基礎(chǔ)工程PPT附動(dòng)畫(huà)第四章樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算

第四章樁樁基基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算算第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算第一節(jié)單單樁承承載力單樁承載載力容許許值：是指單樁樁在荷載載作用下下，地基基土和樁樁本身的的強(qiáng)度和和穩(wěn)定性性均能得得到保證證，變形形也在容容許范圍圍內(nèi)，以以保證結(jié)結(jié)構(gòu)物的的正常使使用所能能承受的的最大荷荷載。一般情況況下，樁樁受到軸軸向力、、橫軸向向力及彎彎矩作用用，因此此須分別別研究和和確定單單樁軸向向承載力力和橫軸軸向承載載力。4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算一、單樁樁軸向荷荷載傳遞遞機(jī)理和和特點(diǎn)（一）荷荷載傳遞遞過(guò)程與與土對(duì)樁樁的支承承力基本概念念：當(dāng)軸向荷荷載逐步步施加于于單樁樁樁頂，樁樁身上部部受到壓壓縮而產(chǎn)產(chǎn)生相對(duì)對(duì)于土的的向下位位移，與與此同時(shí)時(shí)樁側(cè)表表面就會(huì)會(huì)受到土土的向上上摩阻力力。樁頂荷載載通過(guò)所所發(fā)揮出出來(lái)的樁樁側(cè)摩阻阻力傳遞遞到樁周周土層中中去，致致使樁身身軸力和和樁身壓壓縮變形形隨深度度遞減。。在樁土相相對(duì)位移移等于零零處，其其摩阻力力尚未開(kāi)開(kāi)始發(fā)揮揮作用而而等于零零。隨著著荷載增增加，樁樁身壓縮縮量和位位移量增增大，樁樁身下部部的摩阻阻力隨之之逐步調(diào)調(diào)動(dòng)起來(lái)來(lái)，樁底底土層也也因受到到壓縮而而產(chǎn)生樁樁端阻力力。樁端土層層的壓縮縮加大了了樁土相相對(duì)位移移，從而而使樁身身摩阻力力進(jìn)一步步發(fā)揮到到極限值值。4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算樁側(cè)摩阻阻力和樁樁底阻力力的發(fā)揮揮程度：：樁端極限限阻力的的發(fā)揮需需要比發(fā)發(fā)生樁側(cè)側(cè)極限摩摩阻力大大得多的的位移值值，這時(shí)時(shí)總是樁樁側(cè)摩阻阻力先充充分發(fā)揮揮出來(lái)。。當(dāng)樁身身摩阻力力全部發(fā)發(fā)揮出來(lái)來(lái)達(dá)到極極限后，，若繼續(xù)續(xù)增加荷荷載，其其荷載增增量將全全部由樁樁端阻力力承擔(dān)。。樁側(cè)摩阻阻力和樁樁底阻力力的發(fā)揮揮程度與與樁土間間的變形形性態(tài)有有關(guān)，并并各自達(dá)達(dá)到極限限值時(shí)所所需要的的位移量量是不相相同的。。4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（二）樁樁側(cè)摩阻阻力的影影響因素素及其分分布樁側(cè)摩阻阻力除與與樁土間間的相對(duì)對(duì)位移有有關(guān)，還還與土的的性質(zhì)、、樁的剛剛度、時(shí)時(shí)間因素素和土中中應(yīng)力狀狀態(tài)以及及樁的施施工方法法等因素素有關(guān)。。土的影響響：樁側(cè)土土極限摩摩阻力值值隨著樁樁側(cè)土的的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度的增增大而增增加。樁身剛度度的影響響：樁的剛剛度較小小時(shí)，樁樁頂處樁樁側(cè)摩阻阻力常較較大；當(dāng)當(dāng)樁剛度度較大時(shí)時(shí)，土的的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度也較較大，以以致樁下下部樁側(cè)側(cè)摩阻力力大于樁樁上部。。4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算時(shí)間的影影響：在樁基基施工過(guò)過(guò)程中及及完成后后樁側(cè)土土的性質(zhì)質(zhì)、狀態(tài)態(tài)在一定定范圍內(nèi)內(nèi)會(huì)有變變化，影影響樁側(cè)側(cè)摩阻力力，并且且往往也也有時(shí)間間效應(yīng)。。影響樁側(cè)側(cè)摩阻力力的諸因因素中，，土的類(lèi)類(lèi)別、性性狀是主主要因素素。在分分析基樁樁承載力力時(shí)，各各因素對(duì)對(duì)樁側(cè)摩摩阻力大大小與分分布的影影響，應(yīng)應(yīng)分別情情況予以以注意。。4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算a）沉樁（（預(yù)制樁樁）b）鉆孔灌灌注樁圖4-1樁側(cè)摩阻阻力分布布曲線(xiàn)樁側(cè)摩阻阻力沿深深度分布布的情況況：4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（三）樁樁底阻力力的影響響因素及及其深度度效應(yīng)樁底阻力力與土的的性質(zhì)、、持力層層上覆荷荷載（覆覆蓋土層層厚度））、樁徑徑、樁底底作用力力、時(shí)間間及樁底底進(jìn)入持持力層深深度等因因素有關(guān)關(guān)，其主主要影響響因素仍仍為樁底底地基土土的性質(zhì)質(zhì)。深度效應(yīng)應(yīng)：樁的承承載力（（主要是是樁底阻阻力）隨隨著樁的的入土深深度(特別是進(jìn)進(jìn)入持力力層的深深度而變變化)的特性。。臨界深度度：樁底端端進(jìn)入持持力砂土土層或硬硬粘土層層時(shí)，樁樁的極限限阻力隨隨著進(jìn)入入持力層層的深度度線(xiàn)性增增加。達(dá)達(dá)到一定定深度后后，樁底底阻力的的極限值值保持穩(wěn)穩(wěn)值。這這一深度度稱(chēng)為臨臨界深度度hc。由此可見(jiàn)見(jiàn)，對(duì)于于以?shī)A于于軟層中中的硬層層作樁底底持力層層時(shí)，要要根據(jù)夾夾層厚度度，綜合合考慮基基樁進(jìn)入入持力層層的深度度和樁底底硬層的的厚度。。4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（四）單單樁在軸軸向受壓壓荷載作作用下的的破壞模模式軸向受壓壓荷載作作用下，，單樁的的破壞是是由地基基土強(qiáng)度度破壞或或樁身材材料強(qiáng)度度破壞所所引起。。而以地地基土強(qiáng)強(qiáng)度破壞壞居多。。破壞模式式分為如如下3種情形：縱向撓曲曲破壞（（圖a）：樁在軸向向受壓荷荷載作用用下，如如同一受受壓桿件件呈現(xiàn)縱縱向撓曲曲破壞。。樁的承承載力取取決于樁樁身的材材料強(qiáng)度度。4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算整體剪切切破壞（（圖b）：樁在軸向向受壓荷荷載作用用下，由由于樁底底持力層層以上的的軟弱土土層不能能阻止滑滑動(dòng)土楔楔的形成成，樁底底土體將將形成滑滑動(dòng)面而而出現(xiàn)整整體剪切切破壞。。樁的承承載力主主要取決決于樁底底土的支支承力，，樁側(cè)摩摩阻力也也起一部部分作用用。刺入式破破壞（圖圖c）：當(dāng)具有足足夠強(qiáng)度度的樁入入土深度度較大或或樁周土土層抗剪剪強(qiáng)度較較均勻時(shí)時(shí)，樁在在軸向受受壓荷載載作用下下，將出出現(xiàn)刺入入式破壞壞。根據(jù)據(jù)荷載大大小和土土質(zhì)不同同。樁樁所受荷荷載由樁樁側(cè)摩阻阻力和樁樁底反力力共同承承擔(dān)，一一般摩擦擦樁或純純摩擦樁樁多為此此類(lèi)破壞壞，且基基樁承載載力往往往由樁頂頂所允許許的沉降降量控制制。4-1單樁承載力的的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算4-1單樁承載力的的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算二、按土的支支承力確定單單樁軸向承載載力容許值單樁軸向承載載力容許值，系指單樁在在軸向荷載作作用下，地基基土和樁本身身的強(qiáng)度和穩(wěn)穩(wěn)定性均能得得到保證，變變形也在容許許范圍之內(nèi)所所容許承受的的最大荷載，，它是以單樁樁軸向極限承承載力（極限限樁側(cè)摩阻力力與極限樁底底阻力之和））考慮必要的的安全度后求求得。