《桩竖向极限承载力》PPT课件

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1、第三节单桩竖向极限承载力单桩的竖向承载力是指单桩在竖向荷载作用下，桩和桩周土体均能维持其自身的稳定，并且变形也在容许范围之内，能够满足建筑物的正常使用要求所能承受的最大荷载。在确定单桩的竖向承载力之前，需要了解单桩的工作性状，即施加于桩顶的竖向荷载是如何传递到地基中去（桩－土体系荷载传递规律）？竖向受压桩的荷载传递一、竖向荷载作用下单桩的工作机理1、单桩竖向荷载的传递规律作用于桩顶的竖向荷载Q是由桩侧土的总摩阻力Qs和桩端土的总抗力Qp共同承担的，如图4－9（a）所示，根据力的竖向平衡得：Q＝Qs十Qp当桩顶荷载加大至极限值时，上式改写为Qu＝Qsu十Qpu对桩的荷载传递过程的研究表明

2、：桩在外荷载Q作用下，桩侧总阻力Qs与桩端总阻力Qp的发挥过程就是桩－－土体系荷载的传递过程（由此建立的方程称桩的荷载传递基本方程）。桩顶受竖向荷载后，桩身压缩而产生向下位移，桩侧表面受到土的向上摩阻力qs，桩侧土体产生剪切变形，并使桩身荷载传递到桩周土层中去，从而使得桩身荷载与桩身压缩变形随深度递减。随着荷载的增加，桩端出现竖向位移和桩端反力qp。桩端位移加大了桩身各截面的位移，并使桩侧阻力进一步发挥。一般说来，靠近桩身上部土层的侧阻力先于下部土层发挥，由于发挥桩端阻力所需的极限位移，明显大于桩侧阻力发挥所需的极限位移，故侧阻力先于端阻力发挥出来。当桩身摩阻力全部发挥出来达到极限后，

3、若继续增加荷载，荷载增量将全部由桩端阻力承担。由于桩端持力层的大量压缩和塑性变形，位移增加速度显著增大，直至桩端阻力达到极限，位移迅速增大至破坏。此时，桩达到其极限承载力。对桩的荷载传递规律可归纳如下：竖向荷载作用下桩土体系荷载传递过程可简单描述为：桩身位移s（z）和桩身荷载Q（z）随深度递减，侧摩阻力qs（z）自上而下逐步发挥。s（z）、Q（z）和qs（z）三者之间的关系可通过数学表达式加以描述（式4-1桩的荷载传递基本方程）。单桩的荷载传递分析对于一般摩擦桩，当顶部作用有竖向荷载Q时，其桩顶位移S0一般由两部分组成，一部分为桩端下沉量sp，它包括由桩侧荷载引起的桩端以下土体压缩和桩

4、尖刺人桩端土层而引起的桩身整体位移；另一部分则为桩身材料在轴力N作用下产生的压缩变形Ss（见图4－9b），可表示为S0＝SP十Ss。为了解桩侧摩阻力qs与轴力N和桩身截面位移s的关系，可进行专门的试验研究。例如图4－9（a）所示为一根试验单桩，长度为L，截面积为A，周长u，可预先沿桩身不同截面埋设应力计，测出各截面的应力，从而可算出各截面轴力N（z）沿桩身z的分布曲线。显然，当摩擦阻力qs方向向上时，N（z）将随深度的增加而减小。例如图4－9（d）所示。桩的轴向力与桩侧摩阻力、桩身位移的关系现从桩身任意深度z处取dZ微分段，其受力状况见图4－9（a），根据微分段的竖向力平衡条件（忽略桩

5、身自重），可得4-1式桩的荷载传递基本方程：上式表明，任意深度处单位侧摩阻力qs的大小与该处轴力N（z）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。如果在试桩时，同时测出桩顶竖向位移s0及桩的弹性模量E则还可利用上述已测知的轴力分布曲线N（z），根据材料力学公式，求出桩端位移Sp和任意深度处的桩身截面位移S（z），即注意：图4-9中的荷载传递曲线（N－z曲线）、侧阻分布曲线（qs－z曲线）及桩截面位移曲线（s－z曲线），都是随着桩顶荷载Q的增加而不断变化的。如何采用不同荷载作用下的荷载传递曲线，了解侧阻力和端阻力随荷载增大的发展变

6、化、它们的发挥程度及两种阻力与桩身位移的关系等规律，无疑对合理地确定桩的承载力和进行桩基础的设计是很有意义的。（1）桩侧阻力桩与桩之间相对位移的大小，直接影响其阻力的发挥程度。国内外原型桩和模型试验表明：当桩与桩周土之间仅有非常小的相对位移时，桩侧摩阻力就发生了。在粘性土中，使桩侧摩阻力全部发挥的相对位移量约为4～6mm，在砂土中约为6～10mm，这一位移量不受桩的尺寸或长度的影响。(大直径钻孔灌注桩，如果孔壁呈凹凸形，发挥侧摩阻力需要的极限位移较大，可达20mm以上，甚至40mm，约为桩径的2.2%，如果孔壁平直光滑，发挥侧摩阻力需要的极限位移较小，只有3~4mm。)2、桩侧阻力和桩

7、端阻力桩侧摩阻力沿桩身的分布受多种因素（如桩的类型、沉桩方法、土的种类及性质等）的影响。根据试验研究结果得出：一般粘性土中的桩，其摩阻力沿桩身分布的形状，常近乎抛物线，在桩顶处摩阻力为零，桩身中段处的摩阻力则比桩的下段大（图4－9c）。而在砂土中的桩，其摩阻力从地面开始约5～20倍桩径（打人桩约为10～20倍桩径；灌注桩约为5～10倍桩径）范围内随深度增加而增大。深度更大处的摩阻力则接近均匀分布或逐渐减小。（2）桩端阻力桩端处的阻力是在荷载作用