基础工程桩基础.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,4.3,竖向荷载下单桩的工作性能,本节重点：,竖向荷载作用下单桩的工作性能。,本节难点：,单桩的破坏模式已及单桩承载力的确定。,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，对正确评价单桩承载力设计值具有一定的指导意义。,桩顶荷载一般包括,轴向力,、,水平力,和,力矩,，为简化起见，在研究桩的受力性能及计算桩的承载力时，对,竖向受力,情况单独进行研究。,4.3,竖向荷载下单桩的工作性能,竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力并通过它向土中扩散的过程。,如果桩侧摩阻力不足以抵抗竖向荷载，一部分竖向荷载将传递到桩底，桩底持力层也将产生压缩变形，故桩底土也会对桩端产生阻力。,4.3.1,桩的荷载传递,桩侧阻力,Q,s,桩端阻力,Q,p,地基土对桩的支承作用,但两者并不是同步发挥的,单桩承载力的构成,对,10,根桩长为,27,46m,的大直径灌注桩的荷载传递性能的足尺试验结果。试验表明，桩侧发挥极限摩阻力所需要的位移很小，粘性土为,1,3mm,，无粘性土为,5,7mm,；除两根支承于岩石的桩外，其余各桩（桩端持力层为卵石、砾石、粗砂或残积粉质粘土）在设计工作荷载下，端承力都小于桩顶荷载的,10,。,不同荷载下轴力沿深度的变化,单桩荷载传递的基本规律,基础的功能在于把荷载传递给地基土。作为桩基主要传力,构件的桩是一种细长的杆件，它与土的界面主要为侧表面，,底面只占桩与土的接触总面积的很小部分（一般低于,1%,），,这就意味着桩侧界面是桩向土传递荷载最重要的，甚至是主要,的途径。,竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生,相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的,摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力,并通过它向土中扩散的过程。,设桩身轴力为,Q,，,桩身轴力是桩顶荷载,N,与深度,Z,的函数,桩身轴力沿深度,分布的实测资料,桩越长，端阻力所占的比例越低,桩侧摩阻力和桩端阻力的分布规律及影响因素,1.,桩的侧阻随深度呈线性增大,;,2.,桩侧极限摩阻力与所在的深度、土的类别和性质、成桩方法等多种因素有关,;,3.,随着桩顶荷载的逐级增加，桩截面的轴力、位移和桩侧摩阻力不断变化,;,4.,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到达极限所需的桩身截面位移值大得多,;,5.,桩长,对荷载的传递也有着重要的影响。,4.3.2,单桩的破坏模式,一、单桩的破坏模式影响因素,桩周土的抗剪强度,桩端支承情况桩的尺寸,桩的类型,二、常见的单桩破坏模式,轴向荷载下基桩的破坏模式,屈曲破坏,整体剪切破坏,刺入破坏,当桩底支承在坚硬的土层或岩层上，桩周土层极为软弱，桩身无约束或侧向抵抗力。桩在轴向荷载作用下，如同一细长压杆出现纵向挠曲破坏，,荷载沉降,(,Q-S,),关系曲线为,“,急剧破坏,”,的陡降型，其沉降量很小，具有明确的破坏荷载。桩的承载力取决于桩身的材料强度。如穿越深厚淤泥质土层中的小直径端承桩或嵌岩桩，细长的木桩,等多属于此种破坏。,（一）屈曲破坏,当具有足够强度的桩穿过抗剪强度较低的土层，达到强度较高的土层，且桩的长度不大时，桩在轴向荷载作用下，由于桩底上部土层不能阻止滑动土楔的形成，桩底土体形成滑动面而出现整体剪切破坏。此时桩的沉降量较小，桩侧摩阻力难以充分发挥，主要荷载由桩端阻力承受，,荷载沉降,(,Q-S,),关系曲线也为陡降型,，呈现明确的破坏荷载。桩的承载力主要取决于桩端土的支承力。,一般打入式短桩、钻扩短桩,等均属于此种破坏。,（二）整体剪切破坏,当桩的入土深度较大或桩周土层抗剪强度较均匀时，桩在轴向荷载作用下将出现刺入破坏。此时桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承受，桩端阻力极微，桩的沉降量较大。