文档介绍：第四章桩基础的设计计算
第四章桩基础的设计计算
第一节单桩承载力
单桩承载力容许值:是指单桩在荷载作用下,地基土和桩本身的强度和稳定性均能得到保证,变形也在容许范围内,以保证结构物的正常使用所能承受的最大荷载。
一般情况下,桩受到轴向力、横轴向力及弯矩作用,因此须分别研究和确定单桩轴向承载力和横轴向承载力。
4-1 单桩承载力的确定第四章桩基础的设计计算
4-1 单桩承载力的确定第四章桩基础的设计计算
一、单桩轴向荷载传递机理和特点
(一)荷载传递过程与土对桩的支承力
基本概念:
当轴向荷载逐步施加于单桩桩顶,桩身上部受到压缩而产生相对于土的向下位移,与此同时桩侧表面就会受到土的向上摩阻力。
桩顶荷载通过所发挥出来的桩侧摩阻力传递到桩周土层中去,致使桩身轴力和桩身压缩变形随深度递减。
在桩土相对位移等于零处,其摩阻力尚未开始发挥作用而等于零。随着荷载增加,桩身压缩量和位移量增大,桩身下部的摩阻力随之逐步调动起来,桩底土层也因受到压缩而产生桩端阻力。
桩端土层的压缩加大了桩土相对位移,从而使桩身摩阻力进一步发挥到极限值。
4-1 单桩承载力的确定第四章桩基础的设计计算
桩侧摩阻力和桩底阻力的发挥程度:
桩端极限阻力的发挥需要比发生桩侧极限摩阻力大得多的位移值,这时总是桩侧摩阻力先充分发挥出来。当桩身摩阻力全部发挥出来达到极限后,若继续增加荷载,其荷载增量将全部由桩端阻力承担。
桩侧摩阻力和桩底阻力的发挥程度与桩土间的变形性态有关,并各自达到极限值时所需要的位移量是不相同的。
4-1 单桩承载力的确定第四章桩基础的设计计算
(二)桩侧摩阻力的影响因素及其分布
桩侧摩阻力除与桩土间的相对位移有关,还与土的性质、桩的刚度、时间因素和土中应力状态以及桩的施工方法等因素有关。
土的影响:桩侧土极限摩阻力值随着桩侧土的抗剪强度的增大而增加。
桩身刚度的影响:桩的刚度较小时,桩顶处桩侧摩阻力常较大;当桩刚度较大时,土的抗剪强度也较大,以致桩下部桩侧摩阻力大于桩上部。
4-1 单桩承载力的确定第四章桩基础的设计计算
时间的影响:在桩基施工过程中及完成后桩侧土的性质、状态在一定范围内会有变化,影响桩侧摩阻力,并且往往也有时间效应。
影响桩侧摩阻力的诸因素中,土的类别、性状是主要因素。在分析基桩承载力时,各因素对桩侧摩阻力大小与分布的影响,应分别情况予以注意。
4-1 单桩承载力的确定第四章桩基础的设计计算
a)沉桩(预制桩) b)钻孔灌注桩
图4-1 桩侧摩阻力分布曲线
桩侧摩阻力沿深度分布的情况:
4-1 单桩承载力的确定第四章桩基础的设计计算
(三)桩底阻力的影响因素及其深度效应
桩底阻力与土的性质、持力层上覆荷载(覆盖土层厚度)、桩径、桩底作用力、时间及桩底进入持力层深度等因素有关,其主要影响因素仍为桩底地基土的性质。
深度效应:桩的承载力(主要是桩底阻力)随着桩的入土深度(特别是进入持力层的深度而变化)的特性。
临界深度:桩底端进入持力砂土层或硬粘土层时,桩的极限阻力随着进入持力层的深度线性增加。达到一定深度后,桩底阻力的极限值保持稳值。这一深度称为临界深度hc。
由此可见,对于以夹于软层中的硬层作桩底持力层时,要根据夹层厚度,综合考虑基桩进入持力层的深度和桩底硬层的厚度。
4-1 单桩承载力的确定第四章桩基础的设计计算
(四)单桩在轴向受压荷载作用下的破坏模式
轴向受压荷载作用下,单桩的破坏是由地基土强度破坏或桩身材料强度破坏所引起。而以地基土强度破坏居多。
破坏模式分为如下3种情形:
纵向挠曲破坏(图a):
桩在轴向受压荷载作用下,如同一受压杆件呈现纵向挠曲破坏。桩的承载力取决于桩身的材料强度。
4-1 单桩承载力的确定第四章桩基础的设计计算
整体剪切破坏(图b):
桩在轴向受压荷载作用下,由于桩底持力层以上的软弱土层不能阻止滑动土楔的形成,桩底土体将形成滑动面而出现整体剪切破坏。桩的承载力主要取决于桩底土的支承力,桩侧摩阻力也起一部分作用。