桩基础4344课件

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1、基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434414.3 桩的竖向承载力桩的竖向承载力4.3.1 单桩轴向荷载的传递机理单桩轴向荷载的传递机理基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础43442桩轴向荷载的传递过程过程：随着桩顶荷载的增加，桩身上部受压缩，相对土层向下位移，桩侧受到向上的摩阻力 桩侧阻力从桩身上段向下逐渐发挥；桩端土层受压，产生桩端反力；当桩身摩阻力达到极限值时，新增加到荷载由桩端阻力承担；直到，桩底持力层破坏

2、，桩达到极限承载力。1.桩身轴力和截面位移桩身轴力和截面位移基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础43443单桩轴向荷载的传递过程：单桩轴向荷载的传递过程：桩侧阻力和桩端阻力发挥的过程。桩侧阻力和桩端阻力发挥的过程。一般来说，一般来说，桩身上部土层侧阻力桩身上部土层侧阻力先于先于下部侧阻力；下部侧阻力；侧阻力侧阻力先于先于端阻力发挥。端阻力发挥。沿桩身，桩的沉降、摩阻力、轴力的变化规律如何？沿桩身，桩的沉降、摩阻力、轴力的变化规律如何？基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲

3、：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础43444取桩身微元：取桩身微元：桩身微元平衡关系：桩身微元平衡关系：pdd0zzzzNuzNNpd1 4-2dzzNuz 上式负号，表示轴力随深度减小。上式负号，表示轴力随深度减小。根据桩身根据桩身轴向压缩变形轴向压缩变形和轴力的关系：和轴力的关系：（注意截面位移（注意截面位移与压缩应变与压缩应变方向相反）方向相反）ppppddd 4-3dzzzzNzNA EA Ez 代入代入(4-2),有有基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础43445 单桩轴向荷

4、载传递的单桩轴向荷载传递的基本微分方程基本微分方程微分方程表明：桩侧阻力是微分方程表明：桩侧阻力是桩身沉降桩身沉降（轴向变形）的函数。（轴向变形）的函数。pp2p2ddzzA Euz基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础43446根据竖向平衡，有根据竖向平衡，有桩身轴力桩身轴力 桩端轴力，即桩端总阻力桩端轴力，即桩端总阻力Qp为为桩身截面位移桩身截面位移桩端位移为桩端位移为lp0dzzzQzNuNz00pp1d (4-6)zzzNzA E=p0dlz lzQzNu00pp1dllzNzA E取深度取深度z处

5、以上桩体为研究对象，处以上桩体为研究对象，基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础43447在轴心力在轴心力Q作用下，在桩身上贴应变片测定作用下，在桩身上贴应变片测定，由公式，由公式(4-3)(4-3)计算计算轴力轴力N，分别由公式，分别由公式(4-2)、(4-6)计算出沿桩身的摩阻力和位移计算出沿桩身的摩阻力和位移pd1 4-2dzzNuz 00pp1d (4-6)zzzNzA Eppd 4-3dzzNA Ez 基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST

6、华北科技学院华北科技学院桩基础43448Mattes-Poulos根据线弹性理论分析根据线弹性理论分析(1969,1971)，单桩荷载传递，单桩荷载传递的影响因素有：的影响因素有：n 桩端土与桩周土的刚度比桩端土与桩周土的刚度比Eb/Esn 桩土（桩侧土）刚度比桩土（桩侧土）刚度比Ep/Esn 桩端扩底直径与桩身直径之比桩端扩底直径与桩身直径之比D/dn 桩的长径比桩的长径比 l/d2.影响荷载传递的因素影响荷载传递的因素桩的长径比桩的长径比 l/d，在所有情况对，在所有情况对荷载传递都有较大影响。荷载传递都有较大影响。为此，根据桩的长径比，桩分为：为此，根据桩的长径比，桩分为：短桩：短桩：l

7、/d10 长桩：长桩：l/d40 超长桩：超长桩：l/d100基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础43449(1)桩端土与桩周土的刚度比桩端土与桩周土的刚度比Eb/Es Eb/Es愈愈小小，桩身轴力沿深度衰减愈快，即传递到桩端荷载愈小，桩身轴力沿深度衰减愈快，即传递到桩端荷载愈小例如，对于中长桩例如，对于中长桩(l/d10)，n 当当Eb/Es=1(即均匀土层即均匀土层)时，时，桩侧摩阻力接近均匀分布桩侧摩阻力接近均匀分布 几乎承担了全部荷载，桩端阻力仅占荷载的几乎承担了全部荷载，桩端阻力仅占荷载的5%左

