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1、1（3）按成桩方法预制桩灌注桩沉管灌注桩钻孔灌注桩第1页/共70页2（4）按桩的受力情况端承桩摩擦桩（5）按桩轴线方向竖直桩斜桩叉桩第2页/共70页3（6）按桩的直径大直径桩：D800mm中等直径桩：D250mm800mm小桩：D800mm（7）按成桩对土层的影响挤土桩部分挤土桩非挤土桩第3页/共70页44.2 单桩垂直承载力的确定（2）单桩垂直承载力确定方法按桩材强度按土的抗力（1）单桩垂直承载力极限承载力标准承载力设计承载力（3）按桩材强度确定单桩垂直承载力（4-1）第4页/共70页5（4 4）桩的荷载传递机理）桩的荷载传递机理剪切带扰动带桩土体系荷载传递分析示意图桩土体系荷载传递分析示意
2、图1 1）基本微分方程）基本微分方程第5页/共70页6从桩中取一微段，可得到以下的平衡式：积分得（q4-1）将桩视为线弹性体，桩顶沉降和任一截面位移为：将式（q4-3）代入式（q4-4）并取二阶导数得：（q4-2）（q4-3）（q4-4）第6页/共70页7式中，（q4-5）进行桩土荷载传递分析计算桩土荷载传递分析计算的基本微分方程 桩体横截面面积；桩体弹性模量；桩身周长；桩顶处位移；桩顶处荷载。第7页/共70页82）桩的荷载传递特征桩的承载力桩侧摩阻力+桩端阻力桩侧摩阻力自上而下逐渐发挥，后端阻力发挥桩侧摩阻力产生原因及其影响因素：软土和硬土第8页/共70页9（5）单桩破坏模式1）桩身材料破坏
3、桩发生曲折超长摩擦桩桩顶压屈端承桩Q超长摩擦桩QQs0沉降-荷载曲线沉降-荷载曲线有明显转折点，即破坏特征点桩身材料破坏示意图桩身材料破坏示意图第9页/共70页10桩穿越软土层入较硬持力层2）桩端土整体剪切破坏桩端土发生整体剪切破坏沉降-荷载曲线有 明显转折点Q端承摩擦桩Qs0沉降-荷载曲线整体剪切破坏示意图整体剪切破坏示意图第10页/共70页11均质土层摩擦型桩3）刺入剪切破坏桩侧与桩端土发生剪切 与刺入破坏沉降-荷载曲线没有 明显转折点Q摩擦桩Qs0沉降-荷载曲线刺入剪切破坏示意图刺入剪切破坏示意图.第11页/共70页12纯摩擦型桩，桩端无反力4）桩侧纯剪切破坏桩侧纯剪切破坏Q纯摩擦桩Qs
4、0沉降-荷载曲线桩侧纯剪切破坏示意图桩侧纯剪切破坏示意图.第12页/共70页13桩的静载荷试验桩的静载荷试验（2）试验程序：参照平板载荷试验（1）桩的静载荷试验优缺点（3）技术要点：从成桩到试验的间歇时间试验试验试验试验（4）试验结果沉降-荷载曲线沉降-时间曲线第13页/共70页14单桩极限承载力标准值的选取单桩极限承载力标准值的选取单桩极限承载力标准值的选取单桩极限承载力标准值的选取（1）根据沉降-时间关系曲线确定第14页/共70页15（2）根据沉降-荷载关系特征确定第15页/共70页16（3）根据沉降量确定（4）桩载荷试验数量的确定缓变型s-p曲线：p(s=4060mm)大直径桩：p(s=
5、0.030.06d)，d为桩径细长桩（L/d80）：p(s=6080mm)第16页/共70页17 ，桩侧第i土层的厚度；式中，为桩径为0.8m时的极限桩端抗力标准值；静力公式法（静力公式法（建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范）（4-2），桩底端横截面积；，桩侧第i土层的极限摩阻力标准值；，桩的横截面周长；注：注：海上固定平台入级与建造规程海上固定平台入级与建造规程 美国石油协会美国石油协会API-RP2AAPI-RP2A规范规范单桩垂直极限承载力标准值：第17页/共70页18 ，桩周第i层土的侧面摩阻力（双桥探头）。，桩端附近探头阻力平均值；，桩端阻力修正系数；式中，为桩端阻力修正系数（表4-3
