竖向荷载下桩基的承载力和变形

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1、第2章竖向荷载下桩基的承载力和变形2．1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

2、两大类：缓变型和陡降型.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，

3、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10—20mm。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：地基中塑性区连成整体

4、，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：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：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

5、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)端阻力的深度效应当

6、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。2.1.2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（２）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。①法0.4-1.25

7、；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。②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。③法2）原位测试法确定单桩承载力（1）静力触探试验（CPT）确定：TBJ2-85JGJ94-2008（2）

8、标准贯入试验（SPT）确定:（3）旁压试验确定在试验现场的旁压仪2.2规范方法确定单桩承载力2.2.1建筑地基基础设计规范（GB 50007---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