桩基础34学习教程.pptx

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1、（a）(b)(c)(d)图图4-9 单桩轴向荷载传递单桩轴向荷载传递第1页/共54页分析微桩段的作用力：分析微桩段的作用力：即：即：轴力随深度的增加而减小，所以加负号。轴力随深度的增加而减小，所以加负号。根据轴力和变形之间的关系：根据轴力和变形之间的关系：得：得：（4-1）（4-2）把式（把式（4-3）代入式（）代入式（4-2）得：）得：（4-3）式（式（4-3）即为单桩轴向荷载传递的基本微分方程。它表明桩侧摩阻）即为单桩轴向荷载传递的基本微分方程。它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明的向上作用的正

2、摩阻力的发挥程度。明的向上作用的正摩阻力的发挥程度。第2页/共54页任一深度任一深度z处的桩身轴力为：处的桩身轴力为：桩身截面位移桩身截面位移 则为桩顶位移则为桩顶位移 与与z深度范围内的桩身压缩深度范围内的桩身压缩量之差：量之差：（4-5）上面两式中如取上面两式中如取Z=L，则（，则（4-4）变成桩底轴力（即桩端总阻力）变成桩底轴力（即桩端总阻力）式（式（4-5）则为桩端位移（即桩的刚体位移）则为桩端位移（即桩的刚体位移）（4-4）第3页/共54页由图由图b可以看出可以看出，在桩顶荷载作用下，桩身截面位移在桩顶处，在桩顶荷载作用下，桩身截面位移在桩顶处为最大，随着入土深度的增加，桩身的截面位

3、移逐渐减小，为最大，随着入土深度的增加，桩身的截面位移逐渐减小，但不是线性减小，以曲线形状减小。但不是线性减小，以曲线形状减小。由图由图c可以看出可以看出桩顶处摩阻力为桩顶处摩阻力为0，随着入土深度增加，桩侧，随着入土深度增加，桩侧摩阻力增大，当增大到一定数值以后，桩侧摩阻力又随深度摩阻力增大，当增大到一定数值以后，桩侧摩阻力又随深度增加逐渐减小，变化曲线近似为抛物线。这个曲线反映一种增加逐渐减小，变化曲线近似为抛物线。这个曲线反映一种情况，桩侧摩阻力不是单调一种情况，在桩顶为情况，桩侧摩阻力不是单调一种情况，在桩顶为0，而随深度，而随深度增加，逐渐增加到一定程度后又减小。增加，逐渐增加到一定

4、程度后又减小。由图由图d可以看出可以看出，在桩顶时，轴力等于竖向荷载，在桩顶时，轴力等于竖向荷载 ，随着，随着深度的增加，轴力逐渐减小，当达到桩底时，轴力记为深度的增加，轴力逐渐减小，当达到桩底时，轴力记为 ，与与 的差值即为桩侧摩阻力的大小值。的差值即为桩侧摩阻力的大小值。如图如图4-9：第4页/共54页2 2、桩侧摩阻力和桩端阻力、桩侧摩阻力和桩端阻力 桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥所需位移不桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥所需位移不同。同。试验表明试验表明：桩端阻力的充分发挥需要有：桩端阻力的充分发挥需要有较大的位移值，在粘性土中约为桩底直径的较大的位移值，在粘性土中约为桩底直径的2525，在砂性

5、土中约为桩底直径的，在砂性土中约为桩底直径的8 81010，对于钻孔桩，由于孔底虚土、沉渣压缩的影对于钻孔桩，由于孔底虚土、沉渣压缩的影响，发挥端阻极限值所需位移更大。而桩侧响，发挥端阻极限值所需位移更大。而桩侧摩阻力只要桩土间有不太大的相对位移就能摩阻力只要桩土间有不太大的相对位移就能得到充分的发挥，具体数量目前认识尚没有得到充分的发挥，具体数量目前认识尚没有一致的意见，但一般认为粘性土为一致的意见，但一般认为粘性土为4 46 6，砂性土为砂性土为1010。影响摩阻力和端阻力的因素还有深度效影响摩阻力和端阻力的因素还有深度效应和成桩效应等。应和成桩效应等。第5页/共54页 当桩周土层相对于桩

6、侧向下位移时，产生向下的当桩周土层相对于桩侧向下位移时，产生向下的摩阻力称为摩阻力称为负摩阻力负摩阻力。负摩阻力的存在将给桩的工。负摩阻力的存在将给桩的工作带来不利的影响。桩身受到负摩阻力作用时作带来不利的影响。桩身受到负摩阻力作用时,相当相当于施加在桩身上的竖向向下的荷载，于施加在桩身上的竖向向下的荷载，它会使桩身的它会使桩身的轴力加大轴力加大,增大桩身的沉降增大桩身的沉降,降低了桩的承载力。降低了桩的承载力。桩侧负摩阻力桩侧负摩阻力桩端阻力桩端阻力3.3.桩侧负摩阻力问题桩侧负摩阻力问题1 1）负摩阻力产生的原因负摩阻力产生的原因第6页/共54页 桩负摩阻力能否产生，主要看桩与桩周土的相对

