复件 岩土工程之单桩承载力

3.4单桩承载力3.4.4关于桩的负摩阻问题

3.4.3按桩身材料强度确定单桩承载力3.4.2按土的支承力确定单桩竖向容许承载力3.4.1单桩轴向荷载传递的机理和特点

本节内容3.4.1单桩轴向荷载传递的机理和特点孤立的一根桩称为单桩，群桩中性能不受邻桩影响的一根桩可视为单桩。

单桩承载力：单桩在荷载作用下，地基土和桩本身的强度和稳定性均能得到保证，变形也在容许范围内，以保证结构物的正常使用所能承受的最大荷载。单桩工作性能的研究是单桩承载力分析理论的基础。通过桩土相互作用分析，了解桩土间的传力途径和单桩承载力的构成及其发展过程，以及单桩的破坏机理等，对正确评价单桩轴向承载力具有一定的指导意义。

桩基础的作用是将荷载传递到下部土层，这是通过桩与桩周土的相互作用进行的。桩在轴向压力荷载作用下:桩顶将发生轴向位移(沉降)=桩身弹性压缩+桩底土层压缩之和置于土中的桩与其侧面土是紧密接触的，当桩相对于土向下位移时就产生土对桩向上作用的桩侧摩阻力。桩顶荷载沿桩身向下传递的过程中，必须不断地克服这种摩阻力，桩身轴向力就随深度逐渐减小，传至桩底的轴向力也就是桩底支承反力：桩底支承反力=桩顶荷载-全部桩侧摩阻力一．单桩轴向荷载的传递桩顶荷载是桩通过桩侧摩阻力和桩底阻力传递给土体，即土对桩的支承力由桩侧摩阻力和桩端阻力两部分组成。土对桩的支承力=桩侧摩阻力+桩底阻力桩的极限荷载(或称极限承载力)=桩侧极限摩阻力+桩底极限阻力Qs桩侧摩阻力Qp桩端阻力QsQpQ二、桩的竖向承载力发挥的特点桩侧摩阻力和桩底阻力的发挥程度与桩土间的变形性态有关，并各自达到极限值时所需要的位移量是不相同的。试验表明：桩底阻力的充分发挥需要有较大的位移值，在粘性土中约为桩底直径的25%，在砂性土中约为8%～

10%，而桩侧摩阻力只要桩土间有不太大的相对位移就能得到充分的发挥，具体数量目前认识尚不能有一致的意见，但一般认为粘性土为4～6mm，砂性土为6～

10mm。Q/kNQsQpQS/mm随着荷载增加，桩身上部侧阻力先于下部侧阻力的发挥一般摩擦桩，侧阻力先于端阻力发挥，侧阻发挥的比例明显高于端阻对于长桩，即使桩端土很好，工作荷载下端阻力也很难发挥。上部下部侧阻力端阻力端承桩：由于桩底位移很小，桩侧摩阻力不易得到充分发挥。对于一般端承桩，桩底阻力占桩支承力的绝大部分，桩侧摩阻力很小常忽略不计。但对较长的端承桩且覆盖层较厚时，由于桩身的弹性压缩较大，也足以使桩侧摩阻力得以发挥，对于这类柱桩国内已有规范建议可予以计算桩侧摩阻力。摩擦桩：桩底土层支承反力发挥到极限值，则需要比发生桩侧极限摩阻力大得多的位移值，这时总是桩侧摩阻力先充分发挥出来，然后桩底阻力才逐渐发挥，直至达到极限值。对于桩长很大的摩擦桩，也因桩身压缩变形大，桩底反力尚未达到极限值，桩顶位移已超过使用要求所容许的范围，且传递到桩底的荷载也很微小，此时确定桩的承载力时桩底极限阻力不宜取值过大。三、桩侧摩阻力及其分布单桩在轴向荷载作用下，桩身的截面位移、桩侧的摩阻力分布以及轴力分布见下图。桩截面位移桩侧摩阻力OCDAB桩侧摩阻力是桩截面对桩周土的相对位移的函数[

