建筑讲座：桩基础沉降的计算ppt课件

1、桩根底沉降的计算桩根底沉降的计算竖向荷载的作用下的沉降由以竖向荷载的作用下的沉降由以下三部分组成：下三部分组成：1、桩身弹性紧缩引起的桩顶沉降、桩身弹性紧缩引起的桩顶沉降2、桩侧阻力引起的桩周土中的附、桩侧阻力引起的桩周土中的附加压力以压力角加压力以压力角a向下传送，致向下传送，致使桩端下土体紧缩而产生的桩使桩端下土体紧缩而产生的桩端沉降端沉降3、桩端荷载引起桩端下土体紧缩、桩端荷载引起桩端下土体紧缩而产生的桩端沉降而产生的桩端沉降一、单桩沉降的计算一、单桩沉降的计算上述单桩沉降组成三分量的计算，都必需知道桩侧、桩上述单桩沉降组成三分量的计算，都必需知道桩侧、桩端各自分担的荷载比，以及桩侧阻力

2、沿桩身的分布图端各自分担的荷载比，以及桩侧阻力沿桩身的分布图 式，式，而荷蓑比和侧阻分布图式，不仅与桩的长度、桩与土的而荷蓑比和侧阻分布图式，不仅与桩的长度、桩与土的相对紧缩性、土的剖面有关，还与荷载程度、荷载继续相对紧缩性、土的剖面有关，还与荷载程度、荷载继续 时间有关。时间有关。 因此单桩沉降计算应根据工程问题的性质以及荷载的因此单桩沉降计算应根据工程问题的性质以及荷载的特点选择与之相顺应的计算方法与参数。特点选择与之相顺应的计算方法与参数。单桩沉降的计算方法单桩沉降的计算方法1、荷载传送分析法、荷载传送分析法2、弹性实际法、弹性实际法3、剪切变形传送法、剪切变形传送法4、有限单元法、有限

3、单元法5、其它简化方法、其它简化方法二、群桩沉降的计算二、群桩沉降的计算 目前尚未有较为完善的桩根底沉降计算方法。规范目前尚未有较为完善的桩根底沉降计算方法。规范GB5007引荐的群桩沉降计算方法，不思索桩间土的紧引荐的群桩沉降计算方法，不思索桩间土的紧缩变形对沉降的影响缩变形对沉降的影响,采用单向紧缩分层总和法计算桩根采用单向紧缩分层总和法计算桩根底的最终沉降量。底的最终沉降量。群桩的群桩的沉降量沉降量桩间土的紧桩间土的紧缩变形缩变形桩端平面以下土层桩端平面以下土层的整体紧缩变形的整体紧缩变形桩身紧缩桩身紧缩桩端贯桩端贯入变形入变形单向紧缩分层总和法单向紧缩分层总和法jniisjijijmj

4、pEhs1,1地基内的应力分布按实体深根底或其它方法计算地基内的应力分布按实体深根底或其它方法计算1、实体深根底桩距不大于、实体深根底桩距不大于6d)实体深根底桩基沉降计算阅历系数应根据地域桩根底沉降观测资料及实体深根底桩基沉降计算阅历系数应根据地域桩根底沉降观测资料及阅历统计确定。在不具备条件时，阅历统计确定。在不具备条件时，p 值可按下表选用值可按下表选用1桩基沉降计算阅历系数应桩基沉降计算阅历系数应p1)思索分散作用时思索分散作用时2实体深根底桩底平面处的附加压力实体深根底桩底平面处的附加压力p0kcKKckkAGFpp02)不思索分散作用时不思索分散作用时00000)(2balqbaG

5、FpisiaKKk2、明德林应力公式、明德林应力公式 采用明德林应力公式计算桩根底最终沉降量时，竖向采用明德林应力公式计算桩根底最终沉降量时，竖向荷载准永久组协作用下附加荷载的桩端阻力比荷载准永久组协作用下附加荷载的桩端阻力比a和桩基和桩基沉降计算阅历系数，沉降计算阅历系数， 应根据当地工程的实测资料统计应根据当地工程的实测资料统计确定。确定。 45 桩的负摩擦问题桩的负摩擦问题 一、一、 产生负摩擦的条件和缘由产生负摩擦的条件和缘由 在桩顶竖向荷载作用下，当桩相对于桩侧在桩顶竖向荷载作用下，当桩相对于桩侧土体向下位移时，土对桩产生的向上作用土体向下位移时，土对桩产生的向上作用的摩阻力，称为正

