竖向荷载下桩基的承载力和变形.pps
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第2章竖向荷载下桩基的承载力和变形21单桩竖向承载力单桩基础的竖向承载力极限承载力标准值。
单柱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所对应的最大荷载。
它取决于土对桩的支承阻力和桩身材料强度,一般由土对桩的支承阻力控制,对于端承桩、超长桩和桩身质量有缺陷的桩,可能由桩身材料强度控制。
单桩竖向极限承载力标准值除以安全系数后的承载力值为单桩竖向承载力特征值。
其常用的确定方法有静力法、经验公式法、规范法和原位测试方法,尤以原位测试方法被公认为最为准确。
按照静力荷载-位移曲线,从总体上可以分为两大类:
缓变型和陡降型.uABuu/荷沉降曲单桩载线5-3图QsOQsQA-陡降型;B型缓变图2-1静力荷载-位移曲线对于陡降型(A),其极限承载力即为与破坏荷载相等的陡降起始点,第二拐点;对于缓变型(B),取法不一,有取第二拐点,也有的对Q-S曲线进行处理后取舍。
2.1.1桩侧阻力和桩端阻力的性状1)桩侧阻力的性状一旦荷载施加于桩顶,桩首先发生压缩而向下位移,于是侧面受到土阻力的作用,荷载在向下传递过程中必须不断地克服这种摩阻力。
由于桩身压缩量的积累,上部桩身的下沉总是大于下部,因此上部桩身的摩阻力总是先于下部而发挥出来;上部桩身的摩阻力达到极限之后,就保持不变或有所减小,随着荷载的增加,下部桩身的摩阻力将逐渐调动出来,直至整个桩身的摩阻力全部达到极限,继续增加的荷载就全部由桩端土承受;最后桩端荷载亦达到桩端土的极限承载力,桩便发生较急剧而不停滞的下沉而破坏,这时达到的荷载为桩所承受的极限荷载。
按照传统经验,发挥极限侧阻所需桩土相对位移与桩径大小无关,只是与土性有关;对于粘性土约为5-10mm,对于砂性土,约为1020mm。
越来越多的测试表明并非定值,而是与桩径大小、施工工艺、土层性质与分布位置有关2)桩端阻力的性状
(1)桩端阻力的破坏模式整体剪切破坏整体剪切破坏:
地基中塑性区连成整体,产生整体滑动破坏,连续的剪切滑裂面开展至基底水平面,基底水平面土体出现隆起,破坏时基础沉降急剧增大,P-S曲线上破坏特征点明显。
一般出现在基础埋深较浅,上部荷载较大时。
局部剪切破坏:
局部剪切破坏:
基础沉降所产生的土体侧向压缩量不足以使剪切滑裂面开展至基底水平面,基础侧面土体隆起量较小。
当基础埋深加大,加载速率快时,地基发生局部剪切破坏。
刺入剪切破坏刺入剪切破坏:
由于持力层的高压缩性,土体的竖向和侧向压缩量较大,基础竖向位移量大,其破坏模式主要取决于桩端土层及桩端上覆土层的性质,并受成桩效应、加载速率的影响。
一般来讲,当桩长不大,上覆土层为软土时,端阻呈整体剪切破坏;当上覆土层为非软弱土层时,一般呈局部剪切破坏;当桩端以下存在软弱下卧层时,可能出现冲剪破坏;当桩端持力层为松砂、中密砂,粉土压缩性粘土时,端阻呈刺入剪切破坏;对于桩端土为饱和粘土的情况,一般形成“梨形”的剪切破坏面,为局部剪切破坏或整体剪切破坏。
图2-2桩端地基破坏模式
(2)端阻力的成桩效应对于非挤土桩,成桩过程桩端不被挤密,反而被扰动或产生虚渣或沉渣,降低端阻力,残渣形成所谓“软垫”.对于挤土桩,桩端阻力增加,但是对于非粘性土和粘性土的效果是不同的。
(3)端阻力的深度效应端阻力的深度效应当桩端进入均匀持力层的深度h小于某一深度时,其极限端阻力随深度线形增大;大于该深度后,基本保持不变。
此深度称为临界深度。
cph2.1.2单桩承载力计算单桩承载力计算总体来讲,分为三大类:
静力法计算单桩承载力,偏向于理论分析;原位测试法确定单桩承载力,偏向于地质勘测;经验方法确定单桩承载力,偏向于设计计算。
1)静力法计算单桩承载力:
(1)计算桩端阻力的极限平衡理论公式qqccpuhNbNCNq1qqccpuhNCNq()桩侧阻力计算公式桩侧阻力计算公式对的计算总体上可以分为总应力法和有效应力法。
又根据表达式采用的系数可以分为法,法属总应力法,法属有效应力法,法则是两者的综合。