7、桩负摩阻力能否产生，主要看桩与桩周土的相对位移发展情况。位移发展情况。桩的负摩阻力产生的原因有桩的负摩阻力产生的原因有：(1)(1)在桩基础附近地面大面堆载，引起地面沉降，对在桩基础附近地面大面堆载，引起地面沉降，对桩产生负摩阻力，对于桥头路提高填土的桥台桩基础，桩产生负摩阻力，对于桥头路提高填土的桥台桩基础，地坪大面积堆放重物的车间、仓库建筑桩基础，均要特地坪大面积堆放重物的车间、仓库建筑桩基础，均要特别注意负摩阻力问题；别注意负摩阻力问题；(2)(2)土层中抽取地下水或其他原因，地下水位下降，土层中抽取地下水或其他原因，地下水位下降，使土层产生自重固结下沉；使土层产生自重固结下沉；(3)(

8、3)桩穿过欠固结土层（如填土）进入硬持力层，桩穿过欠固结土层（如填土）进入硬持力层，土层产生自重固结下沉；土层产生自重固结下沉；(4)(4)打桩；打桩；(5)(5)在在黄黄土土、冻冻土土中中的的桩桩，因因黄黄土土湿湿陷陷、冻冻土土融融化化产生地面下沉。产生地面下沉。第7页/共54页桩侧负摩阻力示意图桩侧负摩阻力示意图桩侧负摩阻力示意图桩侧负摩阻力示意图（a a a a）受负摩阻力桩；（）受负摩阻力桩；（）受负摩阻力桩；（）受负摩阻力桩；（b b b b）桩身截面位移；）桩身截面位移；）桩身截面位移；）桩身截面位移；（c c c c）桩侧摩阻力分布；（）桩侧摩阻力分布；（）桩侧摩阻力分布；（）桩

9、侧摩阻力分布；（d d d d）桩身轴力分布）桩身轴力分布）桩身轴力分布）桩身轴力分布 第8页/共54页 桩桩侧侧下下沉沉量量有有可可能能在在某某一一深深度度处处与与桩桩身身的的位位移移量量相相等等。在在此此深深度度以以上上桩桩侧侧土土下下沉沉大大于于桩桩的的位位移移，桩桩身身受受到到向向下下作作用用的的负负摩摩阻阻力力；在在此此深深度度以以下下，桩桩的的位位移移大大于于桩桩侧侧土土的的下下沉沉，桩桩身身受受到到向向上上作作用用的的正正摩摩阻阻力力。正正、负负摩摩阻阻力力变变换换处处的的位位置置，即即称称中中性性点点，如如图图4-104-10中中O O1 1所所示示。中中性性点点位位置置取取决

10、决于于桩桩与与桩桩侧侧土土的的相相对对位位移移，与与作作用用荷荷载载和和桩桩周周土土性性质质有有关关。精精确确计计算算出出中中性性点点位位置是比较麻烦和困难的，可按表置是比较麻烦和困难的，可按表4-24-2的经验值确定。的经验值确定。从上述可见，当桩穿过软弱高压缩性土层而支承从上述可见，当桩穿过软弱高压缩性土层而支承在坚硬的持力层上时最易发生桩的负摩阻力问题。要在坚硬的持力层上时最易发生桩的负摩阻力问题。要确定桩身负摩阻力的大小，就要先确定土层产生负摩确定桩身负摩阻力的大小，就要先确定土层产生负摩阻力的范围和负摩阻力强度的大小。阻力的范围和负摩阻力强度的大小。2 2）中性点及其位置的确定中性点

11、及其位置的确定第9页/共54页中性点深度中性点深度l ln n持力层性质持力层性质粘性土、粘性土、粉土粉土中密以上砂中密以上砂 砾石、卵石砾石、卵石 基岩基岩中性点深度中性点深度l ln nl lo o0.50.50.60.60.70.70.80.80.90.91.01.0第10页/共54页精精确确计计算算负负摩摩阻阻力力是是复复杂杂而而困困难难的的。因因此此，单单桩桩负负摩摩阻阻力力标标准准值值的的计计算算方方法法与与公公式式都都是是近近似似的的和和经经验验性的，使用较多的有以下公式：性的，使用较多的有以下公式：对对于于砂砂类类土土，也也可可按按下下式式估估算算负负摩摩阻阻力力标标准准值值土

12、类土类饱和软土饱和软土0.150.150.250.25粘性土、粉土粘性土、粉土0.250.250.400.40砂土砂土0.350.500.350.50自重湿陷性黄土自重湿陷性黄土0.200.200.350.353 3）负摩阻力负摩阻力的计算的计算第11页/共54页4 4）减小负摩阻力的措施：）减小负摩阻力的措施：对位于欠固结土层、湿陷性土层、冻融土层、液化土对位于欠固结土层、湿陷性土层、冻融土层、液化土层、地下水位变动范围，以及受地面堆载影响发生沉层、地下水位变动范围，以及受地面堆载影响发生沉降的土层中的降的土层中的预制混凝土桩和钢桩预制混凝土桩和钢桩一般采用涂以软一般采用涂以软沥青涂层的办法

