CSU基础工程讲稿7-1.pptx

基础的类型基础的类型基础的类型基础的类型第第6 6章章 桩基础桩基础Chapter 6 Pile Foundation 基 础 面 积 加 大 基 础 加 深第第1 1节节 概概 述述 当场地浅层土质不满足地基承载力和变形的要求；不宜当场地浅层土质不满足地基承载力和变形的要求；不宜采取地基处理措施时，考虑以下部坚实土层或岩层作为持力采取地基处理措施时，考虑以下部坚实土层或岩层作为持力层的深基础方案，而桩基础是应用最为广泛的一类深基础。层的深基础方案，而桩基础是应用最为广泛的一类深基础。深基础与浅基础的区别深基础与浅基础的区别:深度（相对于支撑面积）；侧深度（相对于支撑面积）；侧摩阻力摩阻力(由于非基坑开挖所致由于非基坑开挖所致););施工方法（非基坑方法）施工方法（非基坑方法）概念概念桩桩土层中土层中/垂直或微倾杆件垂直或微倾杆件/荷载传荷载传递到侧壁深部的基础递到侧壁深部的基础单桩单桩独立的单一的一根桩独立的单一的一根桩,群桩中群桩中性能不受相邻桩影响的一根桩性能不受相邻桩影响的一根桩基桩基桩群桩中相互影响的一根桩群桩中相互影响的一根桩桩基础桩基础由基桩和连接于桩顶的承台由基桩和连接于桩顶的承台共同组成基础。承台把桩联结起来并承共同组成基础。承台把桩联结起来并承受上部结构的荷载，通过基桩传递到桩受上部结构的荷载，通过基桩传递到桩侧和桩底的地基中侧和桩底的地基中 第第1 1节节 概概 述述优越性优越性承载力高承载力高沉降小而均匀沉降小而均匀用料较省用料较省机械化程度高机械化程度高广泛适用于各类地层条件广泛适用于各类地层条件 第第1 1节节 概概 述述 应用范围应用范围(1)(1)软弱特殊土上的永久建筑物，不允许过大沉降和沉降差；软弱特殊土上的永久建筑物，不允许过大沉降和沉降差；(2)(2)高重建筑物，地基承载力不能满足设计需要；高重建筑物，地基承载力不能满足设计需要；(3)(3)桥梁、烟囱、输电塔等，承受较大水平和上拔力；桥梁、烟囱、输电塔等，承受较大水平和上拔力；(4)(4)精密或大型设备，需要减小基础振动对结构的影响；精密或大型设备，需要减小基础振动对结构的影响；(5)(5)地震区，桩基作为结构抗震措施或穿越可液化地基；地震区，桩基作为结构抗震措施或穿越可液化地基；(6)(6)水上基础，当施工水位较高或河床冲刷较大，采用浅基础水上基础，当施工水位较高或河床冲刷较大，采用浅基础施工困难或不能保证基础安全。施工困难或不能保证基础安全。第第1 1节节 概概 述述1 1 按桩身材料分类按桩身材料分类第第2 2节节 桩的分类及构造桩的分类及构造桩桩的的材材料料分分类类 木桩木桩混凝土桩混凝土桩钢桩钢桩组合桩组合桩预制混凝土桩预制混凝土桩现场灌注桩混凝土桩现场灌注桩混凝土桩一、桩的分类一、桩的分类2 2 按桩承载性能（土对桩的支撑特点）分类按桩承载性能（土对桩的支撑特点）分类(1)(1)摩擦桩摩擦桩 Shaft frictionShaft friction (2)(2)端承桩端承桩 End bearingEnd bearing(3)(3)摩擦端承桩摩擦端承桩(4)(4)端承摩擦桩端承摩擦桩第第2 2节节 桩的分类及构造桩的分类及构造总阻力总阻力总阻力总阻力Total resistance force Total resistance force Total resistance force Total resistance force 桩侧与桩端桩侧与桩端桩侧与桩端桩侧与桩端/总阻力总阻力总阻力总阻力 Side friction or toe force/Side friction or toe force/Side friction or toe force/Side friction or toe force/Total resistance forceTotal resistance forceTotal resistance forceTotal resistance force桩型桩型桩型桩型 Types of pileTypes of pileTypes of pileTypes of pile摩擦桩摩擦桩摩擦桩摩擦桩端承摩擦桩端承摩擦桩端承摩擦桩端承摩擦桩摩擦端承桩摩擦端承桩摩擦端承桩摩擦端承桩端承桩端承桩端承桩端承桩(柱桩柱桩柱桩柱桩)第第2 2节节 桩的分类及构造桩的分类及构造第第2 2节节 桩的分类及构造桩的分类及构造3 3 按成桩（地点）方式分类按成桩（地点）方式分类预预预预制制制制桩桩桩桩预制钢筋混凝土桩预制钢筋混凝土桩预制钢筋混凝土桩预制钢筋混凝土桩方形、圆形、管形、三角形和方形、圆形、管形、三角形和方形、圆形、管形、三角形和方形、圆形、管形、三角形和T T T T形、形、形、形、H H H H形、形、形、形、I I I I形等异形截面形等异形截面形等异形截面形等异形截面 