重庆交大土力学第十一章++桩基础设计与计算

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1、2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系111桩基础桩基础重庆交通大学重庆交通大学 基础工程基础工程教研组教研组 2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系2主要内容主要内容o概述概述o桩和桩基础的类型与构造桩和桩基础的类型与构造o桩的承载力桩的承载力o桩的内力与位移计算桩的内力与位移计算o群桩基础竖向分析与承载力群桩基础竖向分析与承载力o承台的计算承台的计算o桩基础的设计桩基础的设计2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系3第一节 概述1、组成及作用 桩 承台 2、桩基础的作用 将上部结构荷载，通过较软弱的地层传递给深部较坚硬的土层或岩层。 3、承台的

2、作用将外力传递给桩，并将各桩联成整体共同承受外荷载。4、桩的作用：穿过软弱土层或水，通过桩侧磨阻力和桩端反力将荷载成功传递到地基中去。桩基 一：桩基础的特点2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系45、特点： （1） 承载力高； （2） 稳定性好； （3） 沉降小而均匀； （4） 便于机械化施工，施工快捷简易； （5） 在深基础中耗材少； （6） 避免或减少水下施工。 桩基础已成为建筑、交通、水利、港口等工程中广为采用的基础形式。 2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系56 6、适用条件、适用条件 （1）上部土层差，采用浅基础或人工地基不合理； （2）冲刷大，不易

3、确定，使浅基础不安全； （3）需要更小的沉降、沉降差控制时穿过上部软土； （4） 水平荷载大，需减少水平位移和倾斜时； （5） 水位或地下水位高； （6） 地震可液化区穿过液化土层。 总之一切技术经济许可的情况。一般遵循浅桩沉井的顺序。 2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系6第二节、第二节、 桩与桩基础的分类及构造桩与桩基础的分类及构造一、一、 按承台位置按承台位置 高桩承台基础高桩承台基础 低桩承台基础低桩承台基础 思考各自的特点？思考各自的特点？2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系7二、按桩承载性状二、按桩承载性状和使用功能分和使用功能分1 1、竖向受荷

4、桩、竖向受荷桩1 1）、摩擦桩）、摩擦桩2 2）、端承（柱）桩）、端承（柱）桩2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系82 2、横向受荷桩、横向受荷桩 3 3、桩墩、桩墩 以大桩代桩承台体系。以大桩代桩承台体系。1 1）、主动桩）、主动桩2 2）、被动桩桩）、被动桩桩3 3）、竖直桩与斜桩）、竖直桩与斜桩2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系9三、按施工方法三、按施工方法1、沉桩（预制桩）、沉桩（预制桩）打入、振动下沉、静力压桩打入、振动下沉、静力压桩2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系101、沉桩（预制桩）、沉桩（预制桩） 特点：不适宜密实砂土

5、、特点：不适宜密实砂土、碎石土、乱石层等。噪声污碎石土、乱石层等。噪声污染大；挤土效应强；施工质染大；挤土效应强；施工质量稳定；松土中由于挤密作量稳定；松土中由于挤密作用会提高地基土承载力；需用会提高地基土承载力；需运输、起吊、打击等配筋量运输、起吊、打击等配筋量大、混凝土标号高，造价高大、混凝土标号高，造价高于灌注桩。于灌注桩。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系112、灌注桩、灌注桩1 1）、钻孔灌注桩）、钻孔灌注桩2 2）、挖孔灌注桩）、挖孔灌注桩 （人、机）（人、机）3 3）、沉管灌注桩）、沉管灌注桩2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系122、灌注桩

6、、灌注桩 特点：施工影响小；桩特点：施工影响小；桩长及截面等布置灵活；可穿长及截面等布置灵活；可穿过硬土层、直达基岩，还可过硬土层、直达基岩，还可括底以取得较大承载力。括底以取得较大承载力。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系133、管柱基础、管柱基础 1-51-5米直径巨型管桩沉入地基，可在管内米直径巨型管桩沉入地基，可在管内钻孔，下钢筋笼及灌注混凝土，形成同基岩牢钻孔，下钢筋笼及灌注混凝土，形成同基岩牢固连接的大直径桩基础。固连接的大直径桩基础。4、钻埋空心桩、钻埋空心桩 钻孔，沉入预制桩壳，在填石压浆形成的钻孔，沉入预制桩壳，在填石压浆形成的空心桩，直径可达空心桩，直径

