經(jīng)濟(jì)學(xué)樁基礎(chǔ)PPT課件

1、sz Q s0 N0 s0 N(z) z N(z)+dN(z) dz (z) sb Qp sb Nl Qs dz (z) s(z) N(z) (z) 第1頁/共54頁 荷載傳遞特征樁側(cè)阻力發(fā)揮至極限值是由上而下逐漸發(fā)揮；樁側(cè)阻力極限值發(fā)揮與樁底阻力極限值發(fā)揮所對應(yīng)的位移量不同； 樁底阻力：粘性土樁底直徑25%；砂性土樁底直徑810% 樁側(cè)阻力：粘性土46mm；砂性土610mm側(cè)阻力、底阻力的發(fā)揮與樁型、樁長、持力層條件有關(guān) 端承樁樁身截面位移小，側(cè)阻力不易發(fā)揮，可忽略不計(jì)，但 較長柱樁應(yīng)考慮樁側(cè)阻力的作用； 摩擦樁樁側(cè)阻力先達(dá)極限值，然后底阻力達(dá)到極限，較長摩擦 樁或樁底未達(dá)較硬土層，樁底阻力

2、達(dá)不到極限值，極限 承載力由樁頂位移控制。第2頁/共54頁 樁側(cè)摩阻力的影響因素及其分布 土的性質(zhì)側(cè)阻力隨土的抗剪強(qiáng)度提高而增大，土的抗剪強(qiáng)度與土性、法向應(yīng)力有關(guān)； 樁身剛度剛度小，上部變形大，側(cè)阻力較大；剛度大，樁身各截面變形接近，下部初始法向應(yīng)力大，側(cè)阻力較大； 施工方法不同施工方法，擠土效應(yīng)不同（P.78圖3-38）； 擾動影響粘性土的靈敏度、觸變形影響；砂土密實(shí)度的影響。第3頁/共54頁第4頁/共54頁 樁底阻力的影響因素及其深度效應(yīng) 土的性質(zhì)抗剪強(qiáng)度、受壓剛度大，樁底承載力大； 持力層上覆荷載上覆荷載大、樁底極限承載力大； 地基土的固結(jié)度樁底承載力隨地基土的固結(jié)度提高而增大； 樁徑大

3、小類似于基礎(chǔ)底面地基承載力； 深度效應(yīng)樁底端進(jìn)入持力層的深度（臨界深度在砂土、硬粘土持力層中，樁底極限阻力隨深度線形增大，到達(dá)臨界深度后保持穩(wěn)定。臨界深度與持力層上覆荷載、持力層密度有關(guān)）。第5頁/共54頁hcpqpl與臨界深度hcp相關(guān)的影響因素： 隨砂的相對密度Dr增大而增大 隨樁徑的增大而增大 隨上覆壓力的增大而減小與穩(wěn)定端阻qpl相關(guān)的影響因素 隨相對密度Dr增大而增大 與樁徑及上覆壓力無關(guān)第6頁/共54頁 單樁在軸向荷載作用下的破壞模式單樁在豎向荷載下是否破壞取決于兩種強(qiáng)度： 地基土強(qiáng)度 樁身材料強(qiáng)度 樁身屈曲破壞樁底端進(jìn)入堅(jiān)硬土層或巖基，樁身細(xì)長或樁側(cè)土為軟土，類似于壓桿； 整體剪

4、切破壞樁身強(qiáng)度足夠，樁底端到達(dá)較硬土層，持力層上覆壓力不足以阻止樁底地基土發(fā)生整體剪切破壞； 刺入破壞樁身強(qiáng)度足夠，樁底端未達(dá)堅(jiān)硬土層，樁頂發(fā)生較大的豎向位移。第7頁/共54頁第8頁/共54頁 單樁軸向承載力容許值按土的支承力的確定 單樁軸向承載力容許值確定方法 靜載荷試驗(yàn)方法 設(shè)計(jì)規(guī)范經(jīng)驗(yàn)公式方法 靜力觸探方法 動測試樁方法 靜力分析方法第9頁/共54頁 靜載荷試驗(yàn)法 適用條件特殊大橋，必要時在施工前先做試樁并進(jìn)行載荷試驗(yàn)。方法準(zhǔn)確可靠，但耗時費(fèi)力。 試驗(yàn)裝置錨樁法錨樁、橫梁、千斤頂?shù)冉M成。 錨樁數(shù)量24根，上拔力有一定的儲備； 錨樁與試樁間的間距3倍試樁樁徑；（具體布置要 求見P.90內(nèi)容