單樁軸向承載載力容許值的的確定往往需需選用幾種方方法作綜合考考慮和分析，，以合理確定定單樁軸向承承載力容許值值。4-1單樁承載力的的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（一）靜載試試驗(yàn)法概念：在樁頂逐級(jí)施施加軸向荷載載，直至樁達(dá)達(dá)到破壞狀態(tài)態(tài)為止，并在在試驗(yàn)過(guò)程中中測(cè)量每級(jí)荷荷載下不同時(shí)時(shí)間的樁頂沉沉降，根據(jù)沉沉降與荷載及及時(shí)間的關(guān)系系，分析確定定單樁軸向承承載力容許值值。試樁要求：試樁可在已打打好的工程樁樁中選定，也也可專(zhuān)門(mén)設(shè)置置與工程樁相相同的試驗(yàn)樁樁。靜載試驗(yàn)法的的特點(diǎn)：確定單樁承載載力容許值直直觀(guān)可靠，但但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力力，通常只在在大型、重要要工程或地質(zhì)質(zhì)較復(fù)雜的樁樁基工程中進(jìn)進(jìn)行試驗(yàn)。它它還能較直接接了解樁的荷荷載傳遞特征征，提供有關(guān)關(guān)資料。4-1單樁承載力的的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算1、試驗(yàn)裝置加載系統(tǒng)：主要有堆載法法與錨樁法兩兩種（圖4-3）。圖4-3錨樁法試驗(yàn)裝裝置4-1單樁承載力的的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算堆載法：在荷載平臺(tái)上上堆放重物，，一般為鋼錠錠或砂包，也也有在荷載平平臺(tái)上置放水水箱，向水箱箱中充水作為為荷載。堆載載法適用于極極限承載力較較小的樁。錨樁法：在試樁周?chē)疾贾?～6根錨樁，常利利用工程樁群群。錨樁深度度不宜小于試試樁深度，且且與試樁有一一定距離，一一般應(yīng)大于3d且不小于1.5m(d為試樁直徑或或邊長(zhǎng))，以減少錨樁樁對(duì)試樁承載載力的影響。。觀(guān)測(cè)系統(tǒng)：主要有樁頂位位移和加載數(shù)數(shù)值的觀(guān)測(cè)。。位移通過(guò)安安裝在基準(zhǔn)梁梁上的位移計(jì)計(jì)或百分表量量測(cè)。加載數(shù)數(shù)值通過(guò)油壓壓表或壓力傳傳感器觀(guān)測(cè)。。4-1單樁承載力的的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算錨樁法靜載試試驗(yàn)4-1單樁承載力的的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算千斤頂及位移移傳感器4-1單樁承載力的的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算4-1單樁承載力的的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算2、試驗(yàn)方法分級(jí)加載：試樁加載應(yīng)分分級(jí)進(jìn)行，每每級(jí)荷載約為為預(yù)估破壞荷荷載的1/10-1/15；有時(shí)也采用用遞變加載方方式，開(kāi)始階階段每級(jí)荷載載取預(yù)估破壞壞荷載的1/2.5-1/5，終了階段取取1/10-1/15。測(cè)讀沉降時(shí)間間：在每級(jí)加荷后后的第一小時(shí)時(shí)內(nèi)，按2、5、15、30、45、60min測(cè)讀一次，以以后每隔30min測(cè)讀一次，直直至沉降穩(wěn)定定為止。沉降降穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，通常規(guī)定定為對(duì)砂性土土為30min內(nèi)不超過(guò)0.1mm；對(duì)黏性土為為1h內(nèi)不超過(guò)0.1mm。待沉降穩(wěn)定定后，方可施施加下一級(jí)荷荷載。循此加加載觀(guān)測(cè)，直直到樁達(dá)到破破壞狀態(tài)，終終止試驗(yàn)。4-1單樁承載力的的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算破壞荷載的確確定：當(dāng)出現(xiàn)下列情情況之一時(shí)，，一般認(rèn)為樁樁已達(dá)破壞狀狀態(tài)，所相應(yīng)應(yīng)施加的荷載載即為破壞荷荷載：（1）樁的沉降量量突然增大，，總沉量大于于40mm，且本級(jí)荷載載下的沉降量量為前一級(jí)荷荷載下沉降量量的5倍。（2）本級(jí)荷載下下樁的沉降量量為前一級(jí)荷荷載下沉降量量的2倍，且24h樁的沉降未趨趨穩(wěn)定。4-1單樁承載力的的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算3、極限荷載和和軸向承載力力容許值的確確定破壞荷載求得得以后，可將將其前一級(jí)荷荷載作為極限限荷載，從而而確定單樁軸軸向承載力容容許值。試驗(yàn)曲線(xiàn)法：：（1）P-S曲線(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折折點(diǎn)法在P-S曲線(xiàn)上，以曲曲線(xiàn)出現(xiàn)明顯顯下彎轉(zhuǎn)折點(diǎn)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的荷荷載作為極限限荷載，若P-S曲線(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)不不明顯，可用用對(duì)數(shù)坐標(biāo)繪繪制lgP-lgS曲線(xiàn)，可能使使轉(zhuǎn)折點(diǎn)顯得得明確些。圖4-4單樁荷載—沉降(P-S)曲線(xiàn)4-1單樁承載力的的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（2）S-lgt法（沉降速率率法）將相應(yīng)于S-lgt線(xiàn)型由直線(xiàn)變變?yōu)檎劬€(xiàn)的那那一級(jí)荷載定定為該樁的破破壞荷載，其其前一級(jí)荷載載即為樁的極極限荷載。圖4-5單樁S-lgt曲線(xiàn)4-1單樁承載力的的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（二）經(jīng)驗(yàn)公公式法《公路橋涵地基基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范》（JTGD63—2007）規(guī)定了以經(jīng)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算算單樁軸向承承載力容許值值的方法，這這是一種簡(jiǎn)化化計(jì)算方法。。規(guī)范根據(jù)全全國(guó)各地大量量的靜載試驗(yàn)驗(yàn)資料，經(jīng)過(guò)過(guò)理論分析和和統(tǒng)計(jì)整理，，給出不同類(lèi)類(lèi)型的樁，按按土的類(lèi)別、、密實(shí)度、稠稠度、埋置深深度等條件下下有關(guān)樁側(cè)摩摩阻力及樁底底阻力的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)系數(shù)、數(shù)據(jù)據(jù)及相應(yīng)公式式。