 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.0

39、0 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00s (mm)曲线Q-s5153060120t (min) 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00s (mm)曲线s-lgt6000 kN9000 kN12000 kN15000 kN18000 kN21000 kN24000 kN27000 kN30000 kN6000 30000Q (kN) 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00s (mm)曲线s-lgQ第

40、第4 4节节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定第63页/共160页 国外广泛采用基于土力学原理的单桩极限承载力公式国外广泛采用基于土力学原理的单桩极限承载力公式 Pu Psu Ppu (G Apl) G桩的重力；桩的重力； Apl与桩同体积土重，当与桩同体积土重，当= Apl时时 ： Pu Psu Ppu Psu与与Ppu的计算，国外学者提出了计算公式的计算，国外学者提出了计算公式第第4 4节节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定第64页/共160页 静力触探与桩打入土中的过程基本相似，可把静力触探静力触探与桩打入土中的过程基本相似，可把静力触探视为小尺寸打入桩模拟试验。视为小尺寸打入桩模拟试验

41、。建筑桩基规范建筑桩基规范提出，当提出，当按双桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限按双桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值承载力标准值Puk时，无当地经验时可按下式计算时，无当地经验时可按下式计算 Puk qcAp Uli i fsi 粘性土和粉土粘性土和粉土 i 10.04（fsi）-0.55 砂性土砂性土 i 5.05（fsi）-0.45各符号的含义见各符号的含义见P. 273 第第4 4节节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定第65页/共160页 一般预制桩及中小直径灌注桩一般预制桩及中小直径灌注桩 对预制桩和直径对预制桩和直径d800mm的灌注桩，单桩竖向

42、极限承载力标的灌注桩，单桩竖向极限承载力标准值准值Puk可按下式计算：可按下式计算： 大直径灌注桩大直径灌注桩 大直径桩的侧阻及端阻要考虑尺寸效应大直径桩的侧阻及端阻要考虑尺寸效应 各符号的含义见各符号的含义见P.273。对于混凝土护壁的大直径挖孔桩，计算。对于混凝土护壁的大直径挖孔桩，计算单桩竖向承载力时，其设计桩径取护壁外直径。单桩竖向承载力时，其设计桩径取护壁外直径。 ppkisikpkskukAqlquPPPppkpsisiksipkskukAqlquPPP第第4 4节节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定第66页/共160页地基基础设计规范地基基础设计规范要求要求（1 1）荷载效应基本

43、组合）荷载效应基本组合0QN0max1.2QN（2 2）地震作用效应基本组合）地震作用效应基本组合01.25QN0max1.5QN铁路桥涵地基和基础设计铁路桥涵地基和基础设计规范规范TB10002.5-2005TB10002.5-2005要求要求max QPN-桩竖向承载力特征值建筑桩基规范建筑桩基规范要求要求 正在修订中正在修订中第第4 4节节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定第67页/共160页第第4 4节节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定第68页/共160页单桩单桩承载力承载力 上部上部结构结构荷载荷载桩顶桩顶荷载荷载桩顶桩顶荷载荷载Q H M承承台台地基地基桩顶轴向桩顶轴向位移位移0

44、00011()ebppSSllQE AC As传递方程传递方程桩顶位移桩顶位移侧摩侧摩阻力阻力桩底土桩底土变形变形桩身轴向桩身轴向弹性变形弹性变形=+桩顶桩顶轴向轴向荷载荷载Q桩身桩身位移位移桩端桩端阻力阻力桩身材料强桩身材料强度度土对桩的支土对桩的支撑撑+11x11MH144bmZxdZxdEIz边界条件边界条件桩身弯矩桩身弯矩剪力剪力M(z),Q(z)M(z),Q(z)1MMMEIEIYEIY42332第69页/共160页土抗力土抗力在力学图示下，在力学图示下，求解求解Z Z处的处的X XZ Z, ,Z Z,M,MZ Z和和Q QZ ZHMQzzxCxxzHM第70页/共160页)(22x

