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1、桩桩 基基 工工 程程第四章第四章 抗抗 拔拔 桩桩一、抗拔桩的破坏机理与工作性状一、抗拔桩的破坏机理与工作性状一、抗拔桩的破坏机理与工作性状一、抗拔桩的破坏机理与工作性状(一)(一)(一)(一) 荷载与位移相互关系荷载与位移相互关系荷载与位移相互关系荷载与位移相互关系粘性土中粘性土中粘性土中粘性土中:当上拔变形量约为抗压桩极限荷载下沉量当上拔变形量约为抗压桩极限荷载下沉量的的1/5 1/5 1/101/10时时, ,桩顶上拔力即达到极限峰值。桩顶上拔力即达到极限峰值。(二)(二)(二)(二) 抗拔力与入土深度互的关系抗拔力与入土深度互的关系抗拔力与入土深度互的关系抗拔力与入土深度互的关系 优
2、化入土深度:优化入土深度:优化入土深度:优化入土深度:最好最好大于大于大于大于2020倍桩径(倍桩径(D)。)。 当当 l 20 20 20D( (桩径或边长桩径或边长) ),其,其 Qt S 曲线急剧转折,其曲线急剧转折,其承载力的增量随入土深度的增加而迅速增长。承载力的增量随入土深度的增加而迅速增长。(三)群桩抗拔特性(三)群桩抗拔特性(三)群桩抗拔特性(三)群桩抗拔特性 1 1 1 1、当桩中心距、当桩中心距、当桩中心距、当桩中心距 6 6D D ( (粘土粘土粘土粘土) ) 或或或或 6.5 6.5 D D(密实沙土)(密实沙土)(密实沙土)(密实沙土)群桩群桩 中的桩如同单桩一样工作
3、。中的桩如同单桩一样工作。不论桩距、桩数、入土深度如何,荷载位移曲线与同不论桩距、桩数、入土深度如何,荷载位移曲线与同样条件下单桩相似;样条件下单桩相似;群桩中每桩所受荷载与单桩相同时,群桩的上拔变形群桩中每桩所受荷载与单桩相同时,群桩的上拔变形量比单桩的大;量比单桩的大; 抗拔群桩分配给各桩的荷载很不均匀,一般抗拔群桩分配给各桩的荷载很不均匀,一般中心桩最中心桩最中心桩最中心桩最低,角桩最高低,角桩最高低,角桩最高低,角桩最高,相差,相差 2 2 倍倍倍倍 左右。左右。 2 2、当桩中心距、当桩中心距、当桩中心距、当桩中心距 6 6 D D( (粘土粘土粘土粘土) )或或或或6.5 6.5
4、D D(密实沙土)(密实沙土)(密实沙土)(密实沙土)群桩抗群桩抗拔力要计入拔力要计入群桩效率系数群桩效率系数群桩效率系数群桩效率系数或按或按深基础深基础深基础深基础计算抗拔承载力。计算抗拔承载力。二、极限抗拔力的确定二、极限抗拔力的确定二、极限抗拔力的确定二、极限抗拔力的确定 式中各值含义见教材式中各值含义见教材P40:2 2 2 2、钻孔灌注桩、钻孔灌注桩、钻孔灌注桩、钻孔灌注桩1 1 1 1、打入桩、打入桩、打入桩、打入桩(一)(一)(一)(一)抗拔抗拔抗拔抗拔单桩单桩单桩单桩 式中各值含义见教材式中各值含义见教材P41:6 3 港口工程桩基规范港口工程桩基规范(JTS167 - 4 -
5、 2012)打入桩、灌注桩打入桩、灌注桩单桩抗拔承载力单桩抗拔承载力设计值:设计值: 式中:式中:Td 单桩抗拔承载力设计值(单桩抗拔承载力设计值(kN) R 单桩轴向承载力分项系数,按单桩轴向承载力分项系数,按规范规范表表4.2.2 取值;取值; i 折减系数,对于粘性土取折减系数,对于粘性土取0.7 0.8;对于砂性土取;对于砂性土取0.5 0.6 ;桩;桩 的入土深度大时取大值,反之取小值;的入土深度大时取大值,反之取小值; U 桩截面周长(桩截面周长(m);); G 桩重力,水下部分按浮重力计;桩重力,水下部分按浮重力计; qfi 桩周第桩周第i 层土的极限侧阻力标准值(层土的极限侧阻
