竖向荷载下长径比对单桩竖向承载力的影响
单桩竖向极限承载力
• 如果在试桩时，同时测出桩顶竖向位移 s0及桩的弹性模量E则还可利用上述已测知 的轴力分布曲线N（z） ，根据材料力学公 式，求出桩端位移Sp和任意深度处的桩身截 面位移S（z），即
单桩竖向极限承载力
• 注意：图4-9中的荷载传递曲线（N－z曲 线）、侧阻分布曲线（qs－z曲线）及桩截面 位移曲线（s－z曲线），都是随着桩顶荷载 Q的增加而不断变化的。
单桩竖向极限承载力
竖向单桩受竖压向极桩限承的载力荷载传递
一、 竖向荷载作用下单桩的工作机理
• 1、单桩竖向荷载的传递规律
• 作用于桩顶的竖向荷载 Q是由桩侧土的总摩阻力 Qs和桩端土的总抗力 Qp共同承担的，如图4－9 （a） 所示，根据力的竖向平衡得： Q＝ Qs十Qp 当桩顶荷载加大至极限值时，上式改写为 Qu＝ Qsu十Qpu
周土之间仅有非常小的相对位移时，桩侧摩阻力就发
生了。
• 在粘性土中，使桩侧摩阻力全部发挥的相对位移 量约为4～6mm，在砂土中约为6～10mm，这一位 移量不受桩的尺寸或长度的影响。
• (大直径钻孔灌注桩，如果孔壁呈凹凸形，发挥侧 摩阻力需要的极限位移较大，可达20mm以上，甚至 40mm，约为桩径的2.2%，如果孔壁平直光滑，发 挥侧摩阻力需要的极限位移较小，只有3~4mm。)
续增加荷载，荷载增量将全部由桩端阻力承担。 由于桩端持力层的大量压缩和塑性变形，位移增 加速度显著增大，直至桩端阻力达到极限，位移 迅速增大至破坏。此时，桩达到其极限承载力。
单桩竖向极限承载力
• 对桩的荷载传递规律可归纳如下： 竖向荷载作用下桩土体系荷载传递过程
可简单描述为：桩身位移s（z）和桩身荷载Q （z） 随深度递减，侧摩阻力qs（z）自上而
桩基础竖向荷载下单桩的工作性能
i' _ 第i层土有效内摩擦角
i
桩周第i层土平均竖向有效上覆压力（k
pa)
n _ 桩侧土负摩擦力系数(与土的类别有关)
当填土、自重湿陷性黄土湿陷，固结、降低地下水位时 i i 当地面有满布荷载时：
i p i
p地面均布荷载
ri
i 1
mzm
m1
1
2
i
zi
当按照上式算的摩阻力大于正的摩阻力的时候大小取正的摩阻力的大小
竖向荷载下单桩的工作性能
一、承压的单桩竖向承载力的组成
1. 组成 Q Qs Qp
2. 传递过程：即桩侧阻力和桩端阻力的发挥过程 桩的荷载传递表明：在Q作用下，桩身上部受压缩产生
向下的相对位移,桩侧表面受到土的向上摩阻力Qs的作用，随 着荷载的增加，桩身压缩量和位移量增加，桩身下部的摩阻 力也被调动并发挥出来。侧摩阻力沿桩身全长发挥后，荷载 向下传递至桩底，桩底土层受压而产生桩端阻力Qp，这样荷 载Q被通过侧阻力和端阻力传递到桩周围土层中。 注意（1）侧摩阻力从上至下发挥不同步；
桩身的沉降，摩阻力为负值，中性点以下桩侧土的沉降小于桩身的沉 降，摩阻力为正值，中性点处桩侧土与桩身的沉降相等，桩与土的相 对位移为零，无摩阻力；中性点的深度随着桩身的沉降增大而减小， 当桩端持力层的强度和刚度增大时，桩身的沉降减小，因而中性点深 度增加；一般而言，端承桩桩身沉降量小于摩擦端承桩桩身沉降量， 所以前者中性点深度较大。答案（B）不正确
求解的基本思路就是把桩沿长度方向划分为若干个弹性单元，土
体与桩单元的相互作用可用弹簧模型来描述，这些弹簧的应力-应变
关系表示了桩侧摩阻力与剪切位移之间的关系，计算模型如图1(a)
所示。取深度z处的微小桩段为对象，由力的平衡条件可得：
基础工程-10竖向荷载下单桩工作性能
桩侧摩阻力
δ u＝
黏土中 4-6mm 砂土中 6-10mm
桩侧摩阻力达到极限值τu可用类似于土的抗剪强度的库伦公式表示：
u ca x tan a
式中，ca和υa为桩侧表面与土之间的附着力和摩擦角，σx为深度z处作用 于桩侧表面的法向应力，与土的竖向有效应力σv’有：
x Ks v '
正摩擦
负摩擦
桩侧负摩阻力
负摩阻力产生的原因：（桩侧土体下沉超过桩的下沉）
欠固结土或新填土固结作用 大面积堆载使桩周土层压密 地下水位下降引起大面积沉降 湿陷性黄土侵水而湿陷 打桩产生的超静孔压消散引起的固结下沉 。。。
桩侧负摩阻力
负摩阻力变化规律：
中性点：桩土之间不产生相对位移的截面位置（δ＝0，τ＝0，N=max） •中性点之上，土层产生相对于桩身的向下位移，出现负摩阻力 •中性点之下，土层产生相对于桩身的向上位移，出现正摩阻力 Q
负摩阻力
土 桩
正摩阻力
中性点
最大轴力点 (Q+Fn) 桩端阻力
单桩
位移曲线
侧摩阻力分布
桩身轴力分布
Q+(Fn-Fp)
桩侧负摩阻力
宁海电厂实测桩侧负摩阻力
F1000冲孔灌注桩，桩长37m，回填土8m厚
起始时间为2003-12-15
