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1、随着建筑物越来越高大，所遇到的地质条件日趋复杂，特别是考虑桩间土承担一部分荷载后，沉降已成为一个控制条件，使得桩基沉降计算成为桩基设计的一个重要内容。,4.4 桩基础沉降的计算,地基基础设计等级为甲级建筑物的桩基。 体型复杂或桩端以下存在软弱土层的设计等级为乙级建筑物桩基。 对沉降有严格要求的建筑物桩基。 摩擦型桩基。,桩基础沉降的计算范围,需要进行沉降计算 ：,嵌岩桩、设计等级丙级建筑物桩基，对沉降无特殊要求的条形基础下不超过两排桩的桩基。吊车工作制级别A5级A5以下的单层工业厂房桩基（桩端下为密实土层）。,不需要沉降计算的情况：,变形特征值 桩基变形可用下列指标表示：沉降量、沉降差、倾斜。
2、 计算桩基础变形时，变形指标可按下述规定选用： 对于砌体承重结构应由局部倾斜控制；对于框架结构应由相邻柱基的沉降差控制；对于多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜值控制。 桩基变形容许值同浅基础规定。,桩基变形容许值,4.4.1 单桩沉降的计算,在竖向荷载作用下单桩沉降由三部分组成： （1）桩身弹性压缩引起的桩顶沉降； （2）桩侧阻力引起的桩周土中的附加应力以压力扩散角，致使桩端下土体压缩而产生的桩端沉降； （3）桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。,目前单桩沉降计算方法主要有下述几种： （1）荷载传递分析法； （2）弹性理论法 （3）剪切变形传递法： （4）有限单元分析法 （5）其他简化方
3、法。 这些计算方法的详尽介绍参见有关书籍。,4.5桩的负摩问题,(1)桩周附近地面大面积堆载 (2)大面积降低地下水位 (3)欠固结土,新填土 (4)湿陷性黄土遇水湿陷 (5)砂土液化、冻土融解,4.5.1 负摩擦的产生条件,引起桩侧负摩阻力的条件是，桩侧土体下沉必须大于桩的下沉。,负摩擦力的确定：负摩阻力成为荷载的一部分 对于下部为岩石的端承桩,可能全桩为负阻力, 对于一般桩,因为桩土都有变形,视二者的相对位移量和方向,4.5.2 负摩擦力的计算,O1中性点 Qn下拉荷载,单桩产生负摩阻力时的荷载传递,（1）中性点的位置,影响因素：与桩周土的性质和外界条件(堆载、降水、浸水等）变化有关。,（
4、2）负摩阻力强度,（3）下拉荷载计算,2. 群桩负摩阻力计算,群桩中任一基桩的下拉荷载,4.5.3 解决方法： 1）通过计算预估下沉的沉降量。 2）在预制桩表面涂一层薄层沥青 3）灌注桩在桩土之间加一层土浆，减少摩擦力。,4.6 桩的水平承载力,桩基受水平荷载：风荷载地震作用、机械制动力、土压力、水压力、波浪、撞击等。 桩型：斜桩、竖直桩。 当水平荷载与竖向荷载的合力与竖直线的夹角不超过5度时，竖直桩的水平承载力可以满足要求。,4.6.1 水平荷载下桩的工作性状 桩在水平荷载下承载能力极限状态： （1）桩身在水平荷载下破坏。 （2）桩顶水平位移超过建筑物允许变形值。,影响桩基水平承载力因素：
5、桩的断面尺寸、刚度、材料强度、入土深度、间距、桩顶嵌固程度、土质条件、上部结构水平位移允许值。,刚性桩：桩的水平承载力主要由桩的水平位移和倾斜控制。（图（a） 水平变形系数，其单位是1/m。,桩的刚度与换算深度的影响,称为刚性桩。,柔性桩：桩身在某处产生较大弯矩，可能出现屈服。桩的水平承载力主要由桩的水平位移和桩的材料强度控制。,半刚性桩、柔性桩统称为柔性桩（图（b）,称为半刚性桩。,称为柔性桩。,单桩的水平承载力的确定方法有： 理论分析、静载试验。,4.6.2 水平受荷弹性桩的计算 1.基本假定 线弹性地基反力分析法：x=Kxx Kx地基水平抗力系数， 根据Kx 的假定不同，可分为以下四种方