6、）；静力触探法：打入式预制桩静力触探法：打入式预制桩（4-3），桩端附近的静力触探比贯入阻力平均值；，桩周第i层土的侧面摩阻力修正系数；（1）单桥探头（4-4）（2）双桥探头 第18页/共70页19（3）的取值：式中，桩端全断面以下4倍桩径范围内的比贯入阻力平均值；，桩端全断面以上8倍桩径范围内的比贯入阻力平均值；，安全系数，一般取2.0；，折减系数，与 有关。第19页/共70页20（4）的取值式中，桩所穿越土层的比贯入阻力平均值。地表下6m范围内的浅层土，粘性土粉土、砂土（5）第20页/共70页21动力测试法动力测试法（1）原理（2）方法（3）大应变和小应变法 机械敲击法打桩公式波动方程分析
7、法动力参数法水电效应法机械阻抗法第21页/共70页22打桩公式打桩公式打桩公式打桩公式（1）假定：在打桩的最后阶段桩锤一击所产生的能量桩克服土对桩的阻力而移动一段距离所做的功（2）桩的动态极限承载力R（常用公式）式中，为桩锤效率系数；Q，锤重；H，落距；，桩锤回弹高度。，打桩终了前最后一锤击桩贯入度；第22页/共70页23 设一细长杆受到撞击后，应变为 波动方程分析法波动方程分析法波动方程分析法波动方程分析法（1）应用（2）应力波控制方程 1）假定 材料均匀的等截面杆；杆在变形中，横截面为平面，且彼此平行；杆横截面上应力分布是均匀的；忽略杆的横向惯性效应；2）推导 第23页/共70页24aa截
8、面上的力为 bb截面上的力为 单元上的不平衡力为 加速度为 第24页/共70页25 引入反映桩侧土阻力的参数R，得应力波控制方程 式中，c为应力波的传播速度。式中，“”表示R可能向上作用也可能向下作用。（4-5）第25页/共70页26（3）史密斯波动方程法 离散单元差分解法；将桩锤、桩帽、桩为分离单元，且为不可压缩刚性质块，由无质量弹簧相连；桩周土为弹塑性介质，由弹簧、摩擦键和并联的阻尼器来模拟；1）假定第26页/共70页27土阻力R8 等待流变动力学模型（KelvinKelvin模型）模型）弹簧 摩擦键 阻尼器 第27页/共70页282）时间步长应力波经过一个桩单元所需的时间（临界时间间隔）
9、（4-6）建议：3）基本计算公式任一单元在t时刻的平衡方程式：（4-7）第28页/共70页29加速度：向后差分法（4-8）各单元位移（4-9a）（4-9b）任一单元在t时刻的平衡方程式：（4-7）第29页/共70页30各单元一瞬间的速度随单元原有速度所受的不平衡力而发生变化，有（4-11）各单元的弹簧力（4-10b）各单元的变形（弹簧变形量，相邻单元位移差）（4-10a）第30页/共70页31计算各弹簧压缩值（式4-10a）及弹簧力（式4-10b），第一时间步时只有第一个弹簧有变形和力；计算各桩段上的土阻力；计算加速度和速度；进入下一时段，重复4-7步；收敛条件：各单元速度0或桩端位移不再增大
10、。4）计算步骤假定计算的时间步长，选择合适的桩单元长度；假设各单元的位移、速度、加速度、土的塑性位移、弹簧力和土阻力初始值，一般可令为零；计算桩锤落体撞击初速度；（4-12）计算第1个时段末时各单元的位移（式4-9b）；第31页/共70页325）应用（a）预估单桩承载力（步骤）假定静极限承载力桩侧和桩尖的最大静阻力和；确定分配系数和桩侧阻力的分布形式；绘制图4-12；实测打桩最终锤击数，查图获得静极限承载力；（b）确定打桩时的桩身最大应力（c）沉桩能力分析第32页/共70页336）打桩分析仪pile driving analyzerCase波动方程法实时分析；大应变类；第33页/共70页34（