13、来减小负摩阻力。沥青涂层的办法来减小负摩阻力。对穿过欠固结等土层支承于坚硬持力层上的对穿过欠固结等土层支承于坚硬持力层上的灌注桩灌注桩，可采用下列措施来减小负摩阻力：可采用下列措施来减小负摩阻力：在沉降土层范围在沉降土层范围内插入比钻孔直径大内插入比钻孔直径大50-100mm50-100mm的预制混凝土桩段，然的预制混凝土桩段，然后用高稠度膨润土泥浆填充预制桩段外围形成隔离层。后用高稠度膨润土泥浆填充预制桩段外围形成隔离层。对泥浆护壁成孔的灌注桩，可在浇筑完下段混凝土后对泥浆护壁成孔的灌注桩，可在浇筑完下段混凝土后填入高稠度膨润土泥浆，然后再插入预制混凝土桩填入高稠度膨润土泥浆，然后再插入预制

14、混凝土桩段；段；对干作业成孔灌注桩，可在沉降土层范围内的对干作业成孔灌注桩，可在沉降土层范围内的孔壁先铺设双层筒形塑料薄膜，然后再浇筑混凝土，孔壁先铺设双层筒形塑料薄膜，然后再浇筑混凝土，从而在桩身与孔壁之间形成可自由滑动的塑料薄膜隔从而在桩身与孔壁之间形成可自由滑动的塑料薄膜隔离层。离层。第12页/共54页二、二、单桩竖向极限承载力的确单桩竖向极限承载力的确定定1 1 定义：定义：单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时对应的最大荷载，称为单桩竖向极限承继续承载的变形时对应的最大荷载，称为单桩竖向极限承载力。载力。主要取决于

15、土对桩的支持力及桩身材料的强度。主要取决于土对桩的支持力及桩身材料的强度。单桩在竖向荷载作用下单桩在竖向荷载作用下两种破坏形式两种破坏形式（1 1）桩身材料破坏桩身材料破坏（2 2）地基土发生破坏地基土发生破坏2 2 破坏模式破坏模式桩身像一根细长的受压桩身像一根细长的受压柱，失去稳定而破坏柱，失去稳定而破坏地基破坏类似于地基破坏类似于浅基础下地基的浅基础下地基的整体剪切破坏整体剪切破坏。第13页/共54页 设计时，两个方面都要考虑，取两者中的设计时，两个方面都要考虑，取两者中的较小值较小值作为作为设计的单桩的竖向承载力。一般情况下，桩的承载力由地设计的单桩的竖向承载力。一般情况下，桩的承载力

16、由地基土对桩的支承能力所控制，材料强度往往不能充分发挥，基土对桩的支承能力所控制，材料强度往往不能充分发挥，特殊情况下，桩身材料强度才起到控制作用。如：对于端特殊情况下，桩身材料强度才起到控制作用。如：对于端承桩、超长桩及桩身质量有缺陷的桩，由桩身材料强度来承桩、超长桩及桩身质量有缺陷的桩，由桩身材料强度来确定单桩竖向承载力设计值。按桩的载荷试验确定，则已确定单桩竖向承载力设计值。按桩的载荷试验确定，则已兼顾到这两个方面。兼顾到这两个方面。确定单桩竖向极限承载力的方法主要有确定单桩竖向极限承载力的方法主要有静载荷试验法、静载荷试验法、经验参数法和静力触探法经验参数法和静力触探法等。等。第14页

17、/共54页单桩竖向极限承载力标准值单桩竖向极限承载力标准值Q Qukuk的确定规定如下的确定规定如下：（1 1）设设计计等等级级为为甲甲级级的的建建筑筑桩桩基基应应通通过过现现场场静载荷试验确定；静载荷试验确定；（2 2）设设计计等等级级为为乙乙级级建建筑筑桩桩基基，一一般般情情况况下下，应应通通过过单单桩桩静静载载荷荷试试验验确确定定；地地质质条条件件简简单单，可可参参照照地地质质条条件件相相同同的的试试桩桩资资料料，结结合合静静力力触探等原位测试和经验参数综合确定；触探等原位测试和经验参数综合确定；（3 3）对对设设计计等等级级为为丙丙级级建建筑筑桩桩基基，可可根根据据原原位测试和经验参数

18、确定。位测试和经验参数确定。第15页/共54页1.1.静载荷试验静载荷试验 静载荷试验法是最为直观和可靠的方法，这种方法不静载荷试验法是最为直观和可靠的方法，这种方法不仅考虑了地基土的支承能力，还考虑了桩身材料强度对单仅考虑了地基土的支承能力，还考虑了桩身材料强度对单桩承载力的影响。桩承载力的影响。对于一级建筑物，必须通过静载荷试验；对于地基条件对于一级建筑物，必须通过静载荷试验；对于地基条件复杂、施工质量低、可靠性低、桩数多的二级建筑物，也必复杂、施工质量低、可靠性低、桩数多的二级建筑物，也必须通过静载荷试验。在同一条件下的试桩的数量，不宜少于须通过静载荷试验。在同一条件下的试桩的数量，不宜

