《基础工程》教案(四1-单桩承载力)解析课件

1、基础工程第七讲第1页，共54页。黑龙江工程学院2第4章 桩基础设计与计算4.1 单桩承载力的确定4.2 单排桩基桩内力与位移的计算4.3 多排桩基桩内力与位移的计算4.4 群桩基础的竖向分析及其验算 4.5 承台的设计计算 4.6 桩基础的设计 第2页，共54页。黑龙江工程学院3提 要内容：单桩容许承载力的确定方法要求：掌握规范经验公式法单桩轴向容许承载力的确定方法； 有关概念重点：规范经验公式法确定钻孔灌注摩擦桩单桩轴向受压承载力容许值的方法； 难点：运用规范中单桩轴向受压承载力容许值的经验公式，计算、验算桩长第3页，共54页。黑龙江工程学院44.1 单桩承载力概念：单桩承载力： 极限承载力

2、： 容许承载力： 单桩容许承载力 轴向横轴向第4页，共54页。黑龙江工程学院5单桩承载力之单桩轴向容许承载力的确定计算目的： 1、确定桩长2、验算桩长第5页，共54页。黑龙江工程学院64.1.1 单桩工作机理 (一) 荷载传递与土对桩的支承力1、桩顶轴向位移（沉降）=桩身弹性压缩+桩底土层压缩桩身弹性压缩桩与侧土的相对位移桩底土层压缩桩与侧土的相对位移+桩底支撑反力2、极限承载力极限摩阻力极限阻力（理论上） 但：不同时发生所需位移量不同土质不同 一般：摩阻力先达到极限摩擦桩：摩阻力大柱桩：桩底阻力大 特殊： 长柱桩：摩擦力长摩擦桩：抗力达不到极限第6页，共54页。黑龙江工程学院7（二）桩侧摩阻

3、力的影响因素及其分布因素：相对位移土质及状态 分布复杂简化实验曲线法向应力施工方法第7页，共54页。黑龙江工程学院8（三）单桩的破坏模式：第一种：屈曲破坏。似压杆稳定问题条件：桩穿过极软弱土层支承于基岩或很坚硬的地层。控制：桩身强度实际：细长的嵌岩桩。第二种：整体剪切破坏。条件：足够强度的桩穿过抗剪强度较低的土层到强度较高土层。控制：桩端土强度实际：摩擦桩（特别细除外）第三种：刺入破坏。条件：足够强度的桩入土深度较大或 桩周土抗剪强度较均匀。控制：土体强度实际：匀质砂土中的摩擦桩。第8页，共54页。黑龙江工程学院9承载力由：桩身材料强度持力层强度 共同控制但：多数由土对桩的支承能力控制。 少数

4、（柱桩、长摩擦桩）例外。第9页，共54页。（四）确定方的法多种方法，综合分析：静载试验经验公式静力触探法动测试桩法静力分析法黑龙江工程学院10第10页，共54页。黑龙江工程学院114.1.2 用静载试验确定单桩轴向容许承载力方法：分级加载表征：“沉降时间荷载”曲线特点：优点：同时兼顾桩身强度与持力层强度 准确缺点：费用高 时间长要求：n2,且n2% 施工方法、材料、尺寸、入土深度、土质及分布与设计一致第11页，共54页。黑龙江工程学院121、试验装置锚桩、锚梁、横梁、千斤顶、测表锚桩与试桩净距3d，且1.5m第12页，共54页。黑龙江工程学院132、测试方法：加载沉降沉降稳定读数加载破坏加载

5、等分：每级=（1/101/15）破坏荷载 递减：每级=（1/2.51/5）（1/101/15）破坏荷载读数：第1h：2min、5 min、15 min、30 min、45 min、60min各一次， 之后： 每30min一次至沉降稳定沉降稳定：砂性土：30min，沉降0.1mm 黏性土：60min，沉降0.1mm破坏：或 沉降S突然增大且S40mm，且 ，且24h未稳定 第13页，共54页。黑龙江工程学院143、极限荷载和轴向容许承载力的确定直接计算法曲线分析法第14页，共54页。黑龙江工程学院15直接计算法P-S曲线明显转折破坏荷载极限荷载 容许荷载 第15页，共54页。黑龙江工程学院16试