qs=f(s)]，可用下图中的曲线OCD表示，且常简化为折线OAB。AB段表示一旦桩土界面相对滑移超过某一极限值，侧摩阻力将保持极限值不变。

极限摩阻力可用类似于土的抗剪强度的库伦表达式：

式中ca和a为桩侧表面与土之间的附着力和摩擦角，x为深度z处作用于桩侧表面的法向压力，它与桩侧土的竖向有效应力成正比例，即：

式中Ks为桩侧土的侧压力系数，对挤土桩，K0<Ks<Kp；对非挤土桩，因桩孔中土被清除，而使Ka<Ks<K0。此处，Ka、K0和Kp分别为主动、静止和被动土压力系数。挤土桩非挤土桩

采用上述公式计算深度z处的单位侧阻时，如取则侧阻将随深度线性增大。然而砂土中的模型桩试验表明，当桩入土深度达到某一临界值后，侧阻就不随深度增了，这个现象称为侧阻的深度效应。

临界深度qs

kPaz(m)qs

接近常数综上所述，桩侧极限摩阻力与许多因素有关：超静孔隙水压力消散,土的触变性摩阻力的时效性打入预制桩,挤土使qs增加(1)挤密(2)残余应力钻孔预制桩,使qs减少(1)泥皮(2)应力松弛(3)水泥浆渗入土中使表面粗糙，增加侧摩阻力施工因素qs

随着深度增加,砂土中存在临界深度

但是，桩侧摩阻力达到极限值所需的桩土滑移极限值则与土的类别有关、而与桩径大小无关，根据试验资料约为4~6mm（对粘性土）或6~10mm（对砂类土）。

单桩受荷过程中桩端阻力的发挥不仅滞后于桩侧阻力，而且其充分发挥所需的桩底位移值比桩侧摩阻力达到极限所需的桩身截面位移值大的多。根据小型桩试验所得的桩底极限位移值，对砂类土约为d/12~d/10，对粘性土约为d/10~d/4（d为桩径）。因此，对工作状态下的单桩，其桩端阻力的安全储备一般大于桩侧摩阻力的安全储备。四、桩端阻力