6、摩阻力。的摩阻力，称为正摩阻力。 当桩侧土体因某种缘由而下沉，且其下当桩侧土体因某种缘由而下沉，且其下沉量大于桩的沉降沉量大于桩的沉降(即桩侧土体相对于桩即桩侧土体相对于桩向下位移向下位移)时，土对桩产生的向下作用时，土对桩产生的向下作用 的摩阻力，称为负摩阻力。的摩阻力，称为负摩阻力。 产生负摩阻力的情况产生负摩阻力的情况1、位于桩周欠固结的软粘土或新填、位于桩周欠固结的软粘土或新填土在重力作用产生固结；土在重力作用产生固结；2、大面积堆载使桩周土层压密；、大面积堆载使桩周土层压密； 3、由于地下水位全面降低，致使有、由于地下水位全面降低，致使有效应力添加，因此引起大面积沉效应力添加，因此引

7、起大面积沉降；降； 4、自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷；、自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷； 5、地面因打桩时孔隙水压力剧增而、地面因打桩时孔隙水压力剧增而隆起、其后孔压散失而固结下沉隆起、其后孔压散失而固结下沉等。等。 中性点：曲线中性点：曲线l l表示土层不表示土层不同深度的位移，曲线同深度的位移，曲线2 2为桩为桩的截面位移曲线，曲线的截面位移曲线，曲线1 1和和曲线曲线2 2之间的位移差之间的位移差( (图中画图中画上横线部分上横线部分) )为桩土之间的为桩土之间的相对位移，曲线相对位移，曲线1 1和曲线和曲线2 2的的交点交点(o1(o1点点) )为桩土之间不产为桩土之间不产生相对位移的截

8、面位置，称生相对位移的截面位置，称为中性点。为中性点。 几个重要概念：几个重要概念： 下拉荷载下拉荷载FnFn：图为桩侧摩阻力：图为桩侧摩阻力和桩身轴力曲线，其中和桩身轴力曲线，其中FnFn为负为负摩阻力的累计值，又称为下拉摩阻力的累计值，又称为下拉荷载荷载FnFn FpFp为中性点以下正摩阻力为中性点以下正摩阻力的累计值。的累计值。 从图中易知，在中性点从图中易知，在中性点O1点之上，土层产生相对于桩身点之上，土层产生相对于桩身的向下位移，出现负摩阻力的向下位移，出现负摩阻力nz，桩身轴力随深度递增；，桩身轴力随深度递增； 在中性点在中性点O1点之下的土层相对向上位移，因此在桩侧产点之下的土

9、层相对向上位移，因此在桩侧产生正摩阻力生正摩阻力z，桩身轴力随深度递减。，桩身轴力随深度递减。 在中性点处桩身轴力在中性点处桩身轴力 到达最大值到达最大值(Q+Fn)，而桩端总阻力，而桩端总阻力那么等于那么等于Q+(Fn-Fp)。 桩侧负摩阻力的危害 可见，桩侧负摩阻力的发生，将使桩侧土的部分重力和地面荷载经过负摩阻力传送给桩，因此,桩的负摩阻力非但不 能成为桩承载力的一部分反而相当于是施加于桩上的外荷载，这就必然导致桩的承载力相对降低、桩基沉降加大。 二、负摩阻力的计算二、负摩阻力的计算1单桩负摩阻力的计算单桩负摩阻力的计算(1)(1)中性点的位置中性点的位置 中性点的位置取决于桩与桩侧土的

10、相对中性点的位置取决于桩与桩侧土的相对位移，原那么上应根据桩沉降与桩周土沉降位移，原那么上应根据桩沉降与桩周土沉降相等的条件确定。相等的条件确定。要准确计算中性点的位置是比较困难的，要准确计算中性点的位置是比较困难的，目前多采用近似的估算方法，工程实目前多采用近似的估算方法，工程实测阐明，在可紧缩土层测阐明，在可紧缩土层 L0 的范围内，的范围内，中性点的稳定深度中性点的稳定深度Ln是随桩端持力层是随桩端持力层的强度和刚度的增大而添加的，其深的强度和刚度的增大而添加的，其深度比度比 Ln / L0 可按下表的阅历取用。可按下表的阅历取用。(2) 负摩阻力强度负摩阻力强度 准确计算负摩阻力是复杂

