崔德山_第五章_樁基礎(chǔ)第二節(jié)

1、第二節(jié)第二節(jié) 豎向荷載下單樁的承載力豎向荷載下單樁的承載力主講人： 崔德山2022-6-16地基基礎(chǔ)地基基礎(chǔ)黃河第一高橋黃河第一高橋馬頭關(guān)黃河大橋馬頭關(guān)黃河大橋橋墩最高橋墩最高6969米。米。中國鐵建十八局承建尼日利亞北部第一高中國鐵建十八局承建尼日利亞北部第一高橋主橋全長橋主橋全長68米，墩高米，墩高30米，主跨米，主跨16米米“中國第一高橋中國第一高橋”壩陵河大橋壩陵河大橋2009-12-23主橋為主橋為10881088米鋼桁架懸索橋，橋面至水面高約米鋼桁架懸索橋，橋面至水面高約370370米米 云南美景云南美景-西雙版納：世界第一高橋西雙版納：世界第一高橋水面至橋面高度水面至橋面高度16

2、3163米。米。2010年統(tǒng)計新的年統(tǒng)計新的“世界第一高橋世界第一高橋滬蓉滬蓉西四渡河特大橋西四渡河特大橋世界第一高橋世界第一高橋280280米米 原世界第一高橋原世界第一高橋270270米米 重慶第一高樓重慶第一高樓 262262米米橋面與峽谷谷底高橋面與峽谷谷底高差達(dá)差達(dá)560560米，相米，相當(dāng)于當(dāng)于200200層樓高，層樓高，比法國米約大橋比法國米約大橋還要高還要高290290米米南京在建高架橋發(fā)生垮塌事故南京在建高架橋發(fā)生垮塌事故7死死3傷傷施工程序：施工程序：112112噸噸壓重，高處施工，壓重，高處施工，壓拉錨固壓拉錨固2008年年6月月21日下午日下午3點，甬臺溫鐵路點，甬臺溫

3、鐵路鹿城段一高架施工塌方事故，造成鹿城段一高架施工塌方事故，造成7人死亡，人死亡，21人受傷。人受傷。似曾相識！似曾相識！2010年年1月月3日下午，昆明新機(jī)場配套引橋日下午，昆明新機(jī)場配套引橋工程在混凝土澆筑施工中發(fā)生支架垮塌事工程在混凝土澆筑施工中發(fā)生支架垮塌事故。輕傷故。輕傷26人，重傷人，重傷8人，死亡人，死亡7人。人。不排除有天氣原因不排除有天氣原因一支煙可使幾列車停擺，一包漿糊可當(dāng)橋裂粘合劑，一堆垃圾可充填橋墩，一個土墩可以“壓力差”掉一整幢樓 抗抗8 8級地震級地震 2010年3月14日上午11:30，貴陽國際會議展覽中心工程A2展館至A3展館之間過街通道的模板支撐體系發(fā)生局部垮

4、塌事故。 2007年8月13日下午，湖南湘西自治州鳳凰縣鳳大公路堤溪段，一座在建大橋突然垮塌，共造成64人死亡。 在確定豎向荷載下單樁的承載力時，有必要大致了解以下兩個問題兩個問題： 1、施加于樁頂?shù)呢Q向荷載如何通過、施加于樁頂?shù)呢Q向荷載如何通過樁樁土相互作用傳遞給地基的？土相互作用傳遞給地基的？ 2、單樁是怎樣達(dá)到承載力極限狀態(tài)的？、單樁是怎樣達(dá)到承載力極限狀態(tài)的？第二節(jié)第二節(jié) 豎向荷載下單樁的承載力豎向荷載下單樁的承載力（一）樁、土體系的荷載傳遞（一）樁、土體系的荷載傳遞1、荷載傳遞機(jī)理、荷載傳遞機(jī)理 1）當(dāng)樁頂受到逐步加大的豎直軸向荷載時： 樁身橫截面產(chǎn)生了軸向內(nèi)力及因受到壓縮而產(chǎn)生的相