单桩静载荷试验所得的荷载—沉降（Q~s）关系曲线可大体分为陡降型（A）和缓变型（B）两类形态。单桩的荷载—沉降曲线

对桩底持力层不坚实、桩径不大、破坏时桩端刺入持力层的桩，其曲线多呈“急进破坏”的陡降型，相应于破坏时的特征点明显，据之可确定单桩极限承载力。

对桩底为非密实砂类土或粉土、清孔不净残留虚土、桩底面积大、桩底塑性区随荷载增长逐渐扩展的桩，则呈“渐进破坏”的缓变型，其曲线不具有表示变形性质突变的明显特征点，因而较难确定极限承载力。为了发挥这类桩的潜力，其极限承载力宜按建筑物所能承受的最大沉降确定。换句话说，这类桩的承载力极限状态是受“不适于继续承载的变形”制约的。桩的端哈承力(1)常摩作为基础宴承载力问亡题(太沙堂基解)很小(1)很箱难达到整巾体破坏(2)端债承力与深爱度有关(3)股存在临侄界深度太沙基梅耶霍夫型桩的承阔载机理(2)炊土的极限窜端阻力影爬响因素与土性导有关,存在临液界深度与施工忌方法有辨关桩端充规填粉土二疑单桩竖姨向承载执力的确霉定1思在荷载作挤用下，桩厅在地基土避中不丧失删稳定性。2重桩顶不产沃生过大位阁移3径桩身觉不发生带材料破迷坏混凝土R=cfcAp钢筋混凝究土R=cfcAp+fyAg钢筋抗典压强度岗设计值单桩承载仿力确定二确定裤单桩竖直索向承载力废的方法1拴静献载荷试谅验2佩其添他现场茂试验方锯法3违经碌验方法君：静力温触探经验公歼式单桩承载庸力确定1、静载汽试验法候获得单稍桩承载力骂最可靠的叫方法锚桩反欧力梁次梁锚筋锚桩主梁千斤顶百分表基准柱单桩承填载力确毁定锚桩反枪力梁法单桩承载怖力确定单桩承载确力确定单桩承烛载力确尊定锚桩桁荐架法,2估400吨Q(kN)s(mm)次梁锚筋锚桩主梁千斤顶百分表桩的荷载另试验成果元－荷载沉棋降曲线单桩承因载力确居定(2)烦载荷梯试验确塑定极限绩承载力Qu(各规午范不同斤)如果有陡班降点,取身为Qu缓变曲线灭取桩顶总罚沉降s=40返mm对梁应荷载24h岸未稳定取,Sn对应的荷基载◎确定骂平均值竭(极限胡承载力吼标准值辈)如离散太浩大,增加利试桩数，膝具体确定◎设计值R=Q(kN)s(mm)单桩承载贸力确定二确灾定单桩液竖直向崖承载力警的方法2其贷他现场试凝验方法动测桩法桩端深愚层平板影载荷试望验离心模型财试验单桩承载北力确定动测桩法气缸堆载桩消音器力传感器Sta冰tna旗mic劈燕大应变惑动测桩考承载力师方法－村加拿大今和荷兰单桩承蛮载力确钟定深层平板斤载荷试验博－确定桩侮端承载力千斤顶承载力医特征值守：1比榆例界限2极听限荷载乐之半3s/仇d＝0.需01~裳0.0组5对应晕荷载>0.梨8m刚性板促直径8验00m夺m单桩承载凯力确定二确定节单桩竖直主向承载力枣的方法3颤原位测试杀和经验方浩法：静力触坦探标准贯入厉试验经验公式单桩承取载力确算定(1)静力触杀探Sta互tic山Co序ne巴Pen蓄etr蒸ati号on地基基础小设计为丙痒级的建筑守物通过单桥叮探头得到轰比贯入阻想力ps单桩竖向弱承载力特听征值为传感器电缆单桥探头qs桩周土承字载力标准虚值qp桩端土承砌载力标准馒值Ap桩底横截悬面面积up桩身周对长li第i层土的厚鸣度单桩承鸡载力确如定(2)暖经验公式唯法根据相应辰的地基规始范竖向承载臣力小节承载机苗理确定方境法单桩承载递力确定第三节奔桩的抗缓拔承载力搜与负摩擦途力Pull桑out哪stre斯ngth沃and指neg眉ativ驰esh蛛aft秤fric淘tion、单桩忠的抗拔赖承载力抗浮桩，靠冻拔桩抗拔桩抗拔桩抖承载力1.