预应力钢筋混凝土桩预应力钢筋混凝土桩预应力钢筋混凝土桩预应力钢筋混凝土桩为减少钢筋混凝土桩的钢筋用量和桩身为减少钢筋混凝土桩的钢筋用量和桩身为减少钢筋混凝土桩的钢筋用量和桩身为减少钢筋混凝土桩的钢筋用量和桩身 裂缝混凝土强度裂缝混凝土强度裂缝混凝土强度裂缝混凝土强度C60C60C60C60C80C80C80C80钢桩（钢管桩和钢桩（钢管桩和钢桩（钢管桩和钢桩（钢管桩和H H H H形桩）形桩）形桩）形桩）型钢和钢管型钢和钢管型钢和钢管型钢和钢管 现现现现场场场场灌灌灌灌注注注注桩桩桩桩n n 钻（冲）孔灌注桩钻（冲）孔灌注桩钻（冲）孔灌注桩钻（冲）孔灌注桩(视频视频视频视频)n n 人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩 n n 沉管灌注桩和夯扩桩沉管灌注桩和夯扩桩沉管灌注桩和夯扩桩沉管灌注桩和夯扩桩(视频视频视频视频)(VEDIO1)(VEDIO2)(1).(1).非挤土桩：钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩非挤土桩：钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩 (2).(2).部分挤土桩：冲击成孔、预钻孔打入式预制桩、混凝土部分挤土桩：冲击成孔、预钻孔打入式预制桩、混凝土管桩、管桩、H H型钢桩、敞口钢管桩等型钢桩、敞口钢管桩等(3).(3).挤土桩：沉管灌注桩、打入、静压实心预制桩、闭口钢挤土桩：沉管灌注桩、打入、静压实心预制桩、闭口钢管桩管桩4 4、按设置效应（成桩方式对土层的影响）分类、按设置效应（成桩方式对土层的影响）分类第第2 2节节 桩的分类及构造桩的分类及构造第第2 2节节 桩的分类及构造桩的分类及构造5 5、按、按设置方向分类设置方向分类(1)(1)竖直桩竖直桩verticalpiles(2)(2)斜斜 桩桩rakingpiles 第第2 2节节 桩的分类及构造桩的分类及构造6 6 6 6、按承台底面位置分类按承台底面位置分类按承台底面位置分类按承台底面位置分类高承台桩高承台桩高出地面；污工少高出地面；污工少稳定性差稳定性差流冰层下流冰层下25cm25cm 低承台桩低承台桩低于地面或局部冲刷线低于地面或局部冲刷线侧向约束；稳定性好侧向约束；稳定性好冻结线以下冻结线以下25cm旱地或季节性河流旱地或季节性河流(1).(1).小桩小桩d250mmd250mm(2).(2).中等直径桩中等直径桩 250mmd800mm250mmd 钻孔桩钻孔桩 静压桩静压桩2.2.挤土效应挤土效应_ _钢筋混凝土桩、沉管灌注桩钢筋混凝土桩、沉管灌注桩 钻孔挖孔灌注钻孔挖孔灌注桩桩3.3.沉桩能力沉桩能力_ _钻孔灌注桩钻孔灌注桩 钢桩钢桩 预制钢筋混凝土桩预制钢筋混凝土桩4.4.施工应力施工应力_ _ 预制桩的配筋预制桩的配筋 灌注桩灌注桩5.5.质量稳定性质量稳定性_ _预制桩的接头的薄弱环节，沉桩的挤土效预制桩的接头的薄弱环节，沉桩的挤土效应可使先打设的桩被抬起，如果接桩不牢固，会使上下两节应可使先打设的桩被抬起，如果接桩不牢固，会使上下两节桩脱开。沉管灌注桩的挤土效应也可能使混凝土桩被剪断，桩脱开。沉管灌注桩的挤土效应也可能使混凝土桩被剪断，对策是采取对策是采取“跳打跳打”第第2 2节节 桩的分类及构造桩的分类及构造第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载单桩（单排桩）单桩（单排桩）群桩（多排桩）群桩（多排桩）刚性桩 弹性桩轴向荷载Q轴向变位与承载力设计轴向变位与承载力设计横向荷载H,M横向变位与承载力设计横向变位与承载力设计第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载单桩单桩承载力承载力 上部上部结构结构荷载荷载桩顶桩顶荷载荷载桩顶桩顶荷载荷载Q H M承承台台地基地基桩顶轴向桩顶轴向位移位移传递方程传递方程桩顶位移桩顶位移侧摩侧摩阻力阻力桩底土桩底土变形变形桩身轴向桩身轴向弹性变形弹性变形=+桩顶桩顶轴向轴向荷载荷载Q桩身桩身位移位移桩端桩端阻力阻力桩桩身身材材料料强强度度土土对对桩桩的的支支撑撑+边界条件边界条件桩身弯矩桩身弯矩剪力剪力M QM Q第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载(书中第四节）书中第四节）单桩轴向荷载的传递单桩轴向荷载的传递桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素桩的轴向刚度系数桩的轴向刚度系数变形变形桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力单桩承载力确定方法单桩承载力确定方法（第四节）（第四节）机理机理承载力承载力第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载HMQT桩基础上承受的荷载的种类桩基础上承受的荷载的种类 