1、1,基 础 工 程,第4章 桩基础,4.54.6,2,本讲内容,4.5 桩的负摩擦问题 4.6 桩的水平承载力,4.5.1 产生负摩擦的条件和原因 4.5.2 负摩阻力的计算 4.5.3 减少负摩阻力的措施,4.5 桩的负摩擦问题,4,4.5.1 产生负摩擦的条件和原因,1正负摩擦及中性点,5,4.5.1 产生负摩擦的条件和原因,2产生负摩擦的条件和原因,（1）桩穿越较厚松散填土（青州市政府住宅楼、寿光抽纱厂）、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层时； （2）桩周存在软弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载（包括填土）时； （3）由于降低地下水位，使桩周土中有效应力
2、增大，并产生显著压缩沉降时。,6,4.5.1 产生负摩擦的条件和原因,3负摩擦的传递机理,7,4.5.2 负摩阻力的计算,1.单桩负摩阻力的计算 2.群桩负摩阻力的计算,8,4.5.2 负摩阻力的计算(补),1单桩负摩阻力的计算 (1)中性点的位置 (2)负摩阻力计算,9,中性点的位置取决于桩与桩侧土的相对位移，原则上应根据桩沉降与桩周土沉降相等的条件确定，但影响中性点位置的因素较多，工程上一般采用经验值ln/l0(可压缩土层厚度)（表5.4.4-2 ）,(1)中性点的位置,10,4.5.2 负摩阻力的计算,中性点以上单桩桩周第i层土负摩阻力标准值，可按下列公式计算,(2)负摩阻力计算,式中：
3、qsin第i层土桩侧负摩阻力标准值；计算值大于正摩阻力标准值时，取正摩阻力标准值设计；ki土的侧压力系数i桩周第i层土平均竖向有效覆盖应力；ni桩周第i层土负摩阻力系数，可按表5.4.4-1取值。,11,4.5.2 负摩阻力的计算,地面荷载与土的自重压力之和 式中：i 、e分别为第i计算土层和其上第e土层的重度，地下水位以下取浮重度；zi 、ze第i层土、第e层土的厚度；,i的计算,12,i由土自重引起的桩周第i层土平均竖向有效应力；桩群外围桩自地面算起，桩群内部桩自承台底算起； p地面均布荷载,13,（3）单桩下拉荷载的计算,14,2.群桩负摩阻力的计算,考虑群桩效应的基桩下拉荷载可按下式计
4、算：,式中n中性点以上土层数;li中性点以上第i土层的厚度;n负摩阻力群桩效应系数。,15,群桩效应,群桩效应可按等效圆法计算，即假设独立单桩单位长度的负摩阻力由相应长度范围内半径re形成的土体重量与之等效,m中性点以上桩周土层厚度加权平均重度（地下水位以下取浮重度）。,16,群桩效应系数,注：方桩 d=1.13b,17,课堂练习题,某高层建筑采用桩箱基础，基础长33.4m，宽30.6m，埋深4.00m。桩基采用400mm400mm钢筋混凝土预制桩，桩长18m，纵横向桩的中心距均为2.0m。根据工程地质勘察报告，该工程场地为第四纪退海地，16.9m以上均为欠固结软弱土层，桩端持力层为中密砂。试
5、计算群桩中任一内部基桩的下拉荷载（地下水位假设在基底）。,18,承台底以下土层分布,注：淤泥质黏土、淤泥均属软土,19,解题步骤：,（1）求中性点的位置 （2）求各层土的负摩阻力 （3）求n （4）求下拉荷载,20,（1） 中性点的位置 l0=16.9-4.0=12.9m 查表5.4.4-2得ln/l00.7，则 ln0.712.9 9.03m，取ln9.0m，计算至第2层,解：,21,(2) 求负摩阻力qsin,22,23,(3)求n（按式4-41） sax=say=2.0m，d=1.13b=1.130.4=0.452m,25,4.5.3 减小负摩阻力的工程措施,技术措施主要有降低桩与桩间土
6、的摩擦方法、隔离法、预处理等方法。 （1）桩侧涂层法在可能产生负摩阻力范围的桩段，采用在桩侧涂沥青或其他化合物的办法来降低土与桩身的摩擦，从而消减负摩阻力。,26,4.5.3 减小负摩阻力的工程措施,（2）预钻孔法在桩位采用预钻孔，然后将桩插入，在桩周围灌入膨润土混合浆，达到消减负摩阻力的目的。 （3）地基处理法对于松散填土、欠固结土层，如采用预固结法、强夯法等使土层密实、充分固结；对于湿陷性黄土采用浸水、强夯等方法消除湿陷，从而消减与避免负摩阻力产生。,27,存在负摩阻力时桩基承载力的验算（补）,对于摩擦型桩，取桩身计算中性点以上侧阻力为零，按下式验算基桩承载力： NkRa(只计中性点以下部