4-1單樁承載力的的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算1、摩擦樁單樁樁軸向受壓承承載力容許值值計(jì)算（1）鉆（挖）孔孔灌注樁：式中：——單樁軸向受壓壓承載力容許許值（kN），樁身自重重與置換土重重（當(dāng)自重計(jì)計(jì)入浮力時(shí)，，置換土重也也計(jì)入浮力））的差值作為為荷載考慮；；——樁身周長(zhǎng)（m）；（《公路橋涵地基基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范》（JTGD63—2007）中規(guī)定按樁樁的設(shè)計(jì)直徑徑計(jì)算樁的樁樁身周長(zhǎng)，而而通常情況下下，施工時(shí)選選用的鉆頭直直徑與樁的設(shè)設(shè)計(jì)直徑相同同，由于施工工中鉆頭的擺擺動(dòng)和碰撞，，而實(shí)際的成成孔直徑稍大大于設(shè)計(jì)直徑徑，因此，按按設(shè)計(jì)直徑計(jì)計(jì)算單樁軸向向受壓承載力力容許值偏于于安全.）4-1單樁承載力的的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算式中：——樁端截面面積積（m2），對(duì)于擴(kuò)底底樁，取擴(kuò)底底截面面積；；n——土的層數(shù)；——承臺(tái)底面或局局部沖刷線(xiàn)以以下各土層的的厚度（m），擴(kuò)孔部分分不計(jì)；——與對(duì)應(yīng)的各土土層與樁側(cè)側(cè)的摩阻力力標(biāo)準(zhǔn)值（（kPa），宜采用單樁摩摩阻力試驗(yàn)驗(yàn)確定，當(dāng)當(dāng)無(wú)試驗(yàn)條條件時(shí)按表表4-1選用；——樁端處土的的承載力容容許值（kPa），當(dāng)持力力層為砂土土、碎石土土?xí)r，若計(jì)計(jì)算值超過(guò)過(guò)下列值，，宜按下列列值采用：：粉砂1000kPa；細(xì)砂1150kPa；中砂、粗粗砂、礫砂砂1450kPa；碎石土2750kPa；4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算（2）沉樁的軸軸向受壓承承載力容許許值計(jì)算：：4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算當(dāng)采用靜力力觸探試驗(yàn)驗(yàn)測(cè)定時(shí)，，沉樁承載載力容許值值計(jì)算中的的和和取取為：4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算上列綜合修修正系數(shù)計(jì)計(jì)算公式不不適合城市市雜填土條條件下的短短樁；綜合合修正系數(shù)數(shù)用于黃土土地區(qū)時(shí)，，應(yīng)做試樁樁校核。4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算土的類(lèi)別和和性狀以及及樁土共同同作用過(guò)程程都較復(fù)雜雜，有些土土的試樁資資料也較少少。因此，對(duì)重重要工程的的樁基礎(chǔ)在在運(yùn)用規(guī)范范法確定單單樁軸向承承載力容許許值的同時(shí)時(shí)，應(yīng)以靜靜載試驗(yàn)或或其他方法法驗(yàn)證其承承載力；經(jīng)經(jīng)驗(yàn)公式中中有些問(wèn)題題也有待進(jìn)進(jìn)一步探討討研究，實(shí)實(shí)際上由于于樁側(cè)摩阻阻力和樁底底阻力是不不是同步發(fā)發(fā)揮，且其其發(fā)生極限限狀態(tài)的時(shí)時(shí)效也不同同，因此各各自的安全全度是不同同的，單樁樁軸向承載載力容許值值宜用分項(xiàng)項(xiàng)安全系數(shù)數(shù)表示為：：4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算采用分項(xiàng)安安全系數(shù)確確定單樁承承載力容許許值要比單單一安全系系數(shù)更符合合樁的實(shí)際際工作狀態(tài)態(tài)。但要付付諸應(yīng)用，，還有待積積累更多的的資料。4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算鋼管樁因需需考慮樁底底端閉塞效效應(yīng)及其擠擠土效應(yīng)特特點(diǎn)，鋼管管樁單樁軸軸向極限承承載力，，可按按下式計(jì)算算：當(dāng)時(shí)時(shí)當(dāng)時(shí)時(shí)4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算（3）樁端后壓壓漿灌注樁樁單樁軸向向受壓承載載力容許值值確定樁端后壓漿漿灌注樁單單樁軸向受受壓承載力力容許值，，應(yīng)通過(guò)靜靜載試驗(yàn)確確定。在符符合《公路橋涵地地基與基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范范》（JTGD63—2007）附錄N后壓漿技術(shù)術(shù)規(guī)定的條條件下，后后壓漿單樁樁軸向受壓壓承載力容容許值可按按下式計(jì)算算：4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算（4）管柱管柱柱軸向受壓壓承載力容容許值計(jì)算算：管柱軸向受受壓承載力力容許值可可按沉樁計(jì)計(jì)算，也可可由專(zhuān)門(mén)試試驗(yàn)確定。。（5）單樁軸向向受拉承載載力容許值值確定最有效的單單樁受拉承承載力容許許值的確定定方法是進(jìn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拔拔樁靜載試試驗(yàn)。對(duì)于于非重要的的建筑物，，無(wú)當(dāng)?shù)亟?jīng)經(jīng)驗(yàn)時(shí)按《公路橋涵地地基與基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范范》（JTGD63—2007）規(guī)定，摩摩擦樁單樁樁軸向受拉拉承載力容容許值按下下式計(jì)算：：4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算注意：計(jì)算算作用于承承臺(tái)底面由由外荷載引引起的軸向向力時(shí)，應(yīng)應(yīng)扣除樁身身自重值。。4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算2、端承樁支承在基巖巖上或嵌入入基巖內(nèi)的的鉆（挖））孔樁、沉沉樁的單樁樁軸向受壓壓承載力容容許值，，可可按下式計(jì)計(jì)算：4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算（三）動(dòng)測(cè)測(cè)試樁法動(dòng)測(cè)法是指指給樁頂施施加一動(dòng)荷荷載（用沖沖擊、振動(dòng)動(dòng)等方式施施加），量量測(cè)樁土系系統(tǒng)的響應(yīng)應(yīng)信號(hào)，然然后分析計(jì)計(jì)算樁的性性能和承載載力，可分分為高應(yīng)變變動(dòng)測(cè)法與與低應(yīng)變動(dòng)動(dòng)測(cè)法兩種種。低應(yīng)變不宜宜作樁承載載力測(cè)定，，但可估算算和校核基基樁的承載載力。高應(yīng)應(yīng)變可以分分析土體對(duì)對(duì)樁的外來(lái)來(lái)抗力和測(cè)測(cè)定樁的承承載力，也也可檢驗(yàn)樁樁體質(zhì)量。。高應(yīng)變動(dòng)測(cè)測(cè)單樁承載載力的方法法主要有錘錘擊貫入法法和波動(dòng)方方程法。4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算1．錘擊貫入入法（簡(jiǎn)稱(chēng)稱(chēng)錘貫法））原理：樁在錘擊下下入土的難難易，在一一定程度上上反映對(duì)樁樁的抵抗力力。因此，，樁的貫入入度（樁在在一次錘擊擊下的入土土深度）與與土對(duì)樁的的支承能力力間存在有有一定的關(guān)關(guān)系，即貫貫入度大表表現(xiàn)為承載載力低，貫貫入度小表表現(xiàn)為承載載力高；且且當(dāng)樁周土土達(dá)到極限限狀態(tài)后而而破壞，則則貫入度將將有較大增增加。錘貫法根據(jù)據(jù)這一原理理，通過(guò)不不同落距的的錘擊試驗(yàn)驗(yàn)來(lái)分析確確定單樁的的承載力。。