一般而言，上部结构由承台一般而言，上部结构由承台传给基桩的荷载分为：传给基桩的荷载分为：(1)(1)竖向荷载（竖向荷载（Q Q、T T）(2)(2)横向荷载（横向荷载（H H、M M）第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载HMQT第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载横向荷载（横向荷载（H H、M M）下桩的内力与变位分析，主要涉及）下桩的内力与变位分析，主要涉及弯矩和剪力的计算，将在第弯矩和剪力的计算，将在第5 5节讲述节讲述QHM+HMQ=Q第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载单桩轴向荷载的传递单桩轴向荷载的传递桩身轴力与侧摩阻力和端阻力桩身轴力与侧摩阻力和端阻力桩侧摩阻力和端阻力关系桩侧摩阻力和端阻力关系荷载传递基本方程荷载传递基本方程主要内容单桩轴向荷载的传递单桩轴向荷载的传递桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素桩的轴向刚度系数桩的轴向刚度系数桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩的抗拔力桩的抗拔力1 1 单桩轴向荷载的传递单桩轴向荷载的传递桩桩身身轴轴力力 截截面面位位移移 轴轴向向荷荷载载向向下下传传递递 桩桩侧侧摩摩阻阻力力 传传递递到到下下部部轴轴力力减减小小 桩桩底底 底底土土层层压压缩缩变变形形 两两部部分分压压缩缩变变形形 构构成成桩桩顶顶轴轴向向位位移移 一一 单桩轴向荷载的传递单桩轴向荷载的传递第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载单桩轴向荷载的传递单桩轴向荷载的传递桩身轴力与侧摩阻力和端阻力桩身轴力与侧摩阻力和端阻力桩侧摩阻力和端阻力关系桩侧摩阻力和端阻力关系荷载传递基本方程荷载传递基本方程nhPhyhnhFXFXyxFxyxFxy0yhyxyx第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载elasticplastiqueelasticplastiqueelasticplastiqueyhnhyxFxyxFxnhhFXFXy0yhyxyxelasticplastiqueelasticplastiqueelasticplastiqueyhnhyxFxyxFxnhhFXFXy0yhyxyxh1limitedplastiqueelasticplastiqueelasticplastiqueyhnhyxFxyxFxnhhFXFXy0yhyxyxplastiqueplastiqueend pointlastiqueh1=hnhhFXFXy0yhyxyxyhnhyxFxyxFxh1y0PP0P1P2P3h1=0h1=hW W u uQ Qsusu Q Qpupu土对单桩轴向土对单桩轴向荷载支撑荷载支撑桩侧摩阻力桩侧摩阻力Q QsusuSide frictionSide friction桩端阻力桩端阻力Q QpupuToe bearingToe bearing摩擦力摩擦力f fFriction forceFriction forceFriction forceFriction force粘聚力粘聚力c cCohesionCohesion 第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载015.026.743.760.1Q(kN)D(m)第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载2 2 桩身轴力与侧摩阻力和端阻力桩身轴力与侧摩阻力和端阻力桩顶荷载桩顶荷载 桩身压缩变形桩身压缩变形 桩土界面相对位移桩土界面相对位移 产生摩阻力产生摩阻力 桩身截面的轴向力随深度逐渐减小桩身截面的轴向力随深度逐渐减小 传至桩底截面的轴向力与桩底支承反力（即桩端阻力）大传至桩底截面的轴向力与桩底支承反力（即桩端阻力）大小相等、方向相反小相等、方向相反 第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载 3 3 桩侧摩阻力和端阻力关系桩侧摩阻力和端阻力关系 桩身上部土层的摩阻力先于下部土层发挥出来，桩侧阻力先桩身上部土层的摩阻力先于下部土层发挥出来，桩侧阻力先于桩端阻力发挥出来于桩端阻力发挥出来.