轴力（kN） 200 400 600 800 1000 1200
-200 0 5 10 15
式中，Ks为桩侧土的侧压力系数，受施工影响很大
挤土桩: Ks > K0 非挤土桩: Ks < K0
桩侧摩阻力的深度效应
qs
qs
15~20倍桩径
在15~20倍桩径深度时σv’达到最 大后随深度保持不变 δ的值在0.5 φ ~0.8 φ （ φ 为 桩周土的内摩擦角）
第三章 单桩和群桩在竖向荷载作用下的受力性状
3.快速法与慢速法测试结果分析 快速法由于每级荷载维持时间为1h，各级荷载下的桩顶沉降相对慢速法 要小一些，如图3-7。一般不同桩端持力层中快速法与慢速法有如下特 点： 1）嵌岩端承桩（rock-socketed pile）：由于嵌岩端承桩桩沉降很小， 沉降稳定很快，因此快速法和慢速法所测得承载力基本一致。 2）桩端砂性土（sand at pile end）：对于桩端土性较好的端承桩， 桩沉降较小，快速法测得的极限承载力比慢速法略大。 3）桩端黏性土（clay at pile end）：对于桩端土性较差的摩擦桩， 桩沉降较大，快速法测得的极限承载力要比慢速法大。 4）纯摩擦桩（pure frictional pile）：对于以桩侧阻力为主的纯摩 擦桩，桩沉降很大，快速法测得的极限承载力一般要比慢速法高一级， 约10％左右。
1
3.1
概
述
对单桩和群桩在竖向荷载作用下受力性状研究是进行桩基设 计的基础。虽然有各种不同的桩型、不同的桩基规格、不同 的施工方式、不同的地质条件，桩基的受力性状也各不相同。 但有一点是共同的，都是基于在桩顶作用竖向荷载，由桩身 通过桩侧土和桩端土向下传递荷载，来研究桩身应力和位移 的变化规律。研究的结论适用于建筑物桩基础、桥梁桩基础、 码头桩基础与海洋构筑物桩基础等。 本章从单桩竖向抗压静荷载试验入手，主要介绍桩土体系的 荷载传递、桩侧阻力、桩端阻力、单桩竖向极限承载力计算、 打桩挤土效应、群桩受力性状及群桩效应、群桩极限承载力 计算、桩基承载力的时间效应、桩基负摩阻力、桩端后注浆 的理论研究等方面的内容。
4
3.2.1 静载试验的目的与适用范围 单桩竖向抗压静载试验主要的目的包括以下五个方面： 1.确定单桩竖向抗压极限承载力及单桩竖向抗压承载力特征 值； 2.判定竖向抗压承载力是否满足设计要求； 3.当埋设有桩底反力和桩身应力、应变测量元件时，可测定 桩周各土层的摩阻力和桩端阻力； 4.当埋设桩端沉降测管，测量桩端沉降量和桩身压缩变形时， 可了解桩身质量、桩端持力层、桩身摩阻力和桩端阻力等情 况； 5.评价桩基的施工质量，作为工程桩的验收依据。 单桩竖向抗压静载试验适用于所有桩型的单桩竖向极限 承载力的确定。
确定单桩竖向极限承载力方法的
砂类土承载力分析
砂类土具有较高的地层承载力，通过分析其颗粒组成、含水量、 密实度等指标，评估单桩在该土层中的承载能力。
岩石地层承载力分析
岩石地层具有较高的硬度和稳定性，通过分析岩石的岩性、产状、 风化程度等，评估单桩在岩石地层中的承载能力。
特殊地质条件承载力分析
对于软土、沼泽、盐渍土等特殊地质条件，需进行针对性的地层承 载力分析，考虑土层的变形特性、强度指标等因素。
详细描述
通过分析同类工程中相似的桩基设计经验，如相似的 地质条件、桩型、直径等，对单桩竖向极限承载力进 行估算。该方法主要适用于缺乏详细地质资料或经验 较少的情况，但需要充分考虑工程实际情况和地质条 件的差异。
06
综合确定单桩竖向极限承载力
静载试验与理论计算相结合
静载试验
通过静载试验可以获得单桩的实际承载力数 据，为理论计算提供依据。
理论计算
根据土力学、结构力学等理论，对单桩的极 限承载力进行计算，为实际工程提供参考。
工程地质法与经验估算法相结合
工程地质法
根据工程地质勘察报告，对桩基所在地的地质情况进行 评估，预测单桩的极限承载力。
经验估算法
根据类似工程的经验，对单桩的极限承载力进行估算， 为工程设计提供参考。
其他综合方法
有限元分析法
评估单桩的沉降特性
试验步骤
1. 选择试验场地，准备试桩。
2. 安装静载设备，包括反力装 置、加载设备和位移测量装置 。
3. 进行加载，通常采用分级加 载的方式，逐级增加荷载，每 级荷载稳定后进行位移测量。
试验步骤
4. 记录位移、荷载数据，分析单桩的沉降特性。 6. 卸载并拆除静载设备。
5. 根据试验数据绘制Q-S曲线，确定单桩竖向极限承载 力。
基桩动测理论知识考试试题
基桩动测理论知识考试试卷一、基础理论试题（必答题，满分60分）1、我国目前检验桩身质量的方法有低应变法、高应变法、声波透射法、钻探取芯法，其中低应变检验方法又可分为应力波反射法、机械阻抗法、水电效应法。
2、单桩极限承载力一方面取决于桩体自身材料强度，另一方面取决于土体系统及桩土耦合特性对桩的承载力。