4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算2．波動(dòng)方程程法波動(dòng)方程法法是將打樁樁錘擊看成成是桿件的的撞擊波傳傳遞問(wèn)題來(lái)來(lái)研究，運(yùn)運(yùn)用波動(dòng)方方程的方法法分析打樁樁時(shí)的整個(gè)個(gè)力學(xué)過(guò)程程，可預(yù)測(cè)測(cè)打樁應(yīng)力力及單樁承承載力。普遍認(rèn)為波波動(dòng)方程理理論為基礎(chǔ)礎(chǔ)的高應(yīng)變變動(dòng)力試樁樁法（尤為為其中采用用的實(shí)測(cè)波波形擬合法法），是較較先進(jìn)地確確定樁承載載力的動(dòng)測(cè)測(cè)方法，但但在分析計(jì)計(jì)算中還有有不少樁土土參數(shù)仍靠靠經(jīng)驗(yàn)決定定，尚待進(jìn)進(jìn)一步深入入研究來(lái)完完善。4-1單樁承載力力的確定第第四章樁樁基礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算（四）靜力力分析法靜力分析法法是根據(jù)土土的極限平平衡理論和和土的強(qiáng)度度理論，計(jì)計(jì)算樁底極極限阻力和和樁側(cè)極限限摩阻力，，也即利用用土的強(qiáng)度度指標(biāo)計(jì)算算樁的極限限承載力，，然后將其其除以安全全系數(shù)從而而確定單樁樁承載力容容許值。4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算1．樁底極極限阻力力的確定定把樁作為為深埋基基礎(chǔ)，并并假定地地基的破破壞滑動(dòng)動(dòng)面模式式（如圖圖4-6是假定地地基為剛剛——塑性體的的幾種破破壞滑動(dòng)動(dòng)面形式式，除此此，還有有多種其其它有關(guān)關(guān)地基破破壞滑動(dòng)動(dòng)面的假假定），，運(yùn)用塑塑性力學(xué)學(xué)中的極極限平衡衡理論，，導(dǎo)出地地基極限限荷載（（樁底極極限阻力力）的理理論公式式。各種種假定所所導(dǎo)的樁樁底地基基的極限限荷載公公式均可可歸納為為下式所所列一般般形式。。（4-14）圖4-6樁底地基基破壞滑滑動(dòng)面圖圖形a)太沙基理理論；b)梅耶霍夫夫理論；；c）別列選選采夫理理論4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算2．樁側(cè)極極限摩阻阻力的確確定樁側(cè)單位位面積的的極限摩摩阻力取取決于樁樁側(cè)土間間的剪切切強(qiáng)度。。按庫(kù)侖侖強(qiáng)度理理論得知知(4-15)4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算式（4-15）的計(jì)算算仍有總總應(yīng)力法法和有效效應(yīng)力法法兩類(lèi)。。在具體體確定樁樁側(cè)極限限摩阻力力時(shí)，根根據(jù)各家家計(jì)算表表達(dá)式所所用系數(shù)數(shù)不同，，人們將將其歸納納為α法、β法和γ法，下面面簡(jiǎn)要介介紹前兩兩種方法法。（1）α法對(duì)于黏性性土，根根據(jù)樁的的試驗(yàn)結(jié)結(jié)果，認(rèn)認(rèn)為樁側(cè)側(cè)極限摩摩阻力與與土的不不排水抗抗剪強(qiáng)度度有關(guān)，，可尋求求其相關(guān)關(guān)關(guān)系，，即（4-16）4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（2）β法——有效應(yīng)力力法4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算三、按樁樁身材料料強(qiáng)度確確定單樁樁承載力力當(dāng)樁穿過(guò)過(guò)極軟弱弱土層，，支承（（或嵌固固）于巖巖層或堅(jiān)堅(jiān)硬的土土層上時(shí)時(shí)，單樁樁豎向承承載力往往往由樁樁身材料料強(qiáng)度控控制。此此時(shí)，基基樁將像像一根受受壓桿件件，在豎豎向荷載載作用下下，將發(fā)發(fā)生縱向向撓曲破破壞而喪喪失穩(wěn)定定性，而而且這種種破壞往往往發(fā)生生于截面面承壓強(qiáng)強(qiáng)度破壞壞以前，，因此驗(yàn)驗(yàn)算時(shí)尚尚需考慮慮縱向撓撓曲影響響，即截截面強(qiáng)度度應(yīng)乘上上穩(wěn)定系系數(shù)。。根據(jù)據(jù)《公路鋼筋筋混凝土土及預(yù)應(yīng)應(yīng)力混凝凝土橋涵涵設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范》（JTGD62—2004），對(duì)于于鋼筋混混凝土樁樁，當(dāng)配配有普通通箍筋時(shí)時(shí)，可按按下式確確定基樁樁的豎向向承載力力：（4-19）4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算四、關(guān)于于樁的負(fù)負(fù)摩阻問(wèn)問(wèn)題（一）負(fù)負(fù)摩阻力力的意義義及其產(chǎn)產(chǎn)生原因因負(fù)摩阻力力：當(dāng)樁周土土體因某某種原因因發(fā)生下下沉，其其沉降變變形大于于樁身的的沉降變變形時(shí)，，在樁側(cè)側(cè)表面的的全部成成一部分分面積上上將出現(xiàn)現(xiàn)向下作作用的摩摩阻力，，稱(chēng)其為為負(fù)摩阻阻力。圖4-7樁的正、、負(fù)摩阻阻力4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算負(fù)摩阻力力的危害害：負(fù)摩阻力力不但不不能成為為樁承載載力的一一部分，，反而變變成施加加在樁上上的外荷荷載，對(duì)對(duì)入土深深度相同同的樁來(lái)來(lái)說(shuō)，若若有負(fù)摩摩力發(fā)生生，則；；樁的外荷荷載增大大樁的承載載力相對(duì)對(duì)降低樁基沉降降加大4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算樁的負(fù)摩摩阻力產(chǎn)產(chǎn)生的原原因有：：1．在樁附附近地面面大量堆堆載，引引起地面面沉降；；2．土層中中抽取地地下水或或其他原原因，地地下水位位下降，，使土層層產(chǎn)生自自重固結(jié)結(jié)下沉；；3．樁穿過(guò)過(guò)欠壓密密土層（（如填土土）進(jìn)入入硬持力力層，土土層產(chǎn)生生自重固固結(jié)下沉沉；4．樁數(shù)很很多的密密集群樁樁打樁時(shí)時(shí)，使樁樁周土中中產(chǎn)生很很大的超超孔隙水水壓力，，打樁停停止后樁樁周土的的再固結(jié)結(jié)作用引引起下沉沉；5．在黃土土、凍土土中的樁樁，因黃黃土濕陷陷、凍土土融化產(chǎn)產(chǎn)生地面面下沉。。4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（二）中中性點(diǎn)及及其位置置的確定定圖4-8中性點(diǎn)位位置及荷荷載傳遞遞a)位移曲線(xiàn)線(xiàn)；b)樁側(cè)摩阻阻力分布布曲線(xiàn)；；c)樁身軸力力分布曲曲線(xiàn)Sd—地面沉降降；S—樁的沉降降；Ss—樁身壓縮縮；Sh—樁底下沉沉；Nhf—由負(fù)摩阻阻力引起起的樁身身最大軸軸力；Nf—總的正摩摩阻力中性點(diǎn)4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（三）負(fù)負(fù)摩力的的計(jì)算目前，國(guó)國(guó)內(nèi)外對(duì)對(duì)負(fù)摩阻阻力的計(jì)計(jì)算方法法研究尚尚不夠完完善，計(jì)計(jì)算方法法較多，，且差異異較大，，而現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)試驗(yàn)則則投入大大、周期期長(zhǎng)。