8、右。左右。属于摩擦桩属于摩擦桩。n 当当Eb/Es=100时时 桩端阻力分担了桩端阻力分担了60%以上荷载。以上荷载。属于端承型桩属于端承型桩；n 当当Eb/Es100时时 桩端阻力分担荷载比变化不大。桩端阻力分担荷载比变化不大。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434410(2)桩土（桩侧土）刚度比桩土（桩侧土）刚度比Ep/EsEp/Es愈愈大大 桩端荷载桩端荷载Qp分担荷载比例愈大；分担荷载比例愈大；Ep/Es1000 桩端阻力分担荷载比例变化不大。桩端阻力分担荷载比例变化不大。例如，中长桩（例如，

9、中长桩（l/d10）Ep/Es10，即桩的刚度接近土的刚度。，即桩的刚度接近土的刚度。桩端阻力桩端阻力分担荷载近于零。分担荷载近于零。这表明：对于土层中的砂桩、碎石桩、灰土桩等这表明：对于土层中的砂桩、碎石桩、灰土桩等低刚度桩，低刚度桩，应应按按复合地基复合地基工作原理进行设计。工作原理进行设计。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434411(3)桩端扩底直径与桩身直径之比桩端扩底直径与桩身直径之比D/d D/d愈大愈大 桩端阻力分担的荷载比愈大。桩端阻力分担的荷载比愈大。例如，例如，均匀均匀土层中的中

10、长桩（土层中的中长桩（l/d10），D/d=1（等直径桩）时，桩端阻力分担的荷载比例约占（等直径桩）时，桩端阻力分担的荷载比例约占5%D/d=3时，桩端阻力分担的荷载比例约占时，桩端阻力分担的荷载比例约占35%因此，实际端土层好时，做成扩底桩。因此，实际端土层好时，做成扩底桩。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434412(4)桩的长径比桩的长径比l/d 随随l/d 增大，增大，传递到桩端的荷载减小，桩身下部侧阻力的发挥降低。传递到桩端的荷载减小，桩身下部侧阻力的发挥降低。例如，在均土层中的长桩例如，在

11、均土层中的长桩(l/d40)，其桩端阻力分担的荷载，其桩端阻力分担的荷载 比例趋于零。比例趋于零。因此，长径比大的桩因此，长径比大的桩多为多为摩擦桩。摩擦桩。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础4344133.桩侧摩阻力和桩端阻力桩侧摩阻力和桩端阻力桩侧阻力是桩相对桩侧土位移函数，如图：极限摩阻力极限摩阻力u相对位相对位移移u，决定于土的类，决定于土的类别：别：粘性土：粘性土：46mm砂性土：砂性土：610mm基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST

12、华北科技学院华北科技学院桩基础434414tan 4-7uaxacvsxK极限摩阻力极限摩阻力u而 vz 上式表明：侧阻力是随深度线性增大。上式表明：侧阻力是随深度线性增大。实际情况实际情况，不是如此。，不是如此。在砂土中的模型实验表明，当桩入土深达某一临界深度后，在砂土中的模型实验表明，当桩入土深达某一临界深度后，侧阻力就不随深度增加了，这一现象称为侧阻力就不随深度增加了，这一现象称为侧阻的深度效应侧阻的深度效应。aac、桩侧表面和土之间的附着力和摩擦角摩擦角Ks桩侧土的侧压力系数，与桩的施工工艺相关。x桩侧表面上的法向应力v桩侧表面处的竖向应力基础工程基础工程 Foundation Eng

13、ineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434415桩端阻力桩端阻力qpu：*1*qqccpuhNbNcNq基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434416,qNNbh*4-10puccqqqcNhN 由于：因此，桩端阻力公式中，可以忽略第二项，有桩端和桩侧阻力的桩端和桩侧阻力的整体发挥整体发挥情况，可以通过桩的荷载情况，可以通过桩的荷载-沉降曲线反映沉降曲线反映桩的荷载桩的荷载-沉降曲线有什么特点？沉降曲线有什么特点？*1*qqccpuhNbNcNq基础工程基础工