11、4）动力参数法 1）单桩竖向自振频率（4-13）2）单桩抗压刚度（4-14）第34页/共70页353）单桩临界荷载（4-15）4）单桩垂直容许承载力端承型桩摩擦型桩5）适用条件6）小应变类第35页/共70页36（5）水电效应法 1）检验原理2）单桩垂直极限承载力（4-16）（4-17）（4-18）（4-19）3）推测极限承载力的步骤第36页/共70页374.3 单桩水平承载力的确定（1）水平承载桩的荷载传递与破坏机理水平荷载由桩身结构和作用荷载附近与桩接触的土层承受；随荷载增大，桩身发生水平位移，并将除桩身荷载的部分传至较深桩周围土层；桩的破坏表现为桩身发生较大的水平位移，甚至导致桩断裂；及桩
12、后土在地表出现裂缝并逐渐向深层发展；桩的水平承载力由控制桩的水平位移或桩身桩的水平承载力由控制桩的水平位移或桩身裂缝的开展确定裂缝的开展确定。第37页/共70页38（2）单桩水平承载力影响因素桩的截面尺寸桩的抗弯刚度桩的材料强度桩顶约束情况桩的入土深度土质条件（3）单桩水平承载力确定方法水平静载试验水平承载力设计值理论计算第38页/共70页39（4）单桩水平承载力计算方法极限地基反力法假定反力分布弹性地基反力法复合地基反力法第39页/共70页40mm法法（1）基本假定土体为直线变形体，且 ，即深度x处的水平抗力与水平位移成正比；横向抗力系数随深度成线性 增加，在地面为零，即k=mx.第40页/
13、共70页41（2）桩的挠曲微分方程（解可得内力、位移）（4-20）（4-21）（4-22）（4-24）式中，m基土的比例系数，见表4-6；b0桩的计算宽度；第41页/共70页42Remark：成层土的比例系数（3层）（4-25）第42页/共70页43（3）桩身最大弯矩及其位置（弹性长桩）求无量纲系数系数表4-7（4-26）最大弯矩深度表4-7（4-27）最大弯矩适用条件：弹性长桩第43页/共70页44（4-28）（4-29）桩顶自由桩顶固接由桩顶水平位移容许值 计算（4）单桩水平承载力设计值第44页/共70页45p-yp-y曲线法曲线法（2）Matlock法（1）定义在某个深度x处桩的水平位移
14、y与单位桩长土抗力合力p之间的对应关系。（4-30）（4-31）计算单位桩长上的极限土抗力第45页/共70页46（4-32）计算极限土抗力之半时的水平位移式中，为三轴压缩试验相当于大、小主应力差之半时的应变值；，计算参数，取2.5。第46页/共70页47（4-33）p-y曲线（幂函数，非线性弹性理想塑性）第47页/共70页48适用范围：软粘土（Su96kPa）（4-34）弹性地基梁/桩的微分方程用差分解法求解河海大学p-y曲线（硬粘土和软粘土）第48页/共70页49（3）讨论适用于软粘土反映地基土的非线性、非弹性性质能反映由地表开始的渐进破坏现象扩展：建立符合实际的p-y曲线不排水强度确定合适
15、的桩顶容许水平位移旁压试验确定p-y曲线等符合实际的基土应力应变关系符合实际的基土应力应变关系第49页/共70页504.4 负摩阻力的近似计算（2）产生原因（1）负摩阻力当地基相对于桩发生向下位移或有位移趋势，桩表面受到的向下作用的摩阻力。（3）负摩阻力的影响因素（4）中性点中性点位置的确定中性点位置的确定（1）影响中性点的因素（2）经验方法第50页/共70页51下拉荷载下拉荷载（1）定义（2）影响因素（3）经验公式粘性土（4-35）（4-36）砂土（4-37）Bjerrum公式（4-38）（4-39）第51页/共70页52（4）下拉荷载（4-41）消减下拉荷载的措施消减下拉荷载的措施扩大桩端
