002豎向荷載下樁基的承載力和變形

本文格式為Word版，下載可任意編輯——002豎向荷載下樁基的承載力和變形第2章力和變形

豎向荷載下樁基的承載

2．1單樁豎向承載力

?單樁基礎的豎向承載力——極限承載力標準值。單柱在豎向荷載作用下到達破壞狀態(tài)前或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形時所對應的最大荷載。

?它取決于土對樁的支承阻力和樁身材料強度，一般由土對樁的支承阻力控制，對于端承樁、超長樁和樁身質(zhì)量有缺陷的樁，可能由樁身材料強度控制。

?單樁豎向極限承載力標準值除以安全系數(shù)后的承載力值為單樁豎向承載力特征值。?其常用的確定方法有靜力法、經(jīng)驗公式法、規(guī)范法和原位測試方法，尤以原位測試方法被公認為最為確鑿。?依照靜力荷載-位移曲線，從總體上可以分為兩大類：緩變型和陡降型.

對于陡降型（A），其極限承載力即為與破壞荷載相等的陡降起始點，其次拐點；對于緩變型(B)，取法不一，有取其次拐點，也有的對Q-S曲線進行處理后取舍。/OQuQuQsuABs圖2-1靜力荷載-位移曲線圖5-3單樁荷載－沉降曲線A-陡降型；B－緩變型?????

?2.1.1樁側(cè)阻力和樁端阻力的性狀

1)樁側(cè)阻力的性狀

一旦荷載施加于樁頂，樁首先發(fā)生壓縮而向下位移，于是側(cè)面受到土阻力的作用，荷載在向下傳遞過程中必需不斷地戰(zhàn)勝這種摩阻力。由于樁身壓縮量的積累，上部樁身的下沉總是大于下部，因此上部樁身的摩阻力總是先于下部而發(fā)揮出來；上部樁身的摩阻力達到極限之后，就保持不變或有所減小，隨著荷載的增加，下部樁身的摩阻力將逐漸調(diào)動出來，直至整個樁身的摩阻力全部達到極限，繼續(xù)增加的荷載就全部由樁端土承受;

最終樁端荷載亦達到樁端土的極限承載力，樁便發(fā)生較急劇而不中止的下沉而破壞，這時達到的荷載為樁所承受的極限荷載。

依照傳統(tǒng)經(jīng)驗，發(fā)揮極限側(cè)阻所需樁土相對位移與樁徑大小無關(guān)，只是與土性有關(guān)；對于粘性土約為5-10mm，對于砂性土，約為10—20mm。

越來越多的測試說明并非定值，而是與樁徑大小、施工工藝、土層性質(zhì)與分布位置有關(guān)

???2）樁端阻力的性狀（1）樁端阻力的破壞模式

整體剪切破壞：地基中塑性區(qū)連成整體，產(chǎn)生整體滑動破壞，連續(xù)的剪切滑裂面開展至基底水平面，基底水平面土體出現(xiàn)隆起，破壞時基礎沉降急劇增大，P-S曲線上破壞特征點明顯。一般出現(xiàn)在基礎埋深較淺，上部荷載較大時。局部剪切破壞：基礎沉降所產(chǎn)生的土體側(cè)向壓縮量不足以使剪切滑裂面開展至基底水平面，基礎側(cè)面土體隆起量較小。當基礎埋深加大，加載速率快時，地基發(fā)生局部剪切破壞。刺入剪切破壞：由于持力層的高壓縮性，土體的豎向和側(cè)向壓縮量較大，基礎豎向位移量大，

圖2-2樁端地基破壞模式?其破壞模式主要取決于樁端土層及樁端上覆土層的性質(zhì)，并受成樁效應、加載速率的影響。?一般來講，當樁長不大，上覆土層為軟土時，端阻呈整體剪切破壞；?當上覆土層為非柔弱土層時，一般呈局部剪切破壞；?當樁端以下存在柔弱下臥層時，可能出現(xiàn)沖剪破壞；

?當樁端持力層為松砂、中密砂，粉土壓縮性粘土時，端阻呈刺入剪切破壞；?對于樁端土為飽和粘土的狀況，一般形成“梨形〞的剪切破壞面，為局部剪切破壞或整體剪切破壞。

（2）端阻力的成樁效應?對于非擠土樁，成樁過程樁端不被擠密，反而被擾動或產(chǎn)生虛渣或沉渣，降低端阻力，殘渣形成所謂“軟墊〞.?對于擠土樁，樁端阻力增加，但是對于非粘性土和粘性土的效果是不同的。?(3)端阻力的深度效應當樁端進入均勻持力層的深度h小于某一深度時，其極限端阻力隨深度線形增大；大于該深度后，基本保持不變。此深度稱為臨界深度h。cp2.1.2單樁承載力計算