5、） 試樁數(shù)量2根或總樁數(shù)的2%，沉降量測點(diǎn)2個 第10頁/共54頁第11頁/共54頁 加載方式分級加載（預(yù)計(jì)破壞荷載1/101/15）、遞變加載（開始1/2.51/5，終了1/101/15）；按一定時間間隔測讀數(shù)據(jù)；沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)（施加下一級荷載的前提）： 砂性土30min下沉量0.1mm； 粘性土60min下沉量0.1mm。破壞標(biāo)準(zhǔn)： 樁頂沉降突然增大，總沉降量40mm，本級荷載沉降量為前一 級荷載的5倍以上； 本級荷載沉降量為前一級荷載的2倍以上，24h未達(dá)穩(wěn)定； 加載后期，樁頂沉降隨荷載近似線性比例增長，且總沉降量 75mm 第12頁/共54頁 極限荷載確定 PS曲線法 Slogt法 樁身

6、破壞時的荷載 樁的軸向容許承載力確定：安全系數(shù) K=2.0按上述破壞標(biāo)準(zhǔn)確定破壞荷載，并將破壞荷載前一級荷載確定為極限荷載 KPPj 第13頁/共54頁單樁單樁 P-S 曲線曲線 單樁單樁 S-logt 曲線曲線Qu=1500kN樁頂下沉量s/mm204844402836322412Qu=780kN081612420406080 100 120 140 160e1.70MNfgh25201.85MN1.90MN1.75MN1.80MNabdc1015201060401001.40MN1.60MN1.50MN1000300200600樁頂荷載Q/10kN時間(min)樁頂沉降s（mm）第14頁/

7、共54頁 設(shè)計(jì)規(guī)范經(jīng)驗(yàn)公式法（鋼筋混凝土樁、預(yù)應(yīng)力混凝土樁、混凝土樁） 摩擦樁基本形式：u 沉樁承載力容許值：i、r：振動沉樁影響系數(shù)，錘擊、靜壓沉樁均取1.0。注意：樁身自重與置換土重的差值作為荷載考慮（當(dāng)自重計(jì)入浮力時，置換土重也計(jì)入浮力）。RR1pusu樁底極限阻力樁側(cè)極限摩阻力安全系數(shù)單樁容許承載力KRa21rkprikiiaqAqluR 樁身周長第15頁/共54頁P(yáng).92表3-3增加粉土沉樁樁側(cè)土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值 qik（新規(guī)范）粉土粉土稍密稍密2035中密中密3565密實(shí)密實(shí)6580P.93表3-4增加粉土沉樁樁端土承載力標(biāo)準(zhǔn)值 qrk（新規(guī)范）樁尖進(jìn)入持力層的相對深度樁尖進(jìn)入持力層的

8、相對深度1hc/d4hc/d 1hc/d4粉土粉土中密中密170020002300密實(shí)密實(shí)250030003500第16頁/共54頁鋼管樁：考慮樁底閉塞及擠土效應(yīng)特點(diǎn)。s、p：側(cè)阻擠土效應(yīng)系數(shù)、底端閉塞效應(yīng)系數(shù)，閉口樁s=p=1，開口樁按p.94方法計(jì)算。Ap：樁底投影面積 rkppikisjqAqluP 第17頁/共54頁v 鉆（挖）孔樁：注意：樁身自重與置換土重的差值作為荷載考慮（當(dāng)自重計(jì)入浮力時，置換土重也計(jì)入浮力）。3)(21hkfmqqAlquR220a0rrpiikau樁的周長；fa0：樁端處土的承載力容許值（kPa），按淺基礎(chǔ)查表確定；k2：容許承載力隨深度的修正系數(shù)，根據(jù)樁端持

9、力層土類按淺基礎(chǔ)中的規(guī)定選用；第18頁/共54頁li承臺底面或局部沖刷線以下各土層的厚度，擴(kuò)孔部分不計(jì)；Ap樁底截面面積，用設(shè)計(jì)直徑（鉆頭直徑）計(jì)算，但采用換漿法施工時，按成孔直徑計(jì)算，對于擴(kuò)底樁，取擴(kuò)底截面面積；qik與li對應(yīng)的各土層與樁側(cè)的摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，無試驗(yàn)資料時可按P.94表3-7采用（新規(guī)范表格形式有變化）； qr樁端處土的承載力容許值，當(dāng)持力層為砂土、碎石土?xí)r，如計(jì)算值超過下列數(shù)值，宜按下列值采用：粉砂1000kPa；細(xì)砂1150kPa；中砂、粗砂、礫砂1450kPa；碎石土2750kPa； 第19頁/共54頁h樁底的埋置深度； 有沖刷的基礎(chǔ)，由一般沖刷線起算； 無沖刷的基礎(chǔ)，由