16、先处理地基、后成桩灌注桩设双层塑料膜隔离或桩侧冲填膨润土泥浆预制桩加沥青涂层第52页/共70页534.5 群桩承载力群桩的基本概念群桩的基本概念（1）群桩效应（2）群桩效应的影响因素土的性质桩距桩的支承方式（3）群桩破坏型式整体破坏刺入破坏影响因素第53页/共70页54群桩承载力的验算群桩承载力的验算群桩效率系数法群桩效率系数法式中，一个桩列中的桩数。群桩中桩列的数目；桩的中心距离；桩的直径；公式缺点第54页/共70页55假想实体基础法假想实体基础法（1）考虑荷载扩散桩基承受中心荷载（4-42）（4-43）桩基承受偏心荷载（4-45）第55页/共70页56（2）考虑桩侧摩阻力桩基承受中心荷载（
17、4-46）桩基承受偏心荷载（4-47）（3）计算方法选择第56页/共70页57群桩沉降量的验算群桩沉降量的验算分层总和法负摩阻力作用下桩基负摩阻力作用下桩基 的验算的验算（1）群桩下拉荷载（4-49）（2）群桩下拉荷载折减系数（4-51）第57页/共70页58（4）承载力验算（3）等效半径（4-50）将作用在单桩单位长度上的下拉荷载换算成以桩中心为圆心的筒形土重，有桩基承受中心荷载（4-52）第58页/共70页59桩基承受偏心荷载（4-53）群桩水平承载力的验算群桩水平承载力的验算（1）桩的相互影响效应，降低（2）桩顶约束效应，增大（3）承台侧抗效应，增大（4）承台底摩阻效应，增大（5）竖向荷
18、载效应，增大（6）不均匀分配效应第59页/共70页604.6 桩基承台计算抗弯计算抗弯计算柱下独立桩基承台的弯矩计算柱下独立桩基承台的弯矩计算柱下独立桩基承台的弯矩计算柱下独立桩基承台的弯矩计算（1）多桩矩形承台（4-54）（4-55）第60页/共70页61（2）三桩三角形承台（4-56）（4-57）箱、筏形承台箱、筏形承台箱、筏形承台箱、筏形承台 弯矩计算弯矩计算弯矩计算弯矩计算（1）箱形承台（2）筏形承台第61页/共70页62抗冲切计算抗冲切计算柱对承台的冲切柱对承台的冲切柱对承台的冲切柱对承台的冲切（4-58）（4-59）第62页/共70页63基桩对承台的冲切基桩对承台的冲切基桩对承台的
19、冲切基桩对承台的冲切（4-61）（4-62）（1）多桩矩形承台受角桩冲切（4-63）第63页/共70页64（4-64）（4-65）（2）三桩三角形承台受角桩冲切（4-67）底部角桩（4-66）顶部角桩第64页/共70页65抗剪切计算抗剪切计算（4-68）第65页/共70页664.7 灌注桩施工常见质量问题及其对策泥浆护壁灌注桩泥浆护壁灌注桩（1）沉渣过厚（2）坍孔（3）侧阻力降低泥浆护壁灌注桩泥浆护壁灌注桩（1）吊脚、端缩（2）断桩、缩颈、离析第66页/共70页67（1）掌握桩和桩基的分类及其特点；（2）熟悉单桩垂直承载力确定的公式，熟悉动力测试法；（3）掌握单桩水平承载力确定的弹性地基反力法
20、；（4）掌握桩侧负摩阻力产生的原因及下拉荷载的确定；（5）掌握群桩的概念及其承载力和变形验算；（6）熟悉桩基承台的抗弯、抗冲切和抗剪切计算；（7）熟悉灌注桩施工常见问题及其对策。本章要求：习题：复习题和习题4-14-4、4-6、4-7第67页/共70页68参考资料：参考资料：1中国土木工程学会.注册岩土工程师专业考试复习教程M.北京:中国建筑工业出版社,2007.2杨进良.土力学 M.北京:中国水利水电出版社,2006.3中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ94-2008 建筑桩基技术规范S.北京:中国建筑工业出版社,2008.4中华人民共和国建设部.JGJ106-2003 建筑桩基检测技术规范S.北京:中国建筑工业出版社,2003.第68页/共70页69第69页/共70页70感谢您的观看！第70页/共70页