第十章 桩基础与深基础(第2节).ppt

第二节 单桩承载力的确定 单桩承载力是指单桩在外荷载作用下，不丧失稳定性、不产生过大变形时的承载能力。 一、单桩竖向承载力分析 作用于桩顶的竖向荷载Q由桩侧土的总摩阻力Qs和桩端土的总抗力Qp共同承担，即 当桩顶荷载加大至极限值时，式4-1可写为 式中，Qu为单桩竖向抗压极限承载力（kN）； Qsu为单桩总极限侧阻力（kN）； Qpu为单桩总极限端阻力（kN）。 桩在外荷载Q作用下，Qs与Qp的发挥程度与桩土之间的相对位移情况有关。 当桩与土之间发生不大的相对位移（10mm）时，摩擦阻力就可充分发挥出来，且与桩的直径、长度以及土的种类关系不大。 桩端阻力发挥所需要的相对位移则与桩端土的性质和沉桩方法有关。 对于岩层及坚硬土层，桩端阻力在很小变形的条件下就能充分发挥，且承载力中桩端阻力占绝大部分（即端承桩）。 当桩端土与桩侧土性质差不多时，桩端阻力发挥所要求的相对位移值（打入桩：桩径的10％；钻孔桩：桩径的30％）相当大。因此，桩工作时桩侧摩阻力先发挥出来，然后桩端承载力才逐渐发挥作用（即摩擦桩）。 对一般的摩擦桩，在不同的荷载阶段，其桩侧摩阻力和桩端阻力的分担比例是变化（图4－4b）。 以摩擦桩为例分析作用在桩顶的竖向荷载的传递过程以及桩侧摩阻力和桩端阻力的大小和分布。 （一）桩侧摩阻力qs 桩侧单位面积摩阻力qs的大小除与土的性质、桩的材料性质有关外，还与桩径、桩深、特别是施工方法有关。 对于挤土的打入桩，沉桩将使桩周土向四周排开、挤压，因而土对桩身的摩阻力增大；若为钻（挖）孔灌注桩，由于先形成桩孔，周围土体向孔内膨胀、松动，因此桩身的摩阻力减小。 1．侧阻力qs的大小和分布 当打入式摩擦桩的顶部作用有轴向荷载Q时，有 s0=sp＋ss 式中，s0为桩顶位移量（图4-5e）； sp为桩端下沉量（由桩侧荷载引起的桩端以下土体的压缩量和桩尖刺入桩端土层而引起的桩身整体位移） ； ss为桩身材料在轴力N作用下产生的压缩变形量。 当摩擦阻力qs方向向上时，轴力 N(z)将随深度的增加而减少（图4－5c）。设桩的长度为L，截面积为A，周长为u。从桩身任意深度z处取dz微分段分析其受力状况（图4-5a）。 根据微分段的竖向力平衡条件，可得 式（4-3）为桩的荷载传递基本微分方程。它表示任意深度处单位侧面摩阻力qs的大小与该处轴力N的变化率成正比，且方向相反。只要测得桩身轴力N(z)的分布曲线，即可用此式求桩侧摩阻力的大小与分布。 实测资料证明，粘性土中打入桩的荷载传递曲线qs沿深度的分布近似抛物线形（图4-5d）。 砂土中打入桩的qs值开始时随深度近乎线性增加，至一定深度后即接近均匀分布（图4-6）。此深度称此深度为侧阻临界深度。 如果测出桩顶竖向位移s0和轴力分布曲线N(z)，根据材料力学公式即可求出桩端位移sp和任意深度处的桩截面位移s(z)： 式中A为桩横截面积；E为桩身材料的弹性模量。 注意： 图4-5中的荷载传递曲线（N－z曲线）、侧阻分布曲线（qs－z曲线）以及桩截面位移曲线（s－z曲线）都随着桩顶荷载Q的增加而不断变化。 2．桩土相互作用及其对qs的影响 当桩打入土中时，会对周围土有挤实、扰动和振动的作用。 在粘性土中打桩时，桩周土受到扰动，土的结构发生变化；对于饱和土体，挤压和振动作用还会引起超静孔隙水压力。结构扰动和孔隙水压力升高使桩周围土的抗剪强度降低。打桩停止且经过一段时间后，孔隙水压力逐渐消散，土体不断固结，再加上触变作用，因而桩周土的结构和强度逐步得到恢复。因此，在粘性土中打桩对qs的影响是先降低后提高。 在砂土中打桩，桩周土被挤密，qs提高。越接近桩的表面压得越紧，向外逐渐减小直至消失。打桩停止后，靠近桩周土的挤密效应会由于应力调整而部分丧失。因此，qs先增加后降低。 （二）桩端阻力qp 当作用于桩顶的荷载Q不断增加、桩侧摩阻力达其极限值后，继续增加的荷载就靠桩端阻力qp的增大来承担，直到桩端阻力也达到其极限值qpu，此时桩所承受的荷载即为极限承载力Qu。到达Qu后，地基发生破坏，桩体出现剧烈的下沉。 1．经典理论计算法 采用古典刚塑性理论，把桩视为一宽度为b、埋深为L的深基础。当在桩上加荷载至土体剪切破坏时，按照所假设的滑裂面形状（图4-8），根据基础的极限承载力原理，求出桩端极限承载力qpu。 桩的入土深度与其断面尺寸相比很大，所以桩端下土体破坏型式大多为冲剪破坏或局部剪切破坏。 根据承载力理论求出的极限端阻qpu一般可表示为： 式中，Nr、Nc、Nq—承载力系数； b—桩的宽度或直径，mm； c—土的粘聚力，kPa； ?—土的容重