桩基础课件：单桩竖向承载力的确定

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1、单桩竖向承载力的确定 l1、单桩竖向承载力与极限承载力l单桩竖向承载力：指单桩在外荷载作用下，不丧 失稳定性、不产生过大变形时的承载能力。l单桩竖向极限承载力：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时所 对应的最大荷载，称单桩竖向极限承载力。l两者之间的联系：（1）、数值上，单桩竖向极 限承载力肯定大于单桩竖向承载力；（2）、从 确定的角度来看，通常先确定单桩竖向极限承载 力，然后除以抗力分项系数（可理解为安全系数 ），得到单桩竖向承载力。 2、单桩竖向承载力的影响因素 竖向荷载作用下，受压（受拉）桩丧失承载能力的表现形式：、桩周土岩的阻力不足，桩发生急剧且量大的竖向位

2、移；或者虽然位移不急剧增加，但因位移量过大而不适于继续承载；、桩身材料的强度不够，桩身被压坏或拉坏。2、单桩竖向承载力的影响因素 桩的竖向承载力应分别根据（1）桩周土岩 的阻力和（2）桩身强度确定，采用其中的较小 者。具体来看：（1）、竖向受压的摩擦桩的承载力一般决定 于土的阻力，材料强度往往不能充分发挥；（2）、端承桩、超长桩以及桩身质量有缺陷 的桩，桩身材料强度往往起控制作用。（3）、抗拔桩的承载力也往往由土的阻力决 定，但对于长期或经常承受拔力的桩，还需限制 桩身的裂缝宽度甚至不允许出现裂缝。 一、根据桩身材料强度确定 l 按材料强度确定单桩竖向承载力时，可将桩视为轴心受压杆件，根据桩材

3、按GB50010-2002混凝土结构设计规范等混凝土或钢结构的计算进行。特点：这种方法适用范围受限，仅限于极少数桩的竖向承载力由桩的强度控制的特殊情况。 二、按单桩竖向抗压静载试验法确定静载荷试验是评价单桩承载力最为直观和可 靠的方法，其实质是桩受荷的现场模拟试验。因 此，其除了考虑到地基土的支承能力外，也计入 了桩身材料强度对于承载力的影响。l 一级建筑物，必须通过静载荷试验,试桩数 量，不宜少于总数的l，并不应少于3根。当桩 端持力层为密实砂卵石或其他承载力类似的土层 时、单桩承载力很高的大直径端承桩，可采用深 层平板荷载试验确定桩端土的承载力。 l1、静载荷试验装置及方法试验装置主要由加

4、荷稳压、提供反力和沉降观测三部分组成。桩顶的油压千斤顶对桩顶施加压力，千斤顶 的反力由锚桩、压重平台的重力或用若干根地锚组成的 伞状装置来平衡。安装在基准梁上的百分表或电子位移 计用于量测桩顶沉降。试验时加载方式通常有（1）慢速维持荷载法 、（2）快速维持荷载法、（3）等贯入速率法、 （4）等时间间隔加载法以及（5）循环加载法等 。工程中最常用的是慢速维持荷载法：即逐级 加载，每级荷载值约为单桩承载力设计值的1/5 1/8，当每级荷载下桩顶沉降量小于0.1mm/h时 ，则认为已趋稳定，然后施加下一级荷载直到试 桩破坏，再分级卸载到零。l 对于工程桩的检验性试验，也可采用快速维 持荷载法：即每隔

5、1h加一级荷载。 l2、终止加载条件(1)、某级荷载下，桩顶沉降量为前一级荷载下沉降量的5倍（沉降急剧增大）；(2)、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24h尚未达到相对稳定（沉降急剧增大）；l (3)、已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量时。 l3、按试验成果确定单桩承载力l步骤一、确定各根桩的极限承载力Qul 当桩顶发生剧烈或不停滞的沉降时，桩处于破坏状态，相应的荷载称为极限荷载（极限承载力Qu）。l 由桩的静载荷试验结果给出荷载与桩顶沉降关系Qs曲线，再根据Qs曲线特性，根据沉降随荷载的变化特征或根据沉降量确定单桩竖向极限承载力Qu。 l（1）、按沉降随荷载的变

