第三章桩基础de设计

1、第四节单桩容许承载力的确定第四节单桩容许承载力的确定4在设计桩基础时，首先应从分析单桩人手，确定单桩容许承载力，然后结合桩基础的结构和构造型式进行基桩受力分析计算，从而确定桩基础的承载力。4单桩容许承载力是指单桩在外荷载作用下，桩土共同作用，地基土和桩本身的强度和稳定性均能得到保证，且变形在容许范围之内桩所能容许承受的最大荷载。4一般情况下，桩受到轴向力、横轴向力及弯矩作用，因此，需分别研究和确定单桩的轴向容许承载力、横轴向容许承载力和容许弯矩，但通常桩主要受轴向力，所以本节主要研究桩的轴向容许承载力的确定，简要一、单桩轴向容许承载力的确定4桩的轴向容许承载力确定的方法有:4静载试验法、经验公

2、式(规范法)、理论公式、静力触探法、动力公式或波动方程及按桩身材料确定单桩容许承载等方法。用静载试验确定单桩容许承载力4 静载试验法即在现场对一根沉人设计深度的桩在桩顶逐级施加轴向荷载，直至桩达破坏状态为止，并在试验过程中测量每级荷载下的桩顶沉降，根据沉降与荷载及时间的关系，分析确定单桩轴向容许承载力。4静载试验可在现场做试桩或利用基础中已筑好的基桩进行试验。4为了准确性，试桩数目应不少于基桩总数的2% ，且不应少于2根;试桩的施工方法以及试桩材料和尺寸、人土深度均应与设计桩相同。 1.试验装置 1.试验装置4锚桩法试验装置是常用的一种加荷装置，主要设备由锚梁、横梁和油压千斤顶组成，如图4 锚

3、桩可根据需要布设4一6根，锚桩的人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3倍，以减小对试桩的影响。4桩顶沉降常用百分表或位移计量测。4观测装置的固定点(如基准桩)应与试、锚桩保持适当的距离2.测试方法4试桩加载应分级进行，每级荷载约为极限荷载预估值的1/101/15;有时也采用递变加载方式，开始阶段每级荷载取极限荷载预估值的1/2.51/5，终了阶段取1/101/15。4 测读沉降时间，在每级加荷后的第一小时内，每隔15min测读一次，以后每隔30min测读一次，至沉降稳定为止。沉降稳定的标准，4通常规定为:对砂性土为30min内不超过0. lmm;对粘性土为1h内不

4、超过0.lnun。4待沉降稳定后，方可施加下一级荷载。循此加载观测，直至桩达到破坏状态，终止试验。4 当出现下列情况之一时，一般认为桩已达破坏状态，所相应施加的荷载即为破坏荷载:4 (1)桩的沉降量突然增大，总沉降量大于40mm，且本级荷载下的沉降量为前一级荷载下沉降量的5倍以上。4 (2)总位移量大于或等于40mm，本级荷载加上后24h桩的沉降未趋稳定。3.极限荷载和轴向容许承载力确定4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三、负摩阻力问题4 桩受轴向压力后，相对于桩侧土作向下位移，土对桩就产生向上作用的摩阻力，称正摩阻力4当桩穿过软弱可压缩土层时，由于地

5、表面有较大的荷载作用(如桥头填土及路堤)，或地下水下降，或土层属次固结状态等情况，均会引起桩侧地基压缩下沉(固结)，若桩侧土下沉量大于桩受荷后的沉降(包括桩身压缩和桩底下沉)，则桩侧土相对于桩向下位移，土对桩就产生向下作用的摩阻力，称负摩阻力4 由于在桩身表面发生负摩阻力，使桩侧土的一部分重量传递给桩，因此负摩阻力不但不起4承载力作用，反而变成施加在桩上的外荷载。4这是在软弱粘土或湿陷性黄土等地基中确定单桩轴向容许承载力和设计桩基础时应该注意的。4 要确定桩身负摩阻力的大小，就要先确定产生负摩阻力的深度和负摩阻力强度的大小。4 桩身负摩阻力并不一定发生于整个软弱压缩土层中。产生负摩阻力的深度就

