桩基沉降负摩阻力水平承载力课件.ppt

1、随着建筑物越来越高大，所遇到的地质条件日趋复杂，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。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 4.4 桩基础沉降的计算桩基础沉降的计算 地基基础设计等级为甲级建筑物的地基基础设计等级为甲级建筑物的桩基。桩基。体型复杂或桩端以下存在软弱土层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。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。对沉降有严格要求的建筑物桩基。摩

2、擦型桩基。摩擦型桩基。桩基础沉降的计算范围桩基础沉降的计算范围需要进行沉降计算需要进行沉降计算 ：嵌岩桩、设计等级丙级建筑物桩嵌岩桩、设计等级丙级建筑物桩基，对沉降无特殊要求的基，对沉降无特殊要求的条形基础下条形基础下不超过两排桩的桩基。吊车工作制级不超过两排桩的桩基。吊车工作制级别别A5级级A5以下的单层工业厂房桩基以下的单层工业厂房桩基（桩端下为密实土层）。（桩端下为密实土层）。不需要沉降计算的情况：不需要沉降计算的情况：变形特征值变形特征值桩基变形可用下列指标表示：桩基变形可用下列指标表示：沉降量、沉降差、倾斜。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：计算桩基础

3、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。应由倾斜值控制。桩基变形容许值桩基变形容许值同浅基础规定同浅基础规定。变形特征变形特征容许值容许值砌体承重结构基础的局部倾斜砌体承重结构基础的局部倾斜0.0020.002工业与民用建筑相邻柱基的沉降差工业与民用建筑相邻柱基的沉降差（1 1）框架结构）框架结构（2 2）砖石墙填充的边排柱）砖石墙填充的边排柱（3 3）当基础不均匀沉降是不产生）当基础不

4、均匀沉降是不产生附加应力的结构附加应力的结构0.002l00.007l00.005l0单层排架结构（柱距为单层排架结构（柱距为6m6m）柱基的）柱基的沉降量（沉降量（mmmm）120120桩基变形容许值桩基变形容许值 4.4.1 4.4.1 单桩沉降的计算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：在竖向荷载作用下单桩沉降由三部分组成：（1 1）桩身弹性压缩引起的桩顶沉降；）桩身弹性压缩引起的桩顶沉降；（2 2）桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力以）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压力扩散角，致使桩端下土体压缩而产生的桩端沉降；桩端沉降；（3 3）

5、桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的）桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。桩端沉降。目前单桩沉降计算方法主要有下述几种：目前单桩沉降计算方法主要有下述几种：（1 1）荷载传递分析法；）荷载传递分析法；（2 2）弹性理论法）弹性理论法（3 3）剪切变形传递法：）剪切变形传递法：（4 4）有限单元分析法）有限单元分析法（5 5）其他简化方法。）其他简化方法。这些计算方法的详尽介绍参见有关书籍。这些计算方法的详尽介绍参见有关书籍。4.5桩的负摩问题桩的负摩问题负摩阻负摩阻正摩阻正摩阻(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

6、、冻土融解负摩阻负摩阻4.5.1 4.5.1 负摩擦的产生条件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。于桩的下沉。负摩擦力的确定：负摩阻力成为荷载的一部负摩擦力的确定：负摩阻力成为荷载的一部分分对于下部为岩石的端承桩对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻力可能全桩为负阻力,对于一般桩对于一般桩,因为桩土都有变形因为桩土都有变形,视二者的相对视二者的相对位移量和方向位移量和方向4.5.2 负摩擦力的计算负摩擦力的计算QnNl=Q+(Qn-Qs)Qn-QsQsO1中性点中性点Qn下拉荷载下拉荷载单桩产生负摩阻力时的荷载传递

7、单桩产生负摩阻力时的荷载传递（1）中性点的位置）中性点的位置影响因素：与桩周土的性质和外界条件影响因素：与桩周土的性质和外界条件(堆载、降水、堆载、降水、浸水等）变化有关。浸水等）变化有关。（2）负摩阻力强度）负摩阻力强度（3）下拉荷载计算）下拉荷载计算nininipnluF 12.群桩负摩阻力计算群桩负摩阻力计算群桩中任一基桩的下拉荷载群桩中任一基桩的下拉荷载 4dqdssFQnnayaxn1nnng 其中：其中：nininipnlunininipnluF 14.5.3 解决方法：解决方法：1）通过计算预估下沉的沉降量。）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）在预制桩表面

8、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。）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。力、水压力、波浪、撞击等。桩型：斜桩、竖直桩。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当水平荷载与竖向荷载的合力与竖直线的夹角不超过5度度时，竖直桩的水平承载力可以满足要求。时，竖直桩的水平承载力可以满足要求。4.6.1 水平荷载下桩的工作性状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：桩在水平荷载下承载