19、少于总桩数的总桩数的1 1，并不少于并不少于3 3根。根。由于打桩时对土体的扰动而降低的强度需经过一段时间由于打桩时对土体的扰动而降低的强度需经过一段时间的才能恢复，因此，预制桩在砂土中入土的才能恢复，因此，预制桩在砂土中入土7 7天；粘性土不得天；粘性土不得少于少于1515天；对于饱和软粘土不得少于天；对于饱和软粘土不得少于2525天；灌注桩应在桩身天；灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后，才能开始进行载荷试验的时间。混凝土达到设计强度后，才能开始进行载荷试验的时间。具体确定方法具体确定方法：第16页/共54页1.1.静载荷试验静载荷试验 试验装置主要包括试验装置主要包括加荷稳压加荷稳压部分，

20、部分，提供反力提供反力部分和部分和沉降沉降观测观测部分。静荷载一般是由安装在桩顶的油压千斤顶提供，部分。静荷载一般是由安装在桩顶的油压千斤顶提供，千斤顶的反力可通过千斤顶的反力可通过锚桩锚桩或或借压重平台上的重物借压重平台上的重物来平衡。量来平衡。量测桩顶沉降的仪表主要有百分表或电子位移计。根据试验记测桩顶沉降的仪表主要有百分表或电子位移计。根据试验记录可绘制各种试验曲线。录可绘制各种试验曲线。具体确定方法具体确定方法：第17页/共54页a a）锚桩横梁反力装置）锚桩横梁反力装置 b b）压重平台反力装置）压重平台反力装置 单桩静载荷试验加载装置单桩静载荷试验加载装置静载荷试验装置静载荷试验装

21、置 第18页/共54页第19页/共54页单桩荷载单桩荷载单桩荷载单桩荷载-沉降（沉降（沉降（沉降（Q-sQ-sQ-sQ-s）曲线）曲线）曲线）曲线 单桩沉降单桩沉降单桩沉降单桩沉降s-lgts-lgts-lgts-lgt曲线曲线曲线曲线 第20页/共54页 极限承载力极限承载力Q Qu u的判定：的判定：（一）（一）Q-SQ-S曲线明显转折点法曲线明显转折点法 对于具有明显转折点的对于具有明显转折点的Q-SQ-S曲线通常可划分为曲线通常可划分为三个阶段：基本上呈直线的初始段、曲率逐渐增大三个阶段：基本上呈直线的初始段、曲率逐渐增大的曲线段和斜率很大（乃至竖直）的末段直线。三的曲线段和斜率很大（

22、乃至竖直）的末段直线。三段曲线的分界点分别称为第一拐点与第二拐点。三段曲线的分界点分别称为第一拐点与第二拐点。三段曲线反映了桩的承载力性状变化的三个阶段：从段曲线反映了桩的承载力性状变化的三个阶段：从加荷至第一拐点为线性变形阶段，此时桩周土的变加荷至第一拐点为线性变形阶段，此时桩周土的变形处于弹性状态；第一拐点后，桩周土逐渐出现塑形处于弹性状态；第一拐点后，桩周土逐渐出现塑性变形，沉降速率开始逐渐增大，直至第二拐点，性变形，沉降速率开始逐渐增大，直至第二拐点，此为弹塑性变形阶段；在第二拐点以后，沉降急剧此为弹塑性变形阶段；在第二拐点以后，沉降急剧增大以致无法停止，标志桩已进入破坏阶段，可能增大

23、以致无法停止，标志桩已进入破坏阶段，可能是桩周土的塑性破坏，也可能是桩身强度破坏。第是桩周土的塑性破坏，也可能是桩身强度破坏。第二拐点对应的荷载称为极限荷载二拐点对应的荷载称为极限荷载Q Qu u。第21页/共54页 极限承载力极限承载力Q Qu u的判定：的判定：（二）沉降速率法（二）沉降速率法 当荷载较小时，各级荷载下的当荷载较小时，各级荷载下的S-lgtS-lgt关关系呈一条条平坦的直线；超过屈服荷载，系呈一条条平坦的直线；超过屈服荷载，S-S-lgtlgt的斜率逐级增大；超过极限荷载后，的斜率逐级增大；超过极限荷载后，S-S-lgtlgt的斜率急剧增大，且随着时间而向下曲折，的斜率急剧

24、增大，且随着时间而向下曲折，表明桩的沉降速率在随时间而增加，这标志表明桩的沉降速率在随时间而增加，这标志着桩已处于破坏状态。因此，斜率急剧增大着桩已处于破坏状态。因此，斜率急剧增大且向下曲折的曲线所对应的荷载应为破坏荷且向下曲折的曲线所对应的荷载应为破坏荷载，其前一级荷载即为极限荷载载，其前一级荷载即为极限荷载Q Qu u。第22页/共54页 各试桩其极差不超过平均值的各试桩其极差不超过平均值的30%30%时，可取其时，可取其平均值平均值为单桩竖向极限承为单桩竖向极限承载力。极差超过平均值的载力。极差超过平均值的30%30%时，宜增加试桩数量并分析离差过大的原因，时，宜增加试桩数量并分析离差过

25、大的原因，结合工程具体情况确定极限承载力。结合工程具体情况确定极限承载力。按按地地基基规规范范将将单单桩桩竖竖向向极极限限承承载载力力除除以以安安全全系系数数2 2，为为单单桩桩竖竖向向承承载力特征值载力特征值R Ra a。第23页/共54页2.2.静力触探法静力触探法 根据静力触探资料，混凝土预制桩单桩极限承载力标准值可按下式计算：根据静力触探资料，混凝土预制桩单桩极限承载力标准值可按下式计算：单桥静探单桥静探双桥静探双桥静探 第24页/共54页其中其中 分别为单桩总极限侧阻力标准值分别为单桩总极限侧阻力标准值和总极限端阻力标准值，可按单桥探头或双和总极限端阻力标准值，可按单桥探头或双桥探头