7、可达4-54-5米，经济。米，经济。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系14四、四、 按设置效应按设置效应1 1、挤土桩、挤土桩2 2、部分挤土桩、部分挤土桩3 3、非挤土桩、非挤土桩2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系15一）、各种基桩的构造一）、各种基桩的构造1 1、钢筋混凝土灌注桩：、钢筋混凝土灌注桩： 桩身混凝土强度等级：钻（挖）孔桩、深桩不应桩身混凝土强度等级：钻（挖）孔桩、深桩不应低于低于C25C25；管桩填芯混凝土不应低于；管桩填芯混凝土不应低于C15C15。 钻孔桩直径不宜小于钻孔桩直径不宜小于0.80.8；挖孔桩直径或最小边宽；挖孔桩直径或

8、最小边宽不宜小于不宜小于1.21.2；钢筋砼管桩直径可采用；钢筋砼管桩直径可采用0.4-0.80.4-0.8； 主筋直径不应小于主筋直径不应小于16mm16mm，根数不少于，根数不少于8 8根，保护层根，保护层净距不小于净距不小于60mm60mm。三、桩基础的构造三、桩基础的构造2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系162 2、钢筋混凝土预制桩：方或圆，直径、钢筋混凝土预制桩：方或圆，直径0.3-0.60.3-0.6米，米，C25C25以上。以上。3 3、钢桩：需预留腐蚀厚度。、钢桩：需预留腐蚀厚度。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系17二）、承台的构造二）

9、、承台的构造1 1、厚度不小于、厚度不小于1.51.5米，米，C25C25以上。以上。2 2、需保证基桩和、需保证基桩和承台之间的连接。承台之间的连接。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系18单桩承载力单桩承载力：单桩在荷载作用下，地单桩在荷载作用下，地基土和桩本身强度和稳定性均能得到保基土和桩本身强度和稳定性均能得到保证，变形也在容许范围内，以保证结构证，变形也在容许范围内，以保证结构正常使用的所正常使用的所能承受的最大荷载能承受的最大荷载。 单桩承载力通常是研究桩基的基础，单桩承载力通常是研究桩基的基础，包括轴向和横轴向承载力包括轴向和横轴向承载力。 取决于取决于地基地基

10、能够对桩基提供的能够对桩基提供的支撑支撑力力和和基桩自身强度基桩自身强度两个方面，通常受地两个方面，通常受地基土体能够提供的承载力控制；只有在基土体能够提供的承载力控制；只有在端承桩、大柔度桩基才考虑基桩自身强端承桩、大柔度桩基才考虑基桩自身强度，按偏心受压混凝土构件设计。度，按偏心受压混凝土构件设计。第三节、桩的承载力第三节、桩的承载力2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系19 桩侧摩阻力首先发挥，并不断下移，桩侧摩阻力首先发挥，并不断下移，至桩底支撑力发挥。同桩土间相对变形至桩底支撑力发挥。同桩土间相对变形密切相关：桩底阻力充分发挥，粘土中密切相关：桩底阻力充分发挥，粘土中

11、所需位移为所需位移为2525桩径，砂土中为桩径，砂土中为8-108-10；桩侧阻力充分发挥粘土中桩侧阻力充分发挥粘土中4-6mm4-6mm，砂土，砂土为为6-10mm6-10mm。一、一、 单桩轴向荷载传递机理和特点单桩轴向荷载传递机理和特点2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系20桩侧摩阻力同桩侧摩阻力同地基土地基土性质、施工方式、桩性质、施工方式、桩的刚度、土中应力状的刚度、土中应力状态等有关。其态等有关。其分布特分布特征对于打入桩可简化征对于打入桩可简化为随深度线性增加；为随深度线性增加；对于灌注桩可简化为对于灌注桩可简化为均匀分布。均匀分布。2009年11月重庆交通大学