法0.4-1.25;cu桩侧饱和土的不排水剪切强度,可以采用无侧限压缩、三轴不排水压缩试验、十字板试验、旁压试验获得。
suiq,usucq法(2-6)对于正常固结粘土,因而得:
系数,当有效内摩擦角位于20-30度时,=0.24-0.29;试验统计:
=0.25-0.40;平均值0.32;桩侧计算土层的平均竖向有效应力,地下水位以下取有效重度。
法的基本假定为超孔隙水压力已经消散,并且在长径比较大时需要考虑桩侧的深度效应,进行修正。
tgkqovsu,sin1ok)sin1(vvsutgqv法)2(uvsucq2)原位测试法确定单桩承载力)原位测试法确定单桩承载力
(1)静力触探试验()静力触探试验(CPT)确定:
)确定:
TBJ2-85JGJ94-2008
(2)标准贯入试验()标准贯入试验(SPT)确定)确定:
(3)旁压试验确定)旁压试验确定ssscifLUAqQuiqLUAqQskisbbu)/100(100/)/100(2.112.022mkNNqmkNNDDNqsbpsspuqLUAqQ2131在试验现场的旁压仪2.2规范方法确定单桩承载力规范方法确定单桩承载力2.2.1建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)总原则:
应以竖向静载荷试验确确定为主,
(1)初步设计单桩竖向承载力特征值可按下式估算:
当桩端嵌入完整及较完整的硬质岩中时,可按下式估算单桩竖向承载力特征值:
(2)桩身混凝土强度验算)桩身混凝土强度验算计算中应按桩的类型和成桩工艺的不同将混凝土的轴心抗压强度设计值乘以工作条件系数c,桩身强度应符合下式要求:
桩轴心受压时fcQ-相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值;Ap-桩身横截面积;c-工作条件系数,预制桩取0.75,灌注桩取0.6-0.7(水下灌注桩或长桩时用低值)。
fc尺寸效应JGJ94-2008中规定:
小直径桩:
d250mm;中等直径桩:
250mmd1.5m时,t500mm,且0.1t/d0.3。
表2-4值l/d桩端土情况420202525透水性土0.700.700.850.85不透水性土0.650.650.720.72l2)沉桩的承载力容许值土类粘土粉质粘土粉土砂土系数、桩径或边长d(m)0.8d0.60.70.91.12.0d0.80.60.70.91.0d2.00.50.60.70.9naiiikrprki11()2RulqAqaa=+iara单桩轴向受压承载力容许值(kN)桩身自重标准值与置换土重标准值(当桩重计入浮力时,置换土重也计入浮力)的差值作为荷载考虑;桩身周长(m);n土的层数;承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度(m);与对应的各土层与桩侧摩阻力标准值(kPa),按表2-6采用或采用静力触探试验测定;桩端处土的承载力标准值(kPa),按表采用或采用静力触探试验测定;、分别为振动沉桩对各土层桩侧摩阻力和桩端承载力的影响系数,按表采用;对于锤击、静压沉桩其值均取为1.0。
aRuilikqrkqiara3)支承在基岩上或嵌入基岩内的钻(挖)孔桩、沉桩的单桩轴向受压承载力容许值,可按下式计算:
C1根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻发挥系数,按表2-9采用;C2I根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩层的侧阻发挥系数,对于钻孔桩,C1C2系数值应降低20采用mna1prk2iirkisiiki=1i=112RcAfuchfulqz=+邋系数C1、C2值岩石层情况C1C2完整、较完整0.60.05较破碎0.50.04破碎、极破碎0.40.031c2c4)当河床岩层有冲刷时,桩基须嵌入基岩,嵌岩桩按桩底嵌固设计。
其应嵌入基岩中的深度,可按下列公式计算:
圆形桩矩形桩Hrk0.066Mhfdb=Hrk0.0833Mhfbb=5)桩端后压浆灌注桩单桩轴向受压承载力容许值土层名称粘性土粉土粉砂细砂中砂粗砂砾砂碎石土1.31.41.51.61.51.71.61.81.51.81.62.01.51.61.51.81.82.01.82.12.02.32.22.42.22.42.22.5nasiikippri112RuqlAqbb=+sbpb当在饱和土层中压浆时,仅对桩端以上8.012.0m范围的桩侧阻力进行增强修正;当在非饱和土层中压浆时,仅对桩端以上4.05.0m的桩侧阻力进行增强修正;6)按上述规定计算的单桩轴向受压承载力容许值,应根据桩的受荷阶段及受荷情况乘以下表规定的抗力系数。
受荷阶段受荷阶段作用效应组合作用效应组合抗力系数抗力系数使用阶段短期效应组合永久作用与可变作用组合1.25结构自重、预加力、土重、土侧压力和汽车、人群组合1.00作用效应偶然组合(不含地震作用)1.25施工阶段施工荷载效应组合1.257)其它规定:
)其它规定:
摩擦桩应根据桩承受作用的情况决定是否出现拉力。
当桩的轴向力由结构自重、预加力、土重、土侧压力、汽车荷载和人群荷载短期效应组合所引起,桩不允许受拉;当桩的轴向力由上述荷载并参与其他作用组成的短期效应组合或荷载效应的偶然组合(地震作用除外)所引起,则桩允许受拉。
摩擦桩单桩轴向受拉承载力容许值按下列公式计算:
ntiiiki=10.3Rulqa=练习:
一矩形柱,边长bc=400mm,hc=600mm,柱底标高(-0.5m)处设计标高值:
F=4000kN,M(长边方向)=210kNm,H=180kN.拟采用砼钻孔灌注桩。
承台埋深1.5m,d=500mm,桩长15m,承台下地基土层分布及土的指标见图示。
为二级桩基,承台砼C20,级钢筋,布桩见图示:
1单桩竖向承载力标准值Quk=()KN?
A.840;B.510.3;C.1350.2;D.623.5单桩承载力特征值为()KN.2.桩径采用1000mm,桩长采用14mm,单桩承载力特征值为()KN.2.3单桩竖向沉降的计算方法单桩竖向沉降的计算方法2.3.1综述综述桩基的沉降计算日益重要,在软土地基中摩擦桩的重要作用是减少建筑物的绝对沉降和差异沉降,特别在软土地基的桩承载力在多数情况下可归结为控制多大的容许变形值的问题。
目前虽不能提出一个完善的计算方法,但其研究工作还是取得了长足的发展。
计算方法主要有下述几种:
荷载传递分析法;荷载传递分析法;荷载传递分析法;荷载传递分析法;弹性理论法;弹性理论法;弹性理论法;弹性理论法;剪切变形传递法;剪切变形传递法;剪切变形传递法;剪切变形传递法;有限单元分析法和其它简化方法有限单元分析法和其它简化方法有限单元分析法和其它简化方法有限单元分析法和其它简化方法;2.3.2荷载传递法荷载传递法
(1)荷载传递法荷载传递法荷载传递法也称传递函数法,Seed和Reese1957年首先提出了荷载传递法.这种方法的基本概念是把桩划分为许多弹性单元,每一单元与土体之间用非线性弹簧联系,以模拟桩土间的荷载传递关系。
桩端处土也用非线性弹簧与桩端联系,那么这些弹簧得应力-应变(位移)关系就表示桩侧摩阻力(桩端阻力)和剪切位移S之间的关系,这一关系就称为传递函数。
该方法是解以下方程)(该方法是解以下方程)()(zUdzzdPppEAdzzPds)(0)()(22zEAUdzzsd)(1zPEAdzdspp为传递函数法的基本微分方程,其解取决于传递函数-s的形式,根据求解微分方程的两条途径,分为:
解析法:
由Kezdi(1957)、左藤悟(1965)等提出,把传递函数简化假定为某种曲线方程,然后直接求解平衡微分方程。
位移协调法:
Seed和Reese(1957)、Coly和Reses(1966)等提出。
采用实测或通过试验方法求得传递函数,然后建立各单元桩得静力平衡条件及位移协调条件。
传递函数形式(应用于解析法):
a)Kezdi方法(b)佐滕悟方法(3)Gardner方法Kezdi方法:
指数曲线K-土的侧压力系
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- 竖向 荷载 桩基 承载力 变形