11、而困难的。目前的负摩阻力的计算方准确计算负摩阻力是复杂而困难的。目前的负摩阻力的计算方法与公式都是近似的和阅历性的，运用较多的有以下两种：法与公式都是近似的和阅历性的，运用较多的有以下两种： 1对于软土和中等强度粘土对于软土和中等强度粘土uuncq22根据产生负摩阻力土层中点竖向有效覆盖压力计根据产生负摩阻力土层中点竖向有效覆盖压力计算算3对砂类土，可按下式估算对砂类土，可按下式估算35inN(3) 下拉荷载的计算下拉荷载的计算 下拉荷载下拉荷载 Fn为中性点深度为中性点深度 Ln 范围范围内负摩阻力的累计值，可按下式内负摩阻力的累计值，可按下式计算：计算： nininipnluF12 群桩负

12、摩阻力的计算群桩负摩阻力的计算 对于桩距较小的群桩，群桩所发生的负摩阻力因对于桩距较小的群桩，群桩所发生的负摩阻力因群桩效应而降低，即小于相应的单桩值，这种群桩效应而降低，即小于相应的单桩值，这种群桩效应可按等效圆法计算群桩效应可按等效圆法计算群桩中任一单桩的下拉荷载：群桩中任一单桩的下拉荷载：nininipnngluQ1负摩阻力群桩效应系数：负摩阻力群桩效应系数：矩形面积：矩形面积：等效圆面积：等效圆面积：等效圆半径：等效圆半径：假设独立单桩单位长度的负摩阻力假设独立单桩单位长度的负摩阻力n由相应长度范围内半径为由相应长度范围内半径为re构成的构成的土体分量与之等效土体分量与之等效3、 减小

13、负摩阻力的工程措施减小负摩阻力的工程措施 1)预制混旋土桩和钢桩预制混旋土桩和钢桩普通采用涂以软沥青涂层的方法来减小负摩阻力。普通采用涂以软沥青涂层的方法来减小负摩阻力。2)灌注桩灌注桩对泥浆护壁成孔的灌注桩，可在浇筑完下段混凝土对泥浆护壁成孔的灌注桩，可在浇筑完下段混凝土后填人高稠度膨润土泥浆，然后再插入预制混凝土桩段；后填人高稠度膨润土泥浆，然后再插入预制混凝土桩段； 对干作业成孔灌注桩，可在沉降土层范围内的孔壁先铺对干作业成孔灌注桩，可在沉降土层范围内的孔壁先铺设双层筒形塑料薄膜，然后再浇筑混凝土，从而在桩身与设双层筒形塑料薄膜，然后再浇筑混凝土，从而在桩身与孔孔 壁之间构成可自在滑动的

14、塑料薄膜隔离层。壁之间构成可自在滑动的塑料薄膜隔离层。46 桩的程度承载力桩的程度承载力 作用于桩顶的程度荷载包括：作用于桩顶的程度荷载包括：1、长期作用的程度荷载。如上部构造传送的或由、长期作用的程度荷载。如上部构造传送的或由土、水压力施加的以及拱的推力等程度荷载；土、水压力施加的以及拱的推力等程度荷载；2、反复作用的程度荷载。、反复作用的程度荷载。(如风力、波浪力、船舶如风力、波浪力、船舶撞击力以及机械制力等程度荷载撞击力以及机械制力等程度荷载) 3、地震作用所产生的程度荷载。、地震作用所产生的程度荷载。 一、程度荷载下桩的任务性状一、程度荷载下桩的任务性状 在程度荷载作用下，桩产生变形并