26、静力触探资料进行计算。桥探头静力触探资料进行计算。u u 桩身周长；桩身周长；用用静静力力触触探探比比贯贯入入阻阻力力值值估估算算的的桩桩周周第第i i层土的极限侧阻力标准值；层土的极限侧阻力标准值；L Li i桩穿越第桩穿越第i i层土的厚度；层土的厚度；a ap p桩桩端端阻阻力力修修正正系系数数，桩桩入入土土深深度度小小于于15m15m时时取取0.750.75，大大于于15m15m小小于于30m30m取取0.750.90.750.9，大于，大于30m30m小于小于60m60m取取0.90.9；A Ap p桩端面积；桩端面积；p psksk桩桩端端附附近近的的静静力力触触探探比比贯贯入入阻

27、阻力力标标准准值（平均值）；值（平均值）；第25页/共54页 fsi第第i i层土的探头平均侧阻力；层土的探头平均侧阻力；q qc c 桩桩端端平平面面上上、下下探探头头阻阻力力，取取桩桩端端平平面面以以上上4d4d（为为桩桩的的直直径径或或边边长长）范范围围内内按按土土层层厚厚度度的的探探头头阻阻力力加加权权平平均均值值，然然后后再再和和桩端平面以下桩端平面以下1d1d范围内的探头阻力进行平均；范围内的探头阻力进行平均；a a桩桩端端阻阻力力修修正正系系数数，对对粘粘性性土土、粉粉土土取取2/32/3，饱和砂土取，饱和砂土取1/21/2；第第i i层层土土桩桩侧侧阻阻力力综综合合修修正正系系

28、数数，按按下下式式计算：计算：粘性土、粉土：粘性土、粉土：砂土：砂土：第26页/共54页3.3.经验参数法经验参数法 通过经验参数法确定的单桩极限承载力标准值也由总桩侧摩阻力和总桩通过经验参数法确定的单桩极限承载力标准值也由总桩侧摩阻力和总桩端阻力组成，即端阻力组成，即式中式中 分别为桩侧第分别为桩侧第i i层土的极限侧阻力标准值和桩的极限端阻力标准层土的极限侧阻力标准值和桩的极限端阻力标准值，一般按地区经验确定，当无地区经验时，按规范表格取值。值，一般按地区经验确定，当无地区经验时，按规范表格取值。第27页/共54页 对于大直径桩（对于大直径桩（d800mmd800mm），当根据土），当根据

29、土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，则应考虑定单桩竖向极限承载力标准值时，则应考虑桩侧阻、端阻的尺寸效应系数桩侧阻、端阻的尺寸效应系数:sisi、p p大直径桩侧阻尺寸效应系数、大直径桩侧阻尺寸效应系数、端阻尺寸效应系数，可按规范表格取值。端阻尺寸效应系数，可按规范表格取值。第28页/共54页例题例题1 1 有一根钢筋混凝土预制方桩，边长为有一根钢筋混凝土预制方桩，边长为30cm30cm，桩的入土深度为，桩的入土深度为13m13m。桩顶与。桩顶与地面平齐，地层第一层为杂填土，厚度为地面平齐，地层第一层为杂填土，厚度为1m1

30、m；第二层为淤泥质土，液性指数；第二层为淤泥质土，液性指数为为0.90.9，厚度为，厚度为5m5m；第三层为粘土，液性指数为；第三层为粘土，液性指数为0.50.5，厚度为，厚度为2m2m；第四层为；第四层为粗砂，标准贯入击数为粗砂，标准贯入击数为1717击，该层厚度较大，为揭穿。确定单桩竖向极限承击，该层厚度较大，为揭穿。确定单桩竖向极限承载力标准值。（用经验参数法）载力标准值。（用经验参数法）第29页/共54页第四节第四节 单桩水平极限承载力单桩水平极限承载力 作用于桩顶上的作用于桩顶上的水平荷载水平荷载包括：包括：长期作用的水平荷载（来自地下室外墙上的土和水的侧长期作用的水平荷载（来自地下

31、室外墙上的土和水的侧压力以及拱的推力等），压力以及拱的推力等），反复作用的水平荷载（来自风荷载和机械制动荷载等）反复作用的水平荷载（来自风荷载和机械制动荷载等）地震作用所产生的水平力。地震作用所产生的水平力。承受水平荷载为主的的桩基承受水平荷载为主的的桩基(如桥梁桩基如桥梁桩基)可考虑采用斜可考虑采用斜桩桩.一般的工业与民用建筑中即便采用斜桩更为有利一般的工业与民用建筑中即便采用斜桩更为有利,但常但常因施工条件的限制等原因很少采用斜桩因施工条件的限制等原因很少采用斜桩.一般地说，当水平荷载和竖向荷载的合力与竖直线的夹一般地说，当水平荷载和竖向荷载的合力与竖直线的夹角不超过角不超过时，竖直桩的水

