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1、第四节 单桩承载力1 1单桩轴向荷载传递机理和特点单桩轴向荷载传递机理和特点2.2.单桩轴向容许承载力按土的支承力的确定单桩轴向容许承载力按土的支承力的确定3.3.单桩横轴向容许承载力的确定单桩横轴向容许承载力的确定4.4.按桩身材料强度确定单桩承载力按桩身材料强度确定单桩承载力5.5.关于桩的负摩阻问题关于桩的负摩阻问题单桩承载力：单桩在荷载作用下，地基土和桩本身的强度和稳定性单桩承载力：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。用所能承受的最大荷载。桩顶
2、轴向位移桩身弹性压缩桩底以下土层压缩桩顶轴向位移桩身弹性压缩桩底以下土层压缩 土对桩的支承力桩侧摩阻力桩底阻力土对桩的支承力桩侧摩阻力桩底阻力 桩的极限荷载桩侧极限摩阻力桩底极限阻力桩的极限荷载桩侧极限摩阻力桩底极限阻力 桩底阻力的充分发挥需要较大位移值。桩底阻力的充分发挥需要较大位移值。1 1单桩轴向荷载传递机理和特点单桩轴向荷载传递机理和特点柱桩：桩底位移小，桩侧摩阻力不易发挥，常忽略不计柱桩：桩底位移小，桩侧摩阻力不易发挥，常忽略不计 较长柱桩且覆盖层较厚，计算桩侧摩阻力较长柱桩且覆盖层较厚，计算桩侧摩阻力摩擦桩：桩侧摩阻力先充分发挥，桩底阻力才逐渐发挥摩擦桩：桩侧摩阻力先充分发挥，桩底
3、阻力才逐渐发挥1 1 荷载传递过程与土对桩的支承力荷载传递过程与土对桩的支承力影响因素：桩土间的相对位移、土的性质、桩的刚度、时间因影响因素：桩土间的相对位移、土的性质、桩的刚度、时间因 素、土中应力状态、桩的施工方法等。素、土中应力状态、桩的施工方法等。2 2 桩侧摩阻力的影响因素及其分布桩侧摩阻力的影响因素及其分布 桩侧摩阻力实质上是桩侧土的剪切问题，极限摩阻力值与桩侧摩阻力实质上是桩侧土的剪切问题，极限摩阻力值与桩侧土的剪切强度有关，随着土的抗剪强度增大而增大。桩侧土的剪切强度有关，随着土的抗剪强度增大而增大。桩的刚度较小，桩顶处桩侧摩阻力较大；桩刚度较大，桩的刚度较小，桩顶处桩侧摩阻力
4、较大；桩刚度较大，桩下部桩侧摩阻力较大。桩下部桩侧摩阻力较大。桩侧摩阻力所承担荷载随时间由桩身上部向桩下部转移。桩侧摩阻力所承担荷载随时间由桩身上部向桩下部转移。主要影响因素：主要影响因素：土的类别、性状土的类别、性状假设：打入桩桩侧摩阻力在地面为零，沿桩入土深度成线性分布；假设：打入桩桩侧摩阻力在地面为零，沿桩入土深度成线性分布；钻孔灌注桩桩侧摩阻力按桩身均匀分布。钻孔灌注桩桩侧摩阻力按桩身均匀分布。打入桩打入桩钻孔灌注桩钻孔灌注桩影响因素：土的性质、持力层上覆荷载（覆盖土层厚度）、桩影响因素：土的性质、持力层上覆荷载（覆盖土层厚度）、桩径、桩底作用力、时间及桩底端进入持力层深度等。径、桩底
5、作用力、时间及桩底端进入持力层深度等。3 3 桩底阻力的影响因素及其深度效应桩底阻力的影响因素及其深度效应主要影响因素：桩底地基主要影响因素：桩底地基土的性质土的性质 桩底地基土的受压刚度和抗剪强度大则桩底阻力也大。桩底地基土的受压刚度和抗剪强度大则桩底阻力也大。桩底极限阻力取决于持力层土的抗剪强度、上覆荷载、桩径大小桩底极限阻力取决于持力层土的抗剪强度、上覆荷载、桩径大小桩底阻力随土层固结度提高而随时间增长。桩底阻力随土层固结度提高而随时间增长。深度效应深度效应：桩的承载力随桩的入土深度，特别是进入持力层深：桩的承载力随桩的入土深度，特别是进入持力层深 度变化。度变化。临界深度临界深度h h
6、c c：桩底端进入持力层一定深度后，桩底阻力的极限：桩底端进入持力层一定深度后，桩底阻力的极限 值保持稳值。值保持稳值。上覆荷载越小，持力层土密度越大，上覆荷载越小，持力层土密度越大，hchc越大。越大。临界厚度临界厚度t tc c：持力层下为软弱层时的临界厚度。：持力层下为软弱层时的临界厚度。持力层土密度越高、桩径越大，持力层土密度越高、桩径越大，tctc越大。越大。4 4 单桩在轴向受压荷载作用下的破坏模式单桩在轴向受压荷载作用下的破坏模式（1 1）桩底支承在坚硬地层，桩侧土为软土层，桩在受压荷载）桩底支承在坚硬地层，桩侧土为软土层，桩在受压荷载 作用下，如同一根压杆似地出现纵向挠曲破坏。
