單樁承載力二

第一節(jié)單樁承載力

單樁承載力：是指單樁在荷載作用下，地基土和樁本身的強(qiáng)度和穩(wěn)定性均能得到保證，變形也在容許范圍內(nèi)，以保證結(jié)構(gòu)物的正常使用所能承受的最大荷載。一般情況下，樁受到軸向力、橫軸向力及彎矩作用，因此須分別研究和確定單樁的軸向承載力和橫軸向承載力。

第四章樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與計(jì)算一、單樁軸向荷載傳遞機(jī)理和特點(diǎn)

（一）荷載傳遞過(guò)程與土對(duì)樁的支承力

當(dāng)豎向荷載逐步施加于單樁樁頂，樁身上部受到壓縮而產(chǎn)生相對(duì)于土的向下位移，與此同時(shí)樁側(cè)表面就會(huì)受到土的向上摩阻力。樁頂荷載通過(guò)所發(fā)揮出來(lái)的樁側(cè)摩阻力傳遞到樁周土層中去，致使樁身軸力和樁身壓縮變形隨深度遞減。在樁土相對(duì)位移等于零處，其摩阻力尚未開始發(fā)揮作用而等于零。隨著荷載增加，樁身壓縮量和位移量增大，樁身下部的摩阻力隨之逐步調(diào)動(dòng)起來(lái)，樁底土層也因受到壓縮而產(chǎn)生樁端阻力。樁端土層的壓縮加大了樁土相對(duì)位移，從而使樁身摩阻力進(jìn)一步發(fā)揮到極限值。樁端極限阻力的發(fā)揮需要比發(fā)生樁側(cè)極限摩阻力大得多的位移值，這時(shí)總是樁側(cè)摩阻力先充分發(fā)揮出來(lái)。當(dāng)樁身摩阻力全部發(fā)揮出來(lái)達(dá)到極限后，若繼續(xù)增加荷載，其荷載增量將全部由樁端阻力承擔(dān)。由于樁端持力層的大量壓縮和塑性擠出，位移增長(zhǎng)速度顯著加大，直至到樁端阻力達(dá)到極限，位移迅速增大而破壞。此時(shí)樁所受的荷載就是樁的極限承載力。樁側(cè)摩阻力和樁底阻力的發(fā)揮程度與樁土間的變形性狀有關(guān)，并各自達(dá)到極限值時(shí)所需要的位移量是不相同的。試驗(yàn)表明：樁底阻力的充分發(fā)揮需要有較大的位移值，粘性土中約為樁底直徑的25%，在砂性土中約為8%~10%；而樁側(cè)摩阻力只要樁土間有不太大的位移就能得到充分的發(fā)揮，一般認(rèn)為粘性土為4~6mm，砂性土為6~10mm。樁側(cè)摩阻力和樁底阻力的發(fā)揮程度：（二）樁側(cè)摩阻力的影響因素及其分布

樁側(cè)摩阻力除與樁土間的相對(duì)位移有關(guān)，還與其它因素有關(guān)。

土的性質(zhì)樁的剛度時(shí)間因素土中應(yīng)力狀態(tài)樁的施工方法等

樁底阻力影響因素樁底地基土的性質(zhì)（主要影響因素）持力層上覆荷載（覆蓋土層厚度）樁徑樁底作用力時(shí)間樁底進(jìn)入持力層深度等。

（三）樁底阻力的影響因素及其深度效應(yīng)

（四）單樁在軸向受壓荷載作用下的破壞模式

軸向受壓荷載作用下，單樁的破壞是由地基土強(qiáng)度破壞或樁身材料強(qiáng)度破壞所引起。而以地基土強(qiáng)度破壞居多。土強(qiáng)度對(duì)樁破壞模式的影響

縱向撓曲破壞（圖a）：當(dāng)樁底支承在很堅(jiān)硬的地層，樁側(cè)土為軟土層其抗剪強(qiáng)度很低時(shí)，樁在軸向受壓荷載作用下，如同一受壓桿件呈現(xiàn)縱向撓曲破壞。樁的承載力取決于樁身的材料強(qiáng)度。

整體剪切破壞（圖b）：當(dāng)具有足夠強(qiáng)度的樁穿過(guò)抗剪強(qiáng)度較低的土層而達(dá)到強(qiáng)度較高的土層時(shí)，樁在軸向受壓荷載作用下，由于樁底持力層以上的軟弱土層不能阻止滑動(dòng)土楔的形成，樁底土體將形成滑動(dòng)面而出現(xiàn)整體剪切破壞。樁的承載力主要取決于樁底土的支承力，樁側(cè)摩阻力也起一部分作用。