12、河海学院 岩土与地质工程系21桩端阻力桩端阻力主要同地基土性质、上覆荷载、主要同地基土性质、上覆荷载、桩径、桩底作用力、时间、及入土深度等桩径、桩底作用力、时间、及入土深度等有关。有关。通常随入土深度增加而增加至临界通常随入土深度增加而增加至临界深度不再增加。深度不再增加。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系222 2、单桩的破坏模、单桩的破坏模式：式：桩身挠曲破坏、桩身挠曲破坏、整体剪切破坏、整体剪切破坏、刺入式破坏。刺入式破坏。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系231 1、静载试验；、静载试验； 单桩轴向受压容许承载力（单桩轴向受压容许承载力（kNkN

13、）；）； 试桩的极限荷载（试桩的极限荷载（kNkN）；）； 安全系数，一般为安全系数，一般为2 2。二、二、 单桩轴向容许承载力确定单桩轴向容许承载力确定2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系24 2 2、经验公式（规范）、经验公式（规范） 1 1）摩擦桩）摩擦桩 单桩容许承载力单桩容许承载力P=P=桩侧极限摩阻力桩侧极限摩阻力P PSUSU + +桩底极限阻力桩底极限阻力P PPUPU/安全系数安全系数 （1 1）钻（挖）孔灌注桩的承载力容许值）钻（挖）孔灌注桩的承载力容许值 2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系25注意：注意： 1 1、承台底面以上的荷载假

14、定全部由桩承担。、承台底面以上的荷载假定全部由桩承担。 2 2、在进行单桩轴向承载力验算时，可不计桩的重力，、在进行单桩轴向承载力验算时，可不计桩的重力，但考虑到桩身自重与置换土重之差会引起沉降，为保证安全但考虑到桩身自重与置换土重之差会引起沉降，为保证安全，将，将桩身自重与置换土重之差桩身自重与置换土重之差作为超载考虑。作为超载考虑。 3 3、当桩端持力层为粘性土时未限制、当桩端持力层为粘性土时未限制qrqr的上限值；但当的上限值；但当桩端为砂土、碎石土时规定了桩端为砂土、碎石土时规定了qrqr的上限：的上限： 粉砂：粉砂：1000kPa1000kPa，细砂：，细砂：1150kPa1150k

15、Pa，中砂、粗砂、砾砂：，中砂、粗砂、砾砂：1450kPa1450kPa，碎石土：，碎石土：2750kPa2750kPa。 4 4、u按成孔直径计算；按成孔直径计算；Ap按设计直径考虑。按设计直径考虑。 5 5、li 从最大冲刷线起算；从最大冲刷线起算；h从一般冲刷线起算。从一般冲刷线起算。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系26（2 2）沉桩的承载力容许值）沉桩的承载力容许值 2 2）嵌岩桩：支承在基岩或嵌入基岩的钻（挖）孔桩、沉）嵌岩桩：支承在基岩或嵌入基岩的钻（挖）孔桩、沉桩的单桩轴向容许承载力桩的单桩轴向容许承载力2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系

16、273 3）河床有冲刷时，桩的嵌岩深度，按下式计算）河床有冲刷时，桩的嵌岩深度，按下式计算圆形桩：圆形桩：矩形桩：矩形桩：3 3、静力触探；、静力触探；4 4、动测试桩法；、动测试桩法；5 5、静力分析法、静力分析法2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系28确定方法：确定方法：1 1、静载试验；、静载试验；2 2、分析计算（基桩在水平力作用、分析计算（基桩在水平力作用下的内力、变形、弹性抗力等分析，保证桩土安全。）下的内力、变形、弹性抗力等分析，保证桩土安全。）横轴向破坏机理与特点横轴向破坏机理与特点刚性桩和弹性桩刚性桩和弹性桩三、三、 单桩横轴向容许承载力确定单桩横轴向容许承

17、载力确定2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系29 当桩周土体沉降大当桩周土体沉降大于桩身沉降时，桩周于桩身沉降时，桩周土施加给桩的磨阻力土施加给桩的磨阻力方向向下，称为负摩方向向下，称为负摩阻力。阻力。该力不仅不提该力不仅不提供支持力，反而成为供支持力，反而成为外荷载，对桩基安全外荷载，对桩基安全影响极大。影响极大。四、桩的负摩阻力四、桩的负摩阻力2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系30桩基负摩阻力产生的原因有：桩基负摩阻力产生的原因有：1 1、桩周大面积堆载；、桩周大面积堆载；2 2、大量抽取地下水，土层固结；、大量抽取地下水，土层固结；3 3、桩穿过浅固