5、對于土的向下位移；樁側(cè)表面受到土的向上摩阻力。 樁身荷載即通過樁側(cè)摩阻力傳樁身荷載即通過樁側(cè)摩阻力傳到樁周土層中到樁周土層中。 2）樁身受荷載時:樁身頂部承受的荷載及產(chǎn)生的壓縮變形量最大；隨著樁身長度的增加，樁身承受的荷載及壓縮變形量相應(yīng)遞減;在樁土無相對位移處，則樁側(cè)摩阻力還未產(chǎn)生在樁土無相對位移處，則樁側(cè)摩阻力還未產(chǎn)生。 3）隨著荷載的增加，樁身壓縮量及位移量也相應(yīng)增大，使樁身下段也逐步產(chǎn)生摩阻力樁身下段也逐步產(chǎn)生摩阻力； 當(dāng)荷載增加至一定量時，樁端土也開始被壓縮，此時樁端也產(chǎn)生豎向位移及樁端反力樁端也產(chǎn)生豎向位移及樁端反力，使樁身各截面位移量增加； 而且使樁側(cè)摩阻力進(jìn)一步發(fā)揮出來樁側(cè)摩阻

6、力進(jìn)一步發(fā)揮出來。結(jié)結(jié) 論論1）樁身上部土層的摩阻力發(fā)揮先于樁身下部土土層的摩阻力發(fā)揮先于樁身下部土層；層；2）摩阻力發(fā)揮先于端阻力摩阻力發(fā)揮先于端阻力。 當(dāng)摩阻力發(fā)揮至極限值摩阻力發(fā)揮至極限值后，若樁頂荷載仍在增加，則由端阻力承擔(dān)樁頂荷載增量。3）若樁頂荷載繼續(xù)增加，樁端持力層被過量壓縮，會出現(xiàn)塑性擠出，此時樁端下土體產(chǎn)生剪切破壞，使樁位移速率明顯增大，直至樁端阻樁端阻力達(dá)到極限狀態(tài)力達(dá)到極限狀態(tài)。 樁在位移迅速增大且使樁端下土體失穩(wěn)時所承樁在位移迅速增大且使樁端下土體失穩(wěn)時所承受的荷載就是樁的極限承載力。受的荷載就是樁的極限承載力。2、荷載傳遞函數(shù)、荷載傳遞函數(shù) 樁身軸力Q、樁側(cè)摩阻力qs

7、、樁身截面位移s 隨樁深度z變化的函數(shù)表達(dá)式 )()(zsszqqzQQss (a)(d)Q0QbdzzdzdsQ zdQ z( )+( )q zs( )Q z( )s0Q0s z ( )Q z ( )qzs( )sbQbQs( )c(b)3、荷載傳遞規(guī)律、荷載傳遞規(guī)律樁在豎向荷載下發(fā)生壓縮及沉降的同時： 一方面在樁身側(cè)面引起土體的剪切變形(緊貼樁身界面的土隨著樁一起位移)； 另一方面在樁底面引起土體壓縮變形； 荷載通過樁側(cè)及樁端的樁土界面向土中傳遞。荷載通過樁側(cè)及樁端的樁土界面向土中傳遞。 荷載傳遞規(guī)律荷載傳遞規(guī)律指荷載由樁側(cè)面、底端傳給地基土?xí)r： 1）摩阻力、端阻力分擔(dān)的荷載受那些）摩阻力

