单桩承载力二

第一节单桩承载力

单桩承载力：是指单桩在荷载作用下，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。一般情况下，桩受到轴向力、横轴向力及弯矩作用，因此须分别研究和确定单桩的轴向承载力和横轴向承载力。

第四章桩基础的设计与计算一、单桩轴向荷载传递机理和特点

（一）荷载传递过程与土对桩的支承力

当竖向荷载逐步施加于单桩桩顶，桩身上部受到压缩而产生相对于土的向下位移，与此同时桩侧表面就会受到土的向上摩阻力。桩顶荷载通过所发挥出来的桩侧摩阻力传递到桩周土层中去，致使桩身轴力和桩身压缩变形随深度递减。在桩土相对位移等于零处，其摩阻力尚未开始发挥作用而等于零。随着荷载增加，桩身压缩量和位移量增大，桩身下部的摩阻力随之逐步调动起来，桩底土层也因受到压缩而产生桩端阻力。桩端土层的压缩加大了桩土相对位移，从而使桩身摩阻力进一步发挥到极限值。桩端极限阻力的发挥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。当桩身摩阻力全部发挥出来达到极限后，若继续增加荷载，其荷载增量将全部由桩端阻力承担。由于桩端持力层的大量压缩和塑性挤出，位移增长速度显著加大，直至到桩端阻力达到极限，位移迅速增大而破坏。此时桩所受的荷载就是桩的极限承载力。桩侧摩阻力和桩底阻力的发挥程度与桩土间的变形性状有关，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，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位移就能得到充分的发挥，一般认为粘性土为4~6mm，砂性土为6~10mm。桩侧摩阻力和桩底阻力的发挥程度：（二）桩侧摩阻力的影响因素及其分布

桩侧摩阻力除与桩土间的相对位移有关，还与其它因素有关。

土的性质桩的刚度时间因素土中应力状态桩的施工方法等

桩底阻力影响因素桩底地基土的性质（主要影响因素）持力层上覆荷载（覆盖土层厚度）桩径桩底作用力时间桩底进入持力层深度等。

（三）桩底阻力的影响因素及其深度效应

（四）单桩在轴向受压荷载作用下的破坏模式

轴向受压荷载作用下，单桩的破坏是由地基土强度破坏或桩身材料强度破坏所引起。而以地基土强度破坏居多。土强度对桩破坏模式的影响

纵向挠曲破坏（图a）：当桩底支承在很坚硬的地层，桩侧土为软土层其抗剪强度很低时，桩在轴向受压荷载作用下，如同一受压杆件呈现纵向挠曲破坏。桩的承载力取决于桩身的材料强度。

整体剪切破坏（图b）：当具有足够强度的桩穿过抗剪强度较低的土层而达到强度较高的土层时，桩在轴向受压荷载作用下，由于桩底持力层以上的软弱土层不能阻止滑动土楔的形成，桩底土体将形成滑动面而出现整体剪切破坏。桩的承载力主要取决于桩底土的支承力，桩侧摩阻力也起一部分作用。

刺入式破坏（图c）：当具有足够强度的桩入土深度较大或桩周土层抗剪强度较均匀时，桩在轴向受压荷载作用下，将出现刺入式破坏。根据荷载大小和土质不同，桩所受荷载由桩侧摩阻力和桩底反力共同承担，一般摩擦桩或纯摩擦桩多为此类破坏，且基桩承载力往往由桩顶所允许的沉降量控制。二、按土的支承力确定单桩轴向容许承载力

（一）静载试验法

概念：在桩顶逐级施加轴向荷载，直至桩达到破坏状态为止，并在试验过程中测量每级荷载下不同时间的桩顶沉降，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。

试桩要求：试桩可在已打好的工程桩中选定，也可专门设置与工程桩相同的试验桩。试桩数目应不小于基桩总数的2%，且不应少于2根；试桩的施工方法以及试桩的材料和尺寸、入土深度均应与设计桩相同。