9、能力极限状态：（1）桩身在水平荷载下破坏。）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）桩顶水平位移超过建筑物允许变形值。形值。H0H0(a)(b)桩水平受荷示意桩水平受荷示意影响桩基水平承载力因素：影响桩基水平承载力因素：桩的断面尺寸、刚度、材料强度、入桩的断面尺寸、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。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（位移和倾斜控制。（图（a a）水平变形系数，其单位是水平变形系数，其单位是1/m

10、1/m。hh 桩的刚度与换算深度的影响桩的刚度与换算深度的影响5.2 hh 称为刚性桩称为刚性桩。H0H0(a)(b)桩水平受荷示意桩水平受荷示意柔性桩：桩身在某处产生较大弯矩，可柔性桩：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。的水平位移和桩的材料强度控制。半刚性桩、柔性桩统称为半刚性桩、柔性桩统称为柔性桩（图（柔性桩（图（b）称为半刚性桩。称为半刚性桩。0.45.2 hh 0.4 hh 称为柔性桩。称为柔性桩。H0H0(a)(b)桩水平受荷示意桩水平受荷示意单桩的水平承载力的确定方法有：单桩的水平承载力的确定

11、方法有：理论分析、静载试验。理论分析、静载试验。H0H0(a)(b)桩水平受荷示意桩水平受荷示意4.6.2 水平受荷弹性桩的计算水平受荷弹性桩的计算1.基本假定基本假定线弹性地基反力分析法：线弹性地基反力分析法：x=KxxKx地基水平抗力系数，地基水平抗力系数，根据根据Kx 的假定不同，可分为以下四种方法的假定不同，可分为以下四种方法:H0H0 xt图4-23 地基水平抗力系数的分布图式Kx=kh（a）常数法Kx=kt（b）”k”法Kx=mz（c）”m”法Kx=cz0.5（d）”c值”法常数法：常数法：常数法假定地基系数常数法假定地基系数Kx沿深度为均匀分布，不随深沿深度为均匀分布，不随深度而

12、变化，即度而变化，即KxKh，(kNm3)为常数。为常数。H0 xtKx=kh（a）常数法“K”法：假定在桩身挠曲曲线第一挠曲零点所示深度处以法：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上地基系数Kh随深度增加呈凹形抛物线变化；该点以下，地随深度增加呈凹形抛物线变化；该点以下，地基系数基系数Kh不再随深度变化而为常数不再随深度变化而为常数KhK。Kx=kt（b）”k”法H0 xt“m”法：假定地基系数法：假定地基系数Kx随深度成正比例地增长目前我随深度成正比例地增长目前我国应用较多，国应用较多，Kx=mz。H0 xtKx=mz（c）”m”法“c值值”法：假定地基系数法：假定地基系数

13、Kh随着深度成抛物线规律增加，随着深度成抛物线规律增加，即即Kh=cz1/2，c为常数，随土类不同而异。在我国多用于公路为常数，随土类不同而异。在我国多用于公路交通部门。交通部门。H0 xtKx=cz0.5（d）”c值”法2.计算参数计算参数（1）桩的截面计算宽度）桩的截面计算宽度b0为：为：1md1md5.01.5dk1dkbff1 K Kf f桩的形状系数，圆形桩桩的形状系数，圆形桩K Kf f=0.9=0.9，方形桩，方形桩K Kf f=1.0=1.0；d d桩的直径，方形截面时为桩的边长。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水平荷载下桩内力及位移理论分析mm法

14、法（2）钢筋混凝土桩的抗弯刚度）钢筋混凝土桩的抗弯刚度EI=0.85EcI0（3）抗力系数）抗力系数Kh=mz中的中的m值，宜采用试验值，无试验资值，宜采用试验值，无试验资料时，参考表料时，参考表4-6。桩侧为多层土时，按。桩侧为多层土时，按hm=2(d+1)范围内范围内m值得加权平均值。例如：两层土时：值得加权平均值。例如：两层土时：2m2212211hhh2hmhmm 地基土水平抗力系数的比例常数地基土水平抗力系数的比例常数m 表表4-63.单桩计算单桩计算（1）确定桩顶荷载：确定桩顶荷载：nGFN 0nHH 0nMM 0N0H0M0 xz承台底面承台底面N0H0M0 xz承台底面承台底面

15、 zpdzxdNdzxd22044 EIN0影响很小可忽略不计，影响很小可忽略不计，P（Z）=kxxb0=mzxb0。上式变为：。上式变为：0zxdzxdEI544 （2）桩的挠曲微分方程桩的挠曲微分方程）。为为桩桩的的水水平平变变形形系系数数（其其中中：1/mEImb51 采用幂级数对上式进行求解，得出桩身采用幂级数对上式进行求解，得出桩身z处的内力与位移：处的内力与位移：）。）。为桩的水平变形系数（为桩的水平变形系数（其中：其中：1/mEImb0zxdzxdEI51544 、可查表。、可查表。、系数系数剪力剪力弯矩：弯矩：转角：转角：位移：位移：QQMMxXQ0Q0zM0M0z020zx2