桩底土层压缩变形桩底土层压缩变形 桩端位移桩端位移 加大桩侧摩阻力加大桩侧摩阻力第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载4 4 荷载传递基本方程荷载传递基本方程任一深度任一深度z z桩身截面的荷载为桩身截面的荷载为竖向位移为竖向位移为 第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载 桩桩侧侧摩摩阻阻力力是是桩桩侧侧与与桩桩周周土土相相对对位位移移的的函函数数，可可用用曲曲线线OCDOCD表表示示，常常简简化化为为折折线线OABOAB。一一旦旦桩桩土土界界面面相相对对滑滑移移超超过过某某一一极极限限值值，侧侧摩摩阻阻力力保保持持极极限限值值不不变变,桩桩端端阻阻力力发发挥挥效效应应,由由于于桩桩端端持持力力层层的的大大量量压压缩缩和和塑塑性性变变形形，位位移移增增加加速速度度显显著著增增大大，直直至至桩桩端端阻阻力力达达到到极极限限，位位移移增增大大至至破破坏。此时，桩达到其极限承载力。坏。此时，桩达到其极限承载力。二二 桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素桩侧摩阻力和桩端阻力影响因素第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载桩截面位移桩截面位移桩侧摩阻力桩侧摩阻力OCDABn n由此可见，桩侧和桩端阻力的发挥，需要一定的由此可见，桩侧和桩端阻力的发挥，需要一定的由此可见，桩侧和桩端阻力的发挥，需要一定的由此可见，桩侧和桩端阻力的发挥，需要一定的桩土相对位移，即桩侧和桩端阻力是桩土相对位桩土相对位移，即桩侧和桩端阻力是桩土相对位桩土相对位移，即桩侧和桩端阻力是桩土相对位桩土相对位移，即桩侧和桩端阻力是桩土相对位移的某种函数，这种特定的函数关系，通常称之移的某种函数，这种特定的函数关系，通常称之移的某种函数，这种特定的函数关系，通常称之移的某种函数，这种特定的函数关系，通常称之为荷载传递函数。实际的荷载传递函数比较复杂，为荷载传递函数。实际的荷载传递函数比较复杂，为荷载传递函数。实际的荷载传递函数比较复杂，为荷载传递函数。实际的荷载传递函数比较复杂，与土层性质、埋深、桩径等有关，一般需要对其与土层性质、埋深、桩径等有关，一般需要对其与土层性质、埋深、桩径等有关，一般需要对其与土层性质、埋深、桩径等有关，一般需要对其进行简化。荷载传递函数主要的特征参数是极限进行简化。荷载传递函数主要的特征参数是极限进行简化。荷载传递函数主要的特征参数是极限进行简化。荷载传递函数主要的特征参数是极限摩阻力和对应的极限位移。摩阻力和对应的极限位移。摩阻力和对应的极限位移。摩阻力和对应的极限位移。第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载 桩侧摩阻力得到充分的发挥桩侧摩阻力得到充分的发挥-相对位移小相对位移小一般认为粘性土中为一般认为粘性土中为46mm，砂性土中为，砂性土中为610mm 1 桩侧极限摩阻力与对应的桩侧极限位移桩侧极限摩阻力与对应的桩侧极限位移2 桩端阻力与对应的桩端极限位移桩端阻力与对应的桩端极限位移 桩底阻力充分发挥桩底阻力充分发挥-位移值大位移值大 在粘性土中约为桩底直径的在粘性土中约为桩底直径的25，在砂性土中约为，在砂性土中约为810，对于钻孔桩，由于孔底沉渣压缩的影响，对于钻孔桩，由于孔底沉渣压缩的影响，发挥端阻极限值所需位移更大。发挥端阻极限值所需位移更大。第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载3.桩侧、桩端阻力的荷载分担比与桩的分类桩侧、桩端阻力的荷载分担比与桩的分类 桩侧、桩端阻力的荷载分担情况，除了与桩侧、桩桩侧、桩端阻力的荷载分担情况，除了与桩侧、桩端土的性质有关以外，还与桩土相对刚度、长径比端土的性质有关以外，还与桩土相对刚度、长径比l/d有关。有关。按桩侧阻力与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比，按桩侧阻力与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比，将桩分为摩擦型桩和端承型桩两大类和四个亚类。将桩分为摩擦型桩和端承型桩两大类和四个亚类。（1 1）Nb随随长径比长径比l l/d d增大而减小，桩身下部侧阻的发挥相应增大而减小，桩身下部侧阻的发挥相应降低降低（2 2）桩端土与桩侧土相对刚度）桩端土与桩侧土相对刚度R Rbsbs（R Rbsbs定义为桩端土与桩侧土定义为桩端土与桩侧土的压缩模量或变形模量之比）的增大而增大的压缩模量或变形模量之比）的增大而增大（3 3）桩与桩侧土的相对刚度大，桩端阻力大）桩与桩侧土的相对刚度大，桩端阻力大 （4 4）对扩底桩，增大扩底直径与桩身直径之比）对扩底桩，增大扩底直径与桩身直径之比D/dD/d，桩端分，桩端分担的荷载可以提高担的荷载可以提高第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载4、桩侧、桩端阻力的荷载分担比影响因素、桩侧、桩端阻力的荷载分担比影响因素第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载三三 