静载试验法的特点：确定单桩容许承载力直观可靠，但费时、费力，通常只在大型、重要工程或地质较复杂的桩基工程中进行试验。配合其他测试设备，它还能较直接了解桩的荷载传递特征，提供有关资料，因此也是桩基础研究分析常用的试验方法。1、试验装置

加载系统：主要有堆载法与锚桩法两种。堆载法是在荷载平台上堆放重物，一般为钢锭或砂包，也有在荷载平台上置放水箱，向水箱中充水作为荷载。堆载法适用于极限承载力较小的桩。锚桩法是在试桩周围布置4～6根锚桩，常利用工程桩群。锚桩深度不宜小于试桩深度，且与试桩有一定距离，一般应大于3d且不小于1.5m(d为试桩直径或边长)，以减少锚桩对试桩承载力的影响。

锚桩法试验装置

堆载法静载试验锚桩法静载试验锚桩法静载试验锚桩法静载试验千斤顶及位移传感器

观测系统：主要有桩顶位移和加载数值的观测。位移通过安装在基准梁上的位移计或百分表量测。加载数值通过油压表或压力传感器观测。每根基准梁固定在两个无位移影响的支点或基准点上，支点或基准桩与试桩中心距应大于4d且不小于2m（d为试桩直径或边长）。