抗拔连承载机理洲特点抗拔时药，桩周愤土的应朗力状态匆、应力淋路径和陕土的变蓄形与承率压桩不毯同。一菌般抗拔啊的摩阻啦力小于呈抗压的栗摩阻力讨。抗拔桩均承载力2.单聋桩抗拔魄承载力绘特征值Ta1)棉现场抗拔阅静载荷试乖验－重要股建筑物姿2)骨公式－非改重要建筑善物第i层土抗庸拔折减兵系数pi：砂土0.5-木0.7,粉羡,粘土0.7-刚0.8抗拔桩承词载力单桩的抗漠拔承载力觉设计值：抗拔桩承脏载力1负摩撕擦的产生(1)桩谷周附近地费面大面积声堆载(2)踩大面积孤降低地域下水位(3)欠播固结土,琴新填土(4)终湿陷性薯黄土遇兼水湿陷(5)砂雾土液化、特冻土融陷正摩阻负摩阻二桩崖的负摩轿阻力桩相对折土向下土相对桩辜向下2负摩擦力炎的确定下部为岩稀石的端承计桩,可能葵全桩为负尖阻力。抗拔桩超承载力一．蝴单桩轴乡丰向荷载沃的传递1．桩泳身轴力铜和截面剃位移在轴向荷辈载作用下唤，桩身将滨发生压缩变形；同时桩嘴顶部分荷拒载通过桩蝇身传递到稠桩底，致饮使桩底土始层发生压缩变形，这两部扣分压缩变向形之和构忠成桩顶轴向宏位移。由于桩与桩周桌土体的紧毯密接触，白当桩相对隐于土向下类位移时，础桩侧表面露受到土向来上的摩阻力。在桩顶不荷载沿败桩身向哨下传递的过男程中，橡必须不吹断地克燥服这种摩宜阻力，蓝故桩身猜截面的坟轴向力身随深度柿逐渐减准小，传厦至桩底罪截面的劳轴向力哀为桩顶宣荷载减倦去全部茫桩侧摩粘阻力，哄并与桩耗底支承皇反力（粒即桩端阻崖力）大小乘相等、兆方向相被反。桩通过株桩侧阻早力和桩捏端阻力亮将荷载串传递给静土体，旱即土对悼桩的支亲承力由桩侧阻力和桩端阻槽力两部分尺组成。由桩底土斗层的压缩双变形导致的桩扭端位移雾加大了事由于桩碰身的压缩救变形引白起的桩躺身各截旗面的位穿移，并侮促使桩耗侧摩阻匙力进一剥步发挥嘉。一般图来说，系靠近桩密身上部摩土层的奋摩阻力铁先于下退部土层础发挥出贤来，桩众侧阻力迁先于桩煤端阻力面发挥出漠来。单桩在轴台向荷载作留用下，桩爱身的截面位墙移、桩侧的摩舅阻力分布以尺及轴力分布见薪下图。二、桩侧鞋摩阻力和沟桩端阻力桩侧摩阻悲力是桩截雨面对桩周土的巴相对位坛移的函卸数[qs=f(s)]，可用圾下图中的已曲线OCD表示，且扩常简化为轿折线OAB。AB段表示南一旦桩睬土界面商相对滑膀移超过婶某一极称限值，篇侧摩阻被力将保感持极限统值不变继。桩截面位盘移桩侧摩阻暮力OCDAB极限摩阻帮力可用类开似于土的抗剪强遭度的库伦柄表达式：式中ca和a为桩侧表圈面与土之久间的附着力和摩擦角，x为深度z处作用法于桩侧奋表面的传法向压羡力，它愈与桩侧副土的竖锁向有效勺应力成溉正比例储，即：式中Ks为桩侧棒土的侧缺压力系数，沃对挤土桩，K0<Ks<Kp；对非挤土桩，因桩次孔中土货被清除液，而使Ka<Ks<K0。此处暴，Ka、K0和Kp分别为垃主动、椒静止和胆被动土登压力系勺数。采用上述毁公式计算秃深度z处的单坚位侧阻扔时，如狱取则侧阻逢将随深好度线性寨增大。粒然而砂土换中的模睬型桩试欣验表明伸，当桩入土泛深度达到浮某一临界腹值后，侧楼阻就不随裳深度增加提了，这个拳现象称为侧阻的涌深度效像应。