14、程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434417单桩荷载单桩荷载-沉降曲线沉降曲线陡降型陡降型(拐点明显，拐点明显，破坏特征突出破坏特征突出)发发生：生：桩底持力层不坚桩底持力层不坚实；实；桩径不大；桩径不大；破坏时桩端刺入破坏时桩端刺入持力层。持力层。缓变型缓变型(拐点不明拐点不明显，破坏特征不突显，破坏特征不突出出)发生：发生：桩底桩底非密实非密实砂类砂类土、粉土；土、粉土；桩底面积大；桩底面积大；桩底塑性区随荷桩底塑性区随荷载增长逐渐扩展载增长逐渐扩展基础工程基础工程 Foundation Engineering

15、主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础4344184.3.2 单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定单桩竖向承载力的确定，取决于两方面：单桩竖向承载力的确定，取决于两方面：桩身的材料强度；桩身的材料强度；地层的支承力。地层的支承力。设计时分别按这两方面确定后，取两者中小值。设计时分别按这两方面确定后，取两者中小值。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434419桩身的材料强度桩身的材料强度 桩按轴心受压杆计算，由于桩周土地约束，不桩按轴心受压杆计算，由于桩周土地约束，不考虑纵向

16、弯曲（纵向弯曲系数取考虑纵向弯曲（纵向弯曲系数取1）。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434420地层的支承力地层的支承力Qu 由桩侧总极限摩阻力由桩侧总极限摩阻力Qs和桩端总极限阻力和桩端总极限阻力Qb构成，构成，忽略两者的相互影响，有忽略两者的相互影响，有 单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力特征值特征值Ra为：为：建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范目前仍取单一安全系目前仍取单一安全系数，数，K通常取通常取2。usubuQQQusubuasbQQQRKKK基础工程基础工程 Foundatio

17、n Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434421单桩竖向承载力如何确定？单桩竖向承载力如何确定？基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础4344221.静载荷试验静载荷试验 静载荷试验是评价单桩承载力各种方静载荷试验是评价单桩承载力各种方法中可靠性较高的一种方法。法中可靠性较高的一种方法。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434423试验装置试验装置 I：基础工程基

18、础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434424试验装置试验装置 II：锚桩桁架法2400吨基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434425试验时间：试验时间：挤土桩需要考虑孔隙水压力挤土桩需要考虑孔隙水压力u的消散，的消散，预制桩试验间歇时间：预制桩试验间歇时间：砂类土砂类土7天天 粉土和粘性土粉土和粘性土15天天 饱和软粘土饱和软粘土25天天 灌注桩达到混凝土设计强度灌注桩达到混凝土设计强度试桩根数：试桩根数：max(桩总

19、数桩总数1%，3根根)基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434426试验成果试验成果I荷载荷载-沉降沉降(Q-s)曲线曲线曲线的拐点相对的荷载为曲线的拐点相对的荷载为Qu；曲线拐点不明显时，取曲线拐点不明显时，取su=40mm所对应的荷载值为所对应的荷载值为Qu。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434427试验成果试验成果II沉降沉降-时间时间(s-logt)曲线曲线荷载为荷载为Qu相应的相应的s-logt曲线

20、的特点：曲线的特点：沉降沉降-时间曲线急剧变陡，同时时间曲线急剧变陡，同时向下发生转折。向下发生转折。右图右图Qu=？右图中曲线右图中曲线 f，相应的荷载为，相应的荷载为Qu基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础4344282、按土的抗剪强度指标确定、按土的抗剪强度指标确定(1)单桩承载力的一般表达式单桩承载力的一般表达式单桩单桩净净极限承载力极限承载力Qu：桩侧总极限摩阻力桩侧总极限摩阻力Qsu与桩端总极限阻力与桩端总极限阻力Qbu之和，减去桩的自重之和，减去桩的自重根据桩侧摩阻力根据桩侧摩阻力u(式式4

21、-7)和端阻力和端阻力qpu(式式4-10)计算公式，有计算公式，有GQQQbusuu*pasva0u*btandcclqqcNu cKzhGN AQ基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础4344292、按土的抗剪强度指标确定、按土的抗剪强度指标确定(1)单桩承载力的一般表达式单桩承载力的一般表达式单桩承载力特征值（竖向允许承载力）为单桩承载力特征值（竖向允许承载力）为KQRua(2)粘性土中单桩的承载力粘性土中单桩的承载力(3)无粘性土中单桩的承载力无粘性土中单桩的承载力根据土的强度特性，套用承载力公式。