6、化特征确定Qul 陡降型Qs曲线，取曲线发生明显陡降的起始点所对应荷载为Qu。该法的缺点：（1）、作图比例将影响Qs曲线的斜率和所选择的Qu；（2）、Qs曲线拐点的确定易渗入绘图者的主观因素，有些曲线拐点也不甚明了，因此国外多用切线交会法，即取相应于Qs曲线始段和末段两点切线交点所对应的荷载作为极限荷载Qu。l（2）、根据沉降量确定Qul 对于缓变型Qs曲线，一般可取s40 60mm对应的荷载值；对于大直径桩可取s0.03 0.06d ( d为桩端直径)所对应的荷载值（大桩径取低值，小桩取高值）；对于细长桩（L/d 80），可取s6080mm对应的荷载。l 对于缓变型Qs曲线，也可根据沉降随时

7、间 的变化特征确定Qu，取slog t曲线尾部出现明 显向下弯曲的前一级荷载值作为Qu；也可根据终 止加载条件（2）中的前一级荷载值作为Qu。 l步骤二、通过统计确定单桩竖向极限承载力标准 值Qukl 测出每根试桩的极限承载力值Qui后，通过统计确定单桩竖向极限承载力标准值Quk。l步骤三、确定单桩的竖向承载力设计值l式中： 桩侧阻端阻综合抗力分项系数。l特点：这种方法结果较为准确，但操作麻烦，多 用于重要桩基。 三、按土的抗剪强度指标确定 l 国外广泛采用以土力学原理为基础的单桩极 限承载力公式。该类公式在土的抗剪强度指标的 取值上考虑理论公式无法概括的某些影响因素， 例如：土的类别和排水条

8、件、桩的类型和设置效 应等，所以仍是经验性的，其单桩极限承载力Qu 一般可以下式表示：l这种方法属于理论公式计算，多用于承载力的估 算，国外采用较多。 四、按静力触探法确定 l 静力触探是将圆锥形的金属探头，以静力方式按一定的速率均匀压入土中。借助探头的传感器，测出探头侧阻fs及端阻qc。探头由浅入深测出各种土层的这些参数后，即可算出单桩承载力。根据探头构造的不同，又可分为单桥探头和双桥探头两种。l 静力触探与桩的静载荷试验虽有很大区别，但与桩打入土中的过程基本相似，所以可把静力 触探近似看成是小尺寸打入桩的现场模拟试验。 l 双桥探头可同时测出侧阻fs及端阻qc，建筑桩基技术规范在总结各地经

9、验的基础上提出 ，当按双桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩 单桩竖向极限承载力标准值Quk时，对于粘性土、粉土和砂土，如无当地经验时可按下式计算l 特点：其设备简单，自动化程度高等优点，被认为是一种很有发展前途的确定单桩承载力的 方法，国外应用广。 五、按经验公式法确定 l 利用经验公式确定单桩承载力是一种沿用多 年的传统方法，广泛适用于各种桩型单桩承载力 的估算。建筑桩基规范推荐的估算表达式：l1、一般预制桩及中小直径灌注桩l 对预制桩和直径d800mm的灌注桩，单桩竖 向极限承载力标准值可按下式计算l单桩竖向承载力设计值l2、大直径桩灌注桩l 对于桩径大于等于800mm的大直径桩，其侧阻及