7、分侧阻及端阻) 对于端承桩，除满足上式以外，尚应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载：,桩基规范,28,4.6 桩的水平承载力,作用于桩顶的水平荷载性质包括：长期作用的水平荷载、反复作用的水平荷载和地震作用所产生的水平力。,29,4.6.1 水平荷载下桩的工作性状,（1）刚性桩（短桩） （2）半刚性桩（中长桩） （3）柔性桩（长桩）（2）（3）通称弹性桩 桩的水平位移过大或桩 本身断裂则破坏,刚性转动,平移,一个位移零点,多个位移零点,30,4.6.2 水平荷载作用下弹性桩的计算,分析计算方法主要有： 地基反力系数法（文克勒地基模型） 弹性理论法 有限元法,31,1.地基反力系数法基本假定,x=kx
8、x （4-44） 常数法（张有龄）、k法、m法、c值法 k法：第一挠曲零点以上按抛物线变化，以下为常数。,4.6.2 水平荷载作用下弹性桩的计算,m法：kx=mz c值法： kx=cz0.5,2.m法计算参数,（1）桩的截面计算宽度 方形截面桩：当实际宽度b1m时，bo=b+1；当b1m时，bo=1.5b+0.5。 圆形截面桩：当桩径dlm时，bo=0.9(d+1)；d1m时:bo=0.9(1.5d+0.5)。 （2）E=0.85Ec（混凝土的弹性模量） （3）地基水平抗力系数的比例常数m参考表4-6,33,3. 单桩计算,(1)确定桩顶荷载N0、H0、M0,（445）,34,3. 单桩计算,
9、(2)桩的挠曲微分方程（材料力学）,称为桩的水平变形系数。 解得单桩的挠度、弯距、剪力、土的水平抗力x,35,(3)桩身最大弯矩及其位置,由C查表4-7得换算深度,再查表4-7得C,对桩顶刚接于承台的桩，其桩身所产生的弯矩和剪力的有效深度为：z4.0/,则桩身最大弯距的深度,36,4.6.3 单桩水平静载荷试验,1、试验装置,37,4.6.3 单桩水平静载荷试验,对于承受反复作用的水平荷载的桩基，其单桩试验宜采用多循环加卸载方式。每级荷载的增量为预估水平极限承载力的1/101/15，每级各加卸载5次 。,2加荷方法,38,4.6.3 单桩水平静载荷试验,3试验结果,水平临界荷载 (Hcr) 是
10、相当于桩身开裂、受拉区混凝土不参加工作时的桩顶水平力：取 Ho-t-Uo 曲线出现突变点的前一级荷载。 水平极限荷载 (Hu),39,4.6.3 单桩水平静载荷试验,3试验结果,水平临界荷载 (Hcr) 水平极限荷载 (Hu),40,4.6.4 单桩水平承载力特征值,对于混凝土预制桩、钢桩、桩身全截面配筋率大于 0.65 的灌注桩，根据静载试验结果取地面处水平位移 为 10mm ( 对于水平位移敏感的建筑物取水平位移 6mm ) 所对应的荷载为单桩水平承载力特征值。 对于桩身配筋率小于 0.65 的灌注桩，取单桩水平静载试验的临界荷载为单桩水平承载力特征值。,41,4.6.4 单桩水平承载力特
11、征值,(3) 当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下列公式估算桩身配筋率小于0. 65 的灌注桩的单桩水平承载力特征值：,（453）,0.75,42,(4) 当缺少单桩水平静载试验资料时，可按下式估算预制桩、钢桩、桩身配筋率大于0.65的灌注桩等的单桩水平承载力特征值：,4.6.4 单桩水平承载力特征值,（454）,0.75,43,课堂练习题,一高填方挡土墙基础下，设置单排打入式钢筋混凝土阻滑桩，桩横截面400mm 400mm，桩长5.5m，桩距0.8m，地基土水平抗力系数的比例常数m为104kN/m4，桩顶约束条件按自由端考虑，试计算当控制桩顶水平位移0a10mm时，每根阻滑桩能对每延米挡土墙提供的水平阻滑力（桩身配筋率大于0.65，桩身抗弯刚度EI5.08 104kNm2)。,解：,每根桩对每延米挡土墙提供阻滑力H,（454）,45,小 结,熟悉负摩阻力的基本概念和计算方法 了解水平承载力的基本概念和计算方法,46,下一讲内容,4.7 桩的平面布置原则 4.8 桩承台的设计,