22、根据土的强度特性，套用承载力公式。略略基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础4344303.确定单桩竖向承载力特征值的规范经验公式确定单桩竖向承载力特征值的规范经验公式isiapppaalquAqR建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范规定，对初步设计时，单规定，对初步设计时，单桩承载力特征值可按下式估算：桩承载力特征值可按下式估算：qpa、qsia桩端端阻力、桩侧阻力桩端端阻力、桩侧阻力特征值特征值，根据当，根据当 地静载荷试验统计得到。地静载荷试验统计得到。基础工程基础工程 Foundation En

23、gineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434431嵌岩桩嵌岩桩 对桩端嵌入完整或较完整的硬质岩石中，单桩承载力可对桩端嵌入完整或较完整的硬质岩石中，单桩承载力可按下式估算：按下式估算：qpa桩端岩石承载力特征值，可由饱和单轴抗压强桩端岩石承载力特征值，可由饱和单轴抗压强 度度frk确定：确定：r折减系数。无经验时，完整岩石取折减系数。无经验时，完整岩石取0.5，较完整岩石取较完整岩石取0.20.5。apapRq Aparrkqf基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基

24、础4344324.3.3 竖向荷载下的群桩效应竖向荷载下的群桩效应1.端承型群桩基础端承型群桩基础2.摩擦型群桩基础摩擦型群桩基础(1)承台底面脱地的情况承台底面脱地的情况(2)承台底面贴地的情况承台底面贴地的情况(承台、桩、桩间土复合桩基承台、桩、桩间土复合桩基)基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434433群桩效应：群桩效应：由于承台、桩、土相互作用，群桩基础中的一根桩单独受荷时的由于承台、桩、土相互作用，群桩基础中的一根桩单独受荷时的承载力和沉降性状承载力和沉降性状，往往与，往往与相同地质条件和设

25、置方法相同地质条件和设置方法的同样的同样独立独立单桩单桩有显著差别，这种现象称为群桩效应。有显著差别，这种现象称为群桩效应。群桩效应系数群桩效应系数：Q Qg g,Q Qi i 群桩的承载力、各单桩的承载力之和。群桩的承载力、各单桩的承载力之和。值：可能值：可能1、=1或或1giQQ端承型桩、摩擦型桩的群桩效应各有什么特点？端承型桩、摩擦型桩的群桩效应各有什么特点？基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础4344341.端承型群桩基础端承型群桩基础端承型基础中各单桩工作性状与独立单桩相近，端承型基础中各单桩工

26、作性状与独立单桩相近，群桩效应系数群桩效应系数=1。应力重叠，不足应力重叠，不足以引起明显的附以引起明显的附加变形加变形基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础4344352.摩擦型群桩基础摩擦型群桩基础 桩端平面上，附加应力扩桩端平面上，附加应力扩散范围：散范围：D=d+2ltan 当桩间距当桩间距s D 时，在桩端时，在桩端平面，桩因邻桩应力扩散平面，桩因邻桩应力扩散而相互重叠而增大。而相互重叠而增大。所以，所以，磨擦型磨擦型群桩的沉降群桩的沉降大于独大于独立单桩。立单桩。(1)承台底面脱地的承台底面脱地

27、的情况（高承台）情况（高承台）与单桩情况类似，群桩的桩与单桩情况类似，群桩的桩顶荷载主要通过桩侧阻力在压顶荷载主要通过桩侧阻力在压力扩散角范围内在桩周土中产力扩散角范围内在桩周土中产生附加压力。生附加压力。由于由于承载力承载力特性受很多因素影响，群桩效率系数可能特性受很多因素影响，群桩效率系数可能1。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434436群桩效应实际情况非常复杂，受下列因素影响：群桩效应实际情况非常复杂，受下列因素影响：承台刚度的影响承台刚度的影响 承台刚度调整各桩顶荷载；承台刚度调整各桩顶荷载

28、；例如，刚性承台造成桩顶荷载分配一般是角桩最大，中心例如，刚性承台造成桩顶荷载分配一般是角桩最大，中心桩最小，边桩居中。（架越作用）桩最小，边桩居中。（架越作用）桩间土性质影响桩间土性质影响 群桩中各桩的相互挤密，造成群桩中各桩的相互挤密，造成摩阻力增加摩阻力增加，增量以中间桩，增量以中间桩为大，边桩、角桩相对较小。为大，边桩、角桩相对较小。各桩的相互挤密，造成各桩的相互挤密，造成荷载分配荷载分配趋势趋势 与与 承台刚度承台刚度的影响相反，致使的影响相反，致使桩顶荷载分布趋于均匀桩顶荷载分布趋于均匀。桩距的影响桩距的影响桩距是影响摩擦型群桩基础的主要因素，桩距是影响摩擦型群桩基础的主要因素，常