2、试愿验方共法分级柔加载馆：试桩皂加载肆应分冈级进芽行，堤每级回荷载不约为窗预估类破坏毛荷载屡的1/扫10麦~1苗/1献5；有置时也堆采用欧递变朵加载房诚方式脾，开始棍阶段每级壮荷载闪取预扬估破衬坏荷亡载的1/俱2.篇5~忍1/本5，终了岂阶段瓣取1/执10乘~1畏/1喇5。测读杏沉降肆时间以：在每洗级加馋荷后息的第吓一小松时内与，按2、5、15、30、45、60旋mi漆n测读粗一次哥，以灰后每锄隔30滩mi候n测读叠一次旗，直股至沉霞降稳寺定为满止。沉降年稳定渐的标喊准，通拖常规电定为孩对砂引性土俭为30援mi篮n内不初超过0.叼1m寻m；对外粘性厉土为1h内不鹊超过0.滤1m命m。待术沉降场稳定朽后，觉方可淘施加订下一哭级荷绩载。畜循此炉加载奥观测般，直鸭到桩哄达到班破坏去状态沫，终苗止试造验。破坏苹荷载术的确值定：当出恰现下篇列情名况之填一时陈，一埋般认收为桩趁已达蔑破坏近状态贡，所销相应虑施加绒的荷冶载即馅为破警坏荷海载：（1）桩晒的沉京降量惩突然万增大，总安沉降杀量大丙于40要mm，且果本级碧荷载闹下的概沉降柜量为愈前一轿级荷嗽载下棒沉降鸦量的5倍。（2）本掠级荷鸭载下刚桩的录沉降业量为蔬前一就级荷猴载下勿沉降洽量的2倍，采且24折h桩的钩沉降速未趋肯稳定生。3、极泡限荷滚载和煎轴向热容许酒承载篮力的甩确定破坏汗荷载映求得掌以后肌，可耳将其前一券级荷读载作告为极挽限荷鹿载，从严而确颗定单蜻桩轴置向容缝许承促载力式中月：[P迅]—优—单桩学轴向征受压丧容许忍承载革力（kN）；——试桩疏的极叶限荷溪载（kN）；K—牺—安全忙系数设，一戏般为2。单桩星荷载——沉降滑（P-岩S）曲营线秀单桩S-模lo拢gt曲线试验腹曲线蒸法：（1）P-尿S曲线明显筐转折傍点法（2）S-抛lo坝gt法（声沉降轧速率苏法）（二阴）经幕验公夹式法我国隶现行断各设计客规范都规时定了猜以经号验公哄式计炊算单挽桩轴割向容胳许承评载力倚的方界法，艳这是秀一种围简化惨计算靠方法倡。规盛范根笼据全慢国各庭地大竖量的园静载稀试验寸资料饲，经凯过理岩论分兽析和布统计浇整理底，给出绞不同烛类型饺的桩翠，按输土的什类别宗、密便实度敌、稠讯度、筐埋置座深度交等条载件下绕有关简桩侧妙摩阻腐力及键桩底益阻力洁的经常验系币数、席数据淡及相逢应公居式。下面辣以《公桥侨基规》为例敞简介四如下（以安下各务经验载公式局除特寺殊说隐明者喂外均暖适用满于钢伍筋混车凝土彩桩、塑混凝艇土桩唐及预写应力纹混凝拦土桩局）。1、摩瓣擦桩单桩商竖向钢容许线承载脂力的基本缘瑞形式为：单桩况容许浪承载闯力[P先]=剃[桩侧病极限储摩阻枪力PSU+桩底杯极限捉阻力PPU]/安全逐系数（1）钻都（挖好）孔丧灌注货桩：（2）打仆入桩（3）管江柱受铁压容典许承棉载力扑确定管柱缩慧受压读容许慢承载秋力可洒按打煮入桩欢计算剩，也焰可由睛专门辰试验可确定兵。（4）单腹桩轴进向受筛拉容叛许承唤载力币确定当桩烤的轴旨向力总由结构如自重阅、预士加力易、土驱重、芒土侧遗压力桑、汽缘瑞车荷联载、暮和人不群荷铸载短泳期效积应组寨合所引警起，次桩不弊允许债受拉渗；当桩持的轴刚向力认由上俭述荷症载并栏与其任他作翅用组戏成的短期乔效应叹组合或者偶然捧组合（地拍震力至除外虾），留则允煎许桩多受拉孝。单桩路轴向触受拉访容许锹承载竖力可犹按下怖式计库算：2、端逼承桩批（柱察桩）支承遗在基武岩上才或嵌锣入岩加层中呆的单牛桩，轻其轴孤向受傻压容买许承麦载力恰，取坊决于勿桩底润处岩斩石的腾强度牲和嵌雨入岩喂层的太深度喂，可助按下凭式计便算。（三出）动毯测试朽桩法动测争法是指木给桩循顶施址加一动荷瓣载（用波冲击厅、振世动等末方式刃施加虏），绣量测勾桩土肝系统橡的响巩应信耻号，珠然后折分析虽计算秆桩的屡性能异和承缎载力仓，可坡分为功高应较变动士测法姥与低扎应变赵动测纯法两粉种。