桩的轴向刚度系数（桩的轴向刚度系数（Axial stiffness of pileAxial stiffness of pile）s s0 0=s se e+s+sb b 桩顶轴向位移桩顶轴向位移 S S0 0 桩身弹性压缩变形桩身弹性压缩变形s se e桩底处地基土的沉降桩底处地基土的沉降s sb b 桩土界面导致侧摩阻力扩散，在桩底处的扩散面积为桩土界面导致侧摩阻力扩散，在桩底处的扩散面积为A A0 0第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载A A0 0A Ap pQC C0 0=m=m0 0h h为竖向地基抗力系数，按为竖向地基抗力系数，按m m法取法取值，对端承桩值，对端承桩A A0 0=A=Al l0 0l l第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载桩底面地基土竖向抗力系数桩底面地基土竖向抗力系数c c0 0=m=m0 0h hm m0 0桩底地基土竖向抗力系数的比例系数，桩底地基土竖向抗力系数的比例系数，kN/mkN/m4 4，取，取m m0 0=m m；h h桩的入土深度桩的入土深度(m)(m)，h h小于小于10m10m时，按时，按10m10m计算。计算。第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载 负摩阻力的概念负摩阻力的概念 负摩阻力的分布特性负摩阻力的分布特性 负摩阻力的确定负摩阻力的确定 减小负摩阻力的工程措施减小负摩阻力的工程措施四、桩侧负摩阻力四、桩侧负摩阻力四、桩侧负摩阻力四、桩侧负摩阻力Negative Skin Friction Negative Skin Friction 第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载Q QL L1 1Granular Granular FillFillL L2 2F Fc cF Fg gSoft Soft ClayClayRockRockOriginal Original Ground Ground SurfaceSurface 桩负摩阻力，就是当桩身穿越软弱土层支承在桩负摩阻力，就是当桩身穿越软弱土层支承在坚硬土层上，当软弱土层因某种原因发生地面沉降坚硬土层上，当软弱土层因某种原因发生地面沉降时，桩周围土体相对桩身产生向下位移，这样使桩时，桩周围土体相对桩身产生向下位移，这样使桩身承受向下作用的摩擦力，软弱土层的土体通过作身承受向下作用的摩擦力，软弱土层的土体通过作用在桩侧的向下的摩擦力而悬挂在桩身上用在桩侧的向下的摩擦力而悬挂在桩身上;这部分作这部分作用于桩身的向下摩擦力，称为负摩阻力。用于桩身的向下摩擦力，称为负摩阻力。1.1.1.1.负摩阻力的概念与原因负摩阻力的概念与原因负摩阻力的概念与原因负摩阻力的概念与原因第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载 桩桩周周土土沉沉降降速速率率或或沉沉降降量量大大于于桩桩下下沉沉速速率率或或沉沉降降量量，桩桩侧侧土体对桩产生与桩的位移方向一致的摩擦力。土体对桩产生与桩的位移方向一致的摩擦力。1 1）桩侧地下水位下降使土层产生固结下沉；）桩侧地下水位下降使土层产生固结下沉；2 2）桩侧附近大面积堆载使桩侧土层压缩；）桩侧附近大面积堆载使桩侧土层压缩；3 3）桩侧有较厚的欠固结土层或新填土，因固结产生下沉；）桩侧有较厚的欠固结土层或新填土，因固结产生下沉；4 4）饱饱和和软软土土中中打打入入桩桩群群，产产生生超超孔孔隙隙水水压压力力，随随超超孔孔隙隙水水压压力消散，因固结引起桩侧土体下沉；力消散，因固结引起桩侧土体下沉；5 5）湿湿陷陷性性黄黄土土、季季节节性性冻冻土土或或可可液液化化土土层层内内的的桩桩，因因重重新新固固结原因引起下沉。结原因引起下沉。第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载2.2.2.2.负摩阻力的分布特性负摩阻力的分布特性负摩阻力的分布特性负摩阻力的分布特性 中中性性点点 在在深深度度l ln n以以上上，桩桩受受负负摩摩阻阻力力作作用用；在在l ln n深深度度以以下下，桩桩受受正正摩摩阻阻力力。在在l ln n处处，既既无无负负摩摩阻阻力力也也无无正正摩摩阻阻力力，该点为中性点。中性点截面处桩身轴力最大该点为中性点。中性点截面处桩身轴力最大 第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载 桩桩侧侧下下沉沉量量可可能能在在某某一一深深度度处处与与桩桩身身的的位位移移量量相相等等。