基础工程设计原理2010-2011-2桩基础(二)

山东建筑大学土木工程学院2010-2011学年第2学期

基础工程设计原理任课教师：魏焕卫土木工程学院Tel:13181718169 Email:weihuanwei@http://www.77cn.com.cn

第4章：桩基础的主要内容4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9概述桩的类型桩的竖向承载力桩基础沉降的计算桩的负摩擦问题桩的水平承载力桩的平面布置原则桩承台的设计桩基础设计的一般步骤

4.3桩的竖向承载力主要内容：1、单桩轴向荷载传递机理 2、单桩竖向承载力的确定 3、竖向荷载下的群桩效应 4、减沉桩基重点掌握：单桩竖向承载力的确定方法

4.3.1单桩轴向荷载的传递机理竖向承载力的组成

Q= Qs+ Q p

侧阻

Qs——桩侧摩阻力 Qp——桩端阻力，端承力端阻

1.桩身轴力和截面位移S0 S0 Q qs

侧阻

?

端阻

?SL SL各点位移轴向力摩阻力S0为桩端沉降SL和桩身压缩之和

单桩轴向荷载的传递规律Ø摩阻力发挥所需位移很小；桩侧摩阻力是桩截面对桩周土相对位移的函数；侧阻

端阻

粘性土：4-6mm砂类土：6-10mm

单桩轴向荷载的传递规律Ø端阻力发挥需要较大位移；堆重

s= (0.02~ 0.3)b= (0.02~ 0.3)× 560= 11.2~ 168mm若考虑深度影响则更大

钢梁千斤顶

木垛百分表承压板

0 sa su

fa

pu

p

f a= min{ ps=(0.01~0.15)b, pu/ 2}

s p-s曲线

单桩轴向荷载的传递规律Ø单桩轴向荷载的传递过程是桩侧阻力与桩端阻力的渐次发挥过程；Ø桩身上部土层的摩阻力先于下部土层发挥；Ø桩侧阻力先于端阻力发挥；S0 S0

SL

SL

各点位移

单桩轴向荷载的传递规律Ø桩端阻力充分发挥所需的桩底位移明显大于桩身摩阻力达到极限所需的桩身截面位移；Ø桩身压缩变形和轴力由上到下逐渐减小；S0 S0 Q

SL

SL各点位移轴向力

桩侧摩阻力桩侧摩阻力是桩截面对桩周土的相对位移的函数，可用右图中的曲线OCD表示，且常简化为折线OAB。 AB段表示一旦桩土界面相对滑移超过某一极限值，侧摩阻力将保持极限值不变。

极限摩阻力，可用类似库伦公式求得

与土的类别、位置、成桩方法等有关

2.影响单桩轴向荷载的传递的因素(1)桩端土和桩周土的刚度比 E p/ Es:愈小，传递到桩端的荷载愈小。S0 S0

SL

SL

各点位移

2.影响单桩轴向荷载的传递的因素(2)桩土刚度比 E p/ Es:愈大，传递到桩端的荷载愈大。S0 S0

较低时按复合地基考虑SL SL

各点位移S0为桩端沉降SL和桩身压缩之和

2.影响单桩轴向荷载的传递的因素(3)桩端扩底直径与桩身直径之比D d

:

侧阻

愈大，桩端阻力分担的荷载愈大。 (4)桩的长径比 l d:愈大，传递到桩端的荷载愈小。摩擦桩桩按l/d划分<10短桩>4

0长桩

端阻

>10中长桩>100超长桩

侧阻

3.桩侧极限摩阻力端阻

极限摩阻力

τ u= ca+σ x tan a

ca和 a为桩侧表面与土之间的附着力和摩擦角；σx为深度z处作用于桩侧表面的法向压力。

′σ x= K sσ vKs为桩侧土的侧压力系数。对挤土桩：K0<Ks<Kp对非挤土桩：Ka<Ks<K0

砂土存在侧阻深度效应打入桩：Ks=1.5K0钻孔桩：Ks=0.75K0

桩侧极限摩阻力与所在深度、土性及成桩方法等因素有关

3.桩侧极限摩阻力cu取桩底以上三倍桩径至桩底以下一倍桩径(或桩宽)范围内土的不排水抗剪强度平均值，按试验结果取值。

c a=α cuØ软粘土：α=1或更大；Ø全长打入硬粘土中的桩：l≤20d时，桩顶部α=0.4;Ø打入桩穿过其它土层进入硬土层：进入硬土层 l1≤20d时上部为砂砾层：α=1.25;上部为软土层：α=0.4;涂抹Ø其它情况：α=0.7;Ø钻孔桩：α=0.45;扩底桩：桩底上2d范围内α=0。作用

例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN,基础埋深为 1m,地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础 (1)选择桩型解：

例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN,基础埋深为 1m,地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础 (2)选择桩径解：Ø采用预制桩桩径受限

d=500mm

例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN,基础埋深为 1m,地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础 (3)确定桩长解： p关键在于选择坚实的桩端持力层，且桩端应进入持力层一定深度(1d~3d)。Ø粘性土、粉土：>=2dØ砂类土：>=1.5dØ碎石类土：>=1d p端承桩嵌岩深度不小于0.5m。这里桩端进入中砂1m

例：某柱基承受的轴心荷载Fk=1050kN,基础埋深为 1m,地基土为淤泥及中砂，水位在地面，地基土参数如图所示。试设计桩基础 (4)计算桩侧极限阻力-按抗剪强度指标解：极限摩阻力τ u= ca+σ x tan ac a=α cuσ x= K sσ′ v

软粘土：α=1或更大 ca1= cu= 10 kPa打入桩：Ks=1.5K0 K s= 1.5K 0= 1.5(1 sin u )钻孔桩：Ks=0.75K0= 1.5× (1 sin10o )= 1.24o淤泥τ u1= 10+ 1.24× 7.8× z× tan10= 10+ 1.71× z

中砂τ u2= 1.24×[ 7.8× 11+ ( z 11)× 8.5]× tan 30o= 6.09× z 5.51

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