18、结土层进入硬土；、桩穿过浅固结土层进入硬土；4 4、密集打桩，产生孔压消散固结；、密集打桩，产生孔压消散固结；5 5、湿陷性黄土、冻土融沉等。、湿陷性黄土、冻土融沉等。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系31中性点：中性点：桩身出现负桩身出现负摩阻力时正负摩阻力摩阻力时正负摩阻力变换处的位置。变换处的位置。该点即为桩土相对变该点即为桩土相对变位为零点，也为摩阻位为零点，也为摩阻力零点，也是桩身轴力零点，也是桩身轴力最大点。力最大点。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系32实际工程中中性点的位置可变，通常按经验：实际工程中中性点的位置可变，通常按经验：3-35

19、；柱桩取1.0，摩擦桩桩端支撑力在5以下时取0.7，550取0.8。软土层强度非软弱土层负摩阻合力验算，容许值仅包括正摩阻部分。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系33第四节、第四节、 单排桩基桩内力和位移计算单排桩基桩内力和位移计算基桩计算包括两大部分：基桩计算包括两大部分：轴向承载力和横轴轴向承载力和横轴向承载力；轴向安全向承载力；轴向安全通过竖向力（通过竖向力（N）最不利单桩）最不利单桩满足容许轴向承载力来控制；满足容许轴向承载力来控制；横轴向承载力横轴向承载力通过弹通过弹性地基梁法，将水平向最不利荷载组合（性地基梁法，将水平向最不利荷载组合（M、Q）作用于桩身，然后计

20、算在外载作用下的内力、变形、作用于桩身，然后计算在外载作用下的内力、变形、弹性抗力等，并通过相关相关控制指标和配筋来保弹性抗力等，并通过相关相关控制指标和配筋来保证横轴向基桩安全；轴向和横轴向验算是分开进行证横轴向基桩安全；轴向和横轴向验算是分开进行的。对于一般桩基础，一般的。对于一般桩基础，一般验算原则是，由多排桩验算原则是，由多排桩到单排桩，再分配至单桩，到单排桩，再分配至单桩，然后针对单（排）桩计然后针对单（排）桩计算，仅算，仅控制最不利桩和单排桩。控制最不利桩和单排桩。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系3411.4.1 11.4.1 单排桩基桩内力和位移计算单排桩基

21、桩内力和位移计算11.4.1.1 11.4.1.1 基本概念基本概念一、土的弹性抗力及其分布一、土的弹性抗力及其分布当桩在土中发生变位时，土体施加给桩的横向抗力。通常依文克尔假当桩在土中发生变位时，土体施加给桩的横向抗力。通常依文克尔假定，假定其与横轴向位移成正比。定，假定其与横轴向位移成正比。C为地基系数为地基系数，其含义为单位面积土在弹性限度内产生单位变形所需要，其含义为单位面积土在弹性限度内产生单位变形所需要的力；依据假定的不同有：的力；依据假定的不同有：m法、法、k法、法、c法、法、C法等。法等。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系354.1.1 4.1.1 单排桩基

22、桩内力和位移计算单排桩基桩内力和位移计算11.4.1.1 11.4.1.1 基本概念基本概念一、土的弹性抗力及其分布一、土的弹性抗力及其分布M值：值：m法是规范推荐方法，假法是规范推荐方法，假定地基系数随深度线性增加，取定地基系数随深度线性增加，取值见值见P257表表11-8，主要与土，主要与土质有关。质有关。对于多层土，对于多层土，依据地面依据地面或最大冲刷线以下一定深度内土或最大冲刷线以下一定深度内土层层m值按规范换算（值按规范换算（P258式式11-11）；对于桩端地基土）；对于桩端地基土竖竖向地基系数向地基系数C0，可以近似按可以近似按mh计算，计算，h=10米。（式米。（式11-13

