第三节单桩竖向极限承载力

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,*,第三节 单桩竖向极限承载力,第四章 桩基础和深基础,主讲 翟聚云,一、竖向荷载作用下单桩的工作机理,单桩竖向荷载的传递,一般说来，靠近桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥，由于发挥桩端阻力所需的极限位移，明显大于桩侧阻力发挥所需的极限位移，侧阻力先于端阻力发挥出来。,第三节,单桩竖向极限承载力,第三节,单桩竖向极限承载力,单桩荷载传递示意图,（,a,）轴向受压桩；（,b,）桩身截面位移；（,c,）桩侧摩阻力分布；（,d,）桩身轴力分布,第三节,单桩竖向极限承载力,2.桩侧摩阻力和桩端阻力,桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥所需位移不同。,试验表明：桩端阻力的充分发挥需要有较大的位移值，在粘性土中约为桩底直径的25，在砂性土中约为桩底直径的810，对于钻孔桩，由于孔底虚土、沉渣压缩的影响，发挥端阻极限值所需位移更大。而桩侧摩阻力只要桩土间有不太大的相对位移就能得到充分的发挥，具体数量目前认识尚没有一致的意见，但一般认为粘性土为46，砂性土为10。,第三节,单桩竖向极限承载力,影响摩阻力和桩端阻力的其他因素主要有：,）深度效应,）成桩效应挤土桩、部分挤土桩的成桩效应,3.桩侧负摩阻力问题,第三节,单桩竖向极限承载力,1）负摩阻力产生的原因,在一般情况下，桩受轴向荷载作用后，桩相对于桩侧土体作向下位移，使土对桩产生向上作用的摩阻力，称正摩阻力(图4-16,a,)。,但是，当桩周土体因某种原因发生下沉，其沉降速率大于桩的下沉时，则桩侧土就相对于桩作向下位移，而使土对桩产生向下作用的摩阻力，即称其为负摩阻力(图4-16,b,)。,桩负摩阻力的发生将使桩侧土的部分重力传递给桩，因此，负摩阻力不但不能成为桩承载力的一部分，反而变成施加在桩上的外荷载，使桩的外荷载增大，桩承载力相对降低，桩基沉降加大，这在桩基设计中应予以注意。,第三节,单桩竖向极限承载力,桩负摩阻力能否产生，主要看桩与桩周土的相对位移发展情况。桩的负摩阻力产生的原因有：,(1)在桩基础附近地面大面堆载，引起地面沉降，对桩产生负摩阻力，对于桥头路提高填土的桥台桩基础，地坪大面积堆放重物的车间、仓库建筑桩基础，均要特别注意负摩阻力问题；,(2)土层中抽取地下水或其他原因，地下水位下降，使土层产生自重固结下沉；,(3)桩穿过欠固结土层（如填土）进入硬持力层，土层产生自重固结下沉；,(4)桩数很多的密集群桩打桩时，使桩周土中产生很大的超空隙水压力，打桩停止后桩周土的再固结作用引起下沉；,(5)在黄土、冻土中的桩，因黄土湿陷、冻土融化产生地面下沉。,第三节单桩竖向极限承载力,第三节,单桩竖向极限承载力,第三节,单桩竖向极限承载力,桩侧负摩阻力示意图,（,a,）受负摩阻力桩；（,b,）桩身截面位移；（,c,）桩侧摩阻力分布；（,d,）桩身轴力分布,桩侧下沉量有可能在某一深度处与桩身的位移量相等。在此深度以上桩侧土下沉大于桩的位移，桩身受到向下作用的负摩阻力；在此深度以下，桩的位移大于桩侧土的下沉，桩身受到向上作用的正摩阻力。正、负摩阻力变换处的位置，即称中性点，如图4-17中,O,1,所示。中性点位置取决于桩与桩侧土的相对位移，与作用荷载和桩周土性质有关。精确计算出中性点位置是比较麻烦和困难的，可按表4-6的经验值确定。,从上述可见，当桩穿过软弱高压缩性土层而支承在坚硬的持力层上时最易发生桩的负摩阻力问题。要确定桩身负摩阻力的大小，就要先确定土层产生负摩阻力的范围和负摩阻力强度的大小。,2）中性点及其位置的确定,第三节,单桩竖向极限承载力,中性点的位置取决于桩与桩侧土的相对位移，原则上应根据桩沉降与桩周土沉降相等的条件确定。要精确计算中性点的位置是比较困难的，多采用近似的估算方法，或采用依据一定的试验结果得出的经验值。工程实测表明，在可压缩土层,l,o,的范围内，中性点的稳定深度是随桩端持力层的强度和刚度的增大而增加的，其深度比,l,n,l,o,可按表4-2的经验取用。,第三节,单桩竖向极限承载力,第三节,单桩竖向极限承载力,中性点深度,l,n,持力层性质,粘性土、粉土,中密以上砂,砾石、卵石,基岩,中性点深度,l,n,l,o,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,精确计算负摩阻力是复杂而困难的。因此，单桩负摩阻力标准值的计算方法与公式都是近似的和经验性的，使用较多的有以下两种：,对于砂类土，也可按下式估算负摩阻力标准值,土类,饱和软土,0.15,0.25,粘性土、粉土,0.25,0.40,砂土,0.350.50,自重湿陷性黄土,0.20,0.35,第三节,单桩竖向极限承载力,对位于欠固结土层、湿陷性土层、冻融土层、液化土层、地下水位变动范围，以及受地面堆载影响发生沉降的土层中的预制混凝土桩和钢桩一般采用涂以软沥青涂层的办法来减小负摩阻力。