3、成桩后，为使混凝土达一定强度，一般需要28天后才能进行静载荷试验，对于预制的打入桩，为了消除孔隙水压力和土被扰动的影响，需经过一段休止时间，对砂性土大约休止7-10天，粘性土大约休止14-20天。
4、根据我国JCJ94-94《建筑桩基技术规范》对确定单桩竖向极限承载力中的有关规定，单桩极限承载力可根据荷载-沉降（Q-S）曲线的明显陡降段起点(Q-s曲线第二拐点)特征来确定；当Q-S曲线为缓变型时，根据沉降量确定，一般可取沉降量40-60mm对应的荷载，也可根据沉降随时间的变化特征确定；取S-Lgt曲线出现明显下弯的前一级荷载。
5、目前我国沉管灌注桩的沉管方法有锤击法、振动法、锤击振动法、压力法等方法，泥浆护壁灌注桩成孔方法有钻孔法、冲孔法，当用应力波反射法测桩时，写出钢桩、混凝土预制桩和灌注桩大约的纵波波速范围，钢桩5130ms；混凝土预制桩3500-4600ms；灌注桩2800-3900m/s。
6、基桩动测仪是用于冲击或振动荷载作用下，对工程桩的桩身结构完整性和单桩竖向承载力检测的测试分析仪器，它通常由测量和分析两个分系统组成，测量系统由传感器及连线、放大器、数据采集转换、存储显示系统组成；分析系统由计算机或其它微处理系统组成。
7、用瞬态激振检验基桩质量通常使用力锤或力棒，根据所需要的带宽和能量（信噪比）要求，可选择不同重量和锤头材质（如钢、铝、硬塑等）的激振设备。
8、按现行有关规范，地基土分类主要分为粘性土、粉土、砂土、碎石土，评价砂土密实度的原位测试主要是标准贯入试验，对于砂土，当标量击数N63.5>30为密实。
单桩竖向极限承载力
单桩竖向极限承载力单桩竖向极限承载力是指单根桩在竖向受力作用下所能承受的最大荷载。
在土木工程中，单桩是一种常见的基础结构形式，用于支撑和传递建筑物或其他工程结构的荷载到地基土层中。
了解和计算单桩竖向极限承载力对于设计和施工具有重要意义。
要计算单桩竖向极限承载力，需要考虑以下几个因素：1. 桩的几何形状和尺寸：桩的直径、长度以及顶部和底部的形状对其承载力有直接影响。
通常情况下，桩的直径越大，承载力越大；桩的长度越长，承载力也会增加。
2. 桩材料的强度特性：桩的材料强度直接影响其承载力。
一般情况下，使用的桩材料应具有足够的强度和刚度，以保证桩在受力作用下不会发生破坏或过度变形。
3. 土层的力学特性：土层的力学特性对单桩的承载力也有重要影响。
不同类型的土层具有不同的承载能力和变形特性。
因此，在计算单桩竖向极限承载力时，需要考虑土层的强度、压缩性和侧向约束等因素。
在计算单桩竖向极限承载力时，通常使用经验公式或基于土力学理论的数值计算方法。
其中，经验公式是基于大量试验和实际工程经验总结得出的，具有一定的适用范围和可靠性。
而数值计算方法则基于土力学理论和数值模拟技术，可以更精确地分析和计算单桩的承载力。
在实际工程中，为了确保桩的安全和稳定，通常需要对单桩的竖向极限承载力进行验证。
这可以通过现场静载试验、动力触探试验、桩侧摩阻试验等方法来实施。
通过这些试验，可以获取桩身的变形、桩侧土的摩阻力、桩底土的摩阻力等数据，从而验证计算结果的准确性。
还需要注意的是，在实际工程中，单桩的竖向极限承载力往往不是唯一确定的数值，而是具有一定的概率分布。
这是由于土层的非均匀性、桩与土层之间的相互作用以及试验误差等因素所引起的。
因此，在设计和施工中，需要根据实际情况和工程要求，合理选择安全系数和可靠性指标，以确保单桩的竖向极限承载力满足设计要求。
单桩竖向极限承载力是土木工程中重要的设计参数之一。
了解和计算单桩的竖向极限承载力对于确保工程结构的安全和稳定具有重要意义。
浅析桥梁桩基础竖向承重能力
浅析桥梁桩基础竖向承重能力:文章首先分析了桥梁桩基础竖向受力的原理,然后探讨了桥梁桩基础竖向承载力的影响因素,最后介绍了桩基础竖向承载力的计算方法。
关键词:桥梁桩基础竖向承载力桩侧摩阻力桩端阻力一、引言灌注桩在建设工程的地基处理中已有多年的应用历史,特别是近年来公路建设事业迅猛发展,大跨径桥梁越来越多,桩基础的作用也越来越重要。
在进行桩基础的设计和施工时,必须准确的算出桩基础的承载力,以便使设计和施工更加合理。
二、桥梁桩基础的竖向受力原理分析桩基础之所以能承受上部桥梁结构如此大的载荷,是因为桩和周围土体之间的相互作用。
下面分别从这三个方面来分析桩基础的受理原理:1.桩基础侧摩阻力受力原理。
桩基在竖向荷载作用下,会压缩桩身混凝土,并给桩身施加向下的作用力,而桩侧土会在桩土界面产生向上的摩擦阻力以抵抗向下的位移,这个力即为桩侧摩阻力,桩土界面土体发挥到极限所对应的摩阻力称为桩侧极限摩阻力,它主要取决于中下部土层的摩阻力发挥。
可通过在桩身埋设钢筋应力计,以测出不同荷载作用下的桩身轴力分布,从而得出桩侧摩阻力。