32、平承载力不难满足设计要求，时，竖直桩的水平承载力不难满足设计要求，应采用竖直桩。应采用竖直桩。第30页/共54页 设计承受水平荷载的桩基，首先必须解决下列一些设计承受水平荷载的桩基，首先必须解决下列一些问题问题：单桩的水平承载力如何确定单桩的水平承载力如何确定?桩基中各桩桩顶所受的荷载如何分配桩基中各桩桩顶所受的荷载如何分配?单桩的内力怎样计算等单桩的内力怎样计算等?第31页/共54页 h水平承载机理 在水平荷载作用下在水平荷载作用下,桩产生变形并挤压桩周土桩产生变形并挤压桩周土,促使桩周土发生相应的变促使桩周土发生相应的变形而产生水平抗力形而产生水平抗力.桩身对桩周土体产生侧向压应力，同时桩

33、侧土反作用于桩身对桩周土体产生侧向压应力，同时桩侧土反作用于桩，产生侧向土抗力，桩土共同作用，相互影响。桩，产生侧向土抗力，桩土共同作用，相互影响。水平荷载较小时水平荷载较小时,桩周土的变形是弹性的桩周土的变形是弹性的,水平抗力主要靠近地面的表水平抗力主要靠近地面的表层土提供层土提供;随着横向荷载的加大，桩的水平位移与土的变形增大，会发生随着横向荷载的加大，桩的水平位移与土的变形增大，会发生土体明显开裂、隆起；当桩基水平位移超过容许值时，桩身产生裂缝以至土体明显开裂、隆起；当桩基水平位移超过容许值时，桩身产生裂缝以至断裂或拔出，桩基失效或破坏。断裂或拔出，桩基失效或破坏。由此可见由此可见,水平

34、荷载水平荷载下桩的工作性状主要取下桩的工作性状主要取决于桩决于桩-土之间的相互土之间的相互作用作用一、水平荷载下桩的工作性状一、水平荷载下桩的工作性状第32页/共54页水平受荷桩的分类水平受荷桩的分类:依据桩、土相对刚度的不同，水平荷载作用下的桩依据桩、土相对刚度的不同，水平荷载作用下的桩可分为：可分为：刚性桩、半刚性桩和柔性桩刚性桩、半刚性桩和柔性桩。半刚性桩和柔性半刚性桩和柔性桩统称为弹性桩桩统称为弹性桩。当当桩桩很很短短或或桩桩周周土土很很软软弱弱时时，桩桩、土土的的相相对对刚刚度度很很大大，属属刚刚性性桩桩。刚刚性性桩桩的的破破坏坏一一般般只只发发生生于于桩桩周周土土中中，桩桩体体本本

35、身身不发生破坏。不发生破坏。半半刚刚性性桩桩(中中长长桩桩)和和柔柔性性桩桩(长长桩桩)的的桩桩、土土相相对对刚刚度度较较低低，在在水水平平荷荷载载作作用用下下桩桩身身发发生生挠挠曲曲变变形形，桩桩的的下下段段可可视视为为嵌嵌固固于于土土中中而而不不能能转转动动，随随着着水水平平荷荷载载的的增增大大，当当桩桩周周土土失失去去稳稳定定、或或桩桩身身最最大大弯弯矩矩处处(桩桩顶顶嵌嵌固固时时可可在在嵌嵌固固处处和和桩桩身身最最大大弯弯矩矩处处)出出现现塑塑性性屈屈服服、或或桩桩的的水水平平位位移移过过大大时时，弹弹性性桩便趋于破坏。桩便趋于破坏。如图如图4-144-14第33页/共54页水平荷载作

36、用下桩的破坏形状水平荷载作用下桩的破坏形状水平荷载作用下桩的破坏形状水平荷载作用下桩的破坏形状第34页/共54页 对于水平受荷桩除应进行水平承载力验算，还对于水平受荷桩除应进行水平承载力验算，还应满足桩身受弯承载力和受剪承载力的验算。因此，应满足桩身受弯承载力和受剪承载力的验算。因此，需要对水平受荷桩进行内力及变形的计算。需要对水平受荷桩进行内力及变形的计算。水平荷载作用下弹性桩的分析计算方法主要有水平荷载作用下弹性桩的分析计算方法主要有地基反力系数法、弹性理论法和有限元法地基反力系数法、弹性理论法和有限元法等只介等只介绍国内目前常用的绍国内目前常用的地基反力系数法地基反力系数法。地基反力系数

37、法是应用文克尔地基反力系数法是应用文克尔(E.Winlder(E.Winlder，1867)1867)地基模型地基模型.把承受水平荷载的单桩视为弹性地把承受水平荷载的单桩视为弹性地基基(有水平弹簧组成有水平弹簧组成)中的竖直梁中的竖直梁,通过求解梁的挠曲通过求解梁的挠曲微分方程来计算桩身的弯矩微分方程来计算桩身的弯矩,剪力以及桩的水平承载剪力以及桩的水平承载力力.二、二、水平荷载作用下弹性桩的计算水平荷载作用下弹性桩的计算第35页/共54页1.1.基本假设基本假设 忽略桩土之间的摩阻力对水平抗力的影响忽略桩土之间的摩阻力对水平抗力的影响以及邻桩的影响。以及邻桩的影响。地基水平抗力系数地基水平抗