在在此此深深度度以以上上桩桩侧侧土土下下沉沉大大于于桩桩的的位位移移，桩桩身身受受到到向向下下作作用用的的负负摩摩阻阻力力；在在此此深深度度以以下下，桩桩的的位位移移大大于于桩桩侧侧土土的的下下沉沉，桩桩身身受受到到向向上上作作用用的的正正摩摩阻阻力力。正正、负负摩摩阻阻力力变变换换处处的的位位置置，即即称称中中性性点点。中中性性点点位位置置取取决决于于桩桩与与桩桩侧侧土土的的相相对对位位移移，与与作作用用荷荷载载和和桩桩周周土土性性质质有有关关。精精确确计算出中性点位置是比较麻烦和困难的计算出中性点位置是比较麻烦和困难的,可按经验值确定。可按经验值确定。3.中性点及其位置的确定中性点及其位置的确定 影响中性点深度影响中性点深度l ln n的主要因素：的主要因素：1 1）桩端持力层的刚度越大，则）桩端持力层的刚度越大，则l ln n愈大；愈大；2 2）桩周土层的变形性质和应力历史；）桩周土层的变形性质和应力历史；3 3）当当负负摩摩阻阻力力系系由由沉沉桩桩后后外外部部条条件件变变化化所所致致，则则条条件件变变化化幅度和范围愈大，幅度和范围愈大，l ln n愈大；愈大；4 4）桩的长径比愈小、截面刚度愈大，则）桩的长径比愈小、截面刚度愈大，则l ln n愈大；愈大；5 5）在在桩桩承承受受荷荷载载过过程程中中，随随承承受受荷荷载载及及沉沉降降的的增增加加，l ln n逐逐渐变小。渐变小。第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载 负摩擦力大小的确定关键在于确定中性面，计算负摩擦力大小的确定关键在于确定中性面，计算按模型假设和常规的侧阻力计算一样，国内、外规按模型假设和常规的侧阻力计算一样，国内、外规范一般只提有效应力法范一般只提有效应力法（a a）总应力法）总应力法法法（b b）有效应力法）有效应力法法法 第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载4.4.4.4.单桩负摩阻力的计算单桩负摩阻力的计算单桩负摩阻力的计算单桩负摩阻力的计算4.4.4.4.单桩负摩阻力的计算单桩负摩阻力的计算单桩负摩阻力的计算单桩负摩阻力的计算 当当降降低低地地下下水水位位时时，位位于于降降水水后后地地下下水水位位以以下下第第i i 层层土平均竖向有效压力：土平均竖向有效压力：当当降降低低地地下下水水位位时时，位位于于降降水水后后地地下下水水位位以以上上第第i i 层层土土平均竖向有效压力：平均竖向有效压力：当地面作用满布均布荷载时：当地面作用满布均布荷载时：建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范（JGJ94-94JGJ94-94）推荐采用有效应力）推荐采用有效应力法计算单桩负摩阻力标准值：法计算单桩负摩阻力标准值：桩侧总的负摩阻力桩侧总的负摩阻力Q Qn n为：为：软土或中等强度粘土可按下式估算负摩阻力标准值软土或中等强度粘土可按下式估算负摩阻力标准值 第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载砂类土也可按下式估算负摩阻力标准值砂类土也可按下式估算负摩阻力标准值 ：4.4.4.4.消减负摩阻力的工程措施消减负摩阻力的工程措施消减负摩阻力的工程措施消减负摩阻力的工程措施 原则：原则：第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载桩土截面位移桩土截面位移桩侧摩阻力桩侧摩阻力OCDAB（1 1）桩侧涂层法：在可能产生负摩阻力范围的桩段，桩侧）桩侧涂层法：在可能产生负摩阻力范围的桩段，桩侧涂沥青等降低土与桩身摩擦。涂沥青等降低土与桩身摩擦。第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载什么地方错了？（2 2）预预钻钻孔孔法法：在在桩桩位位预预钻钻孔孔，然然后后桩桩插插入入，在在桩桩周周围灌入膨润土混合浆，一般适用于黏性土地层围灌入膨润土混合浆，一般适用于黏性土地层 （3 3）双双重重套套管管法法：在在桩桩外外侧侧设设置置套套管管，用用套套管管承承受受负负摩阻力的方法摩阻力的方法 （4 4）设置消减负摩阻桩群）设置消减负摩阻桩群第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载 （5 5）地地基基处处理理：对对于于松松散散填填土土、欠欠固固结结土土层层，采采用用预预固固结结法法、强强夯夯法法等等使使土土层层密密实实、充充分分固固结结；对对于于湿湿陷陷性性黄土采用浸水、强夯方法消除湿陷黄土采用浸水、强夯方法消除湿陷 （6 