桩基沉降、负摩阻力、水平承载力.ppt

随着建筑物越来越高大，所遇到的地质条件日趋复杂，特别是考虑桩间土承担一部分荷载后，沉降已成为一个控制条件，使得桩基沉降计算成为桩基设计的一个重要内容。,4.4 桩基础沉降的计算,地基基础设计等级为甲级建筑物的桩基。体型复杂或桩端以下存在软弱土层的设计等级为乙级建筑物桩基。对沉降有严格要求的建筑物桩基。摩擦型桩基。,桩基础沉降的计算范围,需要进行沉降计算：,嵌岩桩、设计等级丙级建筑物桩基，对沉降无特殊要求的条形基础下不超过两排桩的桩基。吊车工作制级别A5级A5以下的单层工业厂房桩基（桩端下为密实土层）。,不需要沉降计算的情况：,变形特征值桩基变形可用下列指标表示：沉降量、沉降差、倾斜。计算桩基础变形时，变形指标可按下述规定选用：对于砌体承重结构应由局部倾斜控制；对于框架结构应由相邻柱基的沉降差控制；对于多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜值控制。桩基变形容许值同浅基础规定。,桩基变形容许值,4.4.1 单桩沉降的计算,在竖向荷载作用下单桩沉降由三部分组成：（1）桩身弹性压缩引起的桩顶沉降；（2）桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力以压力扩散角，致使桩端下土体压缩而产生的桩端沉降；（3）桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。,目前单桩沉降计算方法主要有下述几种：（1）荷载传递分析法；（2）弹性理论法（3）剪切变形传递法：（4）有限单元分析法（5）其他简化方法。这些计算方法的详尽介绍参见有关书籍。,4.4.2 群桩沉降的计算,群桩沉降组成：,桩间土的压缩变形（包括桩身压缩、桩端贯入变形）；,桩端平面以下压缩变形。,不计桩身压缩量及桩与土间的相对位移，以假想基础为刚性整体，验算桩端以下土沉降。,地基基础规范GB50007推荐的群桩沉降的计算,计算方法：单向压缩分层总和法：,式中 s桩基最终计算沉降量（mm）；m桩端平面以下压缩层范围内土层总数；Esj,i 桩端平面以下第j层土第i个分层在自重应力至自重应力加附加应力作用段的压缩模量（MPa）；nj桩端平面下第j层土的计算分层数；,hj,i 桩端平面下第j层土第i个分层厚度（m）；j,i桩端平面下第j层土第i个分层的竖向附加应力(kPa)；p桩基沉降计算经验系数，各地区根据当地的工程实测资料统计对比确定；,地基内的应力分布宜采用各向同性均质线性变形体理论按实体深基础（s6d）或其他方法(包括明德林应力公式方法)计算：,（1）实体深基础（s6d）,沉降计算方法同前基础,实体深基础桩基沉降计算经验系数应根据地区桩基础沉降观测资料及经验统计确定。不具备条件时，p按下表选用：,实体深基础桩底平面处的基底附加压力p0k按下列方法考虑:1）考虑扩散作用时：,地下水位以下扣除浮力。,2）不考虑扩散作用时：,G桩基承台及承台上土自重；,Gfk实体深基础的桩基桩间土自重；,m实体深基础底面以上各层土的加权平均重度。,明德林应力（Mindlin）公式,单桩荷载分担,地基应力：,第k根桩的端阻力在深度z处产生的应力:,第k根桩的侧摩阻力在深度z处产生的应力:,对于一般摩擦型桩，可假定桩侧摩阻力全部是沿桩身线形增长的（=0），则：,采用上式计算时，桩端阻力比。和桩基沉降计算经验系数p应根据当地工程的实测资料统计确定。,4.5桩的负摩问题,(1)桩周附近地面大面积堆载(2)大面积降低地下水位(3)欠固结土,新填土(4)湿陷性黄土遇水湿陷(5)砂土液化、冻土融解,4.5.1 负摩擦的产生条件,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。,负摩擦力的确定：负摩阻力成为荷载的一部分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,4.5.2 负摩擦力的计算,O1中性点Qn下拉荷载,单桩产生负摩阻力时的荷载传递,（1）中性点的位置,影响因素：与桩周土的性质和外界条件(堆载、降水、浸水等）变化有关。,（2）负摩阻力强度,（3）下拉荷载计算,2.群桩负摩阻力计算,群桩中任一基桩的下拉荷载,4.5.3 解决方法：1）通过计算预估下沉的沉降量。2）在预制桩表面涂一层薄层沥青3）灌注桩在桩土之间加一层土浆，减少摩擦力。,4.6 桩的水平承载力,桩基受水平荷载：风荷载地震作用、机械制动力、土压力、水压力、波浪、撞击等。