桩的竖向承载力解析.pptx

桩的竖向承载力解析第1页/共54页 4.桩基础4.3 单桩竖向承载力4.3.1 单桩轴向荷载的传递机理承载机理 荷载→桩压缩→侧摩阻消耗荷载→桩底阻力→桩顶荷载全部桩端阻承担→持力层破坏。 此时桩顶所承受的荷载就是极限承载力。土对桩的支撑力 桩侧摩阻力和桩端阻力： 何种为主，与桩身压缩量有关。桩的荷载传递过程实质上就是桩侧摩阻力与桩端阻力逐步发挥的过程。 第2页/共54页 4.桩基础4.3.1 桩的荷载传递机理 桩上部侧阻先于下部侧阻，侧阻先于端阻发挥，发挥程度与桩土相对位移相关； 侧阻充分发挥桩土相对位移值： 粘性土：4～6mm； 砂土：6～10mm； 端阻充分发挥桩底极限位移值： 砂类土: (0.08～0.1) d； dd。 桩侧阻与桩端阻存在深度效应。图4.11 桩身荷载传递 (a) 摩擦桩；(b)端承桩 第3页/共54页4.3.1 桩的荷载传递机理侧阻力沿桩身的分布 桩侧摩阻力发挥作用的程度与桩和桩土间的相对位移有关，对于摩擦桩，当桩顶有竖向压力Q时，桩顶位移为s0。 s0由两部分组成：一部分为桩端的下沉量sp（包括桩端土体的压缩量和桩尖刺入桩端土层而引起的整个桩身的位移），另一部分为桩身在轴向力作用下产生的压缩变形ss。 s0=sp+ssN(z)Qs0?qs(z)udz?qs(z)udzz??x??xdz?qs(z)lN(z)+dN(z)zsp?qp第4页/共54页4.3.1 桩的荷载传递机理侧阻力沿桩身的分布取微桩段上力的平衡条件，可得到桩侧阻力qs与桩身轴力N(z)的关系： 桩荷载传递的基本微分方程N0=Qs0qs0sN00qs(z)ssQsspQp=Nlzzz第5页/共54页4.3.1 桩的荷载传递机理侧阻力沿桩身的分布测出桩顶竖向位移s0后，可利用上述已测轴力分布曲线N(z)计算出桩端位移和任意深度处桩截面的位移s(z)，即：桩身截面位移s(z)：第6页/共54页4.3.1 桩的荷载传递机理 影响荷载传递的因素 根据桩的长径比，桩可分为短桩（L/d＜10)、中长桩（L/d＞10)、长桩（L/d＞40)和超长桩（L/d＞100)。 澳大利亚学者Poulos等运用弹性理论来分析桩基，结果表明竖向受压时桩的荷载传递有以下规律：桩端土与桩侧土的相对刚度 有关。 定义为桩端土与桩侧土的压缩模量或变形模量之比Eb/Es。其值越大，说明桩端土抵抗变形的能力强于桩侧土。 越小，桩身轴力沿深度衰减越快，即传递到桩端的荷载越小。当 = 0时，荷载全部由桩侧阻力承担,属于摩擦桩。第7页/共54页 影响荷载传递的因素桩与桩侧土的相对刚度 定义为桩与桩侧土的压缩模量或变形模量之比。当 增大，桩端阻力也增大；反之．桩端阻力分担的荷载比例降低。对于 ≤10的中长桩，桩端阻力接近于零。这说明对于碎石桩、灰土桩等低刚度桩组成的基础，应按复合地基原理设计。第8页/共54页 影响荷载传递的因素 桩端扩底直径与桩身直径之比D/d： D/d越大，桩端阻力分担的荷载比越大。 对扩底桩，增大扩底直径与桩身直径之比D/d，桩端分担的荷载可以提高。第9页/共54页 影响荷载传递的因素 随长径比 增大而减小，桩身下部侧阻的发挥也相应降低。 当桩长较大时，桩端土的性质对荷载传递的影响较小，荷载主要由桩侧的摩阻力分担。当桩很长时，则不论桩端土刚度多大．端阻均可忽略不计，荷载全部由桩侧阻力分担。因此，很长的桩实际上总是摩擦桩．此种情况下，用扩大桩端直径来提高承载力是徒劳的。 第10页/共54页 影响荷载传递的因素深度效应侧阻深度效应——侧阻随深度增大而增加，但当桩入土深达某一临界深度后，侧阻就不随深度增加了。这个现象称为侧阻深度效应。端阻也存在深度效应现象。当桩端入土深度现象增加，而大于该深度后则保持恒值不变，这一深度称为端阻的临界深度，它随持力层密度的提高，上覆荷载的减小而增大。第11页/共54页 影响荷载传递的因素综上所述，可归纳为以下几点：1、 荷载增加时，桩身上部侧阻先于下部侧阻发挥作用。2 、一般情况下，侧阻先于端阻发挥作用。3 、工作荷载作用下，对于一般摩擦型桩，侧阻发挥作用的比例明显高于端阻发挥作用的比例。 4 、对于l/d较大的桩，即使桩端持力层为岩层或坚硬土层，桩端阻很小，也可忽略成摩擦桩。第12页/共54页 影响荷载传递的因素 上述理论分析结果表明，为了有效地发挥桩的承载性能和取得良好的经济效益，设计时应根据土层的分布性质并注意桩的荷载传递特性，合理确定桩长、桩径和桩端持力层。第13页/共54页 桩侧极限摩阻力的确定桩侧单位面积的极限摩阻力取决于桩土间的剪切强度。按库仑强度理论得知: （4—7） 式中： ——桩侧单位面积的极限摩阻力（桩土间剪切面上的抗剪强度）（kPa）； ——土的水平应力及竖向应力（