6、法:,图4-23 地基水平抗力系数的分布图式,常数法：常数法假定地基系数Kx沿深度为均匀分布，不随深度而变化，即 KxKh，(kNm3)为常数。,“K”法：假定在桩身挠曲曲线第一挠曲零点所示深度处以上地基系数Kh随深度增加呈凹形抛物线变化；该点以下，地基系数Kh不再随深度变化而为常数KhK 。, “m”法：假定地基系数Kx随深度成正比例地增长目前我国应用较多， Kx =mz。, “c值”法：假定地基系数Kh随着深度成抛物线规律增加，即Kh =cz1/2 ，c为常数，随土类不同而异。在我国多用于公路交通部门。,2.计算参数 （1）桩的截面计算宽度b0为：,Kf桩的形状系数，圆形桩Kf=0.9，方
7、形桩Kf=1.0； d桩的直径，方形截面时为桩的边长。,水平荷载下桩内力及位移理论分析m法,（2）钢筋混凝土桩的抗弯刚度EI=0.85EcI0 （3）抗力系数Kh =mz中的m值，宜采用试验值，无试验资料时，参考表4-6。桩侧为多层土时，按hm=2(d+1)范围内m值得加权平均值。例如：两层土时：,地基土水平抗力系数的比例常数m 表4-6,3. 单桩计算,（1） 确定桩顶荷载：,N0影响很小可忽略不计， P（Z）= kxxb0 =mzxb0。上式变为：,（2） 桩的挠曲微分方程,采用幂级数对上式进行求解，得出桩身z处的内力与位移：,桩顶水平位移 桩的无量纲深度不同，桩端约束条件不同，其水平荷载
8、下桩的工作性状也不同。下表给出了相应的位移系数Ax、Bx值，利用基本表达式即可求出桩顶位移，或桩顶允许的水平荷载。,各类桩的桩顶水平位移系数,（3）桩身最大弯矩及位置 根据最大弯矩截面剪力为零的条件得到。计算步骤如下： 1、计算C=M/H0，查表4-7确定有关参数：,表4-7时按l4.0/编制，当l4.0/时，可查有关设计手册。,确定桩身最大弯矩截面系数C及最大弯矩系数C 表4-7,一般当桩的入土深度达到4.0/时，桩身的内力及位移几乎为零，在此深度以下，桩身只需按构造配筋或不配筋。,4.6.3 单桩水平静载试验,1 试验装置,图8.16单桩水平静载试验装置,慢速连续加载法 模拟桥台、挡墙等长
9、期静止水平荷载的连续荷载试验，类似于垂直静载试验慢速法。 单向单循环恒速水平加载法,2 试验加载方法 单向多循环加载法 模拟风浪、地震力、制动力、波浪冲击力及机器扰力等循环性动力水平荷载。,3. 终止加载条件 （1）桩身折断。 （2）桩顶水平位移超过30-40mm（软土取40mm）。 （3）桩侧地面出现明显裂缝或隆起。 （4）所加水平荷载已超过按下述方法确定的极限荷载。,4. 试验资料整理 根据试验可绘制出如下四种曲线,图4-26 水平静载试验H0-t-x0曲线,5. 确定水平临界荷载Hcr和极限荷载Hu,水平静载试验H0-x0曲线,水平静载试验H0-x0/H0曲线,水平静载试验H0-g曲线,
10、4.4.6 单桩水平承载力特征值 （1）应通过荷载试验确定，必要时采用带承台桩的荷载试验。宜采用慢速维持荷载法。 （2）混凝土预制桩、钢桩、桩身配筋率大于0.65%的灌注桩，可取x0=10mm(对于水平变位敏感的建筑物取x0=6mm）所对应的荷载作为单桩水平承载力特征值。 （3）对于桩身配筋率小于0.65%的灌注桩，可取临界荷载Hcr。,（4）当缺少试验资料，可估算桩身配筋率小于0.65%的灌注桩单桩水平承载力特征值。,（4）当缺少试验资料，可估算预制桩、钢桩、桩身配筋率大于0.65%的灌注桩等的单桩水平承载力特征值。,式中：EI桩身抗弯刚度，对于混凝土桩，EI=0.85EcI0。,桩顶允许水平位移。,桩顶水平位移系数，按表4-8取值。,