桩桩 基基 工工 程程（第（第 三三 讲）讲）22 桩基础竖向承载力计算桩基础竖向承载力计算 桩为承载力是设计桩基础的关键所在。桩为承载力是设计桩基础的关键所在。我国确定桩的承载力的方法有两种：我国确定桩的承载力的方法有两种：1、根据建筑地基基础设计规范、根据建筑地基基础设计规范2、根据建筑桩基技术规范、根据建筑桩基技术规范桩的承载力包括：桩的承载力包括： 单桩竖向承载力单桩竖向承载力 群桩竖向承载力群桩竖向承载力 桩的水平承载力桩的水平承载力 一、一、 单桩竖向承载力单桩竖向承载力1对各级建筑物的规定对各级建筑物的规定(1)对于一级建筑物对于一级建筑物 单桩的竖向承载力标准值，应通过现单桩的竖向承载力标准值，应通过现场静载荷试验确定场静载荷试验确定。 在同一条件下的试柱数量不宜少于总桩在同一条件下的试柱数量不宜少于总桩数的数的1，并不应少于，并不应少于3根根。建筑桩基技。建筑桩基技术规范还要求结合静力触探、标准贯入术规范还要求结合静力触探、标准贯入度等原位测试方法综合确定。度等原位测试方法综合确定。 (2)对于二级建筑物对于二级建筑物 也可参照地质条件相同的试验资料也可参照地质条件相同的试验资料 根据具体情况确定。根据具体情况确定。建筑桩基技术规范规定：应根据静力触建筑桩基技术规范规定：应根据静力触探、标准贯入、经验参数等估算。当缺乏可探、标准贯入、经验参数等估算。当缺乏可参照的试桩资料或地质条件复杂时，应由现参照的试桩资料或地质条件复杂时，应由现场静载荷试验确定。场静载荷试验确定。 (3)对于三级建筑桩基对于三级建筑桩基如无原位测试资料时，可利用承载力如无原位测试资料时，可利用承载力经验参数估算。经验参数估算。二、单桩竖向极限承载力标准值的确定二、单桩竖向极限承载力标准值的确定.按桩身材料确定抗压承载力按桩身材料确定抗压承载力.土对桩的支承力确定抗压承载力土对桩的支承力确定抗压承载力.按静载荷试验确定抗压承载力按静载荷试验确定抗压承载力1、 土对桩的支承力确定抗压承载土对桩的支承力确定抗压承载力力 建筑桩基技术规范（建筑桩基技术规范（JCJ94-94）推）推荐的经验公式进行计算。荐的经验公式进行计算。（根据土的物理性能指标建立的经验公式）（根据土的物理性能指标建立的经验公式） （见书（见书P17） （1）对于混凝土预制桩、水下钻（冲）对于混凝土预制桩、水下钻（冲）孔桩、沉管灌注桩、干作业钻孔桩，都可孔桩、沉管灌注桩、干作业钻孔桩，都可按该式计算单桩竖向极限承载力标准值。按该式计算单桩竖向极限承载力标准值。注：注：m的小直径桩的小直径桩式中：式中：U 桩身横截面周长（桩身横截面周长（m）A p 桩身横截面面积桩身横截面面积,扩底桩是柱底部水平投影（扩底桩是柱底部水平投影（m2） l i 按土层划分，第按土层划分，第 i 层土的分段桩长（层土的分段桩长（m）q sik 桩侧第桩侧第i层土的极限侧阻力标准值层土的极限侧阻力标准值（kpa）q sik 极限桩端阻力标准值（极限桩端阻力标准值（kpa）（2）对于大直径桩（对于大直径桩（d00.8m），单桩），单桩竖向极限承载力标准值可按下式计算竖向极限承载力标准值可按下式计算。式中：式中：sisi，p p 大直径侧阻、端阻尺寸大直径侧阻、端阻尺寸效应系数按（效应系数按（P18P18表面表面2-102-10）取值。）取值。2单桩竖向抗压静载荷试验确定承载单桩竖向抗压静载荷试验确定承载力力 (1)试验目的试验目的: 在建筑工程现场实际工程地质和实际工在建筑工程现场实际工程地质和实际工作条件下，采用与工程规格尺寸完全相同作条件下，采用与工程规格尺寸完全相同的试桩进行竖向坑压静载荷试验。