桩在荷载作用下,桩身会产生压缩,这个压缩值即为桩顶沉降与桩端沉降之差。
荷载与压缩值之间的关系可由荷载-桩身压缩曲线反映出来,它们之间并不是线性关系,桩身压缩曲线会随着荷载的增大而呈向下弯曲的形状,说明桩身在大荷载作用下出现了塑性变形。
2.桩基础端阻力受力原理。
桩身和桩侧土将桩顶荷载传递到桩端土,它所承受的力即为桩端阻力,单桩竖向极限承载力减去桩的极限摩阻力的值等于极限桩端阻力。
桩端阻力通常比桩侧阻力后发挥作用,桩端阻力一般在桩侧阻力充分发挥时还远没有完全发挥,通常需要更多的桩基础沉降来充分发挥桩端阻力,桩端阻力与桩端位移几乎呈线性关系。
桩端土受力的分析相当复杂,它不仅受桩尖荷载作用,还受到桩端平面以上土体自重和桩侧阻力的作用。
影响单桩桩端阻力的主要因素有成桩方法、桩的尺寸、土层及持力层的特性、加荷速率等。
桩的荷载传递与承载力取值
建筑地基基础设计规范》 3 ） 《 建筑地基基础设计规范 》 在其术 语和符号的规定中没有定义桩端阻力和 桩侧阻力的特征值的条文， 桩侧阻力的特征值的条文 ， 但规定了桩 端阻力和桩侧阻力特征值是由静载荷试 验结果统计分析得到的； 验结果统计分析得到的； 5） 根据《建筑地基基础设计规范》附录 ） 根据《建筑地基基础设计规范》 Q中的规定 ： “ 将单桩极限承载力除以 中的规定： 中的规定 安全系数2， 安全系数 ， 为单桩竖向承载力特征值 Ra”； ；
q pa
1 = q pk K? ?
q sia
1 = q sik K
7)《建筑地基基础设计规范》 7)《建筑地基基础设计规范》的桩基设 计方法是建立在桩端阻力和桩侧阻力同 步发挥假定的基础上， 步发挥假定的基础上，而这个假定已为 桩的荷载传递机理的研究所否定。 桩的荷载传递机理的研究所否定。 8)《建筑桩基技术规范》 8)《建筑桩基技术规范》的方法回避了 工作状态桩端阻力与桩侧摩阻力安全系 数不相等的矛盾。 数不相等的矛盾。
桩侧摩阻力的安全系数为 7200/4400=1.64 端阻力的安全系数为 2400/400=６ ６ 与24年前洪毓康教授的研究结果极其接 年前洪毓康教授的研究结果极其接 近。
荷载传递的工程应用案例 荷载传递的工程应用案例
90年代末，陕西省建筑科学研究院 年代末， 年代末 等单位在陕西信息大厦进行了超长桩的 试验研究，陕西信息大厦地上51层 试验研究，陕西信息大厦地上 层，总 高度191m，地下 层，深17.6m，基础采 高度 ，地下3层 ， 用桩－筏基础， 用桩－筏基础，桩为泥浆护壁钻孔灌注 直径1.0m。 桩，直径 。
地基土对桩的支承作用
如果认为桩端阻力和桩侧摩阻力是同步 增大的，那么对任何的荷载阶段， 增大的，那么对任何的荷载阶段，不论 是极限状态还是工作状态， 是极限状态还是工作状态，这个表达式 都是正确的： 都是正确的：
桩长径比对建筑单桩承载性能影响分析
桩长径比对建筑单桩承载性能影响分析蔡雪霁; 颜玲月; 黄凌君; 沈永炎【期刊名称】《《武夷学院学报》》【年(卷),期】2019(038)009【总页数】5页(P67-71)【关键词】单桩; 长径比; 承载性能【作者】蔡雪霁; 颜玲月; 黄凌君; 沈永炎【作者单位】三明学院建筑工程学院福建三明 365004; 三明学院后勤处福建三明 365004【正文语种】中文【中图分类】U443.15桩长径比对工程结构桩基承载性能影响较明显。
一些学者针对不同长径比下桩基的承载力展开研究。
马文杰等［1］基于在黄土中不同桩长径比对桩基承载性能的影响进行了室内模型试验研究，经过对比分析探究了桩基的沉降特性、桩侧摩阻力和端阻力随竖向荷载以及沿深度变化的特点；王学知等［2］结合常州高架道路一期工程中静载荷试验与桩身应力测试结果，对长径比相近桩径不同钻孔灌注桩的载荷传递规律与承载性状进行分析探讨；史日磊等［3］利用FLAC3D数值模拟软件，模拟分析不同长径比时，在竖向荷载作用下，桩身轴力、侧摩阻力、端阻力及侧摩阻力与端阻力的荷载分担关系，并总结相应规律。
李文萍等［4］结合工程实例对桩基进行ANSYS有限元模拟分析，对不同长度的大直径嵌岩灌注桩分别通过计算得出了桩土位移云图和荷载-沉降关系曲线。
郭彦超等［5］采用室内模型试验对砂土中不同长径比单桩水平非线性振动特性进行了研究，分析了不同荷载幅值和长径比对单桩水平非线性振动特性的影响。
近年来，关于实际工程中建筑桩基在不同长径比的承载性能研究还较少。
以三明学院新建工科实训大楼桩基为例，通过对现场不同长径比的单桩进行竖向抗压静载实验分析，理论上根据土体力学以及桩土接触状态，采用有限元软件进行GTS模拟建模分析，得到基桩荷载沉降曲线、桩身轴力曲线和桩侧摩阻力曲线，并对桩侧摩阻力和桩端阻力进行探讨，其结果可为其余相关实践工程应用提供参考。