29、用桩距常用桩距s=3d4d。sD,D为桩端平面位置应力扩散范围的直径为桩端平面位置应力扩散范围的直径(一般为一般为6d)接近单桩。接近单桩。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434437摩擦型群桩的承台底面贴地，摩擦型群桩的承台底面贴地，承台兼有浅基础作用承台兼有浅基础作用，因此，因此称为称为复合桩基复合桩基。复合桩基、非复合桩基的区别：复合桩基、非复合桩基的区别：后者承载力仅由桩端阻力和桩后者承载力仅由桩端阻力和桩侧阻力承担。侧阻力承担。承台下土的反力发挥前提：承台下土的反力发挥前提：桩基发生整体下移

30、。桩基发生整体下移。(2)承台底面贴地的情况承台底面贴地的情况(复合桩基复合桩基)基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434438复合桩基中，贴地承台对群桩效应的影响复合桩基中，贴地承台对群桩效应的影响基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434439承台贴地对群桩效应的影响包括以下三方面：承台贴地对群桩效应的影响包括以下三方面：u 对桩侧阻力削弱作用；对桩侧阻力削弱作用；削弱了桩土的相对滑移削弱了桩土的相对滑移u 对

31、桩端阻力增强；对桩端阻力增强；当承台宽度较宽，其宽度与桩长之比当承台宽度较宽，其宽度与桩长之比0.5,承台约束力桩承台约束力桩 端土的挤出，因此，承台压力提高了桩的端阻力端土的挤出，因此，承台压力提高了桩的端阻力u 对基土侧移的阻挡作用对基土侧移的阻挡作用 限制了上部桩间土的侧向挤出。限制了上部桩间土的侧向挤出。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础4344404.3.4 减沉桩基减沉桩基使用条件：使用条件：当天然地基承载力已基本接近于满足要当天然地基承载力已基本接近于满足要求求,但沉降不满足时但沉降不满足

32、时,用桩来减小沉降量和弥用桩来减小沉降量和弥补承载力不足。补承载力不足。目前，设计理论还不完善。目前，设计理论还不完善。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434441开始新课开始新课基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础4344424.4 桩基础桩基础沉降沉降计算计算4.4.1 单桩单桩沉降的计算沉降的计算4.4.2 群桩沉降计算群桩沉降计算基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵

33、少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础4344431）桩身桩身弹性压缩；弹性压缩；2）桩侧阻力向下扩散传递，使）桩侧阻力向下扩散传递，使桩端下土体桩端下土体压缩压缩而产生沉降；而产生沉降；3）桩端荷载引起）桩端荷载引起桩端下土体桩端下土体压缩沉降。压缩沉降。竖向荷载作用下，单桩沉降组成竖向荷载作用下，单桩沉降组成:1）荷载传递分析法；）荷载传递分析法；2）弹性理论法；）弹性理论法；3）剪切变形传递法；）剪切变形传递法；4）有限单元分析法；）有限单元分析法；5）其它简化方法）其它简化方法单桩沉降计算方法：单桩沉降计算方法：4.4.1 单桩单桩沉降的计算沉降的计算基础工程基础工程 Fo

34、undation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础4344444.4.2 群桩沉降计算群桩沉降计算群桩群桩的的沉降组成：沉降组成：1）桩间土桩间土的压缩变形的压缩变形(桩身压缩、桩端贯入变形引起桩身压缩、桩端贯入变形引起)2）桩端平面以下，土层受群桩荷载共同作用产生整体）桩端平面以下，土层受群桩荷载共同作用产生整体 压缩变形。压缩变形。计算方法：计算方法：地基基础设计规范地基基础设计规范：群桩沉降计算方法：群桩沉降计算方法其中附加应力，采用计算方法包括：其中附加应力，采用计算方法包括：实体深基础计算（桩距实体深基础计算（桩距6d）基底附加应