一般当桩周土质较软弱时，,荷载沉降,(,Q-S,),关系曲线为,“,渐进破坏,”,的缓变型,，无明显拐点，极限荷载难以判断，桩的承载力主要由上部结构所能承受的极限沉降,s,u,确定；当桩周土的抗剪强度较高时，,荷载沉降,(,Q-S,),关系曲线可能为陡降型，有明显拐点，桩的承载力主要取决于桩周土的强度。,一般情况下的,钻孔灌注桩,多属于此种情况。,（三）刺入破坏,4.3.3,桩侧负摩阻力,桩土之间相对位移的方向决定了桩侧摩阻力的方向，当桩周土层相对于桩侧向下位移时，桩侧摩阻力方向向下，称为,负摩阻力,。,正摩阻,负摩阻,引起桩侧负摩阻力的条件是：,桩侧土体下沉必须大于桩的下沉,。,1.,负摩阻力发生的条件,在软土地区，大范围地下水位下降，使桩周土中有效应力增大，导致桩侧土层沉降；,2),桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面有大面积堆载（包括填土）时；,3),桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层时；,4),冻土地区，由于温度升高而引起桩侧土的缺陷。,2,、桩侧负摩阻力的分布规律,对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻力；,对于一般桩,因为桩土都有变形,视二者的相对位移量和方向而变。,桩周土与桩截面沉降相等，两者无相对位移发生，其摩阻力为零，这种摩阻力为零的点称为,中性点,l,n,Negative,土位移,S,s,桩位移,S,p,-,+,摩阻力,轴向力,N,中性点,3.,减少桩侧负摩阻力影响的措施,1,）在桩的中性点以上部分涂一薄层涂料，以降低负摩阻力，常用沥青涂层，价格便宜，效果比较好。,2,）对钢桩再,加,一层厚度为,3mm,的,塑料薄膜,(,兼作防锈蚀用,),；,3,）对现场灌注桩也可在,桩与土之间灌注斑脱土浆,等方法，来消除或降低负摩阻力的影响。,4.4,单桩竖向承载力的确定,单桩的承载力：,是指单桩在竖向荷载作用下，不丧失,稳定性,、不产生,过大变形,时的承载能力。,单桩的竖向承载力主要取决于两方面,：,一是地基土对桩的支承能力；,二是桩身的材料强度,。,一般情况下，桩的承载力由地基土的支承能力所控制，材料强度往往不能充分发挥，只有对端承桩、超长桩以及桩身质量有缺陷的桩，桩身材料强度才起控制作用。,4.4.1,按材料强度确定,按桩身材料强度确定单桩竖向承载力时，可将桩视为轴心受压构件，根据桩材按,混凝土结构设计规范,(GB50010-2012),或钢结构规范计算。对于钢筋混凝土桩：,混凝土预制桩，预应力混凝土空心桩取,0.85;,干作业非挤土灌注桩取,0.9;,泥浆护壁和套管护壁非挤土灌注桩，部分挤土灌注桩及挤土灌注桩取,0.7-0.8;,软土区挤土灌注桩取,0.65;,注意：当桩顶以下,5d,范围内桩身箍筋间距不大于,100mm,，且符合相关构造要求时才考虑纵向主筋对桩身受压承载力的作用。,静载荷试验是评价单桩承载力最为直观和可靠的方法，其除了考虑到地基土的支承能力外，也计入了桩身材料强度对承载力的影响。对于甲级、乙级建筑基桩，必须通过静载荷试验。在同一条件下的试桩数量，不宜少于总数的,1%,，并不少于,3,根,。工程总桩数在,50,根,以内时不应少于,2,根,。,4.4.2,按单桩竖向抗压静载荷试验确定,单桩竖向极限承载力标准值：,单桩在竖向荷载作用下达到破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的,最大荷载,。,次梁,锚筋,锚桩,主梁,千斤顶,百分表,基准柱,（,1,）静载荷试验装置及其方法：,试验装置主要由,加荷稳压,、,提供反力,和,沉降观测,三部分组成。,锚桩桁架法,试验时加载方式通常有,慢速维持荷载法,、,快速维持荷载法,、,等贯入速率法,、,等时间间隔加载法,以及,循环加载法,。,工程中最常用的是,慢速维持荷载法,，即逐级加载，每级加载值为单桩承载力特征值的,1/8-1/5,，当每级荷载下桩顶沉降量小于,0.1mm/h,时，则认为已趋于稳定。然后施加下一级荷载直到试桩破坏，再分级卸载到零。,当出现下列情况之一时即可终止加载：,某级荷载下，桩顶沉降量为前一级荷载下沉降量的,5,倍；,某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的,2,倍，且经过,24,小时尚未达到相对稳定；,已达到设计要求的最大加载量或达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大质量时。