1 桩土接触有限元计算理论MIDAS/GTS应用软件可用于桩基承载力模拟。
桩基础设计单桩竖向荷载的传递计算
（3）挤土桩：成桩过程中，桩孔中的土未取出，全部挤压到桩的四周， 这类桩称为挤土桩。
主要有：木桩、钢筋混凝土桩，闭口的钢管桩或钢筋混凝土管桩， 沉管灌注桩。
第8章 桩基础设计
5、按桩的使用功能分类 竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平受荷桩以及复合受荷桩。
二、桩基设计原则 （一）桩基的极限状态
1.承载能力极限状态 ：对应于桩基达到最大承载力导致整体 失稳或发生不适于继续承载的变形。
2.正常使用极限状态：对应于桩基达到建筑物正常使用所规定 的变形限值或达到耐久性要求的某项 限值。
第8章 桩基础设计
（二）建筑桩基设计等级划分
设计
建筑类型
等级
甲级 乙级
（1）重要建筑物； （2）30层以上或高度超过100m的高层建筑； （3）体型复杂,层数相差超过10层的高低层(含纯地下室)连体建筑； （4）20层以上框架－核心筒结构及其他对差异沉降有特殊要求的建筑； （5）场地和地基条件复杂的七层以上的一般建筑及坡地、岸边建筑； （6）对相邻既有工程影响较大的建筑
第8章 桩基础设计
桩的长径比L/d是影响荷载传递的主要因素之一，随着 长径比L/d 增大，桩端土的性质对承载力的影响减小， 当长径比L/d接近100时，桩端土性质的影响几乎等于零。
发现这一现象的重要意义在于纠正了“桩越长，承载力 越高”的片面认识。希望通过加大桩长，将桩端支承在 很深的硬土层上以获得高的端阻力的方法是很不经济的， 增加了工程造价但并不能提高很多的承载力。
桩基础设计
桩基础设计单桩竖向荷载的传递 计算
本章内容简介
1、桩基设计原则 2、桩及桩基础的分类 3、单桩竖向荷载的传递 4、单桩竖向承载力的确定 5、单桩抗拔承载力及单桩水平承载力 6、桩基础设计
(二)单桩竖向抗压极限承载力的确定
(二)单桩竖向抗压极限承载力的确定【实用版】目录1.确定单桩竖向抗压极限承载力的重要性2.影响单桩竖向极限承载力的因素3.确定单桩竖向抗压极限承载力的方法4.桩身承载力试验及其在确定极限承载力中的应用5.结论正文一、确定单桩竖向抗压极限承载力的重要性单桩竖向抗压极限承载力是指在竖向压力作用下，单桩所能承受的最大荷载。
确定单桩竖向抗压极限承载力对于保证桩基工程的安全、稳定非常重要，因为它直接影响到建筑物的稳定性和桩基工程的耐久性。
二、影响单桩竖向极限承载力的因素影响单桩竖向极限承载力的因素包括桩的类型、材料、截面尺寸、入土深度、桩端进入持力层深度、成桩后休止时间以及成桩施工方法等。
另一方面，由桩端、桩侧土的性质决定，体现为土的极限侧阻力和极限端阻力，是决定承载力的基本因素，但其发挥受一方面因素的影响。
三、确定单桩竖向抗压极限承载力的方法确定单桩竖向抗压极限承载力的方法主要有以下几种：1.静载试验：静载试验采用接近于竖向抗压桩的实际工作条件的试验方法，确定单桩竖向 (抗压) 极限承载力，作为设计依据，或对工程桩的承载力进行抽样检验和评价。
当埋设有桩底反力和桩身应力、应变测量元件时，尚可直接测定桩周各土层的极限侧阻力和极限端阻力。
除对于以桩身承载力控制极限承载力的工程桩试验加载至承载力设计值的 1.5-2 倍外，其余试桩均应加载至破坏。
2.动力触探：动力触探是一种常用的原位测试方法，可以用来评价桩身和桩侧土的力学性能，从而间接确定单桩竖向抗压极限承载力。
3.大应变测试：大应变测试是一种常用的原位测试方法，可以通过测量桩身在荷载作用下的应变变化，从而确定单桩竖向抗压极限承载力。
四、桩身承载力试验及其在确定极限承载力中的应用桩身承载力试验是指通过对桩身施加竖向压力，观测桩身应力和应变变化，从而确定桩身承载力的试验。
桩身承载力试验是确定单桩竖向抗压极限承载力的重要手段，其在确定极限承载力中的应用主要体现在以下几个方面：1.桩身承载力试验可以确定桩身在极限承载力状态下的应力和应变分布，为设计提供依据。
单桩竖向极限承载力的设计取值
单桩竖向极限承载力的设计取值摘要：本文通過对单桩竖向极限承载力标准值概念、相关规范规定、桩基工程施工案例、桩基施工中对桩竖向承载力极限设计取值的常见误区进行分析，并提出自己的看法。
对设计与施工中单桩竖向极限承载力的取值具有一定的指导意义。
关键词：单桩；极限承载力；设计取值；误区0单桩竖向极限承载力标准值的概念单桩竖向极限承载力标准值是指单桩在竖向荷载作用下达到破坏状态前或出现不适合继续承载的变形时所对应的最大荷载，它取决于地基对桩的支承阻力和桩身强度，是桩基承载力设计计算的基本参数，单桩承载力的特征值和设计值均根据它进行换算。