35、力计算：考虑应力的扩散；基底附加应力计算：考虑应力的扩散；不考虑应力扩散不考虑应力扩散(2)明德林明德林(Mindlin)应力公式应力公式(3)其它方法其它方法基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434445地基基础设计规范推荐的方法地基基础设计规范推荐的方法 不考虑不考虑桩间土的压缩变形桩间土的压缩变形对沉降的影响，采用单向对沉降的影响，采用单向压缩分层总和法计算。压缩分层总和法计算。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院

36、桩基础434446地基基础设计规范推荐的方法地基基础设计规范推荐的方法,11,jnmj ij ipjisj ihsE p桩基沉降经验系数，根据当地的实测资料确定；m桩端平面以下缩影响范围内天然土层总数；nj第j层土地计算分层数；Esj,i第j层土的第i分层从自重应力自重应力到 自重应力与附加应力之和自重应力与附加应力之和对应的压缩模量（MPa）。j,i桩端平面以下第j层土的第i分层竖向附加压力。附加应力如何计算？附加应力如何计算？基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434447(1)实体深基础计算（桩距实

37、体深基础计算（桩距6d）实体深基础底面与桩端平齐实体深基础底面与桩端平齐,桩基支持面积按如图所示：桩基支持面积按如图所示：n 考虑应力扩散考虑应力扩散n 不考虑应力扩散不考虑应力扩散基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434448 沉降计算方法沉降计算方法 实体深基础沉降计算方法同浅基础。实体深基础沉降计算方法同浅基础。1111p0kpjnmjijij ij ijijissZZpsE其中其中p实体深基础的桩基础沉降经验系数实体深基础的桩基础沉降经验系数根据地区沉降观测资根据地区沉降观测资料及统计确定，无条

38、件时经验可查表料及统计确定，无条件时经验可查表4-3(p144)4-3(p144)，查表，查表方法类似方法类似浅基础沉降计算经验系数浅基础沉降计算经验系数s 。p0k如何计算？与应力是否扩散相关。如何计算？与应力是否扩散相关。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434449 1）考虑扩散作用考虑扩散作用FGppAkk0kkcc193kkN 20mGGGA(dl)其中，取可以。00(2 tan)(2 tan)44Allabpk 相应荷载效应准永久组合时实体深基础实体深基础 底面处底面处的基底压力；c实体深基

39、础底面处原有的土的自重应力；Fk 相应荷载效应准永久组合准永久组合时，作用在承台 顶面处的竖向力；Gk实体深基础自重，包括承台、承台以上土 重及承台底面到实体基础底面范围内土重 和桩重。近似计算：a0、b0群桩外围包络线范围内矩形的长边、短边边长。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434450 2)不考虑扩散作用不考虑扩散作用0000 02kks akiiFGabq lpa b0000 02()kkckkfksami iabppF GGd labq lFk 相应荷载效应准永久组合时，作用在承台 顶面处的

40、竖向力；Gk 承台及承台以上土自重；m实体深基础底面以上实体深基础底面以上各土层的加权平均 重度。Gfk 实体深基础的桩及桩间土自重。实体深基础的桩及桩间土自重。如果 则，附加压力p0k简化为：fkm0 0Gdl a b基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434451（2）明德林）明德林(Mindlin)应力公式应力公式盖德斯盖德斯(Geddes)将桩顶荷载将桩顶荷载Q，在地基中分为三部分承担，在地基中分为三部分承担(系数系数、根据实际实测情况根据实际实测情况)：公式说明：盖德斯利用公式说明：盖德斯利用M

41、indlin应力解，通过积分分别求出这三种荷载应力解，通过积分分别求出这三种荷载对应的地基中的应力对应的地基中的应力Ip,Isr,Ist由解析公式由解析公式(见下页见下页)或查表确定。叠加得或查表确定。叠加得到地层中的应力，然后利用分层总和法计算桩基的沉降量。到地层中的应力，然后利用分层总和法计算桩基的沉降量。=+Q (1-)QQQ2zppQIl2zsrsrQIlstzstIlQ2)1(zstzsrzpzlrectangletriangle基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础4344522p222221(

42、12)()(12)()(12)()2(1)4(1)()()lzlzlzlIrzlrzlrzl22/32222/3223)()5()()()43()43()()(lzlzllzrlzzlzzlzrlz)()(6)(6)()5)(2/522322/322lzrlzzllzlzlzrlzlzl22sr22222212(2)2(2)2(12)()2(12)24(1)()()lrrz zlzIrrzlr rzlr rz2/32232/32242232/322222)()(4)()1(4)()1(4lzrrlzrrrrzlzzzrrzrz)()(6)(62/522542/522442lzrrlzzrzzr

