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1、第一节第一节 单桩承载力单桩承载力 单桩承载力：单桩承载力：是指单桩在荷载作用下，地基是指单桩在荷载作用下，地基土和桩本身的土和桩本身的强度强度和和稳定性稳定性均能得到保证，均能得到保证，变形变形也在容许范围内，以保证结构物的正常使用所能也在容许范围内，以保证结构物的正常使用所能承受的最大荷载。承受的最大荷载。u一般情况下，桩受到一般情况下，桩受到轴向力轴向力、横轴向力横轴向力及及弯矩弯矩作用，因此须分别研究和确定单桩的作用，因此须分别研究和确定单桩的轴向承载力轴向承载力和和横轴向承载力横轴向承载力。第四章第四章 桩基础的设计与计算桩基础的设计与计算一、单桩轴向荷载传递机理和特点一、单桩轴向荷
2、载传递机理和特点（一）荷载传递过程与土对桩的支承力（一）荷载传递过程与土对桩的支承力 u当竖向荷载逐步施加于单桩桩顶，桩身上部受当竖向荷载逐步施加于单桩桩顶，桩身上部受到压缩而产生相对于土的向下位移，与此同时桩到压缩而产生相对于土的向下位移，与此同时桩侧表面就会受到侧表面就会受到土的向上摩阻力土的向上摩阻力。桩顶荷载通过。桩顶荷载通过所发挥出来的桩侧摩阻力传递到桩周土层中去，所发挥出来的桩侧摩阻力传递到桩周土层中去，致使致使桩身轴力和桩身压缩变形随深度递减桩身轴力和桩身压缩变形随深度递减。u在在桩土相对位移等于零处桩土相对位移等于零处，其，其摩阻力摩阻力尚未开始尚未开始发挥作用而发挥作用而等于
3、零等于零。u随着荷载增加随着荷载增加，桩身压缩量和位移量增大，桩，桩身压缩量和位移量增大，桩身下部的摩阻力随之逐步调动起来，桩底土层也身下部的摩阻力随之逐步调动起来，桩底土层也因受到压缩而产生因受到压缩而产生桩端阻力桩端阻力。桩端土层的压缩加。桩端土层的压缩加大了桩土相对位移，从而使大了桩土相对位移，从而使桩身摩阻力桩身摩阻力进一步发进一步发挥到挥到极限值极限值。桩端极限阻力桩端极限阻力的发挥需要比发生的发挥需要比发生桩侧极限摩阻力桩侧极限摩阻力大得大得多的位移值，这时总是桩侧摩阻力先充分发挥出来。多的位移值，这时总是桩侧摩阻力先充分发挥出来。当当桩身摩阻力桩身摩阻力全部发挥出来达到极限后，若
4、继续增加全部发挥出来达到极限后，若继续增加荷载，其荷载增量将全部由荷载，其荷载增量将全部由桩端阻力桩端阻力承担。由于桩端承担。由于桩端持力层的大量压缩和塑性挤出，位移增长速度显著加持力层的大量压缩和塑性挤出，位移增长速度显著加大，直至到桩端阻力达到极限，位移迅速增大而破坏。大，直至到桩端阻力达到极限，位移迅速增大而破坏。此时桩所受的荷载就是此时桩所受的荷载就是桩的极限承载力桩的极限承载力。桩侧摩阻力桩侧摩阻力和和桩底阻力桩底阻力的发挥程度与的发挥程度与桩土间的变形性桩土间的变形性状状有关，并各自达到极限值时所需要的位移量是不相有关，并各自达到极限值时所需要的位移量是不相同的。试验表明：同的。试
5、验表明：桩底阻力的充分发挥需要有较大的桩底阻力的充分发挥需要有较大的位移值位移值，粘性土中约为桩底直径的，粘性土中约为桩底直径的25%25%，在砂性土中约，在砂性土中约为为8%10%8%10%；而；而桩侧摩阻力只要桩土间有不太大的位移桩侧摩阻力只要桩土间有不太大的位移就就能得到充分的发挥，一般认为粘性土为能得到充分的发挥，一般认为粘性土为46mm46mm，砂，砂性土为性土为610mm610mm。桩侧摩阻力和桩底阻力的发挥程度：桩侧摩阻力和桩底阻力的发挥程度：（二）桩侧摩阻力的影响因素及其分布（二）桩侧摩阻力的影响因素及其分布 p 桩侧摩阻力除与桩侧摩阻力除与桩土间的相对位移桩土间的相对位移有关