15、挤压桩周土，促使桩周土发生相应的变形而产生程度抗力。程度荷载较小时，桩周土的变形是弹性的，程度抗力主要由接近地面的表层土提供；随着程度荷载的增大，桩的变形加大，表层土逐渐产生塑性屈服，程度荷载将向更深的土层传送；当桩周土失去稳定、或桩体发生破坏、或桩的变形超越建筑物的允许值时，程度荷载也就到达极限程度荷载下桩的任务性状取决于桩程度荷载下桩的任务性状取决于桩-土之间的相互作用土之间的相互作用 根据桩、土相对刚度的不同，程度荷载作用下的根据桩、土相对刚度的不同，程度荷载作用下的桩可分为：刚性桩、半刚性桩和柔性桩。桩可分为：刚性桩、半刚性桩和柔性桩。1刚性桩刚性桩换算深度换算深度 2.5时，为刚性桩

16、时，为刚性桩h当桩很短或桩周土很脆弱时，桩、土的相对刚度当桩很短或桩周土很脆弱时，桩、土的相对刚度很大，属刚性桩。很大，属刚性桩。特点：特点：A、桩身不发生挠曲变形、桩身不发生挠曲变形B、发生绕接近桩端的一点作全桩长的刚体转动。、发生绕接近桩端的一点作全桩长的刚体转动。C、桩顶嵌固的刚性桩那么发生平移。、桩顶嵌固的刚性桩那么发生平移。D、刚性桩的破坏普通只发生于桩周土中，桩体、刚性桩的破坏普通只发生于桩周土中，桩体本身不发生破坏。本身不发生破坏。(2)弹性桩弹性桩在程度荷载作用下桩身发生挠曲变形，在程度荷载作用下桩身发生挠曲变形，桩的下段可视为嵌固于土中而不能转桩的下段可视为嵌固于土中而不能转

17、动，随着程度荷载的增大，桩周土的动，随着程度荷载的增大，桩周土的屈服区逐渐向下扩展，桩身最大弯矩屈服区逐渐向下扩展，桩身最大弯矩截面也因上部土抗力减小而向下部转截面也因上部土抗力减小而向下部转移，移，半刚性桩的桩身位移曲线只出现一个半刚性桩的桩身位移曲线只出现一个位移零点位移零点柔性桩那么出现两个以上位移零点和柔性桩那么出现两个以上位移零点和弯矩零点。弯矩零点。当桩周土失去稳定、或桩身最大弯矩当桩周土失去稳定、或桩身最大弯矩处出现塑性屈服、或桩的程度位移过处出现塑性屈服、或桩的程度位移过大时，弹性桩便趋于破坏。大时，弹性桩便趋于破坏。 2.51mb1m时，时，b0=b+1;b0=b+1;当当b

18、1mb1m时，时，b0=1.5b+0.5b0=1.5b+0.5。圆形截面桩：圆形截面桩：当桩径当桩径dlmdlm时：时：b0=0.9(db0=0.9(d十十1)1)； d1md1m时时:b0=0.9(1.5d+0.5):b0=0.9(1.5d+0.5)2 2桩身抗弯刚度桩身抗弯刚度EIEI桩身的弹性模量桩身的弹性模量E E，对于混凝土桩可采用混，对于混凝土桩可采用混凝土的弹性模量凝土的弹性模量EcEc的的0.850.85倍倍(E=0.85Ec)(E=0.85Ec)。3 3地基程度抗力系数地基程度抗力系数按按m m法计算时，地基程度抗力系数的比例常数法计算时，地基程度抗力系数的比例常数m m，如

19、无实验资料，可参考表如无实验资料，可参考表4-64-6所列数值。所列数值。地基土程度抗力系数的比例常数地基土程度抗力系数的比例常数 m m 表表 4-6 4-6 序序 号号 地基土类别地基土类别 预制桩、钢桩预制桩、钢桩 灌注桩灌注桩 m (MN/m 4 ) m (MN/m 4 ) 相应单桩在地相应单桩在地 面面处水平位移处水平位移 (mm) (mm) m (MN/m 4 ) m (MN/m 4 ) 相应单桩在相应单桩在地地 面处水平面处水平位移位移 (mm) (mm) 1 1 淤泥、淤泥质土，饱和湿陷性黄土淤泥、淤泥质土，饱和湿陷性黄土 2-4.5 2-4.5 10 10 2.5-6 2.5