23、）2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系36深度加权深度加权挠曲线加权挠曲线加权简化方法加权简化方法加权2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系3711.4.1 11.4.1 单排桩基桩内力和位移计算单排桩基桩内力和位移计算11.4.1.1 11.4.1.1 基本概念基本概念二、单桩、单排桩与多排桩二、单桩、单排桩与多排桩单桩：单桩：一根基桩。一根基桩。单排桩：单排桩：水平外力仅穿过一排（根）桩。水平外力仅穿过一排（根）桩。多排桩：多排桩：水平外力穿过多（根）排桩。水平外力穿过多（根）排桩。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系3811.4.1 1

24、1.4.1 单排桩基桩内力和位移计算单排桩基桩内力和位移计算11.4.1.1 11.4.1.1 基本概念基本概念二、单桩、单排桩与多排桩二、单桩、单排桩与多排桩竖向力竖向力剪力剪力力矩力矩横桥向偏心时竖向力横桥向偏心时竖向力双向偏心时多排桩双向偏心时多排桩单排桩荷载分配：单排桩荷载分配：2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系3911.4.1 11.4.1 单排桩基桩内力和位移计算单排桩基桩内力和位移计算11.4.1.1 11.4.1.1 基本概念基本概念三、桩的计算宽度三、桩的计算宽度桩在水平外力作用下，属空间受力，除桩宽外，桩宽附近土体也会桩在水平外力作用下，属空间受力，除桩

25、宽外，桩宽附近土体也会参与提供弹性抗力，且不同截面不同布置时影响不同。必需将桩实际宽参与提供弹性抗力，且不同截面不同布置时影响不同。必需将桩实际宽换算为相当于实际工作条件下的宽度换算为相当于实际工作条件下的宽度计算宽度。计算宽度。K f: 形状换算系数，形状换算系数，P259表表11-10K 0: 受力换算系数，空间简化为平面，受力换算系数，空间简化为平面，P259表表11-10K : 桩间相互影响系数桩间相互影响系数;桩净距大于等于桩净距大于等于0.6倍计算深度时、单倍计算深度时、单排桩及桩径小于排桩及桩径小于1米时为米时为1.0；按桩数最多的一排桩计算其相；按桩数最多的一排桩计算其相互影响

26、系数。小于互影响系数。小于0.6倍计算深度应计算。倍计算深度应计算。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系4011.4.1 11.4.1 单排桩基桩内力和位移计算单排桩基桩内力和位移计算11.4.1.1 11.4.1.1 基本概念基本概念四、刚性桩与弹性桩四、刚性桩与弹性桩由于桩土的刚度差，造成桩在土中的变形特性不一致，必须分开计由于桩土的刚度差，造成桩在土中的变形特性不一致，必须分开计算，按桩土相对刚度不同区分为弹性桩和刚性桩计算。算，按桩土相对刚度不同区分为弹性桩和刚性桩计算。弹性桩弹性桩刚性桩刚性桩桩土变形系数桩土变形系数2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工

27、程系4111.4.1 11.4.1 单排桩基桩内力和位移计算单排桩基桩内力和位移计算11.4.1.2 m11.4.1.2 m法弹性单排桩内力和位移计算法弹性单排桩内力和位移计算理论基础：理论基础：弹性地基梁，按材料力学梁变形与分布荷载微分方程推导。弹性地基梁，按材料力学梁变形与分布荷载微分方程推导。坐标系及符号：坐标系及符号：位移、横向力位移、横向力x轴正向为正；转角逆时针为正；弯矩左侧轴正向为正；转角逆时针为正；弯矩左侧纤维受拉为正。纤维受拉为正。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系4211.4.1 11.4.1 单排桩基桩内力和位移计算单排桩基桩内力和位移计算11.4.1

28、.2 m11.4.1.2 m法弹性单排桩内力和位移计算法弹性单排桩内力和位移计算计算目的计算目的即为求解沿桩身任意深度处的水平位移、转角、弹性抗力、截即为求解沿桩身任意深度处的水平位移、转角、弹性抗力、截面弯矩、截面剪力。面弯矩、截面剪力。已知条件已知条件为桩顶（一定要换算到地面或最大冲刷线处）为桩顶（一定要换算到地面或最大冲刷线处）分配来的弯矩分配来的弯矩M0和剪力和剪力Q0；以及桩的截面、地基土体参数等。求解微分方；以及桩的截面、地基土体参数等。求解微分方程比较繁琐，目前规范已给出了所有计算表格，程比较繁琐，目前规范已给出了所有计算表格，直接查表即可直接查表即可。2009年11月重庆交通大