38、力系数的分布和的分布和大小，将直接影响挠曲微分方程的求解和桩身大小，将直接影响挠曲微分方程的求解和桩身截面内力的变化。截面内力的变化。k kx x:地基水平抗力系数地基水平抗力系数 常数法、常数法、m m法、法、k k法、法、c c法法第36页/共54页常数法m法k法C法桩的位移第37页/共54页 地基水平抗力系数的分布和大小，将直接影响挠曲地基水平抗力系数的分布和大小，将直接影响挠曲微分微分方程的求解和桩身截面内力的变化。下图表示这类计算方程的求解和桩身截面内力的变化。下图表示这类计算理理论所假定的论所假定的4 4种较为常用的分布图式：种较为常用的分布图式：常数法常数法：假定地基水平抗力系数

39、沿深度为均匀分：假定地基水平抗力系数沿深度为均匀分布，布，即即 。这是我国学者张有龄在。这是我国学者张有龄在3030年代提出的方法，年代提出的方法，日本日本等国常按此法计算，我国也常用此法来分析基坑支护结等国常按此法计算，我国也常用此法来分析基坑支护结构。构。第38页/共54页 “k k”法法：假定在桩身第一挠曲零点（深度处）以：假定在桩身第一挠曲零点（深度处）以上上按抛物线变化，以下为常数。按抛物线变化，以下为常数。“m m”法法：假定随深度成正比地增加，即：假定随深度成正比地增加，即 。该。该法在苏联、欧美等国广泛应用，我国铁道部门首先采用法在苏联、欧美等国广泛应用，我国铁道部门首先采用这

40、一这一方法，近年来也在建筑工程和公路桥涵的桩基设计中逐方法，近年来也在建筑工程和公路桥涵的桩基设计中逐渐推渐推广。广。“c c值值”法法：假定：假定 随深度按随深度按 的规律分布，的规律分布，即即 （c c为比例常数，随土类不同而异）。这是为比例常数，随土类不同而异）。这是我国我国交通部门在试验研究的基础上提出的方法。交通部门在试验研究的基础上提出的方法。实测资料表明，实测资料表明，m m法（当桩的水平位移较大）和法（当桩的水平位移较大）和c c值值法法（当桩的水平位移较小时）比较接近实际。本节只介绍（当桩的水平位移较小时）比较接近实际。本节只介绍图式图式较简单的较简单的m m法。法。第39页

41、/共54页 2 2 计算参数计算参数 单桩在水平荷载作用下所引起的桩周土的抗力不仅单桩在水平荷载作用下所引起的桩周土的抗力不仅分布分布于荷载作用平面内，桩的截面形状对抗力也有影响。计于荷载作用平面内，桩的截面形状对抗力也有影响。计算时算时简化为平面受力，因此，取桩的截面计算宽度简化为平面受力，因此，取桩的截面计算宽度 （单位为（单位为m m）如下：如下：方形截面桩方形截面桩：当实际宽度：当实际宽度b b1m1m时时，b b0 0 b b 1 1；当当b 1mb 1m时，时，b b0 01.5 b 1.5 b 0.50.5。圆形截面桩圆形截面桩：当桩径：当桩径d d1m1m时，时，b b0 00

42、.9(d+0.9(d+1 1)；当当d d m m时，时，b b0 00.9(1.5 d+0.5)0.9(1.5 d+0.5)。计算桩身抗弯刚度计算桩身抗弯刚度EIEI时时，桩身的弹性模量，桩身的弹性模量E E，对于混，对于混凝凝土桩，可采用混凝土的弹性模量土桩，可采用混凝土的弹性模量E Ec c的的0.850.85倍（倍（E=0.85EE=0.85Ec c）。）。按按m m法计算时，地基水平抗力系数的法计算时，地基水平抗力系数的比例常数比例常数m m ，如，如无无试验资料，可参考表试验资料，可参考表4-64-6所列数值。所列数值。第40页/共54页 地基土水平抗力系数的比例常数m 表4-9序

43、号地 基 土 类 别预制桩、钢桩 灌 注 桩 m(MN/m4)相应单桩在地面处水平位移(mm)m(MN/m4)相应单桩在地面处水平位移(mm)1淤泥，淤泥质土，饱湿陷性黄土 24.5 102.56 612 2 流塑(IL1)、软塑(0.75IL1）状粘性土，e0.9粉土，松散粉细砂，松散填土 4.56.0 10614 48 3可塑（0.75IL1）状粘性土，e0.75 0.9粉土，湿陷性黄土，稍密、中密填土，稍密细砂 6.010 101435 36 4硬塑（0IL0.25）、坚硬（IL）状粘性土，湿陷性黄土，e0.75粉土，中密中粗砂，密实老填土 1022 1035100 25 5中密、密实的

