1、1,4.3 桩的竖向承载力,一、单桩轴向荷载传递的概念,地基土在桩侧摩擦力和桩端阻力的作用下产生附加应力，因而导致地基土变形，引起桩体的沉降；桩体受到荷载和土体阻力的共同作用而产生桩身轴力，从而导致桩体出现轴向压缩变形。桩周处由桩土受力条件不同而产生桩土相对位移，这种相对位移的大小和随深度位置的变化对桩的桩侧摩擦力有很大影响；桩端处桩的沉降与桩端阻力的大小有关。,摩擦力分布与发展规律桩端阻力发挥过程桩身内力与变形,2,由实测， QS先达极限，对应位移仅4-10mm，和土性、桩径关系不大；而QP达极限需s=0.1d （打入桩），甚至0.3d（灌注桩）,一、单桩轴向荷载传递的概念,3,二、桩摩擦力
2、、轴力与桩身位移的关系,如图，取一微桩段。 竖向受力平衡：,微桩段的轴向压缩变形与轴向荷载关系（材料力学）：,4,上式表明：桩侧摩阻力是桩截面对桩周土的相对位移的函数，其大小制约着土对桩侧表面的向上作用的正摩阻力的发挥程度。,二、桩摩擦力、轴力与桩身位移的关系,得单桩荷载传递的基本微分方程：,5,二、桩摩擦力、轴力与桩身位移的关系,桩身轴力分布的积分方程：,上式中:,6,二、桩摩擦力、轴力与桩身位移的关系,桩身沉降的积分方程：,上式中:,7,三、影响荷载传递的因素,在任何情况下，桩的长径比Ld(桩长与桩径之比)对荷载传递都有较大的影响：根据Ld 的大小桩可分为短桩 (Ld10)、中长桩 (L/
3、D10)、长桩(Ld40)和超长桩 (Ld100)。有学者通过线弹性理论分析，得到影响单桩荷载传递的因素主要有： 1、桩端土与桩周土的刚度比EbEs: EbEs愈小，桩身轴力沿深度衰减愈快即传递到桩端的荷载愈小：对于中长桩，当 EbEs=1( 即均匀土层 )时，桩侧摩阻力接近于均匀分布、几乎承担了全部荷载，桩端阻力仅占荷载的 5左右，即属于摩擦桩； EbEs 增大到100时，桩身轴力上段随深度减小，下段近乎沿深度不变，即桩侧摩阻力上段可得到发挥，下段则因桩土相对位移很小( 桩端无位移 )而无法发挥出来，桩端阻力分担了60以上荷载，即属于端承型桩；EbEs再继续增大，对桩端阻力分担荷载比的影响不
4、大。,8,三、影响荷载传递的因素,2、桩土刚度比EpEs(桩身刚度与桩侧土刚度之比): EpEs愈大传递到桩端的荷载愈大，但当 EpEs超过1000后，对桩端阻力分担荷载比的影响不大；而对于EpEs10 的中长桩其桩端阻力分担的荷载接几乎近于零，这说明对于砂桩、碎石桩、灰土桩等低刚度桩组成的基础，应按复合地基工作原理进行设计。 3、桩端扩底直径与桩身直径之比Dd： Dd 愈大桩端阻力分担的荷载比愈大；对于均匀土层中的中长桩，当 Dd=3时，桩端阻力分担的荷载比将由等直径桩(Dd=1)的约5增至约35。,9,三、影响荷载传递的因素,4、桩的长径比Ld： 随 Ld 的增大，传递到桩端的荷载减小，桩
5、身下部侧阻力的发挥值相应降低。在均匀土层中的长桩其桩端阻力分担的荷载比趋于零； 对于超长桩，不论桩端土的刚度多大，其桩端阻力分担的荷载都小到可略而不计，即桩端土的性质对荷载传递不再有任何影响，且上述各影响因素均失去实际意义；可见，长径比很大的桩都属于摩擦桩，在设计这样的桩时，试图采用扩大桩端直径来提高承载力，实际上是徒劳无益的。,10,四、桩侧摩阻力和桩端阻力,桩侧摩阻力与桩-土界面相对位移的函数关系，可用图中曲线OCD表示，且常简化为折线OAB：OA表示桩-土界面相对位移小于某一限值时，摩阻力随位移线性增大；AB段则表示一旦桩土界面相对滑移超过某一限值，摩阻力将保持极限值不变；按照经验，桩侧
6、摩阻力达到极限值所需的桩土相对滑移极限值基本上只与土的类别有关，根据试验资料约为46mm(对粘性土)或6-lOmm(对砂类土)：,11,四、桩侧摩阻力和桩端阻力,砂土中的模型桩试验表明，当桩入土深达某一临界深度后，侧阻就不随深度增加了这个现象称为侧阻的深度效应。 模型和原型桩试验研究都表明，端阻也存在深度效应现象；当桩端入土深度小于某一临界值时，极限端阻随深度线性增加，而大于该深度后则保持恒值不变，这一深度称为端阻的临界深度。,12,四、桩侧摩阻力和桩端阻力,单桩静载荷试验所得的荷载-沉降(QS)关系曲线所呈现的沉降特征和破坏模式，是荷载作用下桩-土相互用内在机制的宏观反映大体分为陡降型(A)