29、学河海学院 岩土与地质工程系4311.4.1 11.4.1 单排桩基桩内力和位移计算单排桩基桩内力和位移计算11.4.1.2 m11.4.1.2 m法弹性单排桩内力和位移计算法弹性单排桩内力和位移计算 用地表处用地表处变位及力表示变位及力表示任意位置处力任意位置处力及变位，与桩及变位，与桩底条件有关。底条件有关。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系4411.4.1 11.4.1 单排桩基桩内力和位移计算单排桩基桩内力和位移计算11.4.1.2 m11.4.1.2 m法弹性单排桩内力和位移计算法弹性单排桩内力和位移计算一、通用算法：一、通用算法：地表（最大冲刷线）处剪力、弯矩已

30、知，可地表（最大冲刷线）处剪力、弯矩已知，可依据桩底条件将地表处位移及转角以该处已知力表示。依据桩底条件将地表处位移及转角以该处已知力表示。摩擦桩和支撑桩摩擦桩和支撑桩求得桩地面处位移和转角后，在同地面处弯矩剪力一起代入求得桩地面处位移和转角后，在同地面处弯矩剪力一起代入任意位置处计算公式，即可求得任意位置处五项参数。任意位置处计算公式，即可求得任意位置处五项参数。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系4511.4.1 11.4.1 单排桩基桩内力和位移计算单排桩基桩内力和位移计算11.4.1.2 m11.4.1.2 m法弹性单排桩内力和位移计算法弹性单排桩内力和位移计算一、通

31、用算法：一、通用算法：地表（最大冲刷线）处剪力、弯矩已知，可地表（最大冲刷线）处剪力、弯矩已知，可依据桩底条件将地表处位移及转角以该处已知力表示。依据桩底条件将地表处位移及转角以该处已知力表示。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系4611.4.1 11.4.1 单排桩基桩内力和位移计算单排桩基桩内力和位移计算11.4.1.2 m11.4.1.2 m法弹性单排桩内力和位移计算法弹性单排桩内力和位移计算二、无量纲法：二、无量纲法：所有任意位置处参数均以地表（最大冲刷线）处剪所有任意位置处参数均以地表（最大冲刷线）处剪力、弯矩表示，在满足一定条件时计算大大简化，工程常用。力、弯矩表

32、示，在满足一定条件时计算大大简化，工程常用。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系4711.4.1 11.4.1 单排桩基桩内力和位移计算单排桩基桩内力和位移计算11.4.1.2 m11.4.1.2 m法弹性单排桩内力和位移计算法弹性单排桩内力和位移计算2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系4811.4.1 11.4.1 单排桩基桩内力和位移计算单排桩基桩内力和位移计算11.4.1.2 m11.4.1.2 m法弹性单排桩内力和位移计算法弹性单排桩内力和位移计算三、桩身最大弯矩及其位置确定三、桩身最大弯矩及其位置确定-涉及桩身配筋计算。涉及桩身配筋计算。2009年

33、11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系4911.4.1 11.4.1 单排桩基桩内力和位移计算单排桩基桩内力和位移计算11.4.1.2 m11.4.1.2 m法弹性单排桩内力和位移计算法弹性单排桩内力和位移计算三、桩身最大弯矩及其位置确定三、桩身最大弯矩及其位置确定-涉及桩身配筋计算。涉及桩身配筋计算。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系5011.4.1 11.4.1 单排桩基桩内力和位移计算单排桩基桩内力和位移计算11.4.1.2 m11.4.1.2 m法弹性单排桩内力和位移计算法弹性单排桩内力和位移计算五、单桩、单排桩计算步骤及验算要求五、单桩、单排桩计算步骤及验算

34、要求2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系5111.4.211.4.2单排桩计算算例单排桩计算算例m m法弹性单排桩算例法弹性单排桩算例- -双柱式桥墩钻孔灌注桩基础双柱式桥墩钻孔灌注桩基础2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系5211.4.3 11.4.3 多排桩基桩内力和位移计算多排桩基桩内力和位移计算多排桩基础具有一个对称面的承台，如图多排桩基础具有一个对称面的承台，如图11-28所示，所示，且外力作用于此对称平面内，在外力作用面内由几根桩且外力作用于此对称平面内，在外力作用面内由几根桩组成，并假定承台与桩头的联结为刚性的。由于各桩与组成，并假定承台与桩头