10、天然地面或?qū)嶋H開挖的地面線起算； h40m，按40m考慮，或按試驗(yàn)確定承載力?？紤]樁入土長度影響的修正系數(shù)，按表3-8取值；m0清底系數(shù)，按下表采用。 t：樁端沉渣厚度；d：樁徑 d 1.5m，t300mm； d 1.5m，t500mm，且滿足0.1t/d12030軟塑軟塑0.75 IL13050可塑、硬塑可塑、硬塑0 IL0.755080堅(jiān)硬堅(jiān)硬IL 080120粉土粉土中密中密3055密實(shí)密實(shí)5580粉砂、細(xì)砂粉砂、細(xì)砂中密中密3555密實(shí)密實(shí)5570中砂中砂中密中密4560密實(shí)密實(shí)6080第21頁/共54頁鉆孔樁樁側(cè)土的摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值 qik（續(xù)前表）粗砂、礫砂粗砂、礫砂中密中密6090密

11、實(shí)密實(shí)90140圓礫、角礫圓礫、角礫中密中密120150密實(shí)密實(shí)150180碎石、卵石碎石、卵石中密中密160220密實(shí)密實(shí)220400漂石、塊石漂石、塊石400600第22頁/共54頁w 樁端后壓漿灌注樁：無試驗(yàn)資料時，可按下式計(jì)算：注意：樁身自重與置換土重的差值作為荷載考慮（當(dāng)自重計(jì)入浮力時，置換土重也計(jì)入浮力）。si：i 層土的側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)；p：端阻力增強(qiáng)系數(shù)。rppiiksiaqAlquR 21土層名稱土層名稱粘性土、粉土粘性土、粉土粉砂粉砂細(xì)砂細(xì)砂中砂中砂粗砂粗砂礫砂礫砂碎石土碎石土s1.31.41.51.61.51.71.61.81.51.81.62.01.51.6p1.51.8

12、1.82.01.82.12.02.32.22.42.22.42.22.5第23頁/共54頁在飽和土層中壓漿在飽和土層中壓漿僅對樁端以上僅對樁端以上812m范圍的側(cè)阻力進(jìn)范圍的側(cè)阻力進(jìn)行增強(qiáng)修正行增強(qiáng)修正在非飽和土層中壓漿在非飽和土層中壓漿僅對樁端以上僅對樁端以上45m范圍的側(cè)阻力進(jìn)行范圍的側(cè)阻力進(jìn)行增強(qiáng)修正增強(qiáng)修正對于非增強(qiáng)影響范圍對于非增強(qiáng)影響范圍取取si=1.0樁端后壓漿灌注樁樁側(cè)阻力增強(qiáng)范圍：第24頁/共54頁 支承在基巖上或嵌入基巖內(nèi)的鉆（挖）孔樁、沉樁：注意：樁身自重與置換土重的差值作為荷載考慮（當(dāng)自重計(jì)入浮力時，置換土重也計(jì)入浮力）。c1：端阻力發(fā)揮系數(shù)；c2i：i 層側(cè)阻力發(fā)揮系

13、數(shù)；niikismirkiii2rkp1aqlufhcufAcR1121巖石層情況巖石層情況c1c2完整、較完整完整、較完整0.60.05較破碎較破碎0.50.04破碎、極破碎破碎、極破碎0.40.03第25頁/共54頁frk：樁端巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；hi：樁嵌入各巖層部分的厚度，不包括強(qiáng)風(fēng)化層和全風(fēng)化層；m：巖層層數(shù)，不包括強(qiáng)風(fēng)化層和全風(fēng)化層；s：覆蓋層土的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)；qik：i 層土側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，無試驗(yàn)資料時按沉樁、鉆（挖）孔樁相應(yīng)表格查取。frks2MPafrk15MPa0.815MPafrk30MPa0.2第26頁/共54頁n：土層層數(shù)，強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化巖層按土層考慮。 當(dāng)河

14、床巖層有沖刷時，樁基須嵌入基巖，嵌巖樁按樁底嵌固設(shè)計(jì)，樁底嵌入巖基的深度按下式計(jì)算： 圓形樁 矩形樁h樁嵌入基巖的有效深度（不計(jì)風(fēng)化層，且0.5m）；MH基巖頂面處的樁身彎矩；dfMhrkH 0.065bfMhrkH 0.0833第27頁/共54頁系數(shù)，取0.51.0，巖基節(jié)理發(fā)達(dá)取小值，節(jié)理不發(fā)達(dá)取大值；d鉆（挖）孔樁或管樁的設(shè)計(jì)直徑；b垂直于彎矩作用平面樁的邊長。frk：巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。第28頁/共54頁 靜力觸探法式中各項(xiàng)參數(shù)的取值見P.97相關(guān)內(nèi)容。 單樁軸向受壓承載力的抗力系數(shù) 按前述方法確定的單樁軸向受壓承載力容許值，應(yīng)根據(jù)樁的受荷階段及受荷情況乘以下表規(guī)定的抗力系數(shù)。