6、是桩侧土层对桩产生相对下沉的范围，它与桩侧土的压缩、固结、桩身压缩及桩底下沉等直接有关。4桩侧土的压缩与地表作用荷载及土的压缩性质有关，并随深度逐渐减小;而桩在外荷作用下，桩底的下沉量为一定值，桩身压缩变形却随深度相应减小，因此当到达一定深度后，桩侧土下沉量4有可能与桩身的位移量相等，土对桩无相对向下位移，即不产生负摩阻力;在此深度以下，桩的位移大于桩侧土的下沉，桩身上仍为向上作用的正摩阻力。4正、负摩阻力变换处的位置，称为中性点(图3-40)，4显然中性点位置的确定与作用荷载和桩周土的性质有关。负摩擦力的影响4(1)作用于桩侧表面的总负摩擦力(不曳荷载)有可能使桩的负荷过大，从而使桩基的沉降

7、过大或桩身结构受到损坏。4 (2)正如前面已指出过的，由于桩承担了一部分土体重量，即负摩擦力减少了桩端标高处的有效覆盖压力，这可能导致桩端阻力降低。4 (3)当建筑物的部分基础或同一基础中部分桩发生负摩擦力，将出现桩群的不均匀沉降，致使上部结构损坏。4 (4)负摩擦力对桩的作用可达到中性点的标高处。在挪威，认为如果把中性点以下桩的弹性压缩都考虑在内的话，可假设中吐点是位于周围土沉降为Smm的标高处;对打到基岩的桩，一般认为应假设中性点位于桩端处。4(5)桩群四角的桩分担到的负摩擦力比桩群内部的桩要大。4 (6)在正常固结的软粘土中，如果桩长是20一25m，其负摩擦力常常与桩的容许荷载值相等，4

8、在此情况下，应估计到端承桩会转变为摩擦桩。工程实践证实4负摩阻力产生的后果主要反映在桩基下沉量的增加或发生基础不均匀沉降而影响结构物的使用。4随着工程实践的不断发展，常常采取对桩身涂以处理后的沥青、油漆等措施，可以改变桩土接触表面摩阻性能而减少负摩阻力值。第七节桩基础设计计算步骤4 先根据所收集的必要设计资料拟定出设计方案(包括选择桩基础的类型、桩长、桩径、桩数及桩的布置、承台位置与尺寸等)，4 进行基桩和承台强度、稳定、变形验算，经过计算、比较、修改直至符合各项要求，4 确定较佳的设计方案。桩基础设计原则:4 1.设计前进行必要的基本情况调查。4 2.认真选定适用、简便可行而又可靠的设计方法

9、，认真测定和选用有代表性的而且可靠的原始参数。4 3.确定桩的设计承载力时应考虑不同结构物的容许沉降量。4 4.现时，混凝土结构设计规范已采用以概率理论为基础的极限状态设计法，45.设计桩基时应遵循和执行有关技术规范规定桩基础类型的选择承台位置和尺寸的选定1、承台低稳定性较好，但在水中施工难度较大，因此可用于季节性河流，冲刷小的河流或岸台上墩台及旱地上其他结构物基础。42、当承台埋于冻胀土层中时，为了避免由于土的冻胀引起桩基础的损坏，承台底面应位于冻结线以下不少于0. 25m。承台位置和尺寸的选定43、对于常年有流水，冲刷较深，或水位较高，施工排水困难，在受力条件允许时，应尽可能采用高桩承台。4承台如在水中:在有流水的河道，承台底面应在最低冰层底面以下0.25m;4在有其他漂流物或通航的河道，承台底面也应适当放低，以保证基桩不会直接受到撞击，否则应设置防撞击装置。4对于有冲刷的河流，还应考虑冲刷影响。(二)柱桩桩基和摩擦桩桩基的选定4柱桩与摩擦桩的选择主要是根据地质和受力情况确定。4柱桩桩基承载力大，沉降量小，较为安全，当基岩埋深较浅时应考虑采用柱桩桩基。4若适宜的岩层埋置较深或受到施工条件的限制不宜采用柱桩时，则可采用摩擦桩。4在同一桩基础中不宜同时采用柱桩和摩擦桩，同时也不宜采用不同材料、不同直径和长度相差