因因此，多多根據(jù)有有關(guān)資料料按經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)公式進(jìn)進(jìn)行估算算。建議議按以下下方法計(jì)計(jì)算單樁樁負(fù)摩阻阻力：（4-20）（4-21）4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算注意，按式(4-20)計(jì)算得單單樁負(fù)摩摩阻力值值不應(yīng)大大于單樁樁所分配配承受的的樁周下下沉土重重（以樁樁為中心心，水平平方向1/2樁間距、、豎向ln深度范圍圍內(nèi)土體體的重量量）。對(duì)于群樁樁的負(fù)摩摩阻力問(wèn)問(wèn)題，建建議按照照單樁負(fù)負(fù)摩阻力力計(jì)算方方法進(jìn)行行群樁中中任一單單樁的下下拉荷載載計(jì)算。。在樁基設(shè)設(shè)計(jì)中，，可采用用某些措措施（如如預(yù)制樁樁表面涂涂瀝青層層等）來(lái)來(lái)降低或或消除負(fù)負(fù)摩阻力力。4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算五、單樁樁橫軸向向承載力力容許值值的確定定樁的橫向向承載力力：是指樁樁在與樁樁軸線(xiàn)垂垂直方向向受力時(shí)時(shí)的承載載力。樁在橫向向力（包包括彎矩矩）作用用下的工工作情況況較軸向向受力時(shí)時(shí)要復(fù)雜雜些，但但仍然是是從保證證樁身材材料和地地基強(qiáng)度度與穩(wěn)定定性以及及樁頂水水平位移移滿(mǎn)足使使用要求求來(lái)分析析和確定定樁的橫橫軸向承承載力。。4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（一）在在橫向荷荷載作用用下，樁樁的破壞壞機(jī)理和和特點(diǎn)樁在橫向向荷載作作用下，，樁身產(chǎn)產(chǎn)生橫向向位移或或撓曲，，并與樁樁側(cè)土協(xié)協(xié)調(diào)變形形。樁身身對(duì)土產(chǎn)產(chǎn)生側(cè)向向壓應(yīng)力力，同時(shí)時(shí)樁側(cè)土土反作用用于樁，，產(chǎn)生側(cè)側(cè)向土抗抗力。樁樁土共同同作用，，互相影影響。為了確定定樁的橫橫軸向承承載力，，應(yīng)對(duì)樁樁在橫向向荷載作作用下的的工作性性狀和破破壞機(jī)理理作一分分析。通通常有下下列兩種種情況：：4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算第一種情情況，當(dāng)樁的剛剛度遠(yuǎn)大大于土層層剛度，，樁的相相對(duì)剛度度較大時(shí)時(shí)，受橫橫向力作作用時(shí)樁樁身?yè)锨冃尾徊幻黠@，，如同剛剛體一樣樣圍繞樁樁軸某一一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)，如圖圖4-9a)所示。基樁的橫橫軸向承承載力容容許值可可能由樁樁側(cè)土的的強(qiáng)度及及穩(wěn)定性性決定。。圖4-9樁在橫向向力作用用下變形形示意圖圖a)剛性樁；；4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算第二種情情況，樁的相對(duì)對(duì)剛度較較小時(shí)，，由于于樁側(cè)土土有足夠夠大的抗抗力，樁樁身發(fā)生生撓曲變變形，其其側(cè)向位位移隨著著入土深深度增大大而逐漸漸減小，，以至達(dá)達(dá)到一定定深度后后，幾乎乎不受荷荷載影響響。形成成一端嵌嵌固的地地基梁，，樁的變變形呈圖圖4-9b所示的波波狀曲線(xiàn)線(xiàn)?；鶚兜臋M橫軸向承承載力容容許值將將由樁身身材料的的抗剪強(qiáng)強(qiáng)度或側(cè)側(cè)向變形形條件決決定。圖4-9樁在橫向向力作用用下變形形示意圖圖b)彈性樁4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（二）單單樁橫向向承載力力容許值值的確定定方法1、單樁水水平靜載載試驗(yàn)樁的水平平靜載試試驗(yàn)是確確定樁的的橫軸向向承載力力的較可可靠的方方法，也也是常用用的研究究分析試試驗(yàn)方法法。試驗(yàn)驗(yàn)是在現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行行，所確確定的單單樁橫軸軸向承載載力和地地基土的的水平抗抗力系數(shù)數(shù)最符合合實(shí)際情情況。如如果預(yù)先先已在樁樁身埋有有量測(cè)元元件，則則可測(cè)定定出樁身身應(yīng)力變變化，并并由此求求得樁身身彎矩分分布。4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（1）試驗(yàn)裝裝置圖4-10樁水平靜靜載試驗(yàn)驗(yàn)裝置示示意4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（2）試驗(yàn)方方法試驗(yàn)方法法主要有有兩種：：?jiǎn)蜗蚨嘌h(huán)加卸卸載法慢速連續(xù)續(xù)法一般采用用前者，，對(duì)于個(gè)個(gè)別受長(zhǎng)長(zhǎng)期橫向向荷載的的樁也可可采用后后者。4-1單樁承載載力的確確定第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算2、分析計(jì)計(jì)算法此法是根根據(jù)某些些假定而而建立的的理論（（如彈性性地基梁梁理論）），計(jì)算算樁在橫橫向荷載載作用下下，樁身身內(nèi)力與與位移及及樁對(duì)土土的作用用力，驗(yàn)驗(yàn)算樁身身材料和和樁側(cè)土土的強(qiáng)度度與穩(wěn)定定以及樁樁頂或墩墩臺(tái)頂位位移等，，從而可可評(píng)定樁樁的橫軸軸向承載載力容許許值。第二節(jié)單單排排樁基樁樁內(nèi)力和和位移計(jì)計(jì)算一、基本本概念4-2單排樁基基樁內(nèi)力力和位移移計(jì)算第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（一）文文克爾地地基模型型與彈性性地基梁梁文克爾地地基模型型是由文文克爾（（E.Winkler）于1867年提出的的。該模模型假定定地基土土表面上上任一點(diǎn)點(diǎn)處的變變形si與該點(diǎn)所所承受的的壓力強(qiáng)強(qiáng)度pi成正比，，而與其其他點(diǎn)上上的壓力力無(wú)關(guān)，，即pi=Csi（4-22）4-2單排樁基基樁內(nèi)力力和位移移計(jì)算第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算文克爾地地基模型型是把地地基視為為在剛性性基座上上由一系系列側(cè)面面無(wú)摩擦擦的土柱柱組成，，并可以以用一系系列獨(dú)立立的彈簧簧來(lái)模擬擬，如圖圖4-14所示。其特征是是地基僅僅在荷載載作用區(qū)區(qū)域下發(fā)發(fā)生與壓壓力成正正比例的的變形，，在區(qū)域域外的變變形為零零?；椎追戳Ψ址植紙D形形與地基基表面的的豎向位位移圖形形相似。。顯然當(dāng)當(dāng)基礎(chǔ)的的剛度很很大，受受力后不不發(fā)生撓撓曲，則則按照文文克爾地地基的假假定，基基底反力力成直線(xiàn)線(xiàn)分布，，如圖4-14所示。受受中心荷荷載時(shí)，，則為均均勻分布布。將設(shè)設(shè)置在文文克爾地地基上的的梁稱(chēng)為為彈性地地基梁。。4-2單排樁基基樁內(nèi)力力和位移移計(jì)算第第四章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算側(cè)面無(wú)無(wú)摩阻阻力的的土柱柱彈簧簧體系系柔柔性性基礎(chǔ)礎(chǔ)下的的彈簧簧地基基模型型剛剛性性基礎(chǔ)礎(chǔ)下的的彈簧簧地基基模型型圖4-14文克爾爾地基基模型型示意意現(xiàn)在較較普遍遍采用用的是是將樁樁視為為彈性性地基基上的的梁。。這是是因?yàn)闉樵跇稑俄斒苁艿捷S軸向力力、橫橫軸向向力和和彎矩矩作用用時(shí)，，如果果略去去軸向向力的的影響響，樁樁就可可以看看作一一個(gè)設(shè)設(shè)置在在彈性性地基基中的的豎梁梁（若若作用用于桿桿的力力或彎彎矩均均與桿桿的軸軸線(xiàn)相相垂直直，并并使該該桿發(fā)發(fā)生彎彎曲，，這桿桿就稱(chēng)稱(chēng)為梁梁）。。