43、rrzz式中，地基土的泊松比；r桩身半径；l桩长;z计算应力点离桩顶的竖向距离。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础43445322st222212(2)2(12)()2(2)(4)4(1)()()lrzzlzl rIrrzllr rzl2/52222472232)()(612)21(2)2(8zrlrzrzrzzrlrzzr2/32232234324)()(44)()25(215lzrlrlzrrzzrlzzzr2/32245232/52252224)27(2)25(26)()(12)(6zrlrzrZ

44、rzlzrlrlzzzrzr)()()(ln)2(2)()(22222222/32233zzrlzlzrlzlzrlrlzrlrlzzr式中，地基土的泊松比；r桩身半径；l桩长;z计算应力点离桩顶的竖向距离。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434454实体深基础法和实体深基础法和Mindlin法比较法比较 相同：相同：都是分层总和法；都是分层总和法；差别：差别：附加应力计算方法不同附加应力计算方法不同 实体深基础法中的附加应力采用布辛内斯克解；实体深基础法中的附加应力采用布辛内斯克解；Mindlin法

45、采用法采用Mindlin应力解。应力解。结果比较：结果比较：Mindlin应力解符合实际情况；应力解符合实际情况；但布辛内斯克解计算简单。但布辛内斯克解计算简单。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434455Please turn to the next ppt this Chapter基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434456基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵

46、少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434457基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434458取桩身微元：取桩身微元：桩身微元平衡关系：桩身微元平衡关系：pdd0zzzzNuzNNpd1 4-2dzzNuz 上式负号，表示轴力随深度减小。上式负号，表示轴力随深度减小。根据桩身根据桩身轴向压缩变形轴向压缩变形和轴力的关系：和轴力的关系：ppppddd dzzzzNzNA EA Ez 上式负号表示桩身压缩变形随深度逐渐减小，上式负号表示桩身压缩变形随深度逐渐减小，代入代入(4-2),有有基础工程基础

47、工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434459单桩荷载单桩荷载-沉降曲线沉降曲线陡降型陡降型(拐点明显，破坏特征突出拐点明显，破坏特征突出)发生：发生：桩底持力层不坚实、桩底持力层不坚实、桩径不大、桩径不大、破坏时桩端刺入持力层。破坏时桩端刺入持力层。缓变型缓变型(拐点不明显，破坏特征不突出拐点不明显，破坏特征不突出)发生：发生：桩底桩底非密实非密实砂类土、粉土、砂类土、粉土、桩底面积大、桩底面积大、桩底塑性区随荷载增长逐渐扩展桩底塑性区随荷载增长逐渐扩展基础工程基础工程 Foundation Engineerin

48、g主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华北科技学院华北科技学院桩基础434460端承型桩基沉降不大，因而，端承型桩基沉降不大，因而，承台下土层反力小；承台下土层反力小；桩端下近似按某一压力扩散角向下扩散，在距桩底桩端下近似按某一压力扩散角向下扩散，在距桩底 深度深度h(s-d)/2(tan)产生应力重叠，但不足以产生应力重叠，但不足以 引起明显的附加变形。引起明显的附加变形。因此，端承型基础中各单桩工作性状与独立单桩相近，因此，端承型基础中各单桩工作性状与独立单桩相近，群桩效应系数群桩效应系数=1。基础工程基础工程 Foundation Engineering主讲：主讲：赵少飞赵少飞NCIST华

49、北科技学院华北科技学院桩基础434461(1)承台底面脱地的情况（高承台）承台底面脱地的情况（高承台）与单桩情况类似，群桩的桩顶荷载主要通过与单桩情况类似，群桩的桩顶荷载主要通过桩侧阻力桩侧阻力在压力扩散角范围内在桩周土中产生附加压力在压力扩散角范围内在桩周土中产生附加压力。桩端平面上，附加应力扩散范围：桩端平面上，附加应力扩散范围：D=d+2ltan 当桩间距当桩间距s D 时，在桩端平面，桩因邻桩应力扩散而时，在桩端平面，桩因邻桩应力扩散而相互重叠而增大。相互重叠而增大。所以，磨擦型所以，磨擦型群桩的沉降群桩的沉降大于独立单大于独立单桩。桩。由于承载力特性受很多因素影响，群桩效率系数可能由于承载力特性受很多因素影响，群桩效率系数可能1。