20、-6 6-12 6-12 2 2 流塑流塑 (I L (I L 1) 1) 、软塑、软塑 (0.75 (0.75 I L I L 1) 1) 状粘性土，状粘性土， e e 0.9 0.9 粉土，松散粉细粉土，松散粉细砂，松散填土砂，松散填土 4.5-6.0 4.5-6.0 10 10 6-14 6-14 4-8 4-8 3 3 可塑可塑 (0.25 (0.25 I L 0.75) I L 0.75) 状粘性土，状粘性土， e=0.75-0.9 e=0.75-0.9 粉土，湿陷性黄土，稍粉土，湿陷性黄土，稍 密、中密、中密填土，稍密细土密填土，稍密细土 6.0-10 6.0-10 10 10 1

21、4-35 14-35 3-6 3-6 4 4硬塑硬塑 (0 (0 I L 0.25) I L 0.25) 、坚硬、坚硬 (I L (I L 0) 0) 状粘性土，湿陷性黄土，状粘性土，湿陷性黄土， e e 0.75 0.75 粉粉土，中密中粗砂，密实老填土土，中密中粗砂，密实老填土 10-2210-2210 10 35-10035-1002-52-55 5 中密、密实的砾砂，碎石类土中密、密实的砾砂，碎石类土 100-300100-3001.5-3 1.5-3 注：注：1.1.当桩顶横向位移大于表列数值或当灌注桩配筋率校高当桩顶横向位移大于表列数值或当灌注桩配筋率校高(0.65%)(0.65%

22、)时，时，mm值该当值该当适当降低；当预制桩的横向位移适当降低；当预制桩的横向位移 小于小于10mm10mm时，时，mm值可适当提高；值可适当提高； 2. 2.当横荷载为长期或经常出现的荷载时，应将表列数值乘以当横荷载为长期或经常出现的荷载时，应将表列数值乘以0.40.4降低采用；降低采用； 3. 3.当地基为可液化土时，表列数值尚应乘以有关系数。当地基为可液化土时，表列数值尚应乘以有关系数。 3单桩计算单桩计算 (1) 桩顶荷载桩顶荷载N0、H0、M0式中式中 n-为同一承台中的桩敷。为同一承台中的桩敷。 (2)桩的挠曲微分方程桩的挠曲微分方程 单桩在单桩在Ho、Mo和地基程度抗力和地基程度

23、抗力x 作用下产生挠曲，根作用下产生挠曲，根据资料力学中梁的挠曲微分方程：据资料力学中梁的挠曲微分方程：或或 不同的不同的kx图式求解，就得到不同的计算图式求解，就得到不同的计算方法。方法。m法假定法假定Kx=mz代入上式得到：代入上式得到：令令式中式中:a称为桩的程度变形称为桩的程度变形系数，其单位是系数，其单位是lm。 并代入式那么有并代入式那么有:利用梁的挠度与转角、弯矩利用梁的挠度与转角、弯矩和剪力的微分关系，解答上和剪力的微分关系，解答上述方程，从而可求出桩身各述方程，从而可求出桩身各截面的内力和位移截面的内力和位移其解答方法与地基上梁的计其解答方法与地基上梁的计算类似算类似(3)桩

24、身最大弯矩及其位置桩身最大弯矩及其位置设计接受程度荷载的单桩时，为了计算截面配设计接受程度荷载的单桩时，为了计算截面配筋，设计者最关怀桩身的最大弯矩值和最大弯筋，设计者最关怀桩身的最大弯矩值和最大弯矩截面的位置。矩截面的位置。为了简化，可根据桩顶荷载为了简化，可根据桩顶荷载H0、M0及桩的变及桩的变形系数形系数a计算如下系数：计算如下系数： 由系数由系数CI从表从表47查查得相应的换算深度得相应的换算深度zh那么桩身最大那么桩身最大变弯矩的深度变弯矩的深度为：为：hzmax同时，由系数同时，由系数CI表表4-7查得相应的系数查得相应的系数CII,那么桩身最大那么桩身最大弯矩弯矩Mmax为：为：