6、力标准值(kPa ),打入桩可),打入桩可按按规范规范 表表 4.2.4 -1 取值,灌注桩可按取值,灌注桩可按规范规范表表 4.2.4 -5 取值取值; li 桩身穿过第桩身穿过第i 层土的长度(层土的长度(m);); 桩轴线与垂线夹角(桩轴线与垂线夹角()。)。二、极限抗拔力的确定二、极限抗拔力的确定二、极限抗拔力的确定二、极限抗拔力的确定2. 当桩的中心距当桩的中心距 3D S 6D 时,宜按群桩的时,宜按群桩的抗拔效率系数抗拔效率系数抗拔效率系数抗拔效率系数计算:计算: 粘性土:粘性土:式中:式中:m、n 桩数桩数 Qg 单桩的极限抗拔力单桩的极限抗拔力 群桩的抗拔效率系数群桩的抗拔效
7、率系数二、极限抗拔力的确定二、极限抗拔力的确定二、极限抗拔力的确定二、极限抗拔力的确定(二)(二)(二)(二) 抗拔群桩抗拔群桩抗拔群桩抗拔群桩 1. 当桩的中心距当桩的中心距当桩的中心距当桩的中心距 3 3D D时,可将群桩最外边各桩所包络的整个块时,可将群桩最外边各桩所包络的整个块时,可将群桩最外边各桩所包络的整个块时,可将群桩最外边各桩所包络的整个块体作为一体作为一体作为一体作为一 深基础深基础深基础深基础,连桩带土上拔而破坏。不产生破坏条件:连桩带土上拔而破坏。不产生破坏条件:连桩带土上拔而破坏。不产生破坏条件:连桩带土上拔而破坏。不产生破坏条件: 式中各值含义见教材式中各值含义见教材
8、P41:8 一、定义一、定义:桩周土相对于桩身下沉时产生的摩阻力。桩周土相对于桩身下沉时产生的摩阻力。 第五章第五章 桩的负摩阻力桩的负摩阻力 正摩擦正摩擦正摩擦正摩擦负摩擦负摩擦负摩擦负摩擦图图图图2-4-1 2-4-1 2-4-1 2-4-1 桩侧摩阻力示意图桩侧摩阻力示意图桩侧摩阻力示意图桩侧摩阻力示意图(一)负摩阻力的意义及其产生原因(一)负摩阻力的意义及其产生原因 负摩阻力:负摩阻力: 当桩周土体因某种原因当桩周土体因某种原因发生下沉,其沉降变形大于发生下沉,其沉降变形大于桩身的沉降变形时,在桩侧桩身的沉降变形时,在桩侧表面的全部成一部分面积上表面的全部成一部分面积上将出现向下作用的
9、摩阻力,将出现向下作用的摩阻力,称其为负摩阻力。称其为负摩阻力。图图4-7 桩的正、负摩阻力桩的正、负摩阻力 负摩阻力的危害负摩阻力的危害负摩阻力的危害负摩阻力的危害: 负摩阻力不但不能成为桩承载力的一部分,反负摩阻力不但不能成为桩承载力的一部分,反而变成施加在桩上的外荷载,对入土深度相同的桩而变成施加在桩上的外荷载,对入土深度相同的桩来说,若有负摩力发生,则;来说,若有负摩力发生,则; 桩的外荷载增大桩的外荷载增大 桩的承载力相对降低桩的承载力相对降低 桩基沉降加大桩基沉降加大桩侧大范围降低地下水,如大桩侧大范围降低地下水,如大面积抽水,基坑降水等;面积抽水,基坑降水等; 桩侧地面大面积堆载
10、;桩侧地面大面积堆载; 桩身穿越较厚松散填土、自重桩身穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层;相对较硬土层; 冻土区升温引起桩侧土沉陷。冻土区升温引起桩侧土沉陷。 二、产生负摩阻力的条件二、产生负摩阻力的条件图图图图2-4-1b 2-4-1b 2-4-1b 2-4-1b 住宅楼建于有新住宅楼建于有新住宅楼建于有新住宅楼建于有新填土的斜坡上填土的斜坡上填土的斜坡上填土的斜坡上 第五章第五章 桩的负摩阻力桩的负摩阻力12 三、负摩擦力的分布及三、负摩擦力的分布及中性点中性点中性点中性点定义:定义:桩土相对位移为零处桩侧摩阻力为零处。桩土相对位移为零处