8、、端阻力分擔(dān)的荷載受那些因素影響？因素影響？ 2）摩阻力、端阻力各分擔(dān)多少荷載）摩阻力、端阻力各分擔(dān)多少荷載？ 影響因素影響因素（1）樁端土與樁周土的剛度比Eb/Es（2）樁、土的剛度比Eb/Es （3）擴(kuò)大端直徑與樁身直徑比D/d （4）樁的長徑比L/d （1） 樁端土與樁周土的剛度比樁端土與樁周土的剛度比Eb/Es該比值越大越大，由樁端樁端傳遞給土層的荷載越多越多。 Eb/Es=1，L/d=25時，即均勻土層中的中長樁，樁端阻力占總荷載僅5%左右，接近純摩擦樁； Eb/Es=100，L/d=25時，其端阻力占總荷載約60%，即屬端承摩擦樁，此時樁身下段側(cè)阻力的發(fā)揮值已相應(yīng)降低； Eb/Es

9、再增大，則對端阻力分擔(dān)荷載比影響不大。 （2） 樁、土的剛度比樁、土的剛度比Ep/Es 該值越大越大，傳遞至樁端樁端的荷載量也越大。越大。 對于Eb/Es10的中長樁(L/d25)，其樁端阻力接近于零。例如，砂 樁、碎石樁、灰土樁等樁身相對剛度均不大，其樁端阻力很小，所以在設(shè)計時需按復(fù)合地基復(fù)合地基工作原理考慮。（3）擴(kuò)大端直徑與樁身直徑比）擴(kuò)大端直徑與樁身直徑比D/d 該值越大越大，樁端阻力樁端阻力分擔(dān)的荷載比例也愈大。愈大。 對于均勻土層中的中長樁，對于均勻土層中的中長樁，當(dāng)D/d =3時，樁端阻力分擔(dān)的荷載比將由等直徑樁（D/d =1）的約5%曾至約35%。（4）樁的長徑比）樁的長徑比L

10、/d 該值越大越大，傳遞的樁端樁端的荷載越小越小。 L/d100時，由于樁側(cè)表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過樁底截面積，荷載全部由樁身側(cè)面?zhèn)鬟f，此時，樁底土再硬，樁的剛度再大或者樁端直徑再粗，都不會對荷載傳遞產(chǎn)生任何影響?？梢姡琇/d很大的很大的樁都屬摩擦樁或純摩擦樁，即樁都屬摩擦樁或純摩擦樁，即L/d很大時無需采很大時無需采用擴(kuò)底樁。用擴(kuò)底樁。 （二）單樁的破壞模式與極限承載力（二）單樁的破壞模式與極限承載力單樁單樁(豎向豎向)極限承載力極限承載力(Qu)：單樁在豎向荷載作用下到達(dá)破壞狀態(tài)前達(dá)破壞狀態(tài)前或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形時時所對應(yīng)的最大荷載。樁的破壞有以下兩種情況：樁的破壞有以

11、下兩種情況：1.地基土強(qiáng)度破壞：地基土強(qiáng)度破壞：對樁不斷增加荷載，使樁側(cè)摩阻力、樁端端阻力達(dá)極限值，樁的位移迅速增大，樁端土體失穩(wěn)，地基土強(qiáng)度已不能繼續(xù)承擔(dān)更大的荷載。2.樁身材料強(qiáng)度破壞：樁身材料強(qiáng)度破壞：若地基土摩阻力、端阻力足夠大，特別是端阻力非常大，如堅硬基巖，不斷加載后在地基土強(qiáng)度破壞之前，因樁身材料強(qiáng)度不夠，使樁體被壓碎或斷裂，此時樁喪失其承載力。Q-s曲線曲線樁的破壞模式樁的破壞模式突變陡降型突變陡降型急進(jìn)型破壞急進(jìn)型破壞漸變緩降型漸變緩降型漸進(jìn)型破壞漸進(jìn)型破壞突變陡降型突變陡降型急進(jìn)型破壞急進(jìn)型破壞 QQQa00QuQsuQpuQ1zsEs(a)均勻土中的摩擦 樁 在樁端無堅硬