25、 表表4-7是按桩长是按桩长L4.0/a编制的，编制的，当当L4.0/a时，可时，可另查有关设计手另查有关设计手册。册。三、单桩程度静载荷实验三、单桩程度静载荷实验 桩的程度静载荷实验是在现场条件下进展的，影响桩桩的程度静载荷实验是在现场条件下进展的，影响桩的承载力的各种要素都将在实验过程中真实反映出来，的承载力的各种要素都将在实验过程中真实反映出来，由此得到的承载力值和地基土程度抗力系数由此得到的承载力值和地基土程度抗力系数.1、实验安装、实验安装单桩程度静载荷实验安装2加荷方法加荷方法 1)对于接受反复作用的程度荷载的桩基，宜采用多循环加对于接受反复作用的程度荷载的桩基，宜采用多循环加卸载

26、方式。卸载方式。 2) 接受长期作用接受长期作用 的程度荷载的桩基，宜采用分级延的程度荷载的桩基，宜采用分级延续的加载方式续的加载方式3终止加荷的条件终止加荷的条件 当出现以下情况之一时，即可终止实验：当出现以下情况之一时，即可终止实验：(1)桩身已断裂；桩身已断裂；(2)桩侧地表出现明显裂痕或隆起：桩侧地表出现明显裂痕或隆起：(3) 桩顶程度位移超越桩顶程度位移超越 30 40mm( 软土取软土取 40mm ) ； (4) 所加的程度荷载已超越极限荷载。所加的程度荷载已超越极限荷载。4 资料整理资料整理 1由实验记录可绘制桩顶由实验记录可绘制桩顶程度荷载程度荷载 - 时间时间-桩顶程度桩顶程

27、度位移位移 (Ho-t-Uo) 曲线曲线由此曲线可得：由此曲线可得：程度临界荷载程度临界荷载 (Hcr)程度极限荷载程度极限荷载 (Hu)相当于桩身开裂、受拉区混凝土不参相当于桩身开裂、受拉区混凝土不参与任务时的桩顶程度力与任务时的桩顶程度力相当于桩身应力到达强度极限时的桩顶程度力相当于桩身应力到达强度极限时的桩顶程度力2由实验记录可绘制桩程度荷载由实验记录可绘制桩程度荷载位移梯度位移梯度 (H0 - U0 / H0) 曲线曲线 由此曲线可得：由此曲线可得：程度临界荷载程度临界荷载 (Hcr)程度极限荷载程度极限荷载 (Hu)3由实验记录可绘制程度荷载与最大弯矩截由实验记录可绘制程度荷载与最大

28、弯矩截面钢筋应力面钢筋应力(Ho-g) 曲线曲线由此曲线可得：由此曲线可得：程度临界荷载程度临界荷载 (Hcr)程度极限荷载程度极限荷载 (Hu)四、单桩程度承载力特征值四、单桩程度承载力特征值 单桩程度承载力特征值可按以下几种方法进展确定：单桩程度承载力特征值可按以下几种方法进展确定： (1) 经过现场单桩程度载荷实验确定，实验宜采用慢速维持荷载法。 (2) 对于混凝土预制桩、钢桩、桩身全截面配筋率大于 0.65 的灌注桩根据静载实验结果取地面处程度位移为 10mm 所对应的荷载为单桩程度承载力特征值。 (3) 对于桩身配筋率小于 0.65 的灌注桩，取单桩程度静载实验的临界荷载为单桩程度承

29、载力特征值。 (4) 当短少单桩程度静载实验资料时，可按以下公式估当短少单桩程度静载实验资料时，可按以下公式估算桩身配筋率小于算桩身配筋率小于0. 65 的灌注桩的单桩程度承载力的灌注桩的单桩程度承载力特特 征值：征值： 5、当短少单桩程度静载实验资料时，可按下式估、当短少单桩程度静载实验资料时，可按下式估算预制桩、钢桩、桩身配筋率大于算预制桩、钢桩、桩身配筋率大于0.65的灌注桩等的灌注桩等的单桩程度承载力特征值：的单桩程度承载力特征值： 47 桩的平面布置原那么桩的平面布置原那么 一、一、 一一 般般 原原 那么那么 1桩的平面布置可采用对称式、梅花式、行列桩的平面布置可采用对称式、梅花式、行列式和环状陈列。式和环状陈列。 2为使桩基在其接受较大弯矩的方向上有较大为使桩基在其接受较大弯矩的方向上有较大的抵抗矩，也可采用不等距陈列，