桩型：斜桩、竖直桩。当水平荷载与竖向荷载的合力与竖直线的夹角不超过5,4.6.1 水平荷载下桩的工作性状桩在水平荷载下承载能力极限状态：（1）桩身在水平荷载下破坏。（2）桩顶水平位移超过建筑物允许变形值。,影响桩基水平承载力因素：桩的断面尺寸、刚度、材料强度、入土深度、间距、桩顶嵌固程度、土质条件、上部结构水平位移允许值。,刚性桩：桩的水平承载力主要由桩的水平位移和倾斜控制。（图（a）,桩的刚度与入土深度的影响,称为刚性桩。,柔性桩：桩身在某处产生较大弯矩，可能出现屈服。桩的水平承载力主要由桩的水平位移和桩的材料强度控制。,半刚性桩、柔性桩统称为柔性桩（图（b）,称为半刚性桩。,称为柔性桩。,单桩的水平承载力的确定方法有：理论分析、静载试验。,4.6.2 水平受荷弹性桩的计算1.基本假定线弹性地基反力分析法：x=KxxKx地基水平抗力系数，根据Kx 的假定不同，可分为以下四种方法:,图4-23 地基水平抗力系数的分布图式,常数法：常数法假定地基系数Kx沿深度为均匀分布，不随深度而变化，即KxKh，(kNm3)为常数。,“K”法：假定在桩身挠曲曲线第一挠曲零点所示深度处以上地基系数Kh随深度增加呈凹形抛物线变化；该点以下，地基系数Kh不再随深度变化而为常数KhK。,“m”法：假定地基系数Kx随深度成正比例地增长目前我国应用较多，Kx=mz。,“c值”法：假定地基系数Kh随着深度成抛物线规律增加，即Kh=cz1/2，c为常数，随土类不同而异。在我国多用于公路交通部门。,2.计算参数（1）桩的截面计算宽度b0为：,Kf桩的形状系数，圆形桩Kf=0.9，方形桩Kf=1.0；d桩的直径，方形截面时为桩的边长。,水平荷载下桩内力及位移理论分析m法,（2）钢筋混凝土桩的抗弯刚度EI=0.85EcI0（3）抗力系数Kh=mz中的m值，宜采用试验值，无试验资料时，参考表4-6。桩侧为多层土时，按hm=2(d+1)范围内m值得加权平均值。例如：两层土时：,地基土水平抗力系数的比例常数m 表4-6,3.单桩计算,（1）确定桩顶荷载：,N0影响很小可忽略不计，P（Z）=kxxb0=mzxb0。上式变为：,（2）桩的挠曲微分方程,采用幂级数对上式进行求解，得出桩身z处的内力与位移：,桩顶水平位移桩的无量纲深度不同，桩端约束条件不同，其水平荷载下桩的工作性状也不同。下表给出了相应的位移系数Ax、Bx值，利用基本表达式即可求出桩顶位移，或桩顶允许的水平荷载。,各类桩的桩顶水平位移系数,（3）桩身最大弯矩及位置根据最大弯矩截面剪力为零的条件得到。计算步骤如下：1、计算C=M/H0，查表4-7确定有关参数：,表4-7时按l4.0/编制，当l4.0/时，可查有关设计手册。,确定桩身最大弯矩截面系数C及最大弯矩系数C 表4-7,一般当桩的入土深度达到4.0/时，桩身的内力及位移几乎为零，在此深度以下，桩身只需按构造配筋或不配筋。,4.6.3 单桩水平静载试验,1 试验装置,图8.16单桩水平静载试验装置,慢速连续加载法模拟桥台、挡墙等长期静止水平荷载的连续荷载试验，类似于垂直静载试验慢速法。单向单循环恒速水平加载法,2 试验加载方法 单向多循环加载法 模拟风浪、地震力、制动力、波浪冲击力及机器扰力等循环性动力水平荷载。,3.终止加载条件（1）桩身折断。（2）桩顶水平位移超过30-40mm（软土取40mm）。（3）桩侧地面出现明显裂缝或隆起。（4）所加水平荷载已超过按下述方法确定的极限荷载。,4.试验资料整理根据试验可绘制出如下四种曲线,图4-26 水平静载试验H0-t-x0曲线,5.确定水平临界荷载Hcr和极限荷载Hu,水平静载试验H0-x0曲线,水平静载试验H0-x0/H0曲线,水平静载试验H0-g曲线,4.4.6 单桩水平承载力特征值（1）应通过荷载试验确定，必要时采用带承台桩的荷载试验。宜采用慢速维持荷载法。（2）混凝土预制桩、钢桩、桩身配筋率大于0.65%的灌注桩，可取x0=10mm(对于水平变位敏感的建筑物取x0=6mm）所对应的荷载作为单桩水平承载力特征值。（3）对于桩身配筋率小于0.65%的灌注桩，可取临界荷载Hcr。,（4）当缺少试验资料，可估算桩身配筋率小于0.65%的灌注桩单桩水平承载力特征值。,（4）当缺少试验资料，可估算预制桩、钢桩、桩身配筋率大于0.65%的灌注桩等的单桩水平承载力特征值。,式中：EI桩身抗弯刚度，对于混凝土桩，EI=0.85EcI0。,桩顶允许水平位移。,桩顶水平位移系数，按表4-8取值。,