?總體來講，分為三大類：靜力法計算單樁承載力，偏向于理論分析；原位測試法確定單樁承載力，偏向于地質(zhì)勘測；經(jīng)驗方法確定單樁承載力，偏向于設計計算。?1）靜力法計算單樁承載力：?（1）計算樁端阻力的極限平衡理論公式qpu??cCNc????1bN???q?hNpu??cCNc???q?hNq????

（２）樁側(cè)阻力計算公式

對qsui的計算總體上可以分為總應力法和有效應力法。又根據(jù)表達式采用的系數(shù)可以分為?,?,?法，?法屬總應力法，?法屬有效應力法，?法則是兩者的綜合。①?法qsu??cu0.4-1.25；cu——樁側(cè)飽和土的不排水剪切強度，可以采用無側(cè)限壓縮、三軸不排水壓縮試驗、十字板試驗、旁壓試驗獲得。

?????②?法

q'su??vkotg?（2-6)

對于正常固結(jié)粘土，ko?1?sin?',???'，因而得：q?''su?v(1?sin?')tg?'???v?——系數(shù)，當有效內(nèi)摩擦角位于20-30度時，=0.24-0.29；試驗統(tǒng)計：=0.25-0.40；平均值0.32；?——'v樁側(cè)計算土層的平均豎向有效應力，地下水位以下取有效重度。?法的基本假定為超孔隙水壓力已經(jīng)消散，并且在長徑比較大時需要考慮樁側(cè)的深度效應，進行修正。??

③?法

qsu??(?'v?2cu)2）原位測試法確定單樁承載力

?（1）靜力觸探試驗（CPT）確定：

Qu??qA?U?L?f?TBJ2-85

Q??qA?U?Lqi?JGJ94-2023?

（2）標準貫入試驗（SPT）確定:

icsssubsbiskDb?1.2N(100kN/m2)Dqs?N/100(100kN/m2)qp?0.12N?（3）旁壓試驗確定11Qu?qpA?U?Lsqs32在試驗現(xiàn)場的旁壓儀

2.2規(guī)范方法確定單樁承載力

2.2.1建筑地基基礎設計規(guī)范（GB50007????2023）1）初步設計

總原則：應以豎向靜載荷試驗確確定為主，（單樁豎向承載力特征值可按下式估算：

當樁端嵌入完整及較完整的硬質(zhì)巖中時，可按下式估算單樁豎向承載力特征值：

????（2）樁身混凝土強度驗算

計算中應按樁的類型和成樁工藝的不同將混凝土的軸心抗壓強度設計值乘以工作條件系數(shù)ψc，樁身強度應符合下式要求：樁軸心受壓時fc

Q--相應于荷載效應基本組合時的單樁豎向力設計值；Ap樁身橫截面積；ψc工作條件系數(shù)，預制樁取0.75，灌注樁取0.6-0.7(水下灌注樁或長樁時用低值)。

尺寸效應?JGJ94-2023中規(guī)定：小直徑樁：d≤250mm；中等直徑樁：250mm?它基于以下假定：?樁的周邊粗糙而樁底平滑，即樁與樁側(cè)土之間保持位移協(xié)調(diào)，樁土之間始終保持接觸并無相對滑動；?樁與土的徑向變形很小，略而不計。Poulos和Davis1980對單根摩擦樁的理想化分析：?（1）假定土為勻質(zhì)的各向同性的彈性半空間體，具有彈性模量和泊松比，它們都不由于樁的存在而發(fā)生變化。?（2）將樁看作為長度L、直徑d,底端直徑d圓樁；樁頂與地表平齊，并作用有軸向外荷載0的一根P；沿樁身圓周作用有均勻分布的剪應力?；在樁端作用有均勻的豎向應力?b?土體位移：S'i?dE?nIdij?j?Iib?bsj?1Es?樁體位移：{?}?d4?2EpRA[IP]{S\}?{Y}{S'i}?{S\}??2???????I??nK4(L/d)2[II?1p][s]???Y?K?EpERAs?2.3.4剪切變形法：

Cooke（1974）年提出，認為摩擦樁一般在工作荷載時，樁端承受的荷載比例較小，計算時可略去不計，即