基础工程-第4章桩基础-2015.11.26

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1、4.3竖向荷载下单桩的工作性能本节重点：竖向荷载作用下单桩的工作性能。本节难点：单桩的破坏模式已及单桩承载力的确定。单桩工作性能的研究是单桩承载力分析理论的基础，通过桩土相互作用分析，了解桩土间的传力途径和单桩承载力的构成及其发展过程，以及单桩的破坏机理等，对正确评价单桩承载力设计值具有一定的指导意义。桩顶荷载一般包括轴向力、水平力和力矩，为简化起见，在研究桩的受力性能及计算桩的承载力时，对竖向受力情况单独进行研究。4.3竖向荷载下单桩的工作性能竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的摩阻力；荷

2、载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力并通过它向土中扩散的过程。如果桩侧摩阻力不足以抵抗竖向荷载，一部分竖向荷载将传递到桩底，桩底持力层也将产生压缩变形，故桩底土也会对桩端产生阻力。4.3.1桩的荷载传递桩侧阻力Qs桩端阻力Qp地基土对桩的支承作用但两者并不是同步发挥的单桩承载力的构成对10根桩长为27～46m的大直径灌注桩的荷载传递性能的足尺试验结果。试验表明，桩侧发挥极限摩阻力所需要的位移很小，粘性土为1～3mm，无粘性土为5～7mm；除两根支承于岩石的桩外，其余各桩（桩端持力层为卵石、砾石、粗砂或残积粉质粘土）在设计工作荷载下，端承力都小于桩顶

3、荷载的10％。不同荷载下轴力沿深度的变化单桩荷载传递的基本规律基础的功能在于把荷载传递给地基土。作为桩基主要传力构件的桩是一种细长的杆件，它与土的界面主要为侧表面，底面只占桩与土的接触总面积的很小部分（一般低于1%），这就意味着桩侧界面是桩向土传递荷载最重要的，甚至是主要的途径。竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首先受到压缩而发生相对于土的向下位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过程就是不断克服这种摩阻力并通过它向土中扩散的过程。桩侧摩阻力和桩端阻力的分布规律及影响因素1.桩的侧阻随深度呈线性增大;2.桩侧极限摩阻力与所在的深度

4、、土的类别和性质、成桩方法等多种因素有关;3.随着桩顶荷载的逐级增加，桩截面的轴力、位移和桩侧摩阻力不断变化;4.桩端阻力的发挥不仅滞后于桩侧阻力，而且其充分发挥所需的桩底位移值比桩侧摩阻力到达极限所需的桩身截面位移值大得多;5.桩长对荷载的传递也有着重要的影响。4.3.2单桩的破坏模式一、单桩的破坏模式影响因素桩周土的抗剪强度桩端支承情况桩的尺寸桩的类型二、常见的单桩破坏模式轴向荷载下基桩的破坏模式屈曲破坏整体剪切破坏刺入破坏当桩底支承在坚硬的土层或岩层上，桩周土层极为软弱，桩身无约束或侧向抵抗力。桩在轴向荷载作用下，如同一细长压杆出现纵向挠曲破坏，荷载

5、～沉降(Q-S)关系曲线为“急剧破坏”的陡降型，其沉降量很小，具有明确的破坏荷载。桩的承载力取决于桩身的材料强度。如穿越深厚淤泥质土层中的小直径端承桩或嵌岩桩，细长的木桩等多属于此种破坏。（一）屈曲破坏当具有足够强度的桩穿过抗剪强度较低的土层，达到强度较高的土层，且桩的长度不大时，桩在轴向荷载作用下，由于桩底上部土层不能阻止滑动土楔的形成，桩底土体形成滑动面而出现整体剪切破坏。此时桩的沉降量较小，桩侧摩阻力难以充分发挥，主要荷载由桩端阻力承受，荷载～沉降(Q-S)关系曲线也为陡降型，呈现明确的破坏荷载。桩的承载力主要取决于桩端土的支承力。一般打入式短桩、钻

6、扩短桩等均属于此种破坏。（二）整体剪切破坏当桩的入土深度较大或桩周土层抗剪强度较均匀时，桩在轴向荷载作用下将出现刺入破坏。此时桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承受，桩端阻力极微，桩的沉降量较大。一般当桩周土质较软弱时，荷载～沉降(Q-S)关系曲线为“渐进破坏”的缓变型，无明显拐点，极限荷载难以判断，桩的承载力主要由上部结构所能承受的极限沉降su确定；当桩周土的抗剪强度较高时，荷载～沉降(Q-S)关系曲线可能为陡降型，有明显拐点，桩的承载力主要取决于桩周土的强度。一般情况下的钻孔灌注桩多属于此种情况。（三）刺入破坏4.3.3桩侧负摩阻力桩土之间相对位移的方向决定了桩

7、侧摩阻力的方向，当桩周土层相对于桩侧向下位移时，桩侧摩阻力方向向下，称为负摩阻力。正摩阻负摩阻引起桩侧负摩阻力的条件是：桩侧土体下沉必须大于桩的下沉。1.负摩阻力发生的条件在软土地区，大范围地下水位下降，使桩周土中有效应力增大，导致桩侧土层沉降；2)桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面有大面积堆载（包括填土）时；3)桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层时；4)冻土地区，由于温度升高而引起桩侧土的缺陷。2、桩侧负摩阻力的分布规律对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻力；对于一般桩,因为桩土都有变形,视二者的相对位移量和方向

8、而变。桩周土与桩截面沉降相等，两者无相对位移发生，其摩阻力为零，这