求解其其內(nèi)力力的方方法有有三種種：一一種是是直接接用數(shù)數(shù)學(xué)方方法解解樁在在受荷荷后的的彈性性撓曲曲微分分方程程，再再?gòu)牧αΦ钠狡胶鈼l條件求求出樁樁各部部分的的內(nèi)力力和位位移（（這是是當(dāng)前前廣泛泛采用用的一一種））；另另一種種是將將樁分分成有有限段段，用用差分分式近近似代代替樁樁的彈彈性撓撓曲微微分方方程中中的各各階導(dǎo)導(dǎo)數(shù)式式而求求解的的有限限差分分法；；再一一種則則是將將樁劃劃分為為有限限單元元的離離散體體，然然后根根據(jù)力力的平平衡和和位移移協(xié)調(diào)調(diào)條件件，解解得樁樁的各各部分分內(nèi)力力和位位移的的有限限元法法。4-2單排樁樁基樁樁內(nèi)力力和位位移計(jì)計(jì)算第第四章章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（二））樁的的彈性性地基基梁解解法本節(jié)主主要介介紹當(dāng)當(dāng)前較較普遍遍采用用的第第一種種方法法。以以文克克爾假假定為為基礎(chǔ)礎(chǔ)的彈彈性地地基梁梁解法法從土土力學(xué)學(xué)的觀(guān)觀(guān)點(diǎn)認(rèn)認(rèn)為是是不嚴(yán)嚴(yán)密的的，但但由于于其概概念明明確，，方法法較簡(jiǎn)簡(jiǎn)單，，所得得的結(jié)結(jié)果一一般較較安全全，故故國(guó)內(nèi)內(nèi)外使使用得得較為為普遍遍，我我國(guó)鐵鐵路、、水利利、公公路在在樁的的設(shè)計(jì)計(jì)中常常用“m”法以及及“K”法、“C值”法、“常數(shù)”法等都都屬于于此種種方法法。4-2單排樁樁基樁樁內(nèi)力力和位位移計(jì)計(jì)算第第四章章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（三））土的的彈性性抗力力及地地基系系數(shù)分分布規(guī)規(guī)律1．土的的彈性性抗力力在樁基基礎(chǔ)計(jì)計(jì)算中中，首首先應(yīng)應(yīng)確定定橋梁梁上部部荷載載通過(guò)過(guò)承臺(tái)臺(tái)傳遞遞給每每根基基樁樁樁頂（（或地地面處處，或或局部部沖刷刷線(xiàn)處處）的的外力力（包包括軸軸向力力、橫橫軸向向力和和力矩矩），，如圖圖4-15所示，，然后后再計(jì)計(jì)算各各樁的的內(nèi)力力及其其分布布規(guī)律律。4-2單排樁樁基樁樁內(nèi)力力和位位移計(jì)計(jì)算第第四章章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算圖4-15基樁樁樁頂所所受外外力4-2單排樁樁基樁樁內(nèi)力力和位位移計(jì)計(jì)算第第四章章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算由于樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)在荷荷載作作用下下要產(chǎn)產(chǎn)生位位移（（包括括豎向向位移移、水水平位位移及及轉(zhuǎn)角角），，樁的的豎向向位移移已如如前述述，引引起樁樁側(cè)土土的摩摩阻力力和樁樁底土土的抵抵抗力力；樁樁身的的水平平位移移及轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)擠擠壓樁樁身側(cè)側(cè)向土土體，，側(cè)向向土體體必然然對(duì)樁樁產(chǎn)生生一橫橫向土土抗力力pzx（圖4-16），它它起抵抵抗外外力和和穩(wěn)定定樁基基礎(chǔ)的的作用用，土土的這這種作作用力力稱(chēng)為為土的的彈性性抗力力。pzx即指深深度為為z處的橫橫向（（x軸向））土抗抗力，，其大大小取取決于于：土土體的的性質(zhì)質(zhì)、樁樁身的的剛度度大小小、樁樁的截截面形形狀、、樁與與樁的的間距距、樁樁的入入土深深度及及荷載載大小小等因因素。。4-2單排樁樁基樁樁內(nèi)力力和位位移計(jì)計(jì)算第第四章章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算圖4-16地基系系數(shù)變變化規(guī)規(guī)律4-2單排樁樁基樁樁內(nèi)力力和位位移計(jì)計(jì)算第第四章章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算因此土土彈性性抗力力的分分布規(guī)規(guī)律也也是較較為復(fù)復(fù)雜的的。為為了便便于分分析，，將地地基土土視作作彈性性變形形介質(zhì)質(zhì)，而而把樁樁視為為置于于這種種彈性性變形形介質(zhì)質(zhì)中的的梁，，并認(rèn)認(rèn)為土土的橫橫向抗抗力pzx與土的的橫向向變形形成正正比，，如圖圖4-16所示。。樁基基中第第i根樁在在荷載載Pi、Qi、Mi作用下下產(chǎn)生生彈性性撓曲曲，若若已知知深度度z處樁的的橫向向位移移為xz（也等等于該該點(diǎn)土土的橫橫向變變形值值），，按上上述假假定該該點(diǎn)土土的彈彈性抗抗力pzx即為：：（4-23）4-2單排樁樁基樁樁內(nèi)力力和位位移計(jì)計(jì)算第第四章章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算式中:pzx——土的橫橫軸向向彈性性抗力力（kN/m2）；C——橫軸向向地基基系數(shù)數(shù)（它它表示示單位位面積積土在在彈性性限度度內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生單單位變變形時(shí)時(shí)所需需施加加的力力，單單位為為kN/m3），它它的大大小與與地基基土的的類(lèi)別別、物物理力力學(xué)性性質(zhì)有有關(guān)，，因此此如能能測(cè)得得xz并知道道C值，pzx值即可可解得得；xz——深度z處樁的的橫向向位移移（m）。2．地基基系數(shù)數(shù)的分分布規(guī)規(guī)律基本概概念：：地基基系系數(shù)數(shù)C表示示單單位位面面積積土土在在彈彈性性限限度度內(nèi)內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生生單單位位變變形形時(shí)時(shí)所所需需要要的的力力。。它它的的大大小小與與地地基基土土的的類(lèi)類(lèi)別別、、物物理理力力學(xué)學(xué)性性質(zhì)質(zhì)有有關(guān)關(guān)。。地基基系系數(shù)數(shù)C值是是通通過(guò)過(guò)對(duì)對(duì)試試樁樁在在不不同同類(lèi)類(lèi)別別土土質(zhì)質(zhì)及及不不同同深深度度進(jìn)進(jìn)行行實(shí)實(shí)測(cè)測(cè)xz及pzx后反反算算得得到到。。C值隨隨深深度度的的分分布布規(guī)規(guī)律律：：地基基系系數(shù)數(shù)C值不不僅僅與與土土的的類(lèi)類(lèi)別別及及其其性性質(zhì)質(zhì)有有關(guān)關(guān)，，而而且且也也隨隨深深度度而而變變化化。。由由于于實(shí)實(shí)測(cè)測(cè)的的客客觀(guān)觀(guān)條條件件和和分分析析方方法法不不盡盡相相同同等等原原因因，，所所采采用用的的C值隨隨深深度度的的分分布布規(guī)規(guī)律律也也各各有有不不同同。。目目前前國(guó)國(guó)內(nèi)內(nèi)采采用用的的地地基基系系數(shù)數(shù)分分布布規(guī)規(guī)律律的的幾幾種種不不同同圖圖式式如如圖圖4-16所示示。。