,当荷载,-,沉降曲线为缓变型时，可加载至桩顶总沉降量,60-80mm,，特殊情况下可按具体要求加载至桩顶累计沉降量超过,80mm,。,（,2,）终止加载条件：,根据沉降随荷载的变化特征确定：,此外，也可根据终止加载条件中的,前一级荷载值作为,根据沉降量确定,：,对于陡降型,Qs,曲线，可取曲线,发生明显陡降的起始点所对应的荷,载为,；,（,3,）,按试验结果,确定单桩竖向极限承载力 ：,对于缓变型,Qs,曲线，一般可取,s=40,60mm,对应的荷载值为,对于大直径桩可取,所对应的荷载值。,测出每根试桩的极限承载力值后，通过统计确定单桩竖向抗压极限承载力。,1,）参加统计的所有试桩，当满足其级差不超过平均值的,30%,时，取平均值为单桩竖向抗压极限承载力。,2,）若级差超过平均值的,30%,，应分析级差过大的原因，结合工程具体情况综合确定，必要时增加试桩数量；,3,）对桩数为,3,根或,3,根以下的柱下承台，或工程桩抽检数少于,3,根，应取低值。,单桩竖向承载力特征值,R,a,的确定：,4.4.3,按经验公式法确定,（,1,）对直径,d 1=11,1.,端承型群桩基础,端承型群桩基础中各根单桩的工作性状接近于独立单桩，故,1,。,由于桩的变形很小，桩间土基本不承受荷载，群桩基础的承载力就等于各单桩的承载力之和，群桩的沉降量也与单桩基本相同，故可不考虑群桩效应。,2.,摩擦型群桩基础,应力重叠,沉降增加,单桩承载力下降，,1,。,当,桩距小于,3,d,（,d,为桩径）时，桩端处应力,重叠,现象,严重,；当桩距,大于,6,d,时，应力,重叠,现象,较小,。,对打入,较疏松的砂类土和粉土中的挤土群桩,，其桩间土和桩端土被明显挤密，所以群桩效应系数,常大于,1,。,3.,承台底面贴地的影响,由摩擦型桩组成的群桩基础，当其承受竖向荷载而沉降时，承台底面一般与地基土紧密接触，因此承台底面必产生土反力，从而分担了一部分荷载，使桩基承载力随之提高。考虑到一些因素可能会导致承台底面与基土脱开（例如挤土桩施工时产生的孔隙水压力会在承台修筑后继续消散而引起地基土固结下沉），,为了保证安全可靠，设计时一般不考虑承台贴地时承台底反力对桩基承载力的贡献。,结论,设计群桩基础时，,一般可不考虑群桩效应对单桩竖向承载力的影响，即取群桩效应系数,1,，但对,摩擦型桩基、设计等级为甲级以及部分乙级的建筑物桩基必须进行沉降验算，,以确保桩基沉降不超过允许值。,复合桩基：,由,基桩和承台下地基土,共同承担荷载的桩基础。,复合基桩：,单桩及其对应面积的承台底地基土,组成的,复合承载基桩。,复合桩基中基桩的承载力含有承台底的土阻力，,故称为复合基桩。,软土层,4.6.2,复合基桩的竖向承载力特征值,基桩竖向承载力特征值,R,：,不考虑承台效应：,基桩,考虑承台效应：,复合基桩,端承型桩基、桩数少于,4,根的摩擦型桩基、土性特殊、使用条件等因素不宜考虑承台效应时：,对符合下列条件的摩檫性桩基，宜考虑承台效应：,1,、上部结构整体刚度较好、体型简单的建（构）筑物；,2,、对差异沉降适应性较强的排架结构和柔性构筑物；,3,、软土地基的减沉复合疏桩基础。,考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值,R,：,承台效应系数,f,ak,承台底,1/2,承台宽度深度范围（,=5m,）内各土层地基承载力特征值按厚度加权的平均值；,计算基桩所对应的承台底净面积,承台平面,承台效应系数,c,承台平面,例题：,某预制桩桩径为,400mm,，桩长,10m,，穿越厚度,l,1,=3m,，液性指数,I,L,=0.75,的黏土层，进入密实的中砂层，长度,l,2,=7m,。桩基同一承台中采用,3,根桩，试确定该预制桩的竖向极限承载力标准值和基桩竖向承载力特征值。,解：由表,4.6,查得桩的极限侧阻力标准值,q,sik,为：,黏土层：,I,L,=0.75,，,q,sik,=,55-70kPa,，取,q,sik,=,60kPa,；,中砂层：密实，,q,sik,=,74-95kPa,，,取,q,sik,=,80kPa,；,由表,4.7,查得桩的极限端力标准值,q,pk,为：,密实中砂，,l,=10m,，查得,q,pk,=5500-7000kPa,，取,q,pk,=6000kPa,故单桩竖向极限承载力标准值为：,因为该桩基础桩数不超过,3,根的非端承型桩基，可不考虑承台效应，可求得基桩竖向承载力特征值为：,