35、的联结为刚性的。由于各桩与荷载的相对位置不尽相同，桩顶在外荷载作用下其变位荷载的相对位置不尽相同，桩顶在外荷载作用下其变位也就不同，外荷载分配到桩顶上的也就不同，外荷载分配到桩顶上的、也各异，因也各异，因此，此，、的值就不能用简单的单排桩计算方法进行的值就不能用简单的单排桩计算方法进行计算。此时，可将外力作用平面内的桩作为一平面框架，计算。此时，可将外力作用平面内的桩作为一平面框架，用结构位移法算出各桩顶上的作用力用结构位移法算出各桩顶上的作用力、后，再应后，再应用单桩的计算方法来进行桩的承载力与位移验算。用单桩的计算方法来进行桩的承载力与位移验算。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与

36、地质工程系53o假设承台为一绝对刚性体，桩头嵌固于承台内，假设承台为一绝对刚性体，桩头嵌固于承台内，当承台在外荷载作用下产生变位后，各桩顶之当承台在外荷载作用下产生变位后，各桩顶之间的相对位置不变，各桩桩顶的转角与承台的间的相对位置不变，各桩桩顶的转角与承台的转角相等转角相等。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系54一、桩顶荷载的计算一、桩顶荷载的计算o桩顶轴向位移为2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系55桩顶转角o假设：假设：o当第当第i根桩桩顶处仅产生单位轴向位移（即根桩桩顶处仅产生单位轴向位移（即）时，在桩顶引起的轴向力为时，在桩顶引起的轴向力为；o当

37、第当第i根桩桩顶处仅产生单位轴向位移（即根桩桩顶处仅产生单位轴向位移（即）时，在桩顶引起的横轴向力为时，在桩顶引起的横轴向力为；o当第当第i根桩桩顶处仅产生单位横向位移（即根桩桩顶处仅产生单位横向位移（即）时，在桩顶引起的弯矩为时，在桩顶引起的弯矩为；或当桩顶产生单位转角；或当桩顶产生单位转角（即（即），在桩顶引起的横轴向力为），在桩顶引起的横轴向力为；o当第当第i根桩桩顶处仅产生单位转角（即根桩桩顶处仅产生单位转角（即）时，）时，在桩顶引起的弯矩为在桩顶引起的弯矩为；2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系56o当承台产生变位当承台产生变位、时，当第时，当第i根桩桩顶根桩桩顶引

38、起的轴向力引起的轴向力、横轴向力、横轴向力及弯矩值为及弯矩值为2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系572009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系58o 、 、 可按结构力学的位移法求得.o位移法的典型方程:2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系59o即当承台产生单位横轴向位移时（即当承台产生单位横轴向位移时（），），所有桩顶对承台作用的竖轴向反力之和、横轴所有桩顶对承台作用的竖轴向反力之和、横轴向反力之和及反弯矩之和为向反力之和及反弯矩之和为，：2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系60o承台产生单位竖向位移时（承台产生单位竖向位移

39、时（），所有桩顶），所有桩顶对承台作用的竖轴向反力之和、横轴向反力之对承台作用的竖轴向反力之和、横轴向反力之和及反弯矩之和为和及反弯矩之和为，：2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系61o承台绕坐标原点产生单位转角（承台绕坐标原点产生单位转角（），所），所有桩顶对承台作用的竖轴向反力之和、横轴向有桩顶对承台作用的竖轴向反力之和、横轴向反力之和反力之和，：2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系62o求得求得、及及、后，可一并代入式后，可一并代入式（11-43）即可求出各桩桩顶所受作用力）即可求出各桩桩顶所受作用力、值，然后则可按单桩来计算桩身内力与位值，然后则可按