4-2單排排樁樁基基樁樁內(nèi)內(nèi)力力和和位位移移計(jì)計(jì)算算第第四四章章樁樁基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)計(jì)算算圖4-16地基基系系數(shù)數(shù)變變化化規(guī)規(guī)律律4-2單排排樁樁基基樁樁內(nèi)內(nèi)力力和和位位移移計(jì)計(jì)算算第第四四章章樁樁基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)計(jì)算算1）認(rèn)認(rèn)為為地地基基系系數(shù)數(shù)C隨深深度度呈呈正正比比例例增增加加4-2單排排樁樁基基樁樁內(nèi)內(nèi)力力和和位位移移計(jì)計(jì)算算第第四四章章樁樁基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)計(jì)算算如圖圖4-16a）所所示示，，即即C=mz（4-24）式中中：：m———非巖巖石石地地基基水水平平抗抗力力系系數(shù)數(shù)的的比比例例系系數(shù)數(shù)（（kN/m4）。。其其值值可可根根據(jù)據(jù)試試驗(yàn)驗(yàn)實(shí)實(shí)測(cè)測(cè)決決定定，，無(wú)無(wú)實(shí)實(shí)測(cè)測(cè)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)時(shí)時(shí)，，可可參參考考表表4-14中的的數(shù)數(shù)值值選選用用。。對(duì)對(duì)于于巖巖石石地地基基抗抗力力系系數(shù)數(shù)C0，認(rèn)認(rèn)為為不不隨隨巖巖層層面面的的埋埋藏藏深深度度而而變變，，可可參參考考表表4-15采用用。。按此此圖圖式式來(lái)來(lái)計(jì)計(jì)算算樁樁在在外外荷荷載載作作用用下下，，樁樁各各截截面面內(nèi)內(nèi)力力的的方方法法通通常常簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱(chēng)稱(chēng)為為“m”法。4-2單排排樁樁基基樁樁內(nèi)內(nèi)力力和和位位移移計(jì)計(jì)算算第第四四章章樁樁基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)計(jì)算算4-2單排樁基樁內(nèi)內(nèi)力和位移計(jì)計(jì)算第第四章樁基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算2）認(rèn)為地基系系數(shù)C自地面沿深度度成曲線(xiàn)增加加4-2單排樁基樁內(nèi)內(nèi)力和位移計(jì)計(jì)算第第四章樁基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算當(dāng)深度達(dá)到樁樁撓曲曲線(xiàn)第第一個(gè)零點(diǎn)（（即圖4-16b）所示）后，，地基系數(shù)不不再增加而為為常數(shù)。在深深度t以下時(shí)：C=K（4-25）式中：K（kN/m3）值可按實(shí)測(cè)測(cè)確定。按此此假定計(jì)算樁樁在外荷載作作用下各截面面內(nèi)力的方法法，通常簡(jiǎn)稱(chēng)稱(chēng)為“K”法。3）認(rèn)為地基系系數(shù)C隨深度呈拋物物線(xiàn)規(guī)律增加加4-2單排樁基樁內(nèi)內(nèi)力和位移計(jì)計(jì)算第第四章樁基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算當(dāng)無(wú)量綱入土土深度達(dá)4后為常數(shù)，如如圖4-16c）所示，即Ｃ=cz0.5（4-26）式中：c——地基系數(shù)的比比例系數(shù)（kN/m3.5），其值可根根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測(cè)測(cè)確定。按此假定計(jì)算算樁在外荷載載作用下各截截面內(nèi)力的方方法，通常簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱(chēng)為“C”法。4）認(rèn)為地基系系數(shù)C隨深度為均勻勻分布，不隨隨深度變化4-2單排樁基樁內(nèi)內(nèi)力和位移計(jì)計(jì)算第第四章樁基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算如圖4-16d）所示，即Ｃ=K0（4-27）式中：K0（kN/m3）為常數(shù)。按按此假定計(jì)算算樁在外荷載載作用下各截截面內(nèi)力的方方法，通常簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱(chēng)為“常數(shù)”法。4-2單排樁基樁內(nèi)內(nèi)力和位移計(jì)計(jì)算第第四章樁基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算上述四種方法法各自假定的的地基系數(shù)隨隨深度分布規(guī)規(guī)律不同，其其計(jì)算結(jié)果有有所差異。實(shí)實(shí)測(cè)資料分析析表明，對(duì)樁樁的變位和內(nèi)內(nèi)力主要影響響的為上部土土層，故宜根根據(jù)土質(zhì)特性性來(lái)選擇恰當(dāng)當(dāng)?shù)挠?jì)算方法法。對(duì)于超固結(jié)黏黏土和地面為為硬殼層的情情況，可考慮慮選用“常數(shù)”法；對(duì)于其他他土質(zhì)一般可可選用“m”法或“C”法；當(dāng)樁徑大大、容許位移移小時(shí)宜選用用“C”法。由于“K”法誤差較大，，現(xiàn)較少采用用。3.關(guān)于“m”值的說(shuō)明1）由于樁的水水平荷載與位位移關(guān)系是非非線(xiàn)性的，即即m值隨荷載與位位移增大而有有所減少，因因此，m值的確定要與與樁的實(shí)際荷荷載相適應(yīng)。。一般結(jié)構(gòu)在在地面處最大大位移不超過(guò)過(guò)10mm，對(duì)位移敏感感的結(jié)構(gòu)及橋橋梁結(jié)構(gòu)為6mm。位移較大時(shí)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降降低表列m值。2）當(dāng)基礎(chǔ)側(cè)面面為數(shù)種不同同土層時(shí)，將將地面或局部部沖刷線(xiàn)以下下hm深度內(nèi)各土層層的mi，根據(jù)換算前前后地基系數(shù)數(shù)圖形面積在在深度hm內(nèi)相等的原則則，換算為一一個(gè)當(dāng)量m值，作為整個(gè)個(gè)深度的m值。3）樁底面地基基土豎向地基基系數(shù)C0為：C0=m0h4-2單排樁基樁內(nèi)內(nèi)力和位移計(jì)計(jì)算第第四章樁基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（四）單樁、、單排樁與多多排樁計(jì)算基樁內(nèi)力力先應(yīng)根據(jù)作作用在承臺(tái)底底面的外力N、H、M計(jì)算出作用在在每根樁頂?shù)牡暮奢dPi、Qi、Mi值，然后才能能計(jì)算各樁在在荷載作用下下的各截面的的內(nèi)力與位移移。樁基礎(chǔ)按按其作用力H與基樁的布置置方式之間的的關(guān)系可歸納納為單樁、單單排樁與多排排樁兩類(lèi)來(lái)計(jì)計(jì)算各樁頂?shù)牡氖芰?，如圖圖4-19所示。4-2單排樁基樁內(nèi)內(nèi)力和位移計(jì)計(jì)算第第四章樁基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算圖4-19單樁、單排樁樁及多排樁單樁、單排樁樁：指在與水水平外力H作用面相垂直直的平面上，，由單根或多多根樁組成的的單根（排））樁的樁基礎(chǔ)礎(chǔ)，如圖4-19a）、b）所示，對(duì)于于單樁來(lái)說(shuō)，，上部荷載全全由它承擔(dān)。。對(duì)于單排樁樁（如圖4-20所示橋墩作縱縱向驗(yàn)算時(shí)）），若作用于于承臺(tái)底面中中心的荷載為為N、H、My，當(dāng)N在承臺(tái)橫橋向向無(wú)偏心時(shí)，，則可以假定定它是平均分分布在各樁上上的，即4-2單排樁基樁內(nèi)內(nèi)力和位移計(jì)計(jì)算第第四章樁基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（4-34）式中：n—樁的根數(shù)。