6、验曲线分析法（S-logt法）P-S曲线无明显转折S沉降，t时间，S-logt沉降速度法S-logt曲线出现转折点该级荷载为破坏荷载，前级荷载为第16页，共54页。黑龙江工程学院174.2.3 按经验公式法（规范法）1、摩擦桩钻、挖孔灌注桩受压沉桩、管柱受压桩端后压浆灌注桩 受压摩擦桩轴拉2、柱桩3、单桩轴向受压承载力容许值的抗力系数第17页，共54页。黑龙江工程学院18（二）按经验公式法（规范法） 1、摩擦桩钻挖孔灌注桩轴向受压规范桩尖土的容许承载力 展开为：第18页，共54页。黑龙江工程学院19展开为： 式中： 单桩轴向受压承载力容许值。桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，置换土重也计入

7、浮力）的差值作为荷载考虑； 桩的周长。成孔直径？ 桩端截面面积，对于扩底桩，取扩底截面面积。 设计直径对应的桩截面积；当换浆清孔，采用成孔直径 土的层数； 局部冲刷线以下第i层土中的桩长。扩孔部分不计；第19页，共54页。黑龙江工程学院20与对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值，宜采用单桩摩阻力试验确定，当无试验条件时按表取。桩端处土的承载力容许值，当持力层为砂土、碎石土时，若计算值超过下列值，宜按下列值采用：粉砂1000KPa；细砂1150 KPa；中砂、粗砂、砾砂1450 KPa；碎石土2750 KPa；桩底土承载力的基本容许值；第20页，共54页。黑龙江工程学院21由一般冲刷线算起，取桩底土

8、；一般冲刷线至桩底土的换算容重；入土长度影响系数；清底系数，按表。第21页，共54页。黑龙江工程学院22第22页，共54页。黑龙江工程学院23第23页，共54页。黑龙江工程学院24沉桩（管柱，也可专门试验）式中： 单桩轴向受压承载力容许值。桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑； 桩身周长； 土的层数； 局部冲刷线以下第i层土中的桩长；第24页，共54页。黑龙江工程学院25与对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值，宜采用单桩摩阻力试验确定或通过静力触探试验测定，当无试验条件时按表取。桩端处土的承载力标准值，宜采用单桩摩阻力试验确定或通过静力触探试验测定，当无试验

9、条件时按表取。分别为振动沉桩对各土层桩侧摩擦力和桩端承载力的影响系数，按表取，对锤击、静压沉桩其值均取为第25页，共54页。黑龙江工程学院26第26页，共54页。黑龙江工程学院27第27页，共54页。黑龙江工程学院28第28页，共54页。桩端后压浆灌注桩单桩轴向受压承载力容许值式中： 桩端后压浆灌注桩的单桩轴向受压承载力容许值(kN)，桩身自重与置换土重(当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力)的差值作为荷载考虑； 第i 层土的侧阻力增强系数，可按表4-8取值，当在饱和土层中压浆时，仅对桩端以上8.012.0m(粗粒土取低值、细粒土取高值)范围的桩侧阻力进行增强修正；当在非饱和土层中压浆时，仅对

10、桩端以上4.05.0m的桩侧阻力进行增强修正；对于非增强影响范围，取1； 端阻力增强系数，可按表4-8取值。黑龙江工程学院29第29页，共54页。黑龙江工程学院30第30页，共54页。黑龙江工程学院31摩擦桩单桩轴拉 式中： 单桩轴向受拉承载力容许值； 桩身周长，对于等直径桩， 对于扩底桩，自桩端起算的桩长 时， 其余长度均取 ？ （其中D为桩的扩底直径，d为桩身直径）； 振动沉桩对各土层桩侧摩阻力的影响系数，按表。对于锤击、静压沉桩和钻孔桩，第31页，共54页。黑龙江工程学院32是否允许受拉的规定：不允许：当桩的轴向力由结构自重、预应力、土重、土侧压力、汽车荷载和人群荷载短期效应组合所引起时

11、，桩不允许受拉；允许：当的轴向力由上述荷载并与其他作用组成的短期效应组合或荷载效应的偶然组合（地震作用除外）所引起时，则桩允许受拉。第32页，共54页。黑龙江工程学院332、柱桩：支承在基岩上或嵌入基岩内的钻挖桩、沉桩式中： 单桩轴向受压承载力容许值。桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑； 根据清孔情况、岩土破碎程度等因素而定的端阻发挥系数，按表。 桩端截面面积，对于扩底桩，取扩底截面面积。 桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值，黏土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值，当 小于2MPa时按摩擦桩计算。第33页，共54页。黑龙江工程学院34根据清孔情况、岩土破碎程