7、和缓变型(B)两类型态，它们随桩侧和桩端土层分布与性质、桩的形状和尺寸(桩径、桩长及其比值)、成桩工艺和成桩质量等诸多因素而变化。,13,五、单桩破坏模式,破坏模式,桩周土强度破坏,桩身截面强度破坏,14,五、单桩破坏模式,15,五、单桩破坏模式,16,五、单桩破坏模式,17,五、单桩破坏模式,18,五、单桩破坏模式,19,五、单桩破坏模式,20,上部结构的容许变形值,单桩承载力R 的确定：,决定于桩和土，一般由土控制，端承、超长桩等除外。,4.3.2 单桩竖向承载力的确定,21,一、按桩身强度定,钢筋混凝土桩：,钢 桩：,桩轴心受压时：,22,二、现场静载试验确定,23,二、现场静载试验确定
8、,24,二、现场静载试验确定,25,二、现场静载试验确定,26,二、现场静载试验确定,试桩数1%且不少于3根。预制桩在砂土中入土7天后；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，才能进行。试验要点： 1、加荷分级不应小于8级，每级加载量宜为预估极限荷载的1/81/10。 2、测读桩沉降量的间隔时间：每级加载后，每第5、10、15min时各测读一次，以后每隔15min读一次，累计一小时后每隔半小时读一次。3、在每级荷载作用下，桩的沉降量连续两次在每小时内小于0.1mm时可视为稳定。,27,二、现场静载试验确定,符合下列条件之一时可终止加载： 1.当荷
9、载-沉降(Q-s)曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量超过40mm； 2.sn+1/sn2，且经24小时尚未达到稳定； 3.25m以上的非嵌岩桩，Q-s曲线呈缓变型时，桩顶总沉降量大于60-80mm； 4.在特殊条件下，可根据具体要求加载至桩顶总沉降量大于100mm。卸载观测： 每级卸载值为加载值的两倍。卸载后隔15min测读一次，读两次后，隔半小时再读一次，即可卸下一级荷载。全部卸载后，隔3-4小时再测读一次,28,二、现场静载试验确定,单桩竖向极限承载力应按下列方法确定： 当陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载值。 sn+1/sn2，且经24小时尚未达到稳定，取前一级荷载值。
10、 Q-s曲线呈缓变型时，取桩顶总沉降量s=40mm所对应的荷载值，当桩长大于40m时，考虑桩身的弹性压缩。 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Ra,29,三、经验公式确定,qsiu 查表，和土性及成桩方法有关，沉管灌注桩小，因质量难保证；对预制桩有深度修正系数,qpu 查表，和土性及入土深度有关,（a）按单桩极限承载力确定:,30,三、经验公式确定,（b）建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）:,31,四、按土的抗剪强度指标确定,（一）极限摩阻力,1、 法,2、 法,3、 法,32,（二）极限端阻力,33,五、其它方法,静力触探法、 打桩公式计算、 标贯试验法等,34,例题： 根据静载荷试验结果确定单桩的竖向承载力条件：某工程为混凝土灌注桩在建筑场地现场已进行的3根桩的静载荷试验（377的振动沉管灌注桩），其报告提供根据有关曲线确定桩的极限承载力标准值分别为590kN、605kN、620kN。 要求：确定单桩竖向极限承载力特征值Ra。,35,解由静载荷试验得出单桩的竖向极限承载力，三次试验的平均值为：,故取：,