6）其其他他方方法法：在在饱饱和和软软土土地地区区，选选择择非非挤挤土土桩桩或或部部分分挤挤土土桩桩，对对挤挤土土型型桩桩，适适当当增增加加桩桩距距，选选择择合合理理的的打打桩桩流流程程，控控制制沉沉桩桩速速率率及及打打桩桩根根数数，打打桩桩后后休休止止一一段段时时间间后后再再施施工工基基础础及及上上部部结结构构；对对于于周周边边有有大大面面积积抽抽吸吸地地下下水水或或降降水水情情况况时时，在在桩桩群群周周围围采采取取回回灌灌等等方方法法来来达达到到消消减减或或避避免负摩阻力的产生免负摩阻力的产生第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载 作用：作用：当地下结构的重量小于所受浮力当地下结构的重量小于所受浮力(地下车库、水地下车库、水池放空时池放空时)，或高耸结构，或高耸结构(输电塔等输电塔等)受到较大的倾覆弯矩时，受到较大的倾覆弯矩时，需要设置抗拔桩基础。需要设置抗拔桩基础。拔极限承载力标准值确定拔极限承载力标准值确定：可通过现场单桩上拔载荷试：可通过现场单桩上拔载荷试验确定，单桩上拔静载荷试验方法与抗压静载荷试验方法验确定，单桩上拔静载荷试验方法与抗压静载荷试验方法相似。如无当地经验时，群桩基础及基桩的抗拔极限承载相似。如无当地经验时，群桩基础及基桩的抗拔极限承载力标准值可计算。力标准值可计算。五五 桩基的抗拔承载力计算桩基的抗拔承载力计算第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载第第3 3节节 单桩轴向荷载单桩轴向荷载 单单桩桩或或群群桩桩呈呈非非整整体体破破坏坏时时，基基桩桩的的抗抗拔拔极极限限承承载载力标准值可按下式计算：力标准值可按下式计算：抗拔系数，砂土抗拔系数，砂土0.500.70，粘性土、粉土，粘性土、粉土0.70.8。按材料强度确定按材料强度确定 按单桩竖向抗压静载试验法确定按单桩竖向抗压静载试验法确定 按土的抗剪强度指标确定按土的抗剪强度指标确定 按静力触探法确定按静力触探法确定 按经验公式法确定按经验公式法确定 按动力试桩法确定按动力试桩法确定（略）（略）桩的抗拔承载力（略）桩的抗拔承载力（略）单桩竖向承载力特征值单桩竖向承载力特征值 第第4 4节节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定（书中第八节）（书中第八节）（书中第八节）（书中第八节）五五单桩承载力确定方法单桩承载力确定方法桩的承载力取决于桩身材桩的承载力取决于桩身材料的强度和土对桩的支撑料的强度和土对桩的支撑 对对于于摩摩擦擦型型桩桩，桩桩端端持持力力层层地地基基反反力力系系数数k ks s值值很很小小，2 23 3直直线线段段近近似似于于竖竖直直线线，一一般般属属整整体体破破坏坏,Q Qs s曲曲线线在在点点2 2处不出现明显拐点处不出现明显拐点；对对于于端端承承型型桩桩，桩桩端端阻阻力力占占承承载载力力的的比比例例较较大大，k ks s值值较大，一般属较大，一般属刺入破坏刺入破坏,Q Qs s曲线陡降曲线陡降;单桩的破坏模式单桩的破坏模式 对于端承桩和桩身有缺陷的桩，在土对于端承桩和桩身有缺陷的桩，在土阻力尚未充分发挥情况下，出现阻力尚未充分发挥情况下，出现桩身材料破桩身材料破坏坏，Q Qs s曲线也呈曲线也呈陡降型陡降型。第第4 4节节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定 按材料强度计算单桩竖向承载力时，将桩视为一轴向受按材料强度计算单桩竖向承载力时，将桩视为一轴向受压构件，混凝土桩压构件，混凝土桩单桩单桩竖向承载力设计值公式：竖向承载力设计值公式：式中：式中：单桩竖向承载力设计值；单桩竖向承载力设计值；混凝轴心受压构件的稳定系数；混凝轴心受压构件的稳定系数；混凝土轴心抗压强度设计值；混凝土轴心抗压强度设计值；纵向受力钢筋的抗压强度设计值；纵向受力钢筋的抗压强度设计值；桩身横截面面积；桩身横截面面积；纵向受力钢筋的截面面积。纵向受力钢筋的截面面积。第第4 4节节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定(a)锚桩横梁反力装置；锚桩横梁反力装置；(b)(b)压重平台反力装置压重平台反力装置第第4 4节节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定静载荷试验静载荷试验(Static load test)试验设备试验设备(Test device)反力设备、加载设备和记录反力设备、加载设备和记录终止加荷条件终止加荷条件(Condition for stop to load)极限承载力的确定极限承载力的确定(Determination of ultimate bearing capacity)第第4 4节节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定第第4 