44、砾砂，碎石类土 100300 1.53 第41页/共54页3 3 单桩计算单桩计算 (1)(1)确定桩顶荷载确定桩顶荷载N N0 0、H H0 0、M M0 0单桩的桩顶荷载可分别按下列各式确定（式中单桩的桩顶荷载可分别按下列各式确定（式中n n为同一承为同一承台中的桩数）：台中的桩数）：（4-134-13）(2)(2)桩的挠曲微分方程桩的挠曲微分方程 单桩在单桩在H H0 0 、M M0 0和地基水平抗力和地基水平抗力 作用下产生挠曲，作用下产生挠曲，取图取图4-234-23所示的坐标系统，根据材料力学中梁的挠曲微分方所示的坐标系统，根据材料力学中梁的挠曲微分方程得程得到：到：第42页/共5

45、4页或或 在上列方程中，按不同在上列方程中，按不同 的图式求解，就得到不同的图式求解，就得到不同的计的计算方法。算方法。m m法假定法假定 ，代入上式得到：，代入上式得到：(4-15)令令 称为称为桩的水平变形系数桩的水平变形系数，其单位是，其单位是1/m1/m。将式。将式(4-48)(4-48)代代入式入式(4-47)(4-47)，则得：，则得：(4-16)第43页/共54页挠度挠度x x与转角与转角、弯矩、弯矩M M和剪力和剪力V V的微分关系，利用幂级数积分后可得到微分方的微分关系，利用幂级数积分后可得到微分方程式的解答程式的解答:第44页/共54页第45页/共54页(3)(3)桩身最大

46、弯矩及其位置桩身最大弯矩及其位置 设计承受水平荷载的单桩时，为了计算截面配设计承受水平荷载的单桩时，为了计算截面配筋，设计者最关心桩身的最大弯矩值和最大弯矩截筋，设计者最关心桩身的最大弯矩值和最大弯矩截面的位置面的位置:由系数由系数C C从表从表4-74-7查得相应的换算深度，则桩身最大查得相应的换算深度，则桩身最大弯矩的深度弯矩的深度z zmaxmax为：为：第46页/共54页由系数由系数C C或换算深度或换算深度h h从表从表4-104-10查得相应的系查得相应的系数数C11,C11,则桩身最大弯矩则桩身最大弯矩M Mmaxmax为：为：桩顶刚接于承台的桩，其桩身所产生的桩顶刚接于承台的桩

47、，其桩身所产生的弯矩和剪力的有效深度为弯矩和剪力的有效深度为z z4.0/(4.0/(对桩周对桩周为中等强度的土，直径为为中等强度的土，直径为400mm400mm左右的桩来说，左右的桩来说，此值约为此值约为4.54.55m)5m)，在这个深度以下，桩身，在这个深度以下，桩身的内力的内力M M、V V实际上可忽略不计，只需要按构实际上可忽略不计，只需要按构造配筋或不配筋。造配筋或不配筋。第47页/共54页三、三、单桩水平静载试验单桩水平静载试验1 1试验装置试验装置 加载系统和位移观测系统。加载系统和位移观测系统。采用千斤顶同时对两根桩施加对顶采用千斤顶同时对两根桩施加对顶荷载，千斤顶与试桩接触

48、处宜设置一荷载，千斤顶与试桩接触处宜设置一球形铰座，以保证作用力能水平通过球形铰座，以保证作用力能水平通过桩身轴线。桩身轴线。桩的水平位移宜用大量程百分表桩的水平位移宜用大量程百分表量测，若需测定地面以上桩身转角时，量测，若需测定地面以上桩身转角时，在水平力作用线以上在水平力作用线以上500mm500mm左右还应安左右还应安装装1 12 2只百分表只百分表。固定百分表的基准桩与试桩净距固定百分表的基准桩与试桩净距不少于一倍试桩直径。不少于一倍试桩直径。第48页/共54页2 2试验方法试验方法 对承受反复作用水平荷载（风力、波浪冲击力、汽车制动力、地震对承受反复作用水平荷载（风力、波浪冲击力、汽

49、车制动力、地震力等）的桩基，宜采用单向多循环加卸载法加荷。力等）的桩基，宜采用单向多循环加卸载法加荷。对受长期水平荷载的桩基（或测量桩身应力及应变的试桩）也可对受长期水平荷载的桩基（或测量桩身应力及应变的试桩）也可采用慢速维持加载法进行试验。采用慢速维持加载法进行试验。荷载分级荷载分级 取预估水平极限承载力的取预估水平极限承载力的1/101/101/151/15作为每级荷载的加荷增量；根据作为每级荷载的加荷增量；根据桩径大小并适当考虑土层软硬，对于直径桩径大小并适当考虑土层软硬，对于直径3003001000mm1000mm的桩，每级荷载增的桩，每级荷载增量可取量可取2.52.520kN20kN

50、。加载程序与位移观测加载程序与位移观测 每级荷载施加后，恒载每级荷载施加后，恒载4min4min，测读水平位移，然后卸载至零，停，测读水平位移，然后卸载至零，停2min 2min 测读残余水平位移，至此完成一个加卸载循环，如此循环测读残余水平位移，至此完成一个加卸载循环，如此循环5 5次次便完成便完成一级荷载的试验观测，随后进行下一级的加荷试验与观测。一级荷载的试验观测，随后进行下一级的加荷试验与观测。中止试验的条件中止试验的条件 当桩身出现折断或水平位移超过当桩身出现折断或水平位移超过303040mm40mm（软土取（软土取40mm40mm），或桩侧地），或桩侧地表出现明显裂缝或隆起时，即可