6、，还与有关，还与其它因素有关。其它因素有关。p土的性质土的性质p桩的刚度桩的刚度p时间因素时间因素p土中应力状态土中应力状态p桩的施工方法等桩的施工方法等 桩底阻力影响因素桩底阻力影响因素u桩底地基土的性质桩底地基土的性质（主要影响因素）（主要影响因素）u持力层上覆荷载持力层上覆荷载（覆盖土层厚度）（覆盖土层厚度）u桩径桩径u桩底作用力桩底作用力u时间时间u桩底进入持力层深度桩底进入持力层深度等。等。（三）桩底阻力的影响因素及其深度效应（三）桩底阻力的影响因素及其深度效应（四）单桩在轴向受压荷载作用下的破坏模式（四）单桩在轴向受压荷载作用下的破坏模式 轴向受压荷载作用轴向受压荷载作用下，单桩的
7、破坏是下，单桩的破坏是由由地基土强度破坏地基土强度破坏或或桩身材料强度破桩身材料强度破坏坏所引起。而以地所引起。而以地基土强度破坏居多。基土强度破坏居多。土强度对桩破坏模式的影响土强度对桩破坏模式的影响 纵向挠曲破坏（图纵向挠曲破坏（图a）：）：当桩底支承在很坚硬的当桩底支承在很坚硬的地层，地层，桩侧土为软土层其抗剪强度很低桩侧土为软土层其抗剪强度很低时，桩在轴向时，桩在轴向受压荷载作用下，如同一受压杆件呈现纵向挠曲破坏。受压荷载作用下，如同一受压杆件呈现纵向挠曲破坏。桩的承载力取决于桩的承载力取决于桩身的材料强度桩身的材料强度。整体剪切破坏（图整体剪切破坏（图b）：）：当具有足够强度的桩当具
8、有足够强度的桩穿过穿过抗剪强度较低的土层而达到强度较高的土层抗剪强度较低的土层而达到强度较高的土层时，桩时，桩在轴向受压荷载作用下，由于桩底持力层以上的软在轴向受压荷载作用下，由于桩底持力层以上的软弱土层不能阻止滑动土楔的形成，桩底土体将形成弱土层不能阻止滑动土楔的形成，桩底土体将形成滑动面而出现整体剪切破坏。桩的承载力主要取决滑动面而出现整体剪切破坏。桩的承载力主要取决于于桩底土的支承力桩底土的支承力，桩侧摩阻力桩侧摩阻力也起一部分作用。也起一部分作用。刺入式破坏（图刺入式破坏（图c）：）：当具有当具有足够强度的桩入土深足够强度的桩入土深度较大度较大或或桩周土层抗剪强度较均匀桩周土层抗剪强度
9、较均匀时，桩在轴向受时，桩在轴向受压荷载作用下，将出现刺入式破坏。根据荷载大小压荷载作用下，将出现刺入式破坏。根据荷载大小和土质不同和土质不同，桩所受荷载由桩侧摩阻力和桩底反，桩所受荷载由桩侧摩阻力和桩底反力共同承担，一般摩擦桩或纯摩擦桩多为此类破坏，力共同承担，一般摩擦桩或纯摩擦桩多为此类破坏，且基桩承载力往往由桩顶所允许的且基桩承载力往往由桩顶所允许的沉降量沉降量控制。控制。二、按土的支承力确定单桩轴向容许承载力二、按土的支承力确定单桩轴向容许承载力（一）静载试验法（一）静载试验法 概念：概念：在桩顶逐级施加轴向荷载，直至桩达到在桩顶逐级施加轴向荷载，直至桩达到破坏状态破坏状态为止，并在试
10、验过程中测量每级荷载下不同时间的桩顶沉降，为止，并在试验过程中测量每级荷载下不同时间的桩顶沉降，根据沉降与荷载及时间的关系，分析确定根据沉降与荷载及时间的关系，分析确定单桩轴向容许承载单桩轴向容许承载力力。试桩要求：试桩要求：试桩可在已打好的工程桩中选定，也可专试桩可在已打好的工程桩中选定，也可专门设置与工程桩相同的试验桩。试桩数目应不小于基桩总门设置与工程桩相同的试验桩。试桩数目应不小于基桩总数的数的2%，且不应少于，且不应少于2根；试桩的施工方法以及试桩的材根；试桩的施工方法以及试桩的材料和尺寸、入土深度均应与设计桩相同。料和尺寸、入土深度均应与设计桩相同。静载试验法的特点：静载试验法的特
11、点：确定单桩容许承载力直观确定单桩容许承载力直观可靠可靠，但但费时、费力费时、费力，通常只在大型、重要工程或地质较复杂的，通常只在大型、重要工程或地质较复杂的桩基工程中进行试验。配合其他测试设备，它还能较直接桩基工程中进行试验。配合其他测试设备，它还能较直接了解桩的荷载传递特征，提供有关资料，因此也是桩基础了解桩的荷载传递特征，提供有关资料，因此也是桩基础研究分析常用的试验方法。研究分析常用的试验方法。1、试验装置、试验装置 加载系统：加载系统：主要有堆载法与锚桩法两种。主要有堆载法与锚桩法两种。u堆载法堆载法是在荷载平台上堆放重物，一般为钢锭或砂包，是在荷载平台上堆放重物，一般为钢锭或砂包，