11、桩侧摩阻力为零处。 在某深度处桩周土与桩截面沉降相等;在某深度处桩周土与桩截面沉降相等; 或两者无相对位移发生;或两者无相对位移发生; 或其摩阻力为零。或其摩阻力为零。 特点:特点:在中性点处桩身轴力在中性点处桩身轴力在中性点处桩身轴力在中性点处桩身轴力N N 达到最大值达到最大值达到最大值达到最大值。 第五章第五章 桩的负摩阻力桩的负摩阻力13 中性点位置还与时间因素、环境因素、地质条件等有关,中性点位置还与时间因素、环境因素、地质条件等有关,精确计算有困难,目前采用经验估算法:精确计算有困难,目前采用经验估算法:(0.70.71.01.0)l l0 0 l0桩周变形土层下限深度,即软弱压缩
12、层厚度。桩周变形土层下限深度,即软弱压缩层厚度。 四、中性点位置的确定四、中性点位置的确定中性点的位置取决于中性点的位置取决于桩桩土间的相对位移:土间的相对位移: 当桩侧压缩变形大,桩地当桩侧压缩变形大,桩地下土层坚硬,桩下沉量小,下土层坚硬,桩下沉量小,下移;下移; 反之,中性点位置上移。反之,中性点位置上移。图图2-4-2 2-4-2 有负摩阻力时的荷载传递有负摩阻力时的荷载传递有负摩阻力时的荷载传递有负摩阻力时的荷载传递第五章第五章 桩的负摩阻力桩的负摩阻力 四、中性点及其位置的确定四、中性点及其位置的确定四、中性点及其位置的确定四、中性点及其位置的确定a) )位移曲线位移曲线; b)
13、)桩侧摩阻力分桩侧摩阻力分布曲线布曲线; c) )桩身轴力分布桩身轴力分布 曲线曲线 Sd 地面沉降地面沉降 S 桩的沉降桩的沉降 Ss 桩身压缩桩身压缩 Sh 桩底下沉桩底下沉 Nhf 由负摩由负摩 阻力引起的桩阻力引起的桩 身最大轴力身最大轴力 Nf 总的正摩总的正摩 阻力阻力图示图示图示图示 中性点位置及荷载传递中性点位置及荷载传递中性点位置及荷载传递中性点位置及荷载传递中性点中性点中性点中性点15 五、负摩擦力及下拉荷载的确定五、负摩擦力及下拉荷载的确定 影响因素甚多。多数学者认为桩侧负摩阻力大小与桩侧土影响因素甚多。多数学者认为桩侧负摩阻力大小与桩侧土的有效应力有关。的有效应力有关。
14、 1、建筑桩基技术规范建筑桩基技术规范(JGJ94-94)规定,单桩单位面积)规定,单桩单位面积负摩阻力按下式计算:负摩阻力按下式计算: 当降低地下水位时当降低地下水位时当降低地下水位时当降低地下水位时 当地面有满布荷载时当地面有满布荷载时当地面有满布荷载时当地面有满布荷载时式中式中: fn 第第 i 层土桩侧负层土桩侧负摩阻力摩阻力( kPa); 桩周第桩周第 i 层土平均竖向有效应力层土平均竖向有效应力; P 地面均布荷载;地面均布荷载; Zi 自地面起算的第自地面起算的第i 层土中点深度。层土中点深度。 其它各值见教材。其它各值见教材。 五、负摩擦力及下拉荷载的确定五、负摩擦力及下拉荷载
15、的确定2. 粘性土粘性土粘性土粘性土:当用静力触探求得探头贯入阻力(:当用静力触探求得探头贯入阻力(Ps)时)时 fn = 0.1Ps (kPa )3. 砂土砂土砂土砂土:当用标准贯入试验求得击数(当用标准贯入试验求得击数(N)时,按下式)时,按下式估算估算 fn = 2N + 30 (kPa )负摩阻力之合力(下拉荷载负摩阻力之合力(下拉荷载 ):第五章第五章 桩的负摩阻力桩的负摩阻力 目前,国内外对负摩阻力的计算方法研究尚不目前,国内外对负摩阻力的计算方法研究尚不够完善,计算方法较多,且差异较大,而现场试验够完善,计算方法较多,且差异较大,而现场试验则投入大、周期长。因此,多根据有关资料按经验则投入大、周期长。因此,多根据有关资料按经验公式进行估算。可参见有关文献。公式进行估算。可参见有关文献。六、群桩的负摩擦力六、群桩的负摩擦力七、消减负摩擦力的措施七、消减负摩擦力的措施自看教材自看教材P 4950自看或同看教材自看或同看教材P 4950五、负摩擦力及下拉荷载的确定五、负摩擦力及下拉荷载的确定 第45章 授课内容完毕,通过这两章的学习你又有多少收获?