45、MdzxdEIqdZxdEI44qdxdQdxMd22dxdQQQ)(xqMdMM QdxdMqdxdQ基本概念基本概念m m法计算桩的内力和位移法计算桩的内力和位移第71页/共160页第72页/共160页第73页/共160页zzxcxzxzx第74页/共160页zzxcx第75页/共160页第76页/共160页第77页/共160页第78页/共160页第79页/共160页第80页/共160页第81页/共160页第82页/共160页116 . 01hLbbK第83页/共160页bb第84页/共160页d11d11b11Bd1 . 01B11第85页/共160页5 . 2h第86页/共160页 2

46、 2刚性桩刚性桩 当桩的入土深度当桩的入土深度 h h 时，则桩的相对刚度较大，计算时认为属刚性桩时，则桩的相对刚度较大，计算时认为属刚性桩 按照沉井方法进行承载能力和稳定性设计按照沉井方法进行承载能力和稳定性设计 a5 . 2（m-1）51EImb第87页/共160页KbKKbmzccxbmzxbqdzxdEIfzzxzzx000144第88页/共160页第89页/共160页 非岩石类土的比例系数非岩石类土的比例系数m m值值 第90页/共160页第91页/共160页22212211)2(mhhhhmhmm 2. 2.基桩侧面由基桩侧面由2 2种土层组成时，从地面或局部冲刷线起，由面积等效法

47、，求主要影响深度种土层组成时，从地面或局部冲刷线起，由面积等效法，求主要影响深度h hm m=2(d+1)=2(d+1)米内的平均米内的平均m m值作为整个深度内的值作为整个深度内的m m值值, ,对于刚性桩，对于刚性桩，h hm m采用整个深度采用整个深度h h。第92页/共160页第93页/共160页第94页/共160页第95页/共160页第96页/共160页qdzxdEI44 桩顶与地面平齐（桩顶与地面平齐（Z Z=0=0），桩顶作用水平荷载），桩顶作用水平荷载H H0 0及弯矩及弯矩M M0 0，桩发生弹性挠曲，桩侧土将产生横向抗力，桩发生弹性挠曲，桩侧土将产生横向抗力zxzx。挠度与

48、分布荷载。挠度与分布荷载q q之间的挠曲微分方程为之间的挠曲微分方程为 E E、I I分别为梁的弹性模量及截面惯矩分别为梁的弹性模量及截面惯矩 第97页/共160页1144bmZxbqdzxdEIzzxzxzzzxmZxCx 第98页/共160页0144zzzxEImbdzxd0544zzzxadzxd51EImb第99页/共160页3322dzxdEIdzxdEIMdzdxzzzzzzQ第100页/共160页 用幂级数展开的方法求出桩挠曲微分方程的解。若地面处即用幂级数展开的方法求出桩挠曲微分方程的解。若地面处即z=0z=0处，桩的水平位移、转角、弯矩和剪力分别以处，桩的水平位移、转角、弯矩

49、和剪力分别以 、 、 和和 表示，则桩身任一截面的水平位移为表示，则桩身任一截面的水平位移为0H0 x0M01301201010DEIHCEIMBAxxz第101页/共160页2302202020DEICEIMBAxzH33032030302DEICEIMBAxEIMZH43042040403DEICEIMBAxEIZHQ第102页/共160页)(1301201010DEIaCEIaMBaAxmzmzxzzxHZzA Ai i、B Bi i、C Ci i、D Di i（i=1i=14 4）为）为1616个无量纲系数，根据不同的换算深度个无量纲系数，根据不同的换算深度 已将其制成表格可查已将其制

50、成表格可查 第103页/共160页0M00 x0H0M0H第104页/共160页h0000dAcxxxdNMAhAxh 000200IcdAxchAhhmc00。第105页/共160页0)(43042040403DEICEIMBAxEIQhH)(2302202020DEICEIMBAxhH0033032030302)(IcDEICEIMBAxEIMhhH第106页/共160页)(0002000200300BEIMAEIHBEIMAEIxxxH第107页/共160页00000200002000300BEIMAEIBEIMAEIxxxHH第108页/共160页00 x0M、0H 第109页/共16