12、也有在荷载平台上置放水箱，向水箱中充水作为荷载。堆也有在荷载平台上置放水箱，向水箱中充水作为荷载。堆载法适用于极限承载力较小的桩。载法适用于极限承载力较小的桩。u锚桩法锚桩法是在试桩周围布置是在试桩周围布置46根锚桩，常利用工程桩群。根锚桩，常利用工程桩群。锚桩深度不宜小于试桩深度，且与试桩有一定距离，一般锚桩深度不宜小于试桩深度，且与试桩有一定距离，一般应大于应大于3d且不小于且不小于1.5m(d为试桩直径或边长为试桩直径或边长)，以减少锚，以减少锚桩对试桩承载力的影响。桩对试桩承载力的影响。锚桩法试验装置锚桩法试验装置 堆载法静载试验堆载法静载试验锚桩法静载试验锚桩法静载试验锚桩法静载试验
13、锚桩法静载试验锚桩法静载试验锚桩法静载试验千斤顶及位移传感器千斤顶及位移传感器 观测系统：观测系统：主要有主要有桩顶位移桩顶位移和和加载数值加载数值的观测。的观测。位移位移通过安装在基准梁上的通过安装在基准梁上的位移计位移计或或百分表百分表量测。量测。加载数值加载数值通过通过油压表油压表或或压力传感器压力传感器观测。观测。每根基准梁固定在两个无位移影响的支点或基准每根基准梁固定在两个无位移影响的支点或基准点上，支点或基准桩与试桩中心距应大于点上，支点或基准桩与试桩中心距应大于4d且不且不小于小于2m（d为试桩直径或边长）。为试桩直径或边长）。2、试验方法、试验方法 分级加载：分级加载：试桩加载
14、应分级进行，每级荷载约为预估破坏试桩加载应分级进行，每级荷载约为预估破坏荷载的荷载的1/101/15；有时也采用递变加载方式，；有时也采用递变加载方式，开始阶段开始阶段每级每级荷载取预估破坏荷载的荷载取预估破坏荷载的1/2.51/5，终了阶段取终了阶段取1/101/15。测读沉降时间：测读沉降时间：在每级加荷后的第一小时内，按在每级加荷后的第一小时内，按2、5、15、30、45、60min测读一次，以后每隔测读一次，以后每隔30min测读一次，直测读一次，直至沉降稳定为止。至沉降稳定为止。沉降稳定的标准沉降稳定的标准，通常规定为对砂性土为，通常规定为对砂性土为30min内不超过内不超过0.1m
15、m；对粘性土为；对粘性土为1h内不超过内不超过0.1mm。待。待沉降稳定后，方可施加下一级荷载。循此加载观测，直到桩达沉降稳定后，方可施加下一级荷载。循此加载观测，直到桩达到破坏状态，终止试验。到破坏状态，终止试验。破坏荷载的确定：破坏荷载的确定：当出现下列情况之一时，当出现下列情况之一时，一般认为桩已达破坏状态，所相应施加的荷载即一般认为桩已达破坏状态，所相应施加的荷载即为破坏荷载：为破坏荷载：（1）桩的沉降量突然增大）桩的沉降量突然增大，总沉降量大于，总沉降量大于40mm，且本级荷载下的沉降量为前一级荷载下，且本级荷载下的沉降量为前一级荷载下沉降量的沉降量的5倍。倍。（2）本级荷载下桩的沉
16、降量为前一级荷载下）本级荷载下桩的沉降量为前一级荷载下沉降量的沉降量的2倍，且倍，且24h桩的沉降未趋稳定。桩的沉降未趋稳定。3、极限荷载和轴向容许承载力的确定、极限荷载和轴向容许承载力的确定 破坏荷载求得以后，可将其破坏荷载求得以后，可将其前一级荷载作为极前一级荷载作为极限荷载限荷载，从而确定单桩轴向容许承载力，从而确定单桩轴向容许承载力 式中：式中：P单桩轴向受压容许承载力（单桩轴向受压容许承载力（kN）；）；试桩的极限荷载（试桩的极限荷载（kN）；）；K安全系数，一般为安全系数，一般为2。单桩荷载单桩荷载沉降（沉降（P-S）曲线）曲线 单桩单桩S-logt曲线曲线 试验曲线法：试验曲线法：（1）P-S曲线曲线明显转折点明显转折点法法 （2）S-logt法（沉降速率法）法（沉降速率法）（二）经验公式法（二）经验公式法 我国现行各我国现行各设计规范设计规范都规定了以经验公式计算单都规定了以经验公式计算单桩轴向容许承载力的方法，这是一种简化计算方法。桩轴向容许承载力的方法，这是一种简化计算方法。规范根据全国各地大量的静载试验资料，经过理论分规范根据全国各地大量的静载试验资料，经过理论分