直至的试桩进行竖向坑压静载荷试验。直至加载破坏由此确定单桩竖向极限承载力，加载破坏由此确定单桩竖向极限承载力，作为桩基设计的依据。作为桩基设计的依据。 这是确定单桩竖向承载力最可靠的方法这是确定单桩竖向承载力最可靠的方法。 (2)试验准备试验准备 a)在建筑工地选择有代表性的桩位将在建筑工地选择有代表性的桩位将与设计采用的工程桩的截面、长度及质与设计采用的工程桩的截面、长度及质量完全相同的试桩，用设汁采用的施工量完全相同的试桩，用设汁采用的施工机具与方法，将试桩沉至设计标高；机具与方法，将试桩沉至设计标高；b)确定试桩加载装置，根据工程的规确定试桩加载装置，根据工程的规模、试桩的尺寸、地质情况及设计采模、试桩的尺寸、地质情况及设计采用的单桩竖向承载力，以及经费情况、用的单桩竖向承载力，以及经费情况、全面考虑后确定；全面考虑后确定；c)筹备荷载与沉降的量测仪表；筹备荷载与沉降的量测仪表；d)从成桩到试桩需间歇的时间从成桩到试桩需间歇的时间，在桩身在桩身强度达到设计要求的前提下，对于砂类土强度达到设计要求的前提下，对于砂类土不应少于不应少于10天，对于粉土和一般粘性土不天，对于粉土和一般粘性土不应少于应少于15天，对于淤泥或淤泥质土中的桩天，对于淤泥或淤泥质土中的桩不应少于不应少于25天，用以消散沉桩时产生的孔天，用以消散沉桩时产生的孔隙水压力隙水压力和触变等影响，才能反映真实的桩的端承和触变等影响，才能反映真实的桩的端承力与桩侧摩擦力的数值力与桩侧摩擦力的数值。(3)试验加载装置试验加载装置 通常试验采用油压干斤顶加载，千斤通常试验采用油压干斤顶加载，千斤顶的反力装置常见如下顶的反力装置常见如下 2种形式：种形式：如采用工程桩作锚桩时，试桩与两则锚桩之间的中心距不小如采用工程桩作锚桩时，试桩与两则锚桩之间的中心距不小于于4倍桩径，并不小于倍桩径，并不小于2.0m 。锚桩数量不得少于。锚桩数量不得少于4根，并应检根，并应检测静载试验过程中锚桩的上拔量。测静载试验过程中锚桩的上拔量。桩基静载荷试验桩基静载荷试验 确定单桩竖向（抗压）极限承载力确定单桩竖向（抗压）极限承载力 确定单桩或复合地确定单桩或复合地基的竖向极限承载力基的竖向极限承载力 对工程桩的承载力进行抽样检验和评价对工程桩的承载力进行抽样检验和评价堆载平台堆载平台 确定单桩或复合地基的竖向极限承载力确定单桩或复合地基的竖向极限承载力 对工程桩或复合地基的承载力进行抽样检验和评价对工程桩或复合地基的承载力进行抽样检验和评价 （4）静载荷试验要点）静载荷试验要点 a.试验加载方式：试验加载方式： 采用慢速维持荷载法，即逐级加载。每采用慢速维持荷载法，即逐级加载。每级荷载达到相对稳定后，加下一级荷载、级荷载达到相对稳定后，加下一级荷载、直到试桩破坏，然后分级卸载到零。直到试桩破坏，然后分级卸载到零。 (b).加载分级：加载分级：P=（1/51/8）R 或或 P=（1/101/15）R；第一级可为二倍的；第一级可为二倍的P加加荷。荷。(c).桩顶沉降观测：桩顶沉降观测： 每级加荷后间隔每级加荷后间隔5，10，15，15，15，30，20，30，分钟测记一次沉降。分钟测记一次沉降。(d).mm，并连续出现两次，认为已达到相，并连续出现两次，认为已达到相对稳定可加下对稳定可加下级荷载。级荷载。(e).终止加载条件：当出现下列情况之一终止加载条件：当出现下列情况之一时，即可终止加载：时，即可终止加载： 当荷裁当荷裁沉降曲线上，有可判定极限承载沉降曲线上，有可判定极限承载力的陡降段，且桩顶总沉降量力的陡降段，且桩顶总沉降量S40mm； 桩顶总沉降量桩顶总沉降量S40mm后，继续增二级或后，继续增二级或二级以上荷载仍无陡降段；二级以上荷载仍无陡降段； 某级荷载作用下桩的沉降量为前一级荷某级荷载作用下桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的载作用下沉降量的5倍。