16、0 x30zBABABABABMAHV:BMAHMBEIMAEIHBEIMAEIHx 桩顶水平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工作性状也不同。下表给出了相应的位移系数AxAx、BxBx值，利用值，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。基本表达式即可求出桩顶位移，或桩顶允许的水平荷载。h桩端置于土中桩端置于土中桩端嵌固在基岩中桩端嵌固在基岩中AxBxAxBx2.43.5262.3272.2401.5862.63.1632.0482.3301.5962

17、.82.9051.8692.3711.5933.02.7271.7582.3851.5863.52.5021.6412.3891.5844.02.4411.6212.4011.600各类桩的桩顶水平位移系数各类桩的桩顶水平位移系数（3）桩身最大弯矩及位置）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：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、计算C=M/H0，查表，查表4-7确定有关参数：确定有关参数：MhC换算深度 和最大弯矩系数0maxMCM32：、计算桩身最大弯矩为、计算桩身最大弯矩为度为：度为：、计算最大弯矩截面深、计算最大弯矩截面深 h表表4-

18、74-7时按时按l4.0/l4.0/编制，当编制，当l l4.0/4.0/时，可查有关设计时，可查有关设计手册。手册。CICII0.01.000.55.5391.0571.00.8241.7281.8-0.665-0.534.0-0.045-0.011hz确定桩身最大弯矩截面系数确定桩身最大弯矩截面系数C及最大弯矩系数及最大弯矩系数C 表表4-7一般当桩的入土深度达到一般当桩的入土深度达到4.0/时，桩身的内力及位移几乎时，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。为零，在此深度以下，桩身只需按构造配筋或不配筋。4.6.3 单桩水平静载试验单桩水平静载试验1 试验装置

19、试验装置图图8.16单桩水平静载试验装置单桩水平静载试验装置慢速连续加载法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。于垂直静载试验慢速法。单向单循环恒速水平加载法单向单循环恒速水平加载法2 试验加载方法试验加载方法 单向多循环加载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。循环性动力水平荷载。Ht3.3.终止加载条件终止加载条件（1 1）桩身折断。）桩身折断。（2 2）桩顶水平位移超过）桩顶水平位移超过30

20、-40mm30-40mm（软土取（软土取40mm40mm）。）。（3 3）桩侧地面出现明显裂缝或隆起。）桩侧地面出现明显裂缝或隆起。（4 4）所加水平荷载已超过按下述方法确定的极限荷载。）所加水平荷载已超过按下述方法确定的极限荷载。4.试验资料整理试验资料整理根据试验可绘制出如下四种曲线根据试验可绘制出如下四种曲线图图4-26 水平静载试验水平静载试验H0-t-x0曲线曲线5.确定水平临界荷载确定水平临界荷载Hcr和极限和极限荷载荷载Hu 水平静载试验水平静载试验H0-x0曲线曲线 水平静载试验水平静载试验H0-x0/H0曲线曲线 水平静载试验水平静载试验H0-g曲线曲线4.4.6 单桩水平承

21、载力特征值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。）应通过荷载试验确定，必要时采用带承台桩的荷载试验。宜采用宜采用慢速维持荷载法。慢速维持荷载法。（2）混凝土预制桩、钢桩、桩身配筋率大于）混凝土预制桩、钢桩、桩身配筋率大于0.65%的灌注桩，的灌注桩，可取可取x0=10mm(对于水平变位敏感的建筑物取对于水平变位敏感的建筑物取x0=6mm）所对应）所对应的荷载作为单桩水平承载力特征值。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）对于桩身配筋率小于0.65%的灌注桩，可取临界荷载的灌注桩，可取临界荷载Hcr。ntmNgm0tmhaAfN12225

22、.1WfR （4）当缺少试验资料，可估算桩身配筋率小于）当缺少试验资料，可估算桩身配筋率小于0.65%的的灌注桩单桩水平承载力特征值。灌注桩单桩水平承载力特征值。20gE20d12d32dW 0ax3hEIR （4）当缺少试验资料，可估算预制桩、钢桩、桩身配筋）当缺少试验资料，可估算预制桩、钢桩、桩身配筋率大于率大于0.65%的灌注桩等的单桩水平承载力特征值。的灌注桩等的单桩水平承载力特征值。式中：式中：EI桩身抗弯刚度，对于混凝土桩，桩身抗弯刚度，对于混凝土桩，EI=0.85EcI0。0a 桩顶允许水平位移。桩顶允许水平位移。x 桩顶水平位移系数，按表桩顶水平位移系数，按表4-8取值。取值。