,第三节,单桩竖向极限承载力,对穿过欠固结等土层支承于坚硬持力层上的灌注桩，可采用下列措施来减小负摩阻力：在沉降土层范围内插入比钻孔直径大50-100,mm,的预制棍疑土桩段，然后用高稠度膨润土泥浆填充预制桩段外围形成隔离层。对泥浆护壁成孔的灌注桩，可在浇筑完下段混凝土后填人高稠度膨润土泥浆，然后再插入预制混凝土桩段；,第三节,单桩竖向极限承载力,对干作业成孔灌注桩，可在沉降土层范围内的孔壁先铺设双层筒形塑料薄膜，然后再浇筑混凝土，从而在桩身与孔壁之间形成可自由滑动的塑料薄膜隔离层,。,第三节,单桩竖向极限承载力,二 单桩竖向极限承载力的确定,单桩竖向极限承载力是指单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形所对应的最大荷载。,单桩的竖向承载力主要取决于两方面，一是土对桩的支承能力，二是桩身的材料强度。,确定单桩竖向极限承载力的方法主要有静载荷试验法、经验参数法和静力触探法等。,第三节,单桩竖向极限承载力,单桩竖向极限承载力标准值,Q,uk,的确定规定如下：设计等级为甲级的建筑桩基应通过现场静载荷试验确定；设计等级为乙级建筑桩基，一般情况下，应通过单桩静载荷试验确定；地质条件简单，可参照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定；对设计等级为丙级建筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定。,第三节,单桩竖向极限承载力,1.静载荷试验法,规范规定，在同一条件下的试桩数量，不宜小于总桩数的1且不应小于3根。,由于打桩时对土体的扰动而降低的强度需经过一段时间的才能恢复，因此，预制桩在砂土中入土7天；粘性土不得少于15天；对于饱和软粘土不得少于25天；灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后，才能开始进行载荷试验的时间。,第三节,单桩竖向极限承载力,（1）静载荷试验装置及方法,第三节,单桩竖向极限承载力,单桩静荷载试验的装置,(a),锚桩横梁反力装置,(b),压重反力装置,第三节,单桩竖向极限承载力,单桩荷载,-,沉降（,Q-s,）曲线,单桩沉降,s-lgt,曲线,各试桩其极差不超过平均值的30%时，可取其平均值为单桩竖向极限承载力。极差超过平均值的30%时，宜增加试桩数量并分析离差过大的原因，结合工程具体情况确定极限承载力。,按地基规范将单桩竖向极限承载力除以安全系数2，为单桩竖向承载力特征值,R,a,。,将单桩竖向承载力设计值，应考虑桩侧阻端阻抗力分项系数以及群桩效应后由单桩竖向极限承载力确定。,第三节,单桩竖向极限承载力,2.静力触探法,根据静力触探资料，混凝土预制桩单桩极限承载力标准值可按下式计算：,单桥静探,双桥静探,第三节,单桩竖向极限承载力,其中 分别为单桩总极限侧阻力标准值和总极限端阻力标准值，可按单桥探头或双桥探头静力触探资料进行计算。,u,桩身周长；,用静力触探比贯入阻力值估算的桩周第,i,层土的极限侧阻力标准值；,L,i,桩穿越第,i,层土的厚度；,a,p,桩端阻力修正系数，桩入土深度小于15,m,时取0.75，大于15,m,小于30,m,取0.750.9，大于30,m,小于60,m,取0.9；,A,p,桩端面积；,p,sk,桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值（平均值）；,第三节,单桩竖向极限承载力,f,si,第层土的探头平均侧阻力；,q,c,桩端平面上、下探头阻力，取桩端平面以上4,d（,为桩的直径或边长）范围内按土层厚度的探头阻力加权平均值，然后再和桩端平面以下1,d,范围内的探头阻力进行平均；,a,桩端阻力修正系数，对粘性土、粉土取2/3，饱和砂土取1/2；,第,i,层土桩侧阻力综合修正系数，按下式计算：,粘性土、粉土：,砂土：,第三节,单桩竖向极限承载力,3.经验参数法,通过经验参数法确定的单桩极限承载力标准值也由总桩侧摩阻力和总桩端阻力组成，即,式中 分别为桩侧第,i,层土的极限侧阻力标准值和桩的极限端阻力标准值，一般按地区经验确定，当无地区经验时，按规范表格取值。,第三节,单桩竖向极限承载力,对于大直径桩（,d800mm），,当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，则应考虑桩侧阻、端阻的尺寸效应系数:,si,、,p,大直径桩侧阻尺寸效应系数、端阻尺寸效应系数，可按规范表格取值。,第三节,单桩竖向极限承载力,返回,