12、度等因素而定的第i层岩层的侧阻发挥系数，按表。各土层或各岩层部分的桩身周长。桩嵌入各岩层部分的厚度，不包括强风化层和全风化层。岩层的层数，不包括强风化层和全风化层 第34页，共54页。黑龙江工程学院35覆盖层土的侧阻发挥系数，根据桩端 确定： 当 时， 当 时， 当 时，各土层的厚度。桩侧第i层土的摩阻力标准值，宜采用单桩摩阻力试验值，当无试验条件时分别按钻孔桩或沉桩的表取。土的层数，强风化层和全风化层按土考虑。第35页，共54页。黑龙江工程学院363、单桩轴向受压承载力容许值的抗力系数适用：摩擦桩中的钻（挖）孔灌注桩、沉桩柱桩或嵌岩桩中的钻（挖）孔灌注桩、沉桩桩端后压浆灌注桩第36页，共54

13、页。黑龙江工程学院37第37页，共54页。黑龙江工程学院384.1.4 按动测试桩法确定单桩轴向受压容许承载力 桩顶施加一动载，量测桩土系统的响应信号。 分高应变动测（检承载力、桩身质量）、低应变动测（桩身质量）。 高应变动测分锤击贯入法、波动方程法 另：按静力触探法确定单桩容许承载力 将圆锥形探头按一定速率匀速压入土中，量测其贯入阻力（锥头阻力、侧壁抹阻力）的过程称为静力触探试验。4.1.5 按静力分析法确定单桩容许承载力 根据土的极限平衡理论和土的强度理论，计算桩底极限阻力和桩侧极限摩阻力第38页，共54页。黑龙江工程学院394.1.6 按桩身材料强度确定单桩轴向容许承载力1、轴心受压钢砼

14、轴压 （箍筋、螺旋筋等）： （JTG D62-2004）P32：5.3.1式 （螺旋式、焊环式间接钢筋）：当 ；或箍筋间距80mm或1/5倍的截面核芯直径，构件长细比l0/i48，时（JTG D62-2004）P33：5.3.2式 注意：截面强度应：1.0倍普通螺旋1.5倍按普通第39页，共54页。黑龙江工程学院402、偏心受压（JTG D62-2004）P38：5.3.9-1、5.3.9-2式第40页，共54页。黑龙江工程学院41第41页，共54页。黑龙江工程学院42第42页，共54页。黑龙江工程学院434.1.7 负摩阻简介1、概述正摩阻：桩相对于土向下位移，土对桩产生向上的摩阻。负摩阻：

15、土相对于桩向下位移，土对桩产生向下的摩阻。 2、产生原因：1）大面积堆载，引起地面下降。2）抽取地下水，土层自重固结下沉。3）桩穿欠压密层进入硬持力层，自重固结下沉。4）密集群桩打桩时，产生超孔隙水压力，土体大量上涌，随后土体因超孔隙水压力消散而重新固结。5）因黄土湿陷、冻土融化。总之：桩穿软弱高压缩性土层而支承在硬持力层易发生。实际：桥头路堤高填土的桥台易出现负摩阻。 第43页，共54页。黑龙江工程学院443、危害：摩擦桩：承载力损失、附加下沉。柱桩：桩身荷载增大，桩身强度破坏或桩端持力层破坏。第44页，共54页。黑龙江工程学院454、判断标准：桩周土位移是否大于桩位移。5、中性点及其位置中

16、性点：正负摩阻变换点位置相对位移方法：试算、经验公式 6、负摩阻力计算负摩阻强度负摩阻合力第45页，共54页。黑龙江工程学院464.1.8 单桩横轴向容许承载力确定简介（一）要求保证桩身材料强度地基强度桩顶水平位移满足使用要求第46页，共54页。黑龙江工程学院47（二）在横向荷载作用下，桩的破坏机理和特点情况有二：1、刚性桩：桩径较大，入土深度较小，或周围土层较松软，即桩的相对刚度较大在横向荷载作用下，桩身挠曲变形不明显，如刚体一样绕桩轴某点转动的桩桩侧土的强度和稳定性决定单桩横轴向容许承载力2、弹性桩：当桩径较小，入土深度较大，或周围土层较坚实，即桩的相对刚度较小在横向荷载作用下，桩身发生挠曲变形的桩桩身材料抗弯强度和侧向变形条件决定第47页，共54页。黑龙江工程学院48（三）单桩横轴向容许承载力确定的方法1、单桩水平静载试验现场、可靠、可同时获得桩身内力（1）试验装置千斤顶施力点应为实际受力点球铰水平力作用于桩轴基准桩及百分表（2）试验方法单向多循环加卸载多用慢速连续加载受长期水平荷载时选用2、分析计算法见弹性地基梁法第48页，共54页。黑龙江工程学院49第49页，共