51、0页第110页/共160页xxzBEIMAEIx2030HBEIMAEIz020HmmzBMAM00HQQHQBMAz00Ax、Bx、A 、B 、Am、Bm、AQ、BQ为无量纲系数，均为为无量纲系数，均为 h和和 z的函数的函数第111页/共160页020030 xxzBEIMAEIxH00020BEIMAEIzH0000mmzBMAMH0000QQHQBMAz第112页/共160页第113页/共160页第114页/共160页000QQHQBMAzHHHHHHHDABMHCBAM0000HCMDM0000H或HHC CH H及及D DH H也为与有关的系数，当也为与有关的系数，当4.04.0时

52、，按表查得时，按表查得Zh第115页/共160页HMMMMMKCBAMKMBMADMM000max000maxHHHHHHHCBAKMMMMMBDAKH桩身最大弯矩为桩身最大弯矩为第116页/共160页MxxlxxH0001MH01（六）桩顶位移的计算（六）桩顶位移的计算对于出露地表以上的桩对于出露地表以上的桩需要计算地表以上的桩需要计算地表以上的桩的内力与位移的内力与位移0逆时针为正，所以式中用负号逆时针为正，所以式中用负号 H1M1H1M1M1H1第117页/共160页xxBEIlMAEIx201130HH1BEIlMAEI01130HH1MlM00QQQ0第118页/共160页EIlME

53、IlEIlMxEIlxMM0120201301;22;31HHH-H第119页/共160页nMMnHnNPiiiHy yx x第120页/共160页2iixiyyMnNP第121页/共160页第122页/共160页22()tan()()()()iiziiziiziZiziiizziUMxxP MkU MkxMP MxkxP MMxx22iizixiiM xM zQPnxz 找出基础（形心）重心位置，荷载找出基础（形心）重心位置，荷载向基础（形心）重心平移，建立平衡向基础（形心）重心平移，建立平衡方程，找出各桩变形协调条件方程，找出各桩变形协调条件?iiMH第123页/共160页 计算假定条件：

54、计算假定条件：( () )多排桩基础外力作用于承台对称平面内多排桩基础外力作用于承台对称平面内( (空间问题简化为平面问题空间问题简化为平面问题) )( () )承台与桩头为刚性联结承台与桩头为刚性联结第124页/共160页第125页/共160页第126页/共160页oiioioixbbaa0第127页/共160页单位转角单位转角 单位横轴单位横轴向位移向位移 桩顶单位桩顶单位轴向位移轴向位移 引起桩顶引起桩顶的弯矩的弯矩 引起桩顶引起桩顶的横轴向的横轴向力力 引起桩顶引起桩顶的轴向力的轴向力 ABpp1QQ2MM4MQ3MQ3第128页/共160页mmoooEIEIxEIxACAEhl423

55、32111Q 桩的竖向刚度系数外桩的竖向刚度系数外, , 其余的单桩桩顶刚度系数均为基桩受单位横轴向力（包括弯矩）作用的结果，可以由单桩其余的单桩桩顶刚度系数均为基桩受单位横轴向力（包括弯矩）作用的结果，可以由单桩m m法求得法求得, ,其结果为其结果为000011()ebppSSllQE AC As第129页/共160页xxBEIlMAEIx2030QQmxxlxxQ0001mQ01BEIlMAEI030QQEIMlEIlEIMlxEIlxmm0202030;22;3Q-QQQ单桩桩顶的刚度系数的由来单桩桩顶的刚度系数的由来: : 第130页/共160页ABAB第131页/共160页niii

56、iianiiiaaniiibax132112221121coscossin)()cossin(cossin)(10aiiniiibbaabniiibbxsin)sincos()sincos(31222112221sin2)sincos(43212221iiiniiiaabbxx1o1ob第132页/共160页), 0(0)0(0)0(0000000000点取矩对oMMbaHHbaNNbabaaabaabbbba第133页/共160页第134页/共160页nibbNNb110ninininiinininiiaaaabbxMHxMHa1112133242111312420)()()(ninininiininiaaaaaaxHMHM1112131242113220)()(第135页/共16