刺入式破壞（圖c）：當(dāng)具有足夠強(qiáng)度的樁入土深度較大或樁周土層抗剪強(qiáng)度較均勻時(shí)，樁在軸向受壓荷載作用下，將出現(xiàn)刺入式破壞。根據(jù)荷載大小和土質(zhì)不同，樁所受荷載由樁側(cè)摩阻力和樁底反力共同承擔(dān)，一般摩擦樁或純摩擦樁多為此類破壞，且基樁承載力往往由樁頂所允許的沉降量控制。二、按土的支承力確定單樁軸向容許承載力

（一）靜載試驗(yàn)法

概念：在樁頂逐級(jí)施加軸向荷載，直至樁達(dá)到破壞狀態(tài)為止，并在試驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量每級(jí)荷載下不同時(shí)間的樁頂沉降，根據(jù)沉降與荷載及時(shí)間的關(guān)系，分析確定單樁軸向容許承載力。

試樁要求：試樁可在已打好的工程樁中選定，也可專門設(shè)置與工程樁相同的試驗(yàn)樁。試樁數(shù)目應(yīng)不小于基樁總數(shù)的2%，且不應(yīng)少于2根；試樁的施工方法以及試樁的材料和尺寸、入土深度均應(yīng)與設(shè)計(jì)樁相同。

靜載試驗(yàn)法的特點(diǎn)：確定單樁容許承載力直觀可靠，但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，通常只在大型、重要工程或地質(zhì)較復(fù)雜的樁基工程中進(jìn)行試驗(yàn)。配合其他測(cè)試設(shè)備，它還能較直接了解樁的荷載傳遞特征，提供有關(guān)資料，因此也是樁基礎(chǔ)研究分析常用的試驗(yàn)方法。1、試驗(yàn)裝置

加載系統(tǒng)：主要有堆載法與錨樁法兩種。堆載法是在荷載平臺(tái)上堆放重物，一般為鋼錠或砂包，也有在荷載平臺(tái)上置放水箱，向水箱中充水作為荷載。堆載法適用于極限承載力較小的樁。錨樁法是在試樁周圍布置4～6根錨樁，常利用工程樁群。錨樁深度不宜小于試樁深度，且與試樁有一定距離，一般應(yīng)大于3d且不小于1.5m(d為試樁直徑或邊長(zhǎng))，以減少錨樁對(duì)試樁承載力的影響。

錨樁法試驗(yàn)裝置

堆載法靜載試驗(yàn)錨樁法靜載試驗(yàn)錨樁法靜載試驗(yàn)錨樁法靜載試驗(yàn)千斤頂及位移傳感器

觀測(cè)系統(tǒng)：主要有樁頂位移和加載數(shù)值的觀測(cè)。位移通過(guò)安裝在基準(zhǔn)梁上的位移計(jì)或百分表量測(cè)。加載數(shù)值通過(guò)油壓表或壓力傳感器觀測(cè)。每根基準(zhǔn)梁固定在兩個(gè)無(wú)位移影響的支點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)上，支點(diǎn)或基準(zhǔn)樁與試樁中心距應(yīng)大于4d且不小于2m（d為試樁直徑或邊長(zhǎng)）。

2、試驗(yàn)方法

分級(jí)加載：試樁加載應(yīng)分級(jí)進(jìn)行，每級(jí)荷載約為預(yù)估破壞荷載的1/10~1/15；有時(shí)也采用遞變加載方式，開始階段每級(jí)荷載取預(yù)估破壞荷載的1/2.5~1/5，終了階段取1/10~1/15。

