第2章竖向荷载下单桩计算.ppt
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1、第二章 竖向荷载作用下单桩计算 2.1 单桩的荷载传递及其破坏模式 2.2 确定单桩容许承载力的常规方法 2.3 桩的侧阻力分析 2.4 桩土界面特性研究 2.5 单桩轴向综合刚度计算及实例 2.6 超长单桩模型试验结果分析 2.7 桩承受负摩阻力的计算 (1) 荷载传递机理 2.1 轴向承压桩的荷载传递机理 任一深度z桩身截面的荷载为 竖向位移为: 微分段 的压缩量为: 故 将式(2-2)代入式(2-3)可得: 支 撑 天 然 斜 坡 E 地下室侧墙 E 填 土 E 填 土 堤岸挡 土墙 拱桥桥台 E 柔性支护结构 锚杆 板桩 板桩变形板桩上土压力 实测 计算 板桩 锚杆 (2)三种破坏形式
2、: P-S曲线特点: 支承于基岩上的短桩,P-S曲线全程受端阻制约。 支承于较硬持力层上的中长扩底桩( ),P-S曲 线前段同时受侧阻和端阻性状的制约。 超长桩( ),桩端土的性质对荷载传递不再 有任何影响,P-S曲线全程受侧阻性状的制约。 有关规范中桩侧阻力的取值及承载力确定方法 2.2 确定单桩容许承载力的常规方法 公路桥涵地基与基础设计规范 1 摩擦桩: (1) 钻(挖)孔灌注桩 (2) 打入(包括振动下沉)桩 公路桥涵地基与基础设计规范 (3) 嵌岩桩 公路桥涵地基与基础设计规范 钢管桩 : 建筑桩基技术规范 建筑桩基技术规范 (4) 轴向受拉容许承载力 (2) 影响荷载传递的因素 u
3、 桩端、桩周土的刚度比 u 桩、土的刚度比 u 桩的长径比 载荷板 千斤顶 百分表 1 2 3 S P 0 比 例 界 限 极 限 荷 载 PcrPu 阶段1:弹性段阶段2:局部塑性区 阶段3:完全破坏段 PS曲线 临 塑 荷 载 1 分级加载,分级不少于8级,每级沉降稳 定后再进行下一级加载; 说明: 当出现下列情况之一时,可终止加载:当出现下列情况之一时,可终止加载: 终止加载标准: 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002): 1 承压板周围的土明显侧向挤出 2 沉降 s 急骤增大,荷载沉降(ps)曲线出现陡降段 2 Pu取值:满足终止加载标准(破坏标准) 的某级荷载的上一级荷载作
4、为极限荷载 3 在某一荷载下,24小时内沉降速率不能达到稳定 4 沉降量与承压板宽度或直径之比0.06 3 冲剪破坏 1 整体破坏 土质坚实,基 础埋深浅;曲 线开始近直线 ,随后沉降陡 增,两侧土体 隆起。 2 局部剪切破坏 松软地基,埋深较大; 曲线开始就是非线性, 没有明显的骤降段。 松软地基,埋深较大; 荷载板几乎是垂直下切, 两侧无土体隆起。 P S 123 1 3 2 1 整体剪切破坏 2 局部剪切破坏 3 冲剪破坏 软粘土上的密砂 地基的冲剪破坏 临塑荷载与临界荷载 临塑荷载: 2.局部塑性区 1. 弹性阶段 地基处于弹性阶段与局部塑性阶段界限状 态时对应的荷载。此时地基中任一点
5、都未 达到塑性状态,但即将达到 临塑荷载与临界荷载计算 (条形基础) q = 0d p 2 z M 自重应力 s1=0d+ z s3=k0(0d+ z) 设k0 =1.0 合力= 附加应力 B 极限平衡条件: 将1, 3的解代入极限平衡条件,得到: q = 0d p 2 z M B 由z与的单值关系可求出z的极值 Zmax=0 pcr = 0 dNq+cNc 临塑荷载 其中 Zmax= B/4 或 B/3: p1/4 = B N1/4+0 d Nq+cNc 临界 荷载 p1/3= B N1/3+0 d Nq+cNc 其中 各种临界荷载的承载力系数 NNqNc pcr 0 1+ /ctg - /
6、2+)(Nq-1)ctg p1/4 (Nq-1)/2 p1/3 2(Nq-1)/3 三种理论的破坏假定 算例 如图所示,某钻孔灌注桩采用旋钻施工,桩径1.2m, 河床地质为卵石。孔隙中填充砂,桩底地基土的基本 承载力为 ,经测定桩底沉淀土厚度为48cm, 试按地基规范法计算此桩的容许承载力。 算例 解 : 由于采用旋钻施工故 影响单桩承载力的因素: 桩侧土的性质及土层分布 桩端土层的性质 桩的几何特征 成桩工艺 2.3 桩的侧阻力分析 (1)影响桩侧阻力发挥的因素 桩 周 土 的 性 质 桩土相对位移: 是桩侧阻力发挥 的前提 临界位移 临界位移 临界位移 临界位移 (1)影响桩侧阻力发挥的因
7、素 桩径的影响 桩径的影响 (1)影响桩侧阻力发挥的因素 桩土界面条件的影响 不同类型的桩具有不同的桩土界面条件 不同施工工艺具有不同的桩土界面条件 (2)桩侧阻力的强化效应和退化效应 1、桩身下部靠近桩端附近处的极限侧阻力比 规范值大许多,呈明显的增强现象,桩端土的 强度越高,这种现象越明显; 2、同场地进行的不同桩长的载荷试验结果 表明,在某一指定的标高处,随着桩穿越该标 高进入土层深度的增加,该标高处桩侧阻力会 明显减小,桩长越长,桩侧阻力减小就越多。 (3)桩侧阻力强化效应的解释 图2-10 焦枝复线某工程试桩桩侧 图2-11 国外几种桩侧阻力的取 阻力实测曲线 值方法 图2-12 打
8、入过程中桩侧阻力分布 图2-13 静力压桩 过程中桩侧阻力分布的基本模式 的基本模式 桩侧阻力强化效应的解释 桩侧阻力退化效应 强化效应和退化效应的综述: (1)无论抗压桩还是抗拔桩强化效应和退化 效应都存在,是桩土共同作用决定的; (2)同一桩的桩身上部某一位置的侧阻力随 着桩入土深度增加而不断减小,同时桩端附近 阻力增大,两者共同作用下桩侧阻力性状变得 十分复杂; (3)传统的按照土物性指标确定侧阻力的方 法虽然简单适用,但与实际情况存在较大差异 (4)桩侧阻力性状分析 桩身受荷向下位移时由于桩土间 摩阻力带动桩周土位移,在桩周环 形土体中产生剪应变; 2.4 桩土界面特征 (1)概述 (
9、2)桩与土接触面的力学特征 (3)砂土中不同表面粗糙度桩承载力试验研究 (4)桩岩界面特征对嵌岩桩承载力影响的研究 (5)增加钻孔灌注桩孔壁粗糙度的施工措施 (1)概述 土界面特征是一个十分重要但长期以来被忽 视的因素; 人们发现在同一位置相同的两根桩具有不同 的承载力。 国外对桩土特征影响承载力的研究从嵌岩桩 开始的。 (2)桩与土接触面的力学特征 土与结构物之间的相互作用问题一直是岩土工程领 域研究的一个重要研究内容。 Clough和Duncan利用直剪试验研究了土与混凝土 接触面的力学特征,认为接触面剪应力和相对剪切位 移为双曲线关系 不同粗糙度时接触面剪应力与的相对剪切位移的关 系:
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