单桩竖向极限承载力的影响因素：一方面是人为控制：包括桩型、材料、截面尺寸、桩长、桩端进入持力层深度、施工工艺和方法等。
另一方面取决于桩端、桩侧土的工程性能，体现为土的极限侧阻力和极限端阻力，是决定承载力的基本因素，但其发挥受一方面因素的影响。
1《建筑桩基技术规范》的相关规定5.3.1设计采用的单桩竖向极限承载力标准值应符合下列规定：1）设计等级为甲级的建筑桩基，应通过单桩静载试验确定；2）设计等级为乙级的建筑桩基，当地质条件简单时，可参照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定；其余均应通过单桩静载试验确定；3）设计等级为丙级的建筑桩基，可根据原位测试和经验参数确定。
5.3.12对于桩身周围有液化土层的低承台桩基，当承台底面上下分别有厚度不小于1.5米、1.0米的非液化土或非软弱土层时，可将液化土层极限侧阻力乘以土层液化影响折减系数计算单桩极限承载力标准值。
当承台底面上下非液化土层厚度小于以上规定时，土层液化影响折减系数取0。
5.4.2符合下列条件之一的桩基，当桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时，在计算基桩承载力时应计入桩测负摩阻力：1）桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层时；2）桩周存在软弱土层，临近桩测地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载（包括填土）时；3）由于降低地下水位，使桩周土有效应力增大，并产生显著压缩沉降时。
竖向荷载作用下单桩内力变化规律研究
- 117 -工 程 技 术0 引言桩基础是一种承载力高且适用范围广的基础形式。
摩擦型桩的摩阻力分布规律也是目前研究的热点之一。
闵兆兴等[1]基于现场原位试验和数值模拟，研究桩身轴力、桩侧摩阻力、桩端反力和承台底反力的在施工各阶段的变化规律。
结果表明，群桩中角桩承担的荷载最大，承台底土体承担的荷载随桩顶荷载增大而增加。
许修亮等[2]基于静载试验和数值模拟研究了桥桩单侧开挖对桩侧摩阻力的影响规律。
建立采用静力触探侧壁阻力反算桩土摩擦系数的简化计算方法，实际工程结果表明，加固后的桩基承载力大幅提高。
庄培芝等[3]基于小孔扩张理论研究了桩侧摩阻力随桩径、桩表面粗糙度和砂土中值粒径的变化规律，结果表明，桩侧摩阻力随桩土界面摩擦角的增大而增大。
冯瑞俊[4]基于现场试验研究软质岩石桥梁大直径桩侧摩阻力分布规律。
结果表明，随着深度增加，桩侧极限侧摩阻力随深度增大而增加，进一步采用现场试验获得了混凝土桩表面与泥岩的相互作用的屈服抗剪强度参数。
目前，相关桩摩阻力分布规律的数值模拟时，多数不考虑不同接触条件对桩的侧壁摩阻力和桩轴力的影响。
该文采用数值模拟方法，研究竖向荷载作用下侧壁摩阻力变化规律以及影响因素。
1 计算理论与数值模型1.1 工程概况与计算理论依托某实际工程建立计算模型。
钻孔资料揭示，研究区的土体自上而下分别为粉质黏土15 m（褐色、青色等，状态为可塑）、黏土层厚度13 m 以及下部的强风化花岗岩。
根据勘查报告显示，现场地基属于软土地基，压缩性较大。
为保证基础承载力及变形要求，采用灌注桩进行施工。
桩的长度为30 m，直径为1 m，承台尺寸为2.5 m ×2.5 m。
在数值模拟计算过程中，关于土体的本构模型主要采用摩尔 - 库伦模型，如公式（1）所示。
τf =c +tan φ（1）式中：τf 为土体材料强度剪应力，Pa ；c 为土体材料的内聚力，Pa ；φ为土体材料的内摩擦角，°。
桩采用线弹性模型。
桩体长径比对桩基动力特性的影响研究
桩体长径比对桩基动力特性的影响研究桩体是土工工程中常见的结构，它扮演着连接地基与地面的桥梁作用。
针对不同的工程需求和地基情况，不同的桩体形式和材料被应用。
在桩体的设计中，长径比是一个重要的参数。
长径比指的是桩体长度与其直径之间的比值，长径比的不同变化会导致桩基动力特性的变化，因此长径比的选择成为了桩体设计中一个至关重要的问题。
本文将详细分析长径比对桩基动力特性的影响研究，揭示长径比对桩体性能的重要性。
一、长径比对桩的强度和刚度的影响长径比对桩的强度和刚度有着重要的影响。
随着长径比的增加，桩的强度和刚度都会逐渐减小。
这是由于长径比增加会导致桩体的侧面积增加，但单位长度内的体积不变，相应的钢筋或混凝土强度会出现一定的下降。
当长径比较小时，桩的强度和刚度较大，但此时需要更多的材料，成本也随之增加。
长径比较大时，强度和刚度的下降速度逐渐减慢，但是材料的浪费会导致成本上升。
因此，在实际的设计中，需要综合考虑多种因素，确定最佳的长径比。