7、作用下，如同一根压杆似地出现纵向挠曲破坏。桩的承载力取决于桩身材料强度。桩的承载力取决于桩身材料强度。（2 2）桩穿过抗剪强度较低的土层到达抗剪强度较高土层时，）桩穿过抗剪强度较低的土层到达抗剪强度较高土层时，桩在轴向受压荷载作用下，桩底土体能形成滑动面出现整体桩在轴向受压荷载作用下，桩底土体能形成滑动面出现整体 剪切破坏。剪切破坏。桩的承载力取决于桩底土的支承力桩的承载力取决于桩底土的支承力(主主)和桩侧摩阻力和桩侧摩阻力(次次)。（3 3）桩入土深度较大或桩周土层抗剪强度较均匀时，桩在轴）桩入土深度较大或桩周土层抗剪强度较均匀时，桩在轴 向受压荷载作用下，出现刺入式破坏。向受压荷载作用下，
8、出现刺入式破坏。桩的承载力取决于桩底土的支承力和桩侧摩阻力。桩的承载力取决于桩底土的支承力和桩侧摩阻力。单桩轴向容许承载力：单桩在轴向荷载作用下，地基土和桩本单桩轴向容许承载力：单桩在轴向荷载作用下，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所身的强度和稳定性均能得到保证，变形也在容许范围内所 容许承受的最大荷载。容许承受的最大荷载。2.2.单桩轴向容许承载力按土的支承力的确定单桩轴向容许承载力按土的支承力的确定11用静载试验确定单桩轴向容许承载力用静载试验确定单桩轴向容许承载力 在桩顶逐级施加轴向荷载，直至桩达到破坏状态为止，并在在桩顶逐级施加轴向荷载，直至桩达到破坏状态
9、为止，并在试验过程中测量每级荷载下不同时间的桩顶沉降，根据沉降与试验过程中测量每级荷载下不同时间的桩顶沉降，根据沉降与荷载及时间的关系，分析确定单桩轴向容许承载力。荷载及时间的关系，分析确定单桩轴向容许承载力。（1 1）试验装置）试验装置 锚桩梁、横梁、油压千斤顶锚桩梁、横梁、油压千斤顶（2 2）测试方法）测试方法 试桩加载分级进行，每级荷载为预估破坏荷载试桩加载分级进行，每级荷载为预估破坏荷载1/10-1/151/10-1/15；采用递变加载方式，开始阶段取预估破坏荷载采用递变加载方式，开始阶段取预估破坏荷载1/2.5-1/51/2.5-1/5，终了，终了阶段阶段1/10-1/151/10-
10、1/15。测读沉降时间：测读沉降时间：在每级加荷后的第一个小时内，按在每级加荷后的第一个小时内，按2 2、5 5、1515、3030、4545、60min60min测读一次，以后隔测读一次，以后隔30min30min测读一次，直至沉降稳定。测读一次，直至沉降稳定。沉降稳定标准：沉降稳定标准：砂性土砂性土;30min;30min内不超过内不超过0.10.1mmmm 粘性土：粘性土：1h1h内不超过内不超过0.10.1mm mm 出现下列一种情况，则桩破坏，达到破坏荷载：出现下列一种情况，则桩破坏，达到破坏荷载：1 1）沉降量突然增大，总沉降量大于）沉降量突然增大，总沉降量大于40mm40mm，且
11、本级荷载下的，且本级荷载下的 沉降量为前一级荷载下沉降量的沉降量为前一级荷载下沉降量的5 5倍以上。倍以上。2 2）本级荷载下桩的沉降量为前一级荷载下沉降量的）本级荷载下桩的沉降量为前一级荷载下沉降量的2 2倍，且倍，且 24h24h桩的沉降未趋稳定。桩的沉降未趋稳定。（3 3）极限荷载和轴向容许承载力的确定）极限荷载和轴向容许承载力的确定单桩轴向容许承载力单桩轴向容许承载力确定桩极限荷载的方法确定桩极限荷载的方法1 1）P-SP-S曲线明显转折点法曲线明显转折点法 静载试验绘制的静载试验绘制的P-SP-S曲线上，曲线出现明显下弯转折点所对应曲线上，曲线出现明显下弯转折点所对应 的作用荷载为极