即倍。即Si5Si-1； 某级荷载作用下，桩的沉降量大于前一级某级荷载作用下，桩的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的荷载作用下沉降量的2倍，即倍，即Si2Si-1;且且 经经24小时尚未达到相村稳定；小时尚未达到相村稳定；桩底端支承在坚硬岩上层上。桩的沉降量桩底端支承在坚硬岩上层上。桩的沉降量很小时，最大加载量已达到设计荷载的很小时，最大加载量已达到设计荷载的2倍。倍。已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量时。重量时。( f)卸载与卸载沉降观测：卸载与卸载沉降观测：a)每级卸载值为每级加载值的每级卸载值为每级加载值的2倍；倍；b)每级卸载后，间隔每级卸载后，间隔15、15、30分钟各测分钟各测记一次后，即可卸下一级荷载；记一次后，即可卸下一级荷载；c)全部卸载后、间隔全部卸载后、间隔(34)小时再读小时再读次。次。 (6)单桩竖向承载力标准值的确定单桩竖向承载力标准值的确定 a)单桩竖向极限承载力实测值单桩竖向极限承载力实测值 取直角坐取直角坐标，以柱顶荷载标，以柱顶荷载P为横坐标，桩顶沉降为横坐标，桩顶沉降S为为纵坐标纵坐标(向下向下)，绘制荷载一沉降，绘制荷载一沉降(PS)曲曲线线 2单桩竖向极限承载力标准值单桩竖向极限承载力标准值Quk a.建筑地基基础设计规范法建筑地基基础设计规范法 参加统参加统计的试桩的实测值，当满足其极差不超过计的试桩的实测值，当满足其极差不超过平均值的平均值的30时，可取实测值的平均值为时，可取实测值的平均值为单桩竖向极限承载力标准值单桩竖向极限承载力标准值Qum。 对桩数对桩数n33根的非端承桩复合桩基，应考虑桩群、根的非端承桩复合桩基，应考虑桩群、土、承台的相互作用效应，由土、承台的相互作用效应，由P29P29式（式（3-233-23）计算：）计算：注：查注：查P29P29知知s s= = p p= = spsp= 1.65= 1.65，C C=1.70=1.70。 因承台下软粘土，不考虑承台效应，即因承台下软粘土，不考虑承台效应，即c c=0=0， s s、p p取取P29P29表表3-123-12中中B Bc c一栏的对应值。因为桩数一栏的对应值。因为桩数n n未知，桩距未知，桩距S Sa a也未知，先按也未知，先按S Sa a/d=3/d=3查表，待确定桩数查表，待确定桩数及桩距后，再验算基桩的承载力设计值是否满足要求。及桩距后，再验算基桩的承载力设计值是否满足要求。 s s = 0.8 = 0.8 p p = 1.64 = 1.64 spsp = 0.93 = 0.93 （5）桩数）桩数n、桩距、桩距Sa及平面布置及平面布置 : 承台及其以上土的平均重量承台及其以上土的平均重量G为：为：桩数桩数 n 为：（公式：为：（公式：P40，4-1） -偏心受力不均增加经验系数偏心受力不均增加经验系数1.1至至1.2,取取 n=9根根 （5）桩数）桩数n、桩距、桩距Sa及平面布置及平面布置 : 承台及其以上土的平均重量为：承台及其以上土的平均重量为：桩数桩数 n 为：（公式：为：（公式：2-33，2-32） 取取 n=8根根 （5）桩在承台底面上的布置：）桩在承台底面上的布置：桩的最小中心距：桩的最小中心距： 桩位的布置桩位的布置见图：见图：（6）群桩中单桩的受力验算：）群桩中单桩的受力验算：.