12、持力層的粘性土層中，采用打入法施工的摩擦樁，由于端阻力所占比例較小，在荷載不斷增加的情況下，當(dāng)摩阻力達(dá)到極限值后， 端阻力也很快進(jìn)入極限狀態(tài)，樁端一般呈剌入破壞，使荷載荷載Q Q與沉降與沉降S S關(guān)系關(guān)系曲線呈陡降型，曲線陡降部位處曲線呈陡降型，曲線陡降部位處對應(yīng)的拐點，即極限承載力對應(yīng)的拐點，即極限承載力Q Qu u特特征點。征點。 突變陡降型突變陡降型急進(jìn)型破壞急進(jìn)型破壞 zsQ00QuQsuQpuQEsQQa(d)孔底 有沉淤的摩擦 樁對孔底有較厚沉渣的鉆孔樁，由于沉渣強(qiáng)度低、壓縮性高，使樁端持力層端阻力不易發(fā)揮，當(dāng)摩阻力達(dá)到極限值后樁立即產(chǎn)生明顯沉降，樁端一般也呈剌入破壞，其破壞狀態(tài)接

13、近純其破壞狀態(tài)接近純摩擦樁，故摩擦樁，故Q QS S曲線也呈陡降曲線也呈陡降型。極限承載力型。極限承載力Q Qu u特征點明顯。特征點明顯。突變陡降型突變陡降型急進(jìn)型破壞急進(jìn)型破壞 圖 zsQ00QuQsuQpuEsQQaQ(f)嵌入堅實基巖的端承樁 對于樁端嵌入堅硬基巖中的灌注樁，當(dāng)清底效果好，樁不太長時，由于端阻力很大，持力層堅硬，使樁身壓縮及沉降量很小，甚至在摩阻力尚未充分發(fā)揮的情況下，便由于樁身材樁身材料強(qiáng)度的破壞而破壞，此時料強(qiáng)度的破壞而破壞，此時Q QS S曲線也出現(xiàn)陡降，極限特征點曲線也出現(xiàn)陡降，極限特征點明顯。明顯。 漸變緩降型漸變緩降型漸進(jìn)型破壞漸進(jìn)型破壞 QQEs00QaQ

14、uQsuQpuQsuzs(b)端承 于砂層中的摩擦樁對于樁端持力層為砂土或粉土的打入樁，雖然樁端阻力所占比例較大，但樁端阻力達(dá)到極限狀態(tài)時樁端土位移量也較大，使Q QS S曲線后半段呈緩變型曲線后半段呈緩變型， 而極限特極限特征拐點并不明顯征拐點并不明顯，此時，樁端阻力雖仍有潛力，可由于樁沉降量已很大，使上部結(jié)構(gòu)難以適應(yīng)而失去利用價值，為此，常常以某以某一位移值作為極限位移一位移值作為極限位移S Su(u(一般取一般取S Su=40u=4060mm) 60mm) 并以并以S Su u對應(yīng)的荷載對應(yīng)的荷載作為極限承載力作為極限承載力。 漸變緩降型漸變緩降型漸進(jìn)型破壞漸進(jìn)型破壞 suQQEs00Q

15、aQuQsuQpuQzs( )擴(kuò) 底端承樁c對于支承在粘性土、砂、礫土層上的擴(kuò)底端承樁，因端阻力占承載力的比例較大，至端阻力破壞時所需位移量很大，Q QS S曲線也呈緩變形，極限曲線也呈緩變形，極限承載力一般取承載力一般取S Su=(3%u=(3%6%)6%)D D對應(yīng)的荷載對應(yīng)的荷載。 漸變緩降型漸變緩降型漸進(jìn)型破壞漸進(jìn)型破壞 Q00QuQsuQpuQEsQQazssu(e)孔底有 虛土的摩擦樁對采用干作業(yè)法施工的鉆孔樁，當(dāng)孔底有一定厚度的虛土?xí)r，由于樁端虛土被壓縮，使端阻力提高，隨著荷載的增加， 樁端阻力才呈局部剪切破壞使樁產(chǎn)生較大沉降，這一狀態(tài)變化導(dǎo)致Q QS S曲線曲線呈臺階形，此時極