12、限荷载。的作用荷载为极限荷载。2 2）S-logtS-logt法（沉降速率法）法（沉降速率法）S=mlogtS=mlogtS-S-每级下沉量；每级下沉量；t-t-时间；时间；m-m-直线斜率直线斜率,随桩上荷载增加而增大，随桩上荷载增加而增大，m m越大桩的沉降速率越大。越大桩的沉降速率越大。将相应于将相应于S-logtS-logt线型由直线变成折线线型由直线变成折线的那一级荷载定为桩的破坏荷载，的那一级荷载定为桩的破坏荷载，其前一级荷载为桩的极限荷载。其前一级荷载为桩的极限荷载。22按设计规范经验公式确定单桩轴向容许承载力按设计规范经验公式确定单桩轴向容许承载力1 1）摩擦桩）摩擦桩2 2）
13、柱桩）柱桩 由于桩侧摩阻力与桩底阻力是异步发挥，且发生极限状态的时效由于桩侧摩阻力与桩底阻力是异步发挥，且发生极限状态的时效不同，因此各自安全度不同。不同，因此各自安全度不同。33按静力触探法确定单桩容许承载力按静力触探法确定单桩容许承载力 将探头压入土中测得探头的贯入阻力，取得资料与试桩结果将探头压入土中测得探头的贯入阻力，取得资料与试桩结果进行比较，通过大量资料累积和分析研究，建立经验公式确定进行比较，通过大量资料累积和分析研究，建立经验公式确定轴向受压单桩容许承载力。轴向受压单桩容许承载力。我国我国公桥基规公桥基规：迄今还没有一些理论能很圆满地解释静力触探的贯入机理。因此，静力触探在实际
14、工程的应用中，常常用一些经验关系把贯入阻力与土的物理力学性质联系起来，建立经验公式；或根据对贯入机理的认识做定性的分析，在此基础上建立半经验的公式。单桥探头只能测定一个触探指标比贯入阻力ps，该指标的基本概念为：（1）这一贯入阻力对应于一定几何形状的探头，因此是相对贯入阻力。经大量实验研究，按表1确定的探头规格，则触探结果不受其规格尺寸的影响。静力触探探头规格静力触探探头规格锥头截面积A（cm2）探头直径D（mm）锥角（）单桥探头双桥探头有限侧壁长度L(mm)摩擦筒侧壁面积(cm2)摩擦筒长度L(cm)1035.7 60572001791543.7703002192050.481300189（
15、2）ps值是探头锥尖底面积A与总贯入阻力P的比值；总贯入阻力P 包括了锥尖阻力和侧壁摩擦力两部分的综合作用，故Ps植称为比贯入阻力。但就圆锥体的贯入来说，所受的阻力大小只取决于土体的抗剪强度，而与土的压缩性无关。APps 双桥探头能同时测出锥尖阻力qc和侧壁摩阻力fs,。故可用于单桩的模型试验，分别测得单桩桩尖承载力和侧壁摩擦力。AQqccFPffsqc、Pf分别为锥尖总阻力和侧壁摩阻力；分别为锥底截面面积和摩擦筒表面积 A、F44按动测试桩法确定单桩轴向受压容许承载力按动测试桩法确定单桩轴向受压容许承载力 动测法：给桩顶施加一动荷载，量测桩土系统的相应信号，动测法：给桩顶施加一动荷载，量测桩
16、土系统的相应信号，分析计算桩的性能和承载力。分析计算桩的性能和承载力。动测法动测法高应变动测法高应变动测法 低应变动测法低应变动测法 高应变动测法高应变动测法 以重锤敲击桩顶，使桩贯入，桩土间产生相对以重锤敲击桩顶，使桩贯入，桩土间产生相对位移，可分析对桩的外来抗力和测定桩的承载力，检验桩体质量。位移，可分析对桩的外来抗力和测定桩的承载力，检验桩体质量。低应变动测法低应变动测法 施加于桩顶的荷载远小于桩的使用荷载，不足施加于桩顶的荷载远小于桩的使用荷载，不足以使桩土间发生相对位移，通过应力波沿桩身的传播和反射原理以使桩土间发生相对位移，通过应力波沿桩身的传播和反射原理分析，可检验桩身质量。分析，可检验桩身质量。高应变动测法高应变动测法 锤击贯入法锤击贯入法波动方程法波动方程法动力打桩公式动力打桩公式1 1）锤击贯入法）锤击贯入法 通过不同落距的锤击试验确定单桩承载力通过不同落距的锤击试验确定单桩承载力 桩的贯入度大则承载力低，贯入度小则承载力高；桩周土桩的贯入度大则承载力低，贯入度小则承载力高；桩周土达到极限状态后破坏，则贯入度有较大增大。达到极限状态后破坏，则贯入度有较大增大。2 2
