《桩的承载力》PPT课件.ppt

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1、R取决于三个方面：(三者同时兼顾，并取最小值),桩本身材料强度；,上部结构的容许变形值；,土层的支承能力。,6.3桩的承载力,桩的承载力确定的重要性,本节内容包括：单桩竖向承载力的确定单桩抗拔承载力单桩水平承载力桩身材料验算群桩竖向承载力的确定桩侧负摩阻力,确定依据：建筑桩基技术规范JGJ94-2008 建筑地基基础设计规范GB50007-2011,6.3.1 单桩竖向承载力的确定,桩基静载荷试验、经验公式法,静载荷试验是确定单桩承载力及其沉降特性的最基本的方法。根据反力装置的不同可分为：锚桩法，堆载法，锚桩堆载联合法，自平衡法等，其加载一般均采用油压千斤顶，自平衡法采用荷载箱。测试方法可分为

2、慢速维持载荷法(稳定)、快速维持载荷法(每级荷载维持1h)、等贯入速率法（CRP法）(桩顶按等速率贯入于土中)、平衡法和各种循环加载试验方法等。,建筑桩基设计规范法,试验装置及方法：,锚桩法加载装置,压重法加载装置,1)、桩基静载荷试验方法,规范规定：一级建筑物；试桩数n总桩数1，且3根；试桩时间规定。,加载方式-采用慢速维持荷载法：,荷载分级 每级荷载 P=(0.2-0.125)R 或 P=(0.1-0.067)Pu,沉降观测-测读S时间(5,10,15;15,15,15,15;30,30,至稳定)；,稳定标准,在Qi，Si0.1mm/hour,并连续出现两次,试验要点:,QS曲线有陡降段，

3、且S总40mm;,2)S总40mm后，续增两级Q；仍无陡降段；,终止加荷条件,5)S很小，且Pmax达到设计荷载的2倍；,4)Si2Si-1，且经24小时尚未达到相对稳定；,3)Si5Si-1；,6)已达锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量。,分级卸荷至零,卸载、测记,西攀高速公路桩基静载试验,A、QS曲线拐点法,取明显拐点处荷载为Qu；,QS无陡降段时，一般Qu取S4060mm处相应荷载。,对于d(b)550mm的预制桩，在Qi+1作用下，,其,单桩竖向极限承载力实测值Qu,B、Slogt曲线(沉降速率)法,特点：,取明显下弯的前一级荷载值为极限承载力,C、SlogQ法,特点：,单桩竖向极限承

4、载力标准值Quk,Sn0.15时，Quk=Qum；Sn0.15时，Quk=Qum。,折减系数,Qui/Qum的标准差,Quk=Qpk+Qsk=qpkAp+uqsikli,2)、按土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定Quk,中、小工程常采用,Ap桩身的横截面积(m2)；u 桩身周边长度(m)；li 按土层划分的各段桩长(m)。,p、si 大直径桩端阻、侧阻尺寸效应系数,大直径桩：,Quk=Qpk+Qsk=pqpkAp+usiqsikli,3)、单桩承载力特征值Ra的确定,K-安全系数，取2,极差要求同浅基。即(PumaxPumin)30%时，Ru=Pum。如超过30，增加试桩数、分析原因。

5、,单桩竖向极限承载力标准值Ru,建筑地基基础设计规范法,1)、静载荷试验确定,静载荷试验、经验公式,Ra=Ru/K,单桩竖向承载力特征值Ra,Ru-单桩竖向极限承载力标准值，由静载荷 试验确定；K-安全系数，取2.0。,摩擦桩：Ra=qpaAp+upqsiali,端承桩：Ra=qpaAp,式中：Ra 单桩竖向承载力特征值(kN)；,2)、按土的物理指标与承载力参数,qPa 桩端土的承载力特征值(kPa)，对于钻、挖、冲孔灌注桩可按地区经验确定或现行有关规范表格查取，预制桩可按表8.3-8.5选用；,qsia 桩周土的摩擦力特征值(kPa)，对于钻、挖、冲孔灌注桩可按地区经验确定或现行有关规范表

6、格查取，预制桩可按表8.6-8.7选用。,静力触探法 P255标准贯入法-N动力法 根据桩体被激振以后的动力 响应特征来估计单桩承载力 的一种间接方法。包括打桩公式和动测法。,单桩承载力确定的其它方法,打桩公式 通过能量分析来判定桩的承载力 能量守恒的基本原理 动测法 锤击贯入法 Smith波动方程法 Case波动方程法 PDA打桩分析仪,单桩竖向承载力确定小结：,Ru,Quk=Qpk+Qsk=qpkAp+uqsikli,Qu,Ra=qpaAp+upqsiali,6.3.2 单桩抗拔承载力,一级建筑物通过现场单桩上拔静载荷试验确定；二、三级建筑物可按当地经验或下式计算：,1)、单桩抗拔极限承载