40、单桩来计算桩身内力与位移。移。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系632009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系6411.5 11.5 群桩基础的竖向分析及其验算群桩基础的竖向分析及其验算11.5.1 11.5.1 群桩基础的工作性状及其特点群桩基础的工作性状及其特点一、一、端承桩桩身摩阻力端承桩桩身摩阻力较小，主要依靠桩端反力承较小，主要依靠桩端反力承载，且变形小、桩底压力分载，且变形小、桩底压力分布面积小，应力叠加效应小布面积小，应力叠加效应小。群桩基础中各基桩工作性状群桩基础中各基桩工作性状同单桩；而且群桩沉降等于同单桩；而且群桩沉降等于单桩沉降，群桩承载力

41、等于单桩沉降，群桩承载力等于各单桩承载力之和。各单桩承载力之和。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系6511.5 11.5 群桩基础的竖向分析及其验算群桩基础的竖向分析及其验算11.5.1 11.5.1 群桩基础的工作性状及其特点群桩基础的工作性状及其特点二、摩擦桩桩身摩阻力为主要承载因素，且会发生应力扩散，二、摩擦桩桩身摩阻力为主要承载因素，且会发生应力扩散，可能在桩底发生应力叠加且影响范围更深，因此群桩沉降大于单桩，可能在桩底发生应力叠加且影响范围更深，因此群桩沉降大于单桩，承载力通常小于单桩之和。承载力通常小于单桩之和。这种群桩在沉降、承载力、桩端阻力、这种群桩在沉降、

42、承载力、桩端阻力、侧阻力等与单桩工作性状不同的效应称为侧阻力等与单桩工作性状不同的效应称为群桩效应。群桩效应。一般当桩间距一般当桩间距大于大于6倍计算宽度时无群桩效应。倍计算宽度时无群桩效应。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系6611.5 11.5 群桩基础的竖向分析及其验算群桩基础的竖向分析及其验算11.5.2 11.5.2 群桩基础承载力验算群桩基础承载力验算对于端承群桩和间距大于等对于端承群桩和间距大于等于于6倍的摩擦群桩，仅需按最不倍的摩擦群桩，仅需按最不利单桩进行轴向承载力验算即可。利单桩进行轴向承载力验算即可。对于间距小于对于间距小于6倍桩径的摩倍桩径的摩擦群桩

43、，需要进行群桩承载力计擦群桩，需要进行群桩承载力计算，计算方法为算，计算方法为等代实体基础法等代实体基础法，其承载力、沉降、软弱下卧层等其承载力、沉降、软弱下卧层等验算同浅基础（桩群和桩间土组验算同浅基础（桩群和桩间土组成）计算。成）计算。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系6711.5 11.5 群桩基础的竖向分析及其验算群桩基础的竖向分析及其验算11.5.2 11.5.2 群桩基础承载力验算群桩基础承载力验算2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系6811.6 11.6 承台的计算承台的计算承台计算内容包括桩顶局部承压计算、承台抗冲剪计算、承台计算内容包括桩

44、顶局部承压计算、承台抗冲剪计算、抗弯、抗剪计算。抗弯、抗剪计算。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系6911.711.7桩基础的设计内容及步骤桩基础的设计内容及步骤1、类型选择：、类型选择：承台底面标高、柱桩或摩擦桩、施工工艺。承台底面标高、柱桩或摩擦桩、施工工艺。2、桩径桩长：、桩径桩长：拟定桩径、选择桩长（一般大于拟定桩径、选择桩长（一般大于4米）米）3、确定根数及布置：、确定根数及布置：按单桩承载力估算桩数；桩间距按单桩承载力估算桩数；桩间距P151；平面布置遵循荷载中心和基桩中心尽量重合原则。；平面布置遵循荷载中心和基桩中心尽量重合原则。4、计算与验算：、计算与验算：

45、单桩承载力、横向承载力、变位、弹性抗单桩承载力、横向承载力、变位、弹性抗力、力、6mm限制、群桩及承台验算。限制、群桩及承台验算。2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系7011.7 11.7 桩基础的设计流程桩基础的设计流程2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系71本章重点o桩基础的工作机理、分类体系桩基础的工作机理、分类体系o单桩轴向承载力计算单桩轴向承载力计算 o弹性桩计算及其假定、理论等弹性桩计算及其假定、理论等o负摩阻、群桩效应及处理、承台验算负摩阻、群桩效应及处理、承台验算o作业：作业：2009年11月重庆交通大学河海学院 岩土与地质工程系72THANKS！