15、21RiiiiaAluR 受荷階段受荷階段作用效應(yīng)組合作用效應(yīng)組合抗力系數(shù)抗力系數(shù)使用階段使用階段短期效短期效應(yīng)組合應(yīng)組合永久作用與可變作用組合永久作用與可變作用組合1.25結(jié)構(gòu)自重、預(yù)加力、土重、土側(cè)壓結(jié)構(gòu)自重、預(yù)加力、土重、土側(cè)壓力、汽車、人群荷載力、汽車、人群荷載1.00作用效應(yīng)偶然組合（不含地震效應(yīng)）作用效應(yīng)偶然組合（不含地震效應(yīng)）1.25施工階段施工階段施工荷載效應(yīng)組合施工荷載效應(yīng)組合1.25第29頁/共54頁 單樁軸向受拉承載力容許值當(dāng)樁的軸向力由結(jié)構(gòu)自重、預(yù)壓力、土重、土側(cè)壓力、汽車荷載、人群荷載所引起時，樁不允許受拉；當(dāng)樁的軸向力由上述荷載與其他作用組成的短期效應(yīng)組合或荷載效應(yīng)

16、的偶然組合（地震作用除外）所引起時，樁允許受拉。摩擦樁單樁軸向受拉承載力容許值按下式計(jì)算：i：振動沉樁對各土層樁側(cè)阻力的影響系數(shù)，錘擊、靜壓沉樁、鉆孔樁均取1.0 計(jì)算作用于承臺底面由外荷載引起的軸向力時，應(yīng)扣除樁身自重；ikiitqluR 0.3第30頁/共54頁樁受拉向上位移，樁側(cè)摩擦力及粘結(jié)力作用，使上層一定深度的土能自由地向地表凸起松動，使樁側(cè)摩阻力發(fā)揮比受壓樁時要小，一般減小3040%（再考慮安全系數(shù)2，所以得到修整系數(shù)0.3）；第31頁/共54頁 單樁橫軸向容許承載力的確定 在橫向荷載作用下樁的破壞機(jī)理和特點(diǎn) 樁周土體穩(wěn)定性破壞剛性樁破壞模式 樁入土深度較淺、截面尺寸較大、樁周土質(zhì)

17、松軟，樁身剛度遠(yuǎn)大于 土層剛度； 樁身為剛體，在水平力作用下繞樁軸某一點(diǎn)轉(zhuǎn)動； 樁周土體受擠壓隆起，樁身翻出喪失水平承載力。 樁身材料破壞 樁的入土深度較大、截面尺寸較小、樁周土質(zhì)比較堅(jiān)硬，樁身相對 剛度較?。?在水平力作用下，樁身發(fā)生撓曲變形； 隨著荷載增大，樁的撓度也增大，樁身在最大彎矩處斷裂或樁頂側(cè) 向位移超過允許值第32頁/共54頁第33頁/共54頁 單樁橫向容許承載力的確定方法 單樁水平載荷試驗(yàn)； 分析計(jì)算法 單樁水平載荷試驗(yàn)u 試驗(yàn)裝置 加載系統(tǒng)千斤頂、反力裝置（墩臺、錨墩、試樁等） 量測系統(tǒng)測力、測位移裝置v 試驗(yàn)方法 單向多循環(huán)加卸載（常用）樁承受反復(fù)水平荷載（風(fēng)、地震、制動力

18、，波浪力等）； 慢速連續(xù)加載樁基長期受水平荷載作用 第34頁/共54頁第35頁/共54頁單向多循環(huán)加卸載試驗(yàn)方法 分級加載（預(yù)計(jì)水平極限承載力1/101/15）； 每級荷載施加后，恒載4min測出水平位移；卸載至零，停2min測出殘余水平位移，完成一個加卸載循環(huán)；5次循環(huán)后開始施加下一級荷載；樁身折斷、水平位移超過3040mm（軟土取40mm），試驗(yàn)終止。特征荷載橫向臨界荷載樁身受拉區(qū)混凝土開裂退出工作前的最大荷載；橫向極限荷載樁身破壞前或水平位移超過允許值所對應(yīng)的最大荷載。第36頁/共54頁橫向臨界荷載的確定： 取H0TU0曲線出現(xiàn)突變點(diǎn)（相同荷載增量條件下，位移量比前一級明顯增大）的前一級