4节节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定 国外广泛采用基于土力学原理的单桩极限承载力公式国外广泛采用基于土力学原理的单桩极限承载力公式 Pu Psu Ppu (G Apl)G桩的重力；桩的重力；Apl与桩同体积土重，当与桩同体积土重，当=Apl时时：Pu Psu Ppu Psu与与Ppu的计算，国外学者提出了计算公式的计算，国外学者提出了计算公式第第4 4节节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定 静静力力触触探探与与桩桩打打入入土土中中的的过过程程基基本本相相似似，可可把把静静力力触触探探视视为为小小尺尺寸寸打打入入桩桩模模拟拟试试验验。建建筑筑桩桩基基规规范范提提出出，当当按按双双桥桥探探头头静静力力触触探探资资料料确确定定混混凝凝土土预预制制桩桩单单桩桩竖竖向向极极限限承载力标准值承载力标准值Puk时，无当地经验时可按下式计算时，无当地经验时可按下式计算 Puk qcAp Uli i fsi 粘性土和粉土粘性土和粉土 i 10.04（fsi）-0.55 砂性土砂性土 i 5.05（fsi）-0.45各符号的含义见各符号的含义见P.273 第第4 4节节 单桩承载力的确定单桩承载力的确定 一般预制桩及中小直径灌注桩一般预制桩及中小直径灌注桩 对对预预制制桩桩和和直直径径d2.52.52.52.5的摩擦桩或的摩擦桩或的摩擦桩或的摩擦桩或hhhh3.53.53.53.5的端承桩的端承桩的端承桩的端承桩 第第5 5节节 横向荷载下的单桩横向荷载下的单桩 (单排桩单排桩)Ax、Bx、A、B、Am、Bm、AQ、BQ为无量纲系数，均为为无量纲系数，均为 h和和 z的函数的函数对于对于对于对于h h h h2.52.52.52.5的嵌岩桩，整理得的嵌岩桩，整理得的嵌岩桩，整理得的嵌岩桩，整理得第第5 5节节 横向荷载下的单桩横向荷载下的单桩 (单排桩单排桩)由上式可简捷地求得桩身各截面的水平位移、转角、弯由上式可简捷地求得桩身各截面的水平位移、转角、弯由上式可简捷地求得桩身各截面的水平位移、转角、弯由上式可简捷地求得桩身各截面的水平位移、转角、弯矩、剪力以及桩侧土抗力。由此便可验算桩身强度，决定配矩、剪力以及桩侧土抗力。由此便可验算桩身强度，决定配矩、剪力以及桩侧土抗力。由此便可验算桩身强度，决定配矩、剪力以及桩侧土抗力。由此便可验算桩身强度，决定配筋量，验算桩侧土抗力及其墩台位移等筋量，验算桩侧土抗力及其墩台位移等筋量，验算桩侧土抗力及其墩台位移等筋量，验算桩侧土抗力及其墩台位移等第第5 5节节 横向荷载下的单桩横向荷载下的单桩 (单排桩单排桩)（五）桩身最大弯矩位置和最大弯矩的确定（五）桩身最大弯矩位置和最大弯矩的确定（五）桩身最大弯矩位置和最大弯矩的确定（五）桩身最大弯矩位置和最大弯矩的确定 为为检验桩的截面强度和配筋，需要找出弯矩最大的截检验桩的截面强度和配筋，需要找出弯矩最大的截检验桩的截面强度和配筋，需要找出弯矩最大的截检验桩的截面强度和配筋，需要找出弯矩最大的截面所在的位置相应的最大弯矩值，将各深度处的面所在的位置相应的最大弯矩值，将各深度处的面所在的位置相应的最大弯矩值，将各深度处的面所在的位置相应的最大弯矩值，将各深度处的MzMzMzMz值求出值求出值求出值求出后绘制后绘制后绘制后绘制z-Mz-Mz-Mz-MZ Z Z Z图图图图 在最大弯矩截面处，其剪力等于零，因此在最大弯矩截面处，其剪力等于零，因此在最大弯矩截面处，其剪力等于零，因此在最大弯矩截面处，其剪力等于零，因此Q Q Q QZ Z Z Z=0=0=0=0处的截面处的截面处的截面处的截面为最大弯矩所在位置为最大弯矩所在位置为最大弯矩所在位置为最大弯矩所在位置第第5 5节节 横向荷载下的单桩横向荷载下的单桩 (单排桩单排桩)令令C CH H及及D DH H也为与有关的系数，当也为与有关的系数，当4.04.0时，按表查时，按表查得得第第5 5节节 横向荷载下的单桩横向荷载下的单桩 (单排桩单排桩)桩身最大弯矩为桩身最大弯矩为第第5 5节节 横向荷载下的单桩横向荷载下的单桩 (单排桩单排桩)（六）桩顶位移的计算（六）桩顶位移的计算对于出露地表以上的桩对于出露地表以上的桩需要计算地表以上的桩需要计算地表以上的桩的内力与位移的内力与位移逆时针为正，所以式中用负号逆时针为正，所以式中用负号 第第5 5节节 横向荷载下的单桩横向荷载下的单桩 (单排桩单排桩)H1M1H1M1M1H1考虑剪切力的平移，考虑剪切力的平移，考虑剪切力的平移，考虑剪切力的平移，第第5 5节节 横向荷载下的单桩横向荷载下的单桩 (单排桩单排桩)露出段作为下端嵌固、跨度为露出段作为下端嵌固、跨度为露出段作为下端嵌固、跨度为露出段作为下端嵌固、跨度为l l l lo o o o的悬臂梁计算而得的悬臂梁计算而得的悬臂梁计算而得的悬臂梁计算而得 第第5 5节节 横向荷载下的单桩横向荷载下的单