单桩所受的平均竖向力为：单桩所受的平均竖向力为：.群桩中单桩所受的最大、最小竖向力为：群桩中单桩所受的最大、最小竖向力为：计算题计算题2： 某工程地质土第一层土厚某工程地质土第一层土厚2m, w=30.6%,ww=30.6%,wL L=35%,=35%,w wp p=18%=18%；第二层土厚第二层土厚7m,e=0.8,e=0.8, w=24.5%,w=24.5%,w wL L=25%,w=25%,wp p=16.5%=16.5%；第三层为中密的中砂，厚第三层为中密的中砂，厚5m。如果承台埋深取。如果承台埋深取1m，采用桩长，采用桩长9m( 不包不包括桩尖长度），载面边长括桩尖长度），载面边长300mm方形钢筋混凝方形钢筋混凝土预制桩，试求单桩的竖向承载力设计值。土预制桩，试求单桩的竖向承载力设计值。解题前复习土力学知识：解题前复习土力学知识： w w 土的含水量；土的含水量；w wL L 液限，土从可态塑转为流动态界限；液限，土从可态塑转为流动态界限；w wp p 塑限，土从半固态转到可塑态界限；塑限，土从半固态转到可塑态界限；I Ip p 塑性指数，塑性指数， I Ip p= w= wL L- w- wp p 当当I Ip p10为粘土为粘土 ，否则为，否则为 粉土粉土IL L 液性指数，液性指数，e e 孔隙比，孔隙比， 解题指导：解题指导： 该题属简单应用题，主要考查对经验该题属简单应用题，主要考查对经验公式法求单桩竖向承载力的理解和掌握情公式法求单桩竖向承载力的理解和掌握情况，要求熟记各单桩竖向承载力的经验公况，要求熟记各单桩竖向承载力的经验公式，并理解公式中各项的含义。式，并理解公式中各项的含义。 解：解：（1）根据题意，画出工程地质剖）根据题意，画出工程地质剖面图，并标出各层的土性指标。面图，并标出各层的土性指标。(2).判断各层土的类别判断各层土的类别第一层土：第一层土： Ip p=w wL L- w- wp p =35-18=1710( =35-18=1710(为粉质粘土）为粉质粘土）见见P15P15表表2-62-6第二层土：第二层土： Ip p=w wL L- w- wp p =25-16.5=8.5 10( =25-16.5=8.5 10(为粉土）为粉土）0.70 e = 0.8 0.9 0.70 e = 0.8 3,3,侧有侧有spsp spsp = 0.93 = 0.93 例题例题1. 某工程位于软土地区，采用桩基础。已知基础顶面竖某工程位于软土地区，采用桩基础。已知基础顶面竖向荷载向荷载N3900kN，弯矩，弯矩 M400kNm,水平方向剪力水平方向剪力T=50kN工程地质勘察查明地基土层如下：工程地质勘察查明地基土层如下： 表层为人工填土，松散，层厚表层为人工填土，松散，层厚 h1=2.0m； 第第2层为软塑状态粘土，层厚层为软塑状态粘土，层厚 h28.5m； 第第3层为可塑状态粉质粘上，层厚层为可塑状态粉质粘上，层厚 h36.8m。 m，位于第，位于第2层粘土层顶面。地基土的物理力学性质试验结果，层粘土层顶面。地基土的物理力学性质试验结果，如表所示。采用钢筋混凝土预制桩，桩的横截面面积为如表所示。采用钢筋混凝土预制桩，桩的横截面面积为300mm300mm，桩长，桩长10m。进行单桩现场静载荷试验，试验。进行单桩现场静载荷试验，试验成果成果PS曲线如图所示。设计此工程的桩基础。曲线如图所示。设计此工程的桩基础。解 1根据建筑桩基技术规范法(1)确定桩的规格：据地质勘察资料，确定第层粉质粘土为极端持力层。采用与现场