7、力标准值,Uk=iqsik u ili,抗拔系数,2)、单桩抗拔承载力设计值,建筑桩基设计规范法,经验公式,Td=(u piqsili)/K+0.9W,6.3.3 单桩水平承载力,单桩的水平承载力取决于桩的材料强度、截面刚度、入土深度、桩侧土质条件、桩顶水平位移允许值等。实际工程中，通过设置斜桩来承受水平荷载。,6.3.4 桩身混凝土强度要求,fc 混凝土的轴心抗压设计强度(kPa)，按现行 混凝土结构设计规范 取值；,Ap 桩身的横载面面积(m2)；,c 工作条件系数，预制桩0.75，灌注桩0.6-0.7(水下或长桩取低值),Q 相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值(KN)；,例8.1

8、一级建筑，钢筋砼管桩，桩长16m，d=550mm。建筑桩基技术规范（JGJ94）,Qpk=qpkAp=120000.23762851.2kN,Qsk=uqsikli1.728（）1707kN,2276kN,建筑地基基础设计规范（GB50007）,Ra=qpaAp+upqsiali=62500.2376+1.728（）1485+817=2302kN,例8.2 根据静载荷试验结果 p-s曲线计算R或Ra,Quk=4400kN,Ra=Ru/K=4400/2=2200kN,建筑桩基技术规范,建筑地基基础设计规范,=2200kN,群桩承载力计算,群桩概念；群桩单桩关系如何？,群桩效应,竖向荷载作用下，由

9、于承台、桩、土相互作用群桩基础中的一根桩单独受荷时承载力和沉降性状，往往与相同地质条件和设置方法的同样独立单桩有明显差别，这种现象即为群桩效应。,1、群桩的特点,端承群桩(桩基)，简单；,摩擦桩基，见图,桩端处：z群z单,；S群S单,桩身摩阻力与桩端阻力的分配,影响R群的因素有：桩数、桩距、桩径、土性、桩长、群桩平面形状等。,群桩效应系数,群桩的极限承载力Rn,群桩中各根单桩极限承载力之和nR,群桩效应系数越小，群桩承载力越低，沉降和沉降比越大，,沉降比：群桩沉降量sn与单桩沉降量s之比。,模型及载荷试验表明：,1、桩距增大时，提高；,2、桩距相同时，桩数越多，越低；,3、桩距增大至一定值后，

10、增加不显著；,可见，桩距，桩数及排列是主要因素，规范归纳为如下原则：,端承桩和桩数n9根的摩擦桩以及条形基础下不超过两排的摩擦桩，其群桩的竖向抗压承载力为各单桩竖向抗压承载力的总和。,桩距s6d，桩数n9根的摩擦桩基，可视作一假想的实体深基础，进行基础下地基承载力验算和沉降计算。,关于实体深基础法计算群桩承载力的探讨王向余,王成华,李绍飞,饱和粘性土,C、U、G分别表示饱和粘性土，非饱和粘土、粉土,无粘性土。例如:U-s30L20m4n3表示非饱和粘性土或粉土中s=3.0d，L=20 m，m=4，n=3的群桩基础。,当桩距较小(s3d)、桩径较小、桩长较长、土质不太硬时,值是接近或略大于1的，

11、与一些现场模型试验结果(如刘金砺、黄强等,1991)是比较吻合的。当桩距较大、桩径较大、桩长较短、土质较硬时,计算得到的值就比较大，如土的不排水剪强度cu=120 kPa、d=0.7 m、s/d=6.0、L=15 m、mn=43时,算得=6.593,与实际相差很多，这说明不能形成所谓的等代墩基，实体深基础法已不适用于计算承载力，得到与实际不符的过大的群桩承载力。,无粘性土,在桩距较小(s=2.0d)时，用实体深基础法计算所得到的值是与实际吻合较好的，说明此时群桩呈整体破坏。随着s的增大，算得的值迅速增大,比实际值大很多，说明群桩呈非整体破坏，利用实体深基础法来计算群桩极限承载力已不适用，会得到

12、与实际不符的过高的群桩承载力。,非饱和粘性土、粉土,非饱和粘性土、粉土中的群桩效率系数值介于饱和粘性土与无粘性土之间,各影响因素对的影响也大致是介于二者之间的。,当桩的排数较少(如n=2)时,值随桩数的增加而增大,表现为无粘性土的性质;当桩的排数较多(如n3)时,值随桩数的增加而减小,表现为饱和粘性土的性质。可见,桩数及其排列对的影响也是介于饱和粘性土与无粘性土之的。,结论实体深基础法只是在一定的其它条件下(土质条件、桩数及其排列、桩长、桩径)的某一较小的距径比范围内才适用，否则，会得到与事实不符的过高的群桩承载力(尤其是在无粘性土中)，是偏于不安全的。,承台效应:,复合桩基：考虑桩群、土和承

13、台的相互作用效应的桩基。,复合单桩：含有承台底土阻力贡献在内，复合基桩中的单桩。,指承台不仅起联结多根桩和传递荷载的作用，而且还具有类似于浅基础的承载能力。,文章编号:1009-0185(2004)03-0015-0低承台复合桩基承台分担荷载作用分析金菊顺肖立凡吉林建筑工程学院土木工程系,从图中可知，无承台单桩由弹性状态进入承载力极限状态所需的变形量远较有承台单桩要小。这就说明，当相同沉降时，有承台的单桩承载力大大高于无承台单桩承载力。因为承台与桩的相互作用、共同工作及承台分担荷载使得承载力提高，所以承台的分担作用不可忽视。,例如：新加坡某大直径桩支承于软岩中，建至17层时，实测筏式承台分担荷

