学习情景三 桥梁基础设计要点.ppt

单桩容许承载力的确定 桩的负摩阻力简介 桩的内力和位移计算 桩基础设计计算步骤 桩基础设计计算步骤与程序 一、单桩容许承载力的确定 单桩容许承载力是指单桩在荷载作用下，地基土和桩本身的强度和稳定性均能得到保证，变形也在容许范围之内，以保证结构物的正常使用所能承受的荷载。 一般情况下，桩受到轴向力、横轴向力及弯矩作用，因此单桩容许承载力包括单桩的轴向容许承载力和横轴向容许承载力，但通常桩主要承受轴向力。 2.按经验公式(规范法)确定单桩轴向容许承载力 1）摩擦桩 摩擦桩单桩轴向受压承载力容许值等于桩侧总摩阻力容许值与桩端总承载力容许值之和。 （1）钻(挖)孔灌注桩 2.按经验公式(规范法)确定单桩轴向容许承载力 1）摩擦桩 （2）沉桩的承载力容许值 2.按经验公式(规范法)确定单桩轴向容许承载力 2）柱桩（支承桩） 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由嵌岩段总侧阻力、总端阻力和桩周土总侧阻力三部分组成，按下式计算： 2.按经验公式(规范法)确定单桩轴向容许承载力 3）考虑桩身材料确定单桩轴向容许承载力 二、桩的负摩阻力简介 一般情况下，桩受轴向荷载作用后，桩相对于桩侧土体作向下位移，使土对桩产生向上作用的摩阻力，称正摩阻力，如图3-3-3a）所示。 当桩穿过软弱可压缩土层时，由于地表面有较大的荷载作用（如桥头填土及路堤），或地下水下降，或上层属次固结状态等情况，均会引起桩侧体土下沉（固结），若桩侧土体下沉量大于桩受荷后的沉降（包括桩身压缩和柱底下沉），则桩侧土相对于桩向下位移，使土对桩产生向下作用的的摩阻力，即称其为负摩阻力，如图3-3-3b）所示。 由于桩身表面发生负摩阻力，将使桩侧土的部分重力传递给桩，因此，负摩阻力不但不能成为桩承载力的一部分，反而变成施加在桩上的外荷载，加大桩基沉降 。 三、桩的内力和位移计算 桩基础上的作用荷载首先是通过承台穿给桩，然后再由桩传递给地基。承台传递给基桩桩顶的作用力包括轴向力、横向力和弯矩。桩在受力后要发生变形，包括轴向变形和桩的挠曲所引起的横向变位。 由于埋入土中的桩受到桩侧土的约束，所以桩在发生横向变位时，将受桩侧土横向抗力的作用。 在计算时一般将作用于桩上的力分轴向受力和横向受力两部分，分别加以验算。 1．基本概念 1）土的横向抗力及地基系数 桩基础在轴向荷载、横向荷载和力矩作用下产生竖向位移、水平位移和转角，桩的竖向位移引起桩侧摩阻力和桩端阻力，桩身的水平位移及转角使桩挤压桩侧土体，桩侧土对桩产生的约束称土的横向抗力。 1．基本概念 1）土的横向抗力及地基系数 横向抗力起抵抗外力和稳定桩基础的作用。假定土的横向抗力符合文克尔假设，将桩作为弹性构件考虑，当桩受到水平外力作用后，桩土协调变形，任一深度z处所产生的桩侧土水平抗力与该点水平位移成正比，即： 地基系数是反映地基土抗力性质的指标，当桩的横向位移一定时，C值越大，土的横向抗力越大。 常采用的地基系数分布规律为如图3-3-4所示的几种形式 。 1．基本概念 2）单桩、单排桩和多排桩 计算基桩内力先应该根据作用在承台底面的外力N、H、M，计算出作用在每根桩顶的荷载Pi、Qi、和Mi值，然后才能计算各桩在荷载作用下的各截面的内力与位移。 1．基本概念 3）桩的计算宽度 桩在水平外力作用下，除了桩身范围内桩侧土受挤压外，在桩身宽度以外一定范围内的土体也会受到一定程度的影响，且对不同截面形状的桩，土受到的影响范围大小不同。 1．基本概念 4）刚性构件与弹性构件 “m”法计算中常将埋入土中的桩分为刚性构件和弹性构件。 在水平外力作用下，如果桩只发生转动和位移，不产生变形，这种桩属于刚性构件；如果桩本身出现挠曲变形，则这种桩属于弹性构件。 三、桩的内力和位移计算 1．基本概念 4）刚性构件与弹性构件 “桩身是否出现挠曲变形，主要与桩长、截面形状、尺寸、桩的刚度等因素有关。 “m”法计算中引入基础变形系数α来反映这些因素对桩变形的影响。 四、桩基础设计计算步骤 设计桩基础应根据荷载的性质与大小、上部结构的形式与使用要求、地质和水文资料以及材料供应和施工条件等，确定适宜的桩基础类型和各组成部分的尺寸，保证承台、基桩和地基在承载力、变形和稳定性方面，满足安全和使用上的要求，并应同时考虑技术和经济上的可能性和合理性。 桩基础的设计方法与步骤一般是先根据所收集的必要设计资料，拟定出设计方案（包括选择桩基础类型、桩长、桩径、桩数及桩的布置、承台位置与尺寸等），然后进行基桩和承台强度、稳定、变形检验，经过计算、比较、修改直至符合各项要求，最后确定较佳的设计方案。 桩基础设计应遵循下列设计原则： （1）设计前进行必要的基本情况调查。 （2）认真选定适用、简便可行而又可靠的设计方法