低应稠变动备测法由于施加延桩顶孤的荷贵载远榆小于玻桩的太使用撤荷载，不菜足使怨桩土疮间发删生相乔对位塞移，是而只通过于应力蹲波沿炉桩身奏的传桂播和毛反射纽奉的原膊理作涝分析，可泰用来貌检验歉桩身愚质量罢，不农宜作岁桩承原载力输测定邪但可厅估算杂和校俘核基沉桩的且承载端力。高应骨变动貌测法一般榜是以重锤乓敲击咸桩顶，使达桩贯便入土荐中，损桩土宏间产左生相灰对位辰移，拣从而眨可以浴分析嫁土体移对桩裳的外哈来抗条力和质测定径桩的寨承载壮力，幻玉也可愈检验薪桩体勤质量抖。（四喂）静乖力分寇析法静力洞分析谦法是根熊据土的蚂极限唇平衡樱理论和土的并强度加理论，计瓶算桩底作极限味阻力和桩侧掠极限鄙摩阻背力，也捉即利声用土肃的强雀度指久标计肾算桩饺的极低限承泪载力江，然锈后将咐其除两以安旱全系谈数从塔而确对定单受桩容疤许承亿载力松。1、桩沫底极歪限阻职力的塔确定把桩保作为由深埋侮基础凡，并假定愁地基耐的破眉坏滑轮动面孤模式，运洗用塑却性力聋学中漆的极顶限平嗓衡理群论，爬导出军地基逮极限愈荷载患（即控桩底馋极限缝阻力岂）的撒理论说公式奔：桩侧谣单位牺面积房诚的极昼限摩青阻力测取决命于桩侧玩土间谨的剪握切强助度。按益库仑劫强度泛理论牧得知务：2、桩定侧极楼限摩肢阻力足的确镜定三、可按桩殖身材态料强奇度确蹄定单脚桩承扮载力一般轨说来缸，桩广的竖窑向承中载力惹往往刻由土现对桩柄的支狸承能耐力控掀制。但当贤桩穿匠过极丹软弱虑土层比，支目承（狮或嵌咐固）稻于岩洒层或艘坚硬寇的土炊层上师时，密单桩辅竖向骨承载啊力往搁往由稳桩身扑材料衬强度下控制壤。此时欠，基神桩将竭象一压根受斗压杆贩件，建在竖状向荷弯载作韵用下王，将胁发生锄纵向茂挠曲聋破坏毛而丧估失稳沟定性育，根韵据《公路咱桥规》，对冤于钢但筋混序凝土泊桩，洞当配顺有普影通箍穿筋时雾，可愈按下稳式确预定基铁桩的偷竖向构承载新力：四、城单桩横轴溉向容倚许承住载力的确世定桩的横向驼承载捧力，是财指桩士在与暑桩轴狸线垂缝直方接向受唉力时顷的承室载力上。桩近在横桑向力搂（包融括弯女矩）敬作用莫下的壶工作蚂情况劣较轴巧向受牛力时斗要复迟杂些铸，但宋仍然服是从保证倘桩身层材料康和地鞋基强谁度与凤稳定竟性以及桩顶答水平限位移驰满足巡寿使用请要求来分训析和闯确定妙桩的滩横轴证向承叉载力末。（一搅）在臣横向厉荷载熟作用悼下，逐桩的拳破坏框机理感和特国点桩在烟横向剃力作握用下护变形六示意环图a)刚性信桩；b)弹性辟桩（二膛）单剧桩横键向容骂许承秧载力软的确索定方贡法单桩贷水平分静载芹试验桩水蕉平静申载试是验装名置示剑意图五、漫关于私桩的很负摩转阻问播题（一售）负爆摩阻鲜力的毅意义甘及其辜产生拦原因在一观般情局况下恢，桩孕受轴款向荷仔载作线用后离，桩相斩对于该桩侧航土体砌作向桥下位侵移，鸭土对乎桩产茄生向上根作用久的摩杀阻力，称正摩翅阻力童。但当桩周仁土体荣因某衬种原晕因发猴生下姜沉，馅其沉宋降变革形大炸于桩巴身的岔沉降护变形牧时，在由桩侧睡表面奸的全琴部或穗一部寸分面元积上悲将出殖现向下播作用拐的摩羽阻力，称迈其为负摩奸阻力。桩的汪正、耳负摩调阻力负摩脉阻力状的危话害：桩的抬负摩督阻力的发低生将恢使桩现侧土许的部焰分重扯力传窑递给纺桩，酸因此幕，负熟摩阻尚力不裂但不胶能成酷为桩偿承载腿力的绘一部良分，惧反而挡变成施加旱在桩近上的巷外荷骄载，对骗入土誉深度励相同亿的桩门来说锤，若队有负蚊摩力驱发生狗，则袋桩的尺外荷遵载增霸大，桩的登承载挺力相讯对降岁低，舅桩基她沉降极加大，这逝在确控定桩许的承猪载力拖和桩敌基设涨计中专应予耳以注梳意。对于组桥梁众工程掩特别忍要注凳意桥头粗路堤御高填什土的共桥台顽桩基堤础的负锈摩阻愿力问械题，逆因路急堤高黑填土鼠是一功个很追大的咸地面裙荷载慨且位和于桥吉台的膨一侧融，若撒产生盟负摩物阻力剧时还超会有忘桥台直背和宽