综上所捐述，桩谅侧极限句摩阻力哪与所在拨的深度清、土的土类别和聋性质、渔成桩方树法等许大多因素鸟有关。但是，属桩侧摩深阻力达鸭到极限值所卡需的桩久土滑移禾极限值稀则与土的恋类别有章关、而笛与桩径仍大小无衡关，根该据试验卖资料约晋为4~6m乔m（对粘性土）或6~1胁0mm（对砂类土）。单桩受宅荷过程斥中桩端犹阻力的发挥弱不仅滞后于桩侧阻斗力，而且其社充分发些挥所需惕的桩底位椅移值比桩侧摩纷阻力达乏到极限福所需的桩身截火面位移惩值大的值多。根据拘小型桩给试验所颠得的桩韵底极限纹位移值寸，对砂足类土约鉴为d/情12~呜d/1拉0，对抛粘性土土约为d阵/10线~d/井4（d柄为桩径美）。因巩此，对栋工作状磨态下的弦单桩，潮其桩端悉阻力的呢安全储共备一般昆大于桩甘侧摩阻火力的安低全储备赞。单桩静机载荷试械验所得饶的荷载—寇沉降（Q~s）关系吧曲线可大体拳分为陡降型（A）和缓变型（B）两类形悼态。单桩的荷馒载—沉降钟曲线对桩底径持力层职不坚实岂、桩径不大、铃破坏时桩亩端刺入持释力层的桩，泡其曲线多恨呈“急进榜破坏”的阅陡降型，昏相应于破尿坏时的特峡征点明显戏，据之可呢确定单桩戒极限承载舌力。对桩底胞为非密话实砂类苹土或粉将土、清蚕孔不净扫残留虚卡土、桩厚底面积叙大、桩竭底塑性滨区随荷载面增长逐镇渐扩展博的桩，含则呈“渐进狐破坏”的叶缓变型，愁其曲线不具有托表示变形泉性质突变项的明显特声征点，因跑而较难确判定极限承委载力。为鹊了发挥这歉类桩的潜吼力，其极脾限承载力矮宜按建筑谨物所能承济受的最大恨沉降确定瘦。换句话狭说，这类层桩的承载变力极限状矮态是受“不适于朵继续承馆载的变兴形”制约的物。第4节损单桩竖泪向承载力傍的确定单桩极装限承载退力Qu由总极骑限侧阻雷力Qsu和总极皆限端阻扒力Qpu组成，规若忽略终二者间扔的相互柳影响，悠可表示糕为：式中li、Ui——桩别周第i隐层土厚谁度和相岂应的桩身周长亏；Ap——桩底液面积；qsui、qpu——第i熟层土的极秩限侧阻力悲和持力层极限挎端阻力。Qu、qsui、qpu的确定工通常采熟用下列虫几种方肠法：一、原酿型试验佳法原型静载愈荷试验是传统的也是最可靠的确定鉴承载力叫的方法偶。它不红仅可确佣定桩的极限嗓承载力，而且挠通过埋翁设各类凤测试元预件可获醉得桩身轴讨力、桩侧阻怎力、桩端阻力、荷载—币沉降关系等劳诸多资型料。由于土窄体因打颈桩扰动纵而降低的强漆度有待服随时间献而恢复梨，在桩身才强度达铅到设计岂要求的扭前提下滋，桩设泪置后开悉始载荷纲试验所僚需的间远歇时间闻：对于砂类土不得少于10天；粉土和翅粘性土不得少于15天，饱和软牙粘土不得少共于25天。在同一条尸件下，进株行静载荷试验嘉的桩数仪不宜少资于总桩紫数的1%，工程桩帮总桩数在50根丈以内时不应少于2根，其他劳情况不恰应少于3根。关于单桩谋竖向静载过（抗压）款试验的方酬法、终止启加载条件咳以及单桩缠竖向承载鲁力标准值裁的确定详丽见《建筑像桩基技术桃规范》J麻GJ94丝式—94。二、静力渐学计算法根据桩箩侧阻力聚、桩端号阻力的破坏机英理，按改静力学金原理，恋分别对哥桩侧阻食力和桩第端阻力耍进行计笛算。由爽于计算敏模式、之强度参叛数实际飘的某些嗓差异，唱计算结魂果的可避靠性受干到限制暑，往往神只用于拍一般工掩程或重乓要工程研的初步设及计阶段，或与其他牢方法综尺合比较姜来确定版承载力。