測(cè)讀沉降時(shí)間：在每級(jí)加荷后的第一小時(shí)內(nèi)，按2、5、15、30、45、60min測(cè)讀一次，以后每隔30min測(cè)讀一次，直至沉降穩(wěn)定為止。沉降穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)，通常規(guī)定為對(duì)砂性土為30min內(nèi)不超過(guò)0.1mm；對(duì)粘性土為1h內(nèi)不超過(guò)0.1mm。待沉降穩(wěn)定后，方可施加下一級(jí)荷載。循此加載觀測(cè)，直到樁達(dá)到破壞狀態(tài)，終止試驗(yàn)。破壞荷法載的確態(tài)定：當(dāng)出現(xiàn)下睡列情況之蜘一時(shí)，一程般認(rèn)為樁思已達(dá)破壞涼狀態(tài)，所泛相應(yīng)施加赤的荷載即伏為破壞荷拴載：（1）樁的留沉降量墨突然增深大，總沉?xí)x降量大智于40m胳m，且本貨級(jí)荷載回下的沉奏降量為框前一級(jí)棚荷載下巨沉降量漆的5倍。（2）本級(jí)鐮荷載下燒樁的沉魂降量為蠅前一級(jí)贈(zèng)荷載下況沉降量吉的2倍，且24h樁的沉降慰未趨穩(wěn)定港。3、極限荷擴(kuò)載和軸向艦容許承載壇力的確定破壞荷載些求得以后蕉，可將其前一級(jí)荷何載作為極攪限荷載，從而陪確定單版樁軸向踐容許承磁載力式中：[P]—尼—單樁軸練向受壓河容許承工載力（kN）；——試樁的極鳳限荷載（kN）；K——安全系頸數(shù)，一屆般為2。單樁荷載——沉降（P-S）曲線可單飛樁S-lo魔gt曲線試驗(yàn)曲媽線法：（1）P-S曲線明顯轉(zhuǎn)有折點(diǎn)法（2）S-lo固gt法（沉辱降速率莊法）（二）染經(jīng)驗(yàn)公季式法我國(guó)現(xiàn)權(quán)行各設(shè)計(jì)規(guī)答范都規(guī)定辮了以經(jīng)揉驗(yàn)公式件計(jì)算單轎樁軸向匪容許承分載力的趕方法，涉這是一煤種簡(jiǎn)化立計(jì)算方期法。規(guī)款范根據(jù)言全國(guó)各繡地大量寧的靜載包試驗(yàn)資淡料，經(jīng)吵過(guò)理論惕分析和球統(tǒng)計(jì)整沾理，給出不同建類型的樁崖，按土的霞類別、密昌實(shí)度、稠瞇度、埋置擔(dān)深度等條廊件下有關(guān)逝樁側(cè)摩阻抄力及樁底貪阻力的經(jīng)絹驗(yàn)系數(shù)、尋數(shù)據(jù)及相描應(yīng)公式。下面以《公橋基陪規(guī)》為例簡(jiǎn)具介如下（以下各步經(jīng)驗(yàn)公式長(zhǎng)除特殊說(shuō)旗明者外均慎適用于鋼慘筋混凝土控樁、混凝誕土樁及預(yù)刻應(yīng)力混凝繞土樁）。1、摩擦族樁單樁豎題向容許紐奉承載力排的基本形狡式為：?jiǎn)螛度菰S再承載力[P]=掃[樁側(cè)極限召摩阻力PSU+樁底極限稻阻力PPU]/安全系示數(shù)（1）鉆（國(guó)挖）孔圾灌注樁炊：（2）打入樁（3）管柱鏟受壓容快許承載嶼力確定管柱受壓賽容許承載椒力可按打踢入樁計(jì)算燭，也可由伴專門試驗(yàn)扮確定。（4）單樁灶軸向受賽拉容許這承載力究確定當(dāng)樁的軸尸向力由結(jié)構(gòu)自蹦重、預(yù)腰加力、臣土重、榨土側(cè)壓簡(jiǎn)力、汽暫車荷載幸、和人鉤群荷載值短期效僵應(yīng)組合所引起暈，樁不陰允許受句拉；當(dāng)樁的軸夫向力由上皺述荷載并輔與其他作宇用組成的短期效應(yīng)分組合或者偶然組擇合（地震力座除外），序則允許樁使受拉。單樁軸向戒受拉容許觸承載力可趙按下式計(jì)銀算：2、端承樁鞏（柱樁）支承在尿基巖上影或嵌入對(duì)巖層中虎的單樁鑄，其軸莫向受壓反容許承耐載力，達(dá)取決于隙樁底處壟巖石的浪強(qiáng)度和朗嵌入巖掀層的深喘度，可全按下式勇計(jì)算。（三）動(dòng)摩測(cè)試樁法動(dòng)測(cè)法是指給樁嶼頂施加一動(dòng)荷載（用沖殊擊、振井動(dòng)等方椅式施加棉），量慌測(cè)樁土窩系統(tǒng)的冤響應(yīng)信振號(hào)，然挺后分析脈計(jì)算樁概的性能送和承載雄力，可騾分為高適應(yīng)變動(dòng)靠測(cè)法與御低應(yīng)變堡動(dòng)測(cè)法耗兩種。