14、载比为40%(Leung etal 1985)。英国伊丽莎白女皇二世会议中心大厦的桩筏基础，桩径d=1.8 m，桩距3.8 d5.6 d，承台分担荷载70%。我国的软土地区上海某25层框筒结构的楼桩箱基础，承台分担荷载约26%(金宝森、肖辉祥等1991)。山东省三个水闸钻孔桩基础的实测表明，承台底土反力能长期稳定在20 kPa25 kPa，相当于上部荷载的21%26%(牟王玮1981)。以上这些工程实例表明，考虑承台的荷载分担作用更为接近实际，且承台的分担作用与承台底土的强度，承台的尺寸，桩长等因素有很大关系。,桩基中承台分担荷载比除了与承台底土的强度有关外,还与承台、桩的几何形状与尺寸有关。

15、承台面积对承台荷载分担比影响：,桩长为8m,桩长为5m,桩长对承台荷载分担比的影响：,L=1.61.6,L=11,结论承台不只是单纯用作桩帽、作联系构件，它可以与桩共同承担荷载。具浅基础功能，可以充分发挥桩间土的承载能力，可提高桩基承载力。实践和计算也证明了承台底面反力可分担荷载约10%65%。如果能合理的选择承台尺寸、桩距、桩长，可充分发挥桩基的承载力，提高桩基的经济效益，亦有节约资金之潜力。,1）地基强度验算,假想实体深基础如图,建筑地基基础设计规范法,不考虑群桩效应：Rn=nR。考虑群桩效应：假想实体深基础。,2、群桩的承载力计算,式中：a0,b0 分别表示矩形承台下桩群外缘的长度和宽度

16、(m)；,0 为桩长范围内各土层(厚度为hi)内摩擦角i的加权平均值。即,在中心荷载下要求桩尖平面处压应力p满足：,在偏心荷载下，除满足上式外，尚应满足：,式中：Fk 上部结构传至基础顶面的竖向力设计值(kN)；,Gk 桩尖平面以上假想基础内桩与桩周土自重设计值(kN)，Gk=A(d+h)G，G为桩土平均重度，一般可取G=20kN/m3，地下水位以下取浮重度；,Mx，My 作用于桩尖平面处外力对该平面重心的x、y轴的力矩设计值(kNm)；,Wx，Wy 假想实体基础底面分别对x、y轴的抵抗矩(m3)；,f 桩尖平面处地基土的承载力设计值(kPa)。,当桩端以下主要受力层范围内存在软弱下卧层时，还

17、应计算图验算软弱下卧层，算法与浅基础相似。,2）桩基中各桩的受力验算,轴心受压时，,式中：Qk 桩基中单桩所受的外力设计值(kN)；,Gk 桩基承台自重设计值及承台上土的自重标准值(kN)；,n 桩数。,当偏心受压时,式中：xi，yi 第i根桩分别至通过桩群重心的y轴和x轴的距离(m)；,Mx，My 作用于桩群上的外力对通过桩群重心的x轴和y轴的力矩设计值(kNm)；,其余符号意义同前。,离桩群横截面形心最远处(坐标为xmax、ymax)的桩所承受的荷载最大，即Qmax。要求其满足下列条件：,除要求满足上式外，还应同时满足轴心受荷时要求。,不考虑群桩效应和承台效应：端承桩或n=13的非端承桩。

18、,建筑桩基设计规范法,考虑承台效应：,桩侧负摩阻力,1、概念,当桩围土层由于某种原因相对于桩向下位移时，桩侧摩阻力方向向下，称为负摩阻力。,原因：1)桩穿过欠压密的软粘土或新填土，而支承于较坚硬的土层时；2)桩周软土的表面有大面积堆载或新填土时；3)地下水位全面下降时；4)在饱和粘性土地基中，群桩施工结束后，若桩尖持力层较硬，会引起负摩擦力；,5)水下桩基，新形成的欠固结的淤泥层随时间而固结沉降，从而将会产生一定的负摩擦力；6)采用压桩法沉桩的桩基中，压力解除后土的回弹作用将使桩侧土产生负摩擦力，会使桩的承载力有所降低；7)设在膨胀土地基中的桩,土的收缩而对桩产生负摩擦力的作用具有一定的不确定性等。,2、中性点及其深度,3、负摩阻力的数值 与作用在桩侧的有效应力成正比；负摩阻力的极限值近似地等于土的不排水剪强度。,4、单桩负摩阻力标准值,当降低地下水时：,当地面有满布荷载时：,5、下拉荷载标准值,6、考虑负摩阻力基桩承载力验算,摩擦型基桩：,端承型基桩：,桩的破坏模式,破坏模式取决于,桩周、桩端土；,桩的尺寸；,桩的类型。,屈曲破坏,整体剪切破坏,刺入破坏,End,