三、原矮位测试康法对地基豆土进行彩原位测棍试，利用桩的般静载荷试衰验与原位旨测试参数雁间的关系作，确定桩孝的侧阻力续和端阻力易。常用的顺原位测试广法有静力触探败法(CPT)、标准贯字入试验斧法(SPT)、旁压试验李法(PMT)。第5节汪桩基础促设计和浅基品础一样惊，桩基硬的设计头也应符对合安全、合理和经济的要求辣。对桩后和承台浙来说，乒应有足两够的强度、刚度和耐久性；对地基爪来说，要蛮有足够的承载力和不产元生过量狠的变形。一、基本机设计资料设计桩宁基之前援必须具皆备各种资料：膀建筑物口类型及房诚其规模坟、岩土凡工程勘甜察报告切、施工绕机具和想技术条取件、环著境条件辜及当地赵桩基工季程经验该。勘察节报告应感符合勘姻察规范曾的一般码规定和进桩基工售程的专励门勘察搂要求。二、桩剖型、截已面和桩御长的选祖择桩基设脑计的第煎一步就菌是根据结构类把型及层数递、荷载情以况、地层页条件和施刷工能力，纽奉选择桩型（预制逮桩或灌钥注桩）皇、桩的截允面尺寸和长度。确定桩长篇的关键，莲在于选择桩端持盲力层。坚实扑土（岩研）层（挺可用触公探试验浇或其它周指标作减为坚实续土层的春鉴别标灿准）最军适宜作斥为桩端症持力层芹。对于10絮层以下的借房屋，如在桩端刃可达的掀深度内沿无坚实丑土层时，脉也可选酒择中等遮强度的际土层作申为持力琴层。对于桩端头进入坚实春土层的深昆度和桩端巷下坚实土稿层的厚度羡，应该有浅所要求。悠一般可以耕这样考虑墓：1.对粘性土嘴、粉土进入的可深度不治宜小于2倍桩径，砂类土不宜小于1.5农倍桩径；2.对碎石类土不宜小于1倍桩径。3.桩牙端以下城坚实土辽层的厚势度，一副般不宜食小于4倍桩径。穿越邀软弱土津层而支后撑在倾湖斜岩层巡寿面上的绑桩，当筛风化层逼厚度小宽于2倍掏桩径时折，桩端深应进入浴新鲜或凭微风化伪基岩。悼端承桩踪蝶嵌入微熊风化或廉中等风朽化岩体叹的深度扑不宜小血于0.5m，以确侄保桩端管与岩体孟接触。嵌岩桩味或端承府桩桩底龙下3倍桩径范围内酱应无软浪弱夹层径、断裂带、洞弹穴、和空镰隙的分布颗。在确定桩嫁长之后，掌施工时桩佩的设置深浙度必须满伐足设计要毅求。如果紫土层比较丛均匀，坚振实土层层帐面比较平午坦，那么滔桩的实际殊长度常与堡设计桩长与比较接近特；当场地上土层复杂注，或者桩乱端持力层拆层面起伏添不平时，苏桩的实际遍长度常与马设计桩长哥不一致。打入桩的党入土深度秘应按所设计的夸桩端标闲高和最后贯入冰度两方面蜘控制。猎最后贯渣入度是锐指打桩愤结束以潮前每次朗锤击的抹沉入量糊，通常客以最后冤每阵（悔10击箭）的平己均贯入肺量表示帖。一般鼓要求最压后二、础三阵的退平均贯题入量为辰10～可30m盛m/阵妇（锤重胀、桩长央者取大帜值，质挠量为7绞t以上疾的单动松蒸汽锤科、柴油愚锤可增位至30劣～50送mm/究阵）；脂振动沉为桩者，辟可用1繁min疼作为一牲阵。在确定花桩的类辈型和几掘何尺寸后，零应初步涉确定承眠台底面胶标高。一叉般情况爱下，主谣要从结构要求和方便施工的角度来熄选择承台深叨度。季节螺性冻土坊上的承汤台埋深俩，应根守据地基萍土的冻明胀性考臂虑，并衡应考虑叛是否需诱要采取尿相应的京防冻害够措施。升膨胀土孙的承台渗，其埋它深选择存