4-2單排樁基樁內(nèi)內(nèi)力和位移計(jì)計(jì)算第第四章樁基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算圖4-20單排樁的計(jì)算算4-2單排樁基樁內(nèi)內(nèi)力和位移計(jì)計(jì)算第第四章樁基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算當(dāng)豎向向力N在承臺(tái)臺(tái)橫橋橋向有有偏心心距e時(shí)，如如圖4-20b）所示示即Mx=Ne，因此此每根根樁上上的豎豎向作作用力力可按按偏心心受壓壓計(jì)算算，即即（4-35）當(dāng)按上上述公公式求求得單單排樁樁中每每根樁樁樁頂頂作用用力后后，即即可以以單樁樁形式式計(jì)算算樁的的內(nèi)力力。多排樁樁如圖圖4-19c），指指在水水平外外力作作用平平面內(nèi)內(nèi)有一一根以以上的的樁的的樁基基礎(chǔ)（（對(duì)單單排樁樁作橫橫橋向向驗(yàn)算算時(shí)也也屬此此情況況），，不能能直接接應(yīng)用用上述述公式式計(jì)算算各樁樁頂作作用力力，須須應(yīng)用用結(jié)構(gòu)構(gòu)力學(xué)學(xué)方法法另行行計(jì)算算（見(jiàn)見(jiàn)后述述），，所以以另列列一類(lèi)類(lèi)。（五））樁樁的計(jì)計(jì)算寬寬度樁在水水平外外力作作用下下，除除了樁樁身寬寬度范范圍內(nèi)內(nèi)樁側(cè)側(cè)土受受擠壓壓外，，在樁樁身寬寬度以以外的的一定定范圍圍內(nèi)的的土體體都受受到一一定程程度的的影響響（空空間受受力）），且且對(duì)不不同截截面形形狀的的樁，，土受受到的的影響響范圍圍大小小也不不同。。為了了將空空間受受力簡(jiǎn)簡(jiǎn)化為為平面面受力力，并并綜合合考慮慮樁的的截面面形狀狀及多多排樁樁樁間間的相相互遮遮蔽作作用，，將樁樁的設(shè)設(shè)計(jì)寬寬度（（直徑徑）換換算成成相當(dāng)當(dāng)實(shí)際際工作作條件件下，，矩形形截面面樁的的寬度度b1,b1稱(chēng)為樁樁的計(jì)計(jì)算寬寬度。。根據(jù)據(jù)已有有的試試驗(yàn)資資料分分析，，現(xiàn)行行規(guī)范范認(rèn)為為計(jì)算算寬度度的換換算方方法可可用下下式表表示：：4-2單排樁樁基樁樁內(nèi)力力和位位移計(jì)計(jì)算第第四章章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算當(dāng)d≥1.0m時(shí)當(dāng)d＜1.0m時(shí)（六））剛性性樁與與彈性性樁彈性樁樁：當(dāng)當(dāng)樁的的入土土深度度時(shí)時(shí)，，樁的的相對(duì)對(duì)剛度度小，，必須須考慮慮樁的的實(shí)際際剛度度，按按彈性性樁來(lái)來(lái)計(jì)算算。其其中稱(chēng)稱(chēng)為為樁的的變形形系數(shù)數(shù)，（（詳見(jiàn)見(jiàn)后述述）。。一般般情況況下，，橋梁梁樁基基礎(chǔ)的的樁多多屬?gòu)棌椥詷稑丁傂詷稑叮寒?dāng)當(dāng)樁的的入土土深深度度時(shí)，，則樁樁的相相對(duì)剛剛度較較大，，可按按剛性性樁計(jì)計(jì)算（（第五五章介介紹的的沉井井基礎(chǔ)礎(chǔ)就可可看作作剛性性樁構(gòu)構(gòu)件）），其其內(nèi)力力位移移計(jì)算算方法法詳見(jiàn)見(jiàn)第五五章。。4-2單排樁樁基樁樁內(nèi)力力和位位移計(jì)計(jì)算第第四章章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算二、“m”法彈性性單排排樁基基樁內(nèi)內(nèi)力和和位移移計(jì)算算考慮到到樁與與土共共同承承受外外荷載載的作作用，，為便便于計(jì)計(jì)算，，在基基本理理論中中做了了一些些必要要的假假定，，如下下：將土視視作彈彈性變變形介介質(zhì)，，它具具有隨隨深度度成比比例增增長(zhǎng)的的地基基系數(shù)數(shù)（））；土的應(yīng)應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變關(guān)關(guān)系符符合文文克爾爾假定定；計(jì)算公公式推推導(dǎo)時(shí)時(shí)，不不考慮慮樁與與土之之間的的摩擦擦力和和黏結(jié)結(jié)力；；樁與樁樁側(cè)土土在受受力前前后始始終密密貼；；樁作為為一彈彈性構(gòu)構(gòu)件。。下面先先討論論單樁樁在地地面或或局部部沖刷刷線(xiàn)處處受水水平外外力及及彎矩矩作用用下樁樁的內(nèi)內(nèi)力計(jì)計(jì)算方方法。。4-2單排樁樁基樁樁內(nèi)力力和位位移計(jì)計(jì)算第第四章章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算（一））樁的的撓曲曲微分分方程程的建建立及及其解解4-2單排樁樁基樁樁內(nèi)力力和位位移計(jì)計(jì)算第第四章章樁樁基礎(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算圖4-25樁身身受受力力圖圖示示4-2單排排樁樁基基樁樁內(nèi)內(nèi)力力和和位位移移計(jì)計(jì)算算第第四四章章樁樁基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)計(jì)算算如圖圖4-25所示示，，樁樁的的入入土土深深度度為為h，樁樁的的寬寬度度為為b（或或直直徑徑）），，樁樁的的計(jì)計(jì)算算寬寬度度為為b1。樁樁頂頂若若與與地地面面（（或或局局部部沖沖刷刷線(xiàn)線(xiàn)））平平齊齊，，且且已已知知樁樁頂頂在在荷荷載載為為水水平平力力及及彎彎矩矩作作用用下下，，產(chǎn)產(chǎn)生生橫橫向向位位移移、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角角。。我我們們對(duì)對(duì)樁樁因因、、作作用用，，在在不不同同深深度度處處產(chǎn)產(chǎn)生生的的、、、、、、的的符符號(hào)號(hào)規(guī)規(guī)定定為為：：橫橫向向位位移移（（撓撓度度））順順軸軸正正方方向向?yàn)闉檎抵?；；轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角角逆逆時(shí)時(shí)針針?lè)椒较蛳驗(yàn)闉檎抵担?；彎彎矩矩?dāng)當(dāng)左左側(cè)側(cè)纖纖維維受受拉拉時(shí)時(shí)為為正正；；橫橫向向力力順順軸軸正正方方向向?yàn)闉檎抵?，，如如圖圖4-26所示示。。4-2單排排樁樁基基樁樁內(nèi)內(nèi)力力和和位位移移計(jì)計(jì)算算第第四四章章樁樁基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)計(jì)算算圖4-26力與與位位移移的的符符號(hào)號(hào)規(guī)規(guī)定定在此此情情況況下下，，樁樁產(chǎn)產(chǎn)生生彈彈性性撓撓曲曲，，由由材材料料力力學(xué)學(xué)可可知知，，梁梁軸軸的的撓撓曲曲與與梁梁上上分分布布荷荷載載q之間間的的關(guān)關(guān)系系式式，，即即梁梁的的撓撓曲曲微微分分方方程程為為：：4-2單排排樁樁基基樁樁內(nèi)內(nèi)力力和和位位移移計(jì)計(jì)算算第第四四章章樁樁基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)計(jì)算算（4-40）由圖圖4-25可知知，，在在深深度度z處,而，，且假假定定地地基基系系數(shù)數(shù)，，代代入入式式（（4-40）則則得得：：（4-41）上式式中中：：E、I———樁的的彈彈性性模模量量及及截截面面慣慣矩矩；；pzx———樁側(cè)側(cè)土土抗抗力力pzx=Cxz=mzxz，