19、荷載； 取H0U0/H0曲線第一直線段終點(diǎn)對應(yīng)的荷載。橫向極限荷載的確定： 取H0TU0曲線明顯陡降的前一級荷載； 取H0U0/H0曲線第二直線段終點(diǎn)對應(yīng)的荷載。第37頁/共54頁水平臨界荷載Hcr水平臨界荷載Hcr水平臨界荷載Hcr極限荷載Hu極限荷載Hu極限荷載Hu第38頁/共54頁 慢速連續(xù)加載試驗(yàn)方法 分級加載（預(yù)計(jì)水平極限承載力1/101/15）；按一定的時間間隔測定位移值；達(dá)到穩(wěn)定（位移0.1mm/小時），加下一級荷載；樁身折斷、水平位移超過3040mm（軟土取40mm），終止加載；按加載量2倍逐級卸載，每30min卸一級，每次卸載前測讀一次位移。橫向臨界荷載的確定： 取H0U0/

20、H0曲線第一直線段終點(diǎn)對應(yīng)的荷載； 取H0U0曲線第一拐點(diǎn)的前一級荷載。橫向極限荷載的確定： 取H0U0/H0曲線第二直線段終點(diǎn)對應(yīng)的荷載； 取H0U0曲線明顯陡降點(diǎn)的前一級荷載。第39頁/共54頁橫向容許承載力橫向極限荷載除以安全系數(shù)（一般取2）得到 現(xiàn)行規(guī)范里，土的比例系數(shù)m或m0的制定，是以結(jié)構(gòu)在地面處的最大位移不超過6mm為要求。需要檢驗(yàn)按強(qiáng)度條件確定的極限荷載的位移是否超過結(jié)構(gòu)使用要求的水平位移，否則應(yīng)按變形條件控制，一般取試樁在地面處的水平位移不超過6mm，定為確定單樁橫向承載力的判斷標(biāo)準(zhǔn)。第40頁/共54頁 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定土的地基系數(shù)m水平地基系數(shù)隨深度變化的比例系數(shù)，為地面以

21、下2(d+1)深度內(nèi)各土層加權(quán)平均值。Xcr單樁橫向臨界荷載對應(yīng)的位移；Ux樁頂位移系數(shù)，按下表取值；b1樁身計(jì)算寬度 3/213/5EIbUXHmxcrcr 第41頁/共54頁第42頁/共54頁 分析計(jì)算法 按公路基規(guī)、鐵路基規(guī)、建基規(guī)推薦的“m”法計(jì)算樁在橫軸向荷載作用下，考慮樁土共同作用下樁身截面內(nèi)力的計(jì)算方法。第43頁/共54頁 按樁身材料強(qiáng)度確定單樁承載力 將樁看成軸向受壓桿件，確定樁身材料強(qiáng)度所決定的單樁承載力。 軸向受壓 考慮縱向撓曲影響，樁身軸向抗壓屈強(qiáng)度乘以一個1 1的縱向撓曲系數(shù)。 鋼筋混凝土樁，配有普通鋼筋（鉆（挖）孔灌注樁） ggsacbARARP11第44頁/共54頁

22、公式的使用說明式中各項(xiàng)的物理意義見p.104說明；表3-12中樁的變形系數(shù)：對于低承臺樁，表3-12中l(wèi)0=0；51EImb 第45頁/共54頁 關(guān)于樁的負(fù)摩阻問題 負(fù)摩阻力的意義及其產(chǎn)生原因 樁身截面向下位移量樁周土沉降速率正摩阻力； 樁身截面向下位移量樁周土沉降速率負(fù)摩阻力。 負(fù)摩阻力的影響： 給樁施加向下的附加荷載； 樁的豎向承載力降低； 樁基沉降量增大。 負(fù)摩阻力的產(chǎn)生原因： 地面大面積堆載；第46頁/共54頁第47頁/共54頁 地下水位下降； 樁身穿透欠固結(jié)土進(jìn)入硬持力層，土層固結(jié)下沉； 高路堤填土本身的固結(jié)壓縮變形、軟粘土地基上受高路堤填土壓力產(chǎn)生壓縮變形； 飽和軟粘土受打樁擠壓擾動，在樁周形成欠壓密重塑區(qū)； 濕陷性黃土、凍土等特殊地基的下陷。第48頁/共54頁 中性點(diǎn)及其位置的確定 中性點(diǎn)樁