二、长径比对桩的自振频率的影响桩体的自振频率是衡量桩体动力特性的一个重要参数。
在桩体受到外力作用时，如果频率与桩体自身的自振频率相同，就可能引起桩体的共振，从而严重损坏桩体或桩体支撑的结构。
由于长径比的变化会影响桩体的刚度和质量，桩体的自振频率会随之变化。
当长径比较小时，桩的自振频率较高，但对于特定的工程地基情况来说桩身的直径不能过小，此时采用的比较优化的解决方案是增加桩的长度，这样比较好的提高桩体的刚度和质量。
同时，当桩体的长径比较大时，桩的自振频率减小，更容易受到共振的影响。
对于高层建筑的桩基础，选取合适的长径比可以有效的提高桩的抗震能力，从而更好地保障工程的稳定性。
三、长径比对桩的侧向土压力的影响在土壤中，桩体的长轴在受到侧向荷载时，将会产生侧向土压力的作用。
据研究表明，长径比的变化会很大程度上影响桩体受到侧向荷载时的抵抗能力。
当长径比较大的时候，侧向土压力分布较均匀，这样可以有效地提高桩的侧向承载能力。
桩基础竖向承载力力学特性及影响因素研究
桩基础竖向承载力力学特性及影响因素研究
杨丽霞;许国
【期刊名称】《中国新技术新产品》
【年(卷),期】2024()5
【摘要】为研究竖向荷载作用下桩的承载力效应及桩基础最优设计方法。
本文采用静载试验和数值方式研究了在逐级加载作用下,桩的内力和变形规律,并对桩径和桩长的参数进行优化,得出以下结论。
1)当桩径相同时,桩长增加,桩的承载力越大。
桩长一定,桩径越大,桩的承载力也越大。
但当桩径和桩长增加到一定程度时,桩的承载力提升较小。
2)在实际工程中,桩的长度设计须保证穿越软弱土层,从而增加桩的竖向承载力。
3)提出桩基础最优设计方案,针对本文工程案例的最优桩长为60m,最优桩径为1.0m。
【总页数】3页(P114-116)
【作者】杨丽霞;许国
【作者单位】山东省泰安市宁阳县交通运输局;山东省泰安市宁阳县城市管护服务中心
【正文语种】中文
【中图分类】TU47
【相关文献】
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竖向荷载下长径比对单桩竖向承载力的影响竖向荷载下长径比对单桩竖向承载力的影响【摘要】本文采用规范推荐公式和有限元软件对北京CBD地区拟建高大建筑桩基础的单桩竖向承载力及沉降进行了分析，得到了长径比与单桩竖向承载力关系曲线及计算公式；长径比与单桩沉降关系曲线；埋深与桩侧摩阻力和轴力的关系曲线，对桩基础设计具有一定的参考价值。
【关键词】竖向荷载；单桩承载力计算；侧阻力。
Bearing capacity effects length diameter ratio of the single pile under vertical loadSUN Yue1，ZHANG Huai-jing1，SUN Hong-wei2Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing，100044，China）Beijing Institute of Architectural Design，Beijing，100045，China）【Abstract】In this paper, the pile foundation single pile bearing capacity of the proposed construction in Beijing CBD area of was calculated. Computing means using a code recommended specification and finite element numerical simulation software. According to software engineering experience selected calculation parameters, draw pile Q-s curve and friction curve under different length diameter ratio. By calculating the comparative analysis of the results and the curve presents the aspect ratio and the relationship between lateral friction theoretical formulation.It made a certain reference value for pile designing.【Keywords】 Vertical load；Calculation of capacity of single pile；Side friction中图分类号： TU473 文献标识码： A0 引言近年来我国超高层建筑的建造发展十分迅猛。