低應(yīng)變慈動(dòng)測(cè)法由于施加樁頂綿的荷載遠(yuǎn)均小于樁的棍使用荷載，不足使?jié)針锻灵g發(fā)醋生相對(duì)位揉移，而只通過(guò)應(yīng)飾力波沿勒樁身的完傳播和撤反射的脖原理作顧分析，可用權(quán)來(lái)檢驗(yàn)勺樁身質(zhì)碗量，不姿宜作樁方承載力猛測(cè)定但儀可估算繁和校核競(jìng)基樁的兆承載力橫。高應(yīng)變御動(dòng)測(cè)法一般是或以重錘敲再擊樁頂，使樁貫什入土中，酬樁土間產(chǎn)悠生相對(duì)位尺移，從而響可以分析盛土體對(duì)樁濁的外來(lái)抗晴力和測(cè)定銳樁的承載攪力，也可楊檢驗(yàn)樁體待質(zhì)量。（四）靜唇力分析法靜力分索析法是根據(jù)土的極云限平衡陷理論和土的強(qiáng)度撇理論，計(jì)算樁底極去限阻力和樁側(cè)極限說(shuō)摩阻力，也即利低用土的強(qiáng)弊度指標(biāo)計(jì)多算樁的極立限承載力似，然后將榜其除以安兇全系數(shù)從厚而確定單諸樁容許承您載力。1、樁底割極限阻科力的確解定把樁作芳為深埋熔基礎(chǔ)，很并假定地加基的破沾壞滑動(dòng)露面模式，運(yùn)用塑粘性力學(xué)中饅的極限平弟衡理論，六導(dǎo)出地基則極限荷載紐奉（即樁底污極限阻力刊）的理論雹公式：樁側(cè)單位逐面積的極刑限摩阻力脆取決于樁側(cè)土扣間的剪渡切強(qiáng)度。按庫(kù)侖析強(qiáng)度理論弊得知：2、樁側(cè)極綿限摩阻力巴的確定三、按樸樁身材慮料強(qiáng)度豈確定單宮樁承載諒力一般說(shuō)企來(lái)，樁蔽的豎向康承載力哭往往由蹦土對(duì)樁傾的支承榆能力控弊制。但當(dāng)樁穿治過(guò)極軟弱席土層，支盈承（或嵌惑固）于巖殖層或堅(jiān)硬株的土層上儉時(shí)，單樁急豎向承載勉力往往由建樁身材料希強(qiáng)度控制手。此時(shí)，懇基樁將爬象一根算受壓桿各件，在堤豎向荷謎載作用應(yīng)下，將齊發(fā)生縱筒向撓曲歡破壞而中喪失穩(wěn)購(gòu)定性，注根據(jù)《公路橋規(guī)》，對(duì)于鋼揪筋混凝土葉樁，當(dāng)配碗有普通箍季筋時(shí)，可農(nóng)按下式確戲定基樁的指豎向承載技力：四、單簽樁橫軸向冷容許承衣載力的確定樁的橫向承載妨力，是指樁版在與樁軸頌線垂直方賣向受力時(shí)眨的承載力妹。樁在橫嶼向力（包拔括彎矩）店作用下的斤工作情況投較軸向受定力時(shí)要復(fù)變雜些，但懸仍然是從保證樁反身材料貢和地基幕強(qiáng)度與責(zé)穩(wěn)定性以及樁頂水平桶位移滿足常使用要求來(lái)分析夾和確定型樁的橫化軸向承懂載力。（一）在語(yǔ)橫向荷載熟作用下，鄭樁的破壞扣機(jī)理和特稻點(diǎn)樁在橫向甲力作用下扎變形示意導(dǎo)圖a)剛性樁；b)彈性樁（二）單即樁橫向容膽許承載力恒的確定方旋法單樁水平消靜載試驗(yàn)樁水平銀靜載試賓驗(yàn)裝置鄭示意圖五、關(guān)搜于樁的哥負(fù)摩阻唯問(wèn)題（一）負(fù)拐摩阻力的該意義及其罩產(chǎn)生原因在一般渡情況下釋，樁受快軸向荷體載作用偉后，樁相對(duì)臣于樁側(cè)漢土體作孔向下位磁移，土把對(duì)樁產(chǎn)泄生向上作何用的摩之阻力，稱正摩阻舅力。但當(dāng)樁周土膨體因某悄種原因舌發(fā)生下導(dǎo)沉，其者沉降變佛形大于畫樁身的佩沉降變饑形時(shí)，在樁側(cè)疏表面的全扮部或一部柏分面積上花將出現(xiàn)向下作贊用的摩豪阻力，稱其為負(fù)摩阻力。樁的正、擾負(fù)摩阻力負(fù)摩阻囑力的危肅害：樁的負(fù)殘摩阻力的發(fā)生俱將使樁止側(cè)土的棍部分重仆力傳遞炎給樁，悔因此，習(xí)負(fù)摩阻挺力不但冷不能成醫(yī)為樁承止載力的跌一部分夠，反而拉變成施加在煮樁上的富外荷載，對(duì)入土努深度相同揉的樁來(lái)說(shuō)復(fù)，若有負(fù)勞摩力發(fā)生球，則樁的儀外荷載增蹈大，樁的承載送力相對(duì)降居低，樁基葛沉降加大，這在影確定樁有的承載寫力和樁育基設(shè)計(jì)逝中應(yīng)予賺以注意案。對(duì)于橋沸梁工程差特別要首注意橋頭路儀堤高填專土的橋則臺(tái)樁基杏礎(chǔ)的負(fù)摩阻孕力問(wèn)題，怠因路堤高潤(rùn)填土是一答個(gè)很大的