10、端 阻要考虑尺寸效应。l 侧阻的尺寸效应主要发生在砂、碎石类土中，这是 因为大直径桩一般为钻、挖、冲孔灌注桩，在无粘性土 中的成孔过程中将会出现孔壁土的松弛效应，从而导致 侧阻力降低。孔径越大，降幅越大；大直径桩的极限端 阻力也存在着随桩径增大而呈双曲线关系下降的现象。l 大直径桩的 可按下式计算l l 对于混凝土护壁的大直径挖孔桩，计算单桩竖向承 载力时，其设计桩径取护壁外直径。 l3、嵌岩桩：指下端嵌入中等风化、微风化或新 鲜基岩中的桩。对于桩端置于强风化岩中的嵌岩 桩，其承载力的确定可根据岩体的风化程度按砂 土、碎石类土取值。l 过去对嵌岩桩都是按纯端承桩计算承载力。现在研究表明：（1）

11、一般情况下，嵌岩桩只要 不是很短，上覆土层的侧阻力能部分发挥作用； （2）嵌岩深度内也有侧阻力作用；（3）桩端嵌 岩深度一般不必过大（5倍桩径）。l 嵌岩桩单桩极限承载力标准值由（1）桩周土总极限侧阻力、（2）嵌岩段总极限侧阻力和（3）总极限端阻力三部分组成，并可按下式计算：l 特点：根据设计规范提供的经验公式计算确定，是一种沿用多年的传统方法。这种方法查表方便，计算简单，但结果较为粗略，多用于各种桩型单桩承载力的估算和无原位测试资料的一般桩基。六、按动力试桩法确定动力试桩法是应用物体振动和应力波的传播理论来 确定单桩竖向承载力以及检验桩身完整性的一种方法。 它与静载荷试验相比，在试验设备、测

12、试效率、工作条 件以及试验费用等方面，均具有明显的优越性。其最大 特点是速度快、成本低，可对工程桩进行大量的普查。动力试桩法种类繁多。一般可分为高应变动力检测 法和低应变动力检测法两大类。普遍采用高应变法测定桩的极限承载力和检测桩的 质量和完整性，用低应变法检测桩的质量和完整性。l 特点：按动力试桩法确定，设备较静载试验简单， 但仍有待积累经验，多用于成桩后的测试。 七、各种确定方法的选择指出，确定单桩竖向极限承 载力标准值尚需满足下列规定：l（1）、一级建筑桩基应采用现场静载荷试验， 并结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合 确定；l（2）、二级建筑桩基应根据静力触探、标准贯 入、经验参数

13、等估算，并参照地质条件相同的试 桩资料综合确定。无可参照的试桩资料或地质条 件复杂时，应由现场静载荷试验确定；l（3）、三级建筑桩基，如无原位测试资料，可 利用承载力经验公式估算。 八、桩的抗拔承载力主要承受竖向抗拔荷载的桩称竖向抗拔桩。 如海洋建筑物、高耸的烟囱、高压输电铁塔、受 巨大浮托力的地下建筑物、特殊土如膨胀土和冻 土上的建筑物等。桩的抗拔承载力主要取决于：（1）桩身材 料强度、（2）桩与土之间的抗拔侧阻力、（3） 桩身自重。桩的抗拔极限承载力的确定方法：1、单桩抗拔静载试验2、经验公式计算法l 桩基受拔可能会出现下列情形：单桩基础 受拔；群桩基础中部分基桩受拔，此时拔力引 起的破坏

14、对基础来讲不是整体性的；群桩基础 的所有基桩均承受拔力，此时基础便可能整体受 拔破坏。l（1）、单桩或群桩基础呈非整体性破坏时，基 桩的抗拔极限承载力标准值计算式为l（2）、群桩基础呈整体性破坏时，基桩的抗拔 极限承载力标准值计算式为 R表示承载力设计值；Quk、Tk等均表示极限承载力标准值。若要由Quk、Tk得到R，还必须除以相关的抗力分项系数。单桩竖向承载力特征值是地基规范中的术语， 表示正常使用极限状态下的单桩竖向承载力值；按单桩 竖向承载力特征值设计应取荷载效应的标准组合。l 单桩竖向承载力设计值为建筑桩基规范所采用 的术语，是根据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时所对应的最大荷载（即 单桩竖向极限承载力）经分项系数处理后得到的承载力 设计值；按单桩竖向承载力设计值计算时则取荷载效应 的基本组合。