16、限承載力呈臺階形，此時極限承載力多以位移控制取值多以位移控制取值。樁側(cè)極限摩阻力所需的樁側(cè)極限位移樁側(cè)極限摩阻力所需的樁側(cè)極限位移sU只與樁周土的類別有關(guān)，與樁徑大小無關(guān)。當(dāng)樁周土為粘性土層時，Su約為57mm；當(dāng)樁周土為為砂類土?xí)r，Su約為610mm。 樁端極限阻力所需的樁端極限位移樁端極限阻力所需的樁端極限位移sPU 一般粘性土中約為d/4； 硬粘土中約為d/10； 砂土中約為d/12d/10； 對孔底存在較厚虛土、沉渣的鉆孔樁，則發(fā)揮端阻力極限值所需位移量更大。 （三）單樁容許承載力（三）單樁容許承載力單樁容許承載力單樁容許承載力(Qa):K安全系數(shù)，我國一般取2；Qu單樁極限承載力現(xiàn)有

17、規(guī)范采用單一安全系數(shù)現(xiàn)有規(guī)范采用單一安全系數(shù) KQQua/二、單樁豎向承載力的確定二、單樁豎向承載力的確定 （一）靜載荷試驗法 （二）靜力觸探法 （三）經(jīng)驗參數(shù)法（一）靜載荷試驗法（一）靜載荷試驗法1.試驗裝置2 按試驗成果確定單樁極限承載力按試驗成果確定單樁極限承載力1）按沉降隨荷載的變化特征（1）Q-S曲線為陡降型曲線為陡降型020406080100120 14016004812162024283236404448第二拐點 1300kN第二 拐點 78 0kN樁頂荷載 (10kN)Q樁頂下沉量s（mm) （2） Q-S曲線為緩降型曲線為緩降型01020 304812162028243236

18、404448樁頂荷載 lg (10kN) Q 端承力220kN極限摩阻力1080kN極限荷載130 0kNs樁頂下沉量直線段10020060(mm)2 按樁的沉降量確定極限承載力按樁的沉降量確定極限承載力適用于緩變型適用于緩變型QS曲線曲線 一般可取沉降量S =4060mm對應(yīng)的荷載；對于大直徑樁，可取S =(0.30.06)d (大樁徑取低值，小樁徑取高值)所對應(yīng)的荷載值；對于細(xì)長樁(L/d 80)可取S = 6080mm所對應(yīng)的荷載。3 規(guī)范要求規(guī)范要求灌注樁應(yīng)在樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后才能進(jìn)行試驗；對預(yù)制樁，必須使從樁入土到開始試驗的間隔從樁入土到開始試驗的間隔時間得到保證，當(dāng)?shù)鼗翞樯邦?/p>

19、土?xí)r，間歇時間不應(yīng)少于7天，對粉土和一般粘性土中的樁，不應(yīng)少于15天，對于淤泥或淤泥質(zhì)土中的樁，不應(yīng)少于25天。 同一條件下的試樁數(shù)不宜少于總樁數(shù)的1%，且不少于3根，工程樁不超過50根時，試樁數(shù)不少于2根。對于較大工程則往往有多組試樁，為了使設(shè)計參數(shù)更具科學(xué)性，需先求出各試樁的實測極限承載力與平均極限承載力之比，再求出的標(biāo)準(zhǔn)差Sn，當(dāng)Sn0.15時，以平均值作為該工程的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)Sn0.15時，則應(yīng)將平均值按要求相應(yīng)折減，作為該工程的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。（二）靜力觸探法（二）靜力觸探法靜力觸探試驗靜力觸探試驗：把具有一定規(guī)格的圓錐形探頭借：把具有一定規(guī)格的圓錐形探頭借助機(jī)械勻速壓入土中，以測定探