如何在建造高层和超高层建筑时趋利避害，是一个涉及经济、社会、环境、规划，技术等问题的系统工程[[[]张在明．北京地区高层和大型公用建筑的地基基础问题［J］．岩土工程学报，2005，27( 1) : 11-23．]]。
超高层建筑基础工程造价一般占土建工程总造价的 25% ～ 40%，施工工期占总工期的三分之一左右[[[] 胡玉银．超高层建筑的基础与结构（一）［J］．建筑施工，2007，29( 2) : 146-148．]]。
由于我国幅员辽阔，地质构造不一，基础施工难度较大，技术含量较高，所以在超高层建筑施工中，基础工程已经成为影响建筑施工总工期和总造价的重要因素之一[[[] 孙宏伟，沈莉，方云飞，吕素琴. 天津滨海新区于家堡超长桩载荷试验数据分析与桩筏沉降计算[J].建筑结构，2011（4）1253-1255．]]。
对于绝大部分高层建筑所采用的摩擦型桩基础，其承载力大多取决于桩侧摩阻力，通常改变桩径（即改变桩横截面积）对与提高竖向承载力的效果不是十分明显，而增加桩长又影响到工程的工期与造价。
本文通过数值分析探讨桩的长径比与单桩竖向承载力和沉降的关系，为工程设计优化提供依据。
1 单桩的荷载传递桩基的承载力的核心是荷载的传递，从广义上说，指的是桩基在外荷载作用下桩-土系统的各个部分的反应的总体表现，它包括荷载的分配、传递方式、地基土和桩身以及桩端共同承担外荷载的相互关系、构成桩-土承载力的各个分量的形成、发挥过程和分布规律[[[] 刘金砺．桩基础设计与计算[M].北京:中国建筑工业出版社，1990．]]。
研究桩基础的承载力首先需要了解桩-土之间是如何相互作用，以及单桩是如何达到承载力极限状态的。
在单桩的桩顶竖向加载过程中，桩身上部产生压缩，相对周围土体产生了向下的位移，由于相对位移，桩侧表面受到土传递的向上的摩阻力。
随着荷载的增加，桩身压缩和位移逐步增大，桩侧的摩阻力由桩身上部向桩底逐渐发挥作用；同时，桩底持力层受压引起桩端反力，导致桩端下沉、桩身随之整体下降，这一过程加大了桩身各处截面的位移，引发桩侧上下各处摩阻力的进一步发挥。
当沿桩身全长的摩阻力都达到极限值之后，桩顶荷载增量就全部由桩端阻力承担，当持力层破坏，此时桩顶承受的荷载就是桩的极限承载力。
单桩荷载的传递过程及分析方法如图1- 1。
在桩身任意深度处取一微分桩段，由平衡条件可得：(1. 1)图1- 1桩-土体系的荷载传递[[[] 东南大学，浙江大学，湖南大学，苏州科技学院合编.土力学（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社.2005]](a)微桩段的作用力；(b)轴向受压的单桩；(c)截面位移曲线；(d)摩阻力分布曲线；(e)轴力分布曲线即：(1. 2)式中——深度z处的桩侧阻力；——桩身周长；——深度z处的桩身轴力。
目前多通过桩身埋设应力或位移测试元件(钢筋应力计、应变片、应变杆等)求得轴力和侧阻沿桩身的变化曲线。
若施加在桩顶的荷载为，则深度z处的桩轴力为：(1. 3)桩微分段产生的弹性变形为δ(z)为：(1. 4)即：(1. 5)E、A——桩的弹性模量及截面面积。
将式(1. 5)代入式(1. 6)，可得：(1. 6)式(1. 6)即为桩-土体系荷载传递的基本微分方程，可用以进行荷载传递的分析和计算，其求解取决于荷载传递函数的形式。
它表明了桩侧摩阻力τ(z)是桩截面对桩周土的相对位移δ的函数，其大小制约着土对桩侧表面的向上作用的正摩阻力τ的发挥程度。
2 桩的长径比与单桩竖向承载力的关系在满足地基承载力的情况下，通过调整长径比达到最优的工程量，从而在一定程度上节约工程造价。
为研究长径比与单桩承载力的关系，结合北京某工程钻孔的地勘资料，根据现行规范，分别计算桩长为20m，桩径为800mm、1000mm、1200mm及桩长为30m，桩径为300mm、500mm、1000mm桩在不同长径比条件下的单桩竖向承载力。
持力层为粉质粘土层，计算结果如表2-1所示。
表2- 1 地层岩性及土的物理力学性质综合统计表单桩竖向极限承载力标准值按式2-1计算：(2- 1)式中——桩身周长(m)；——桩穿越第i层土的厚度（m）；——桩端面积（m2）；——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值(kPa)，根据勘察报告取值；——极限端阻力标准值(kPa)，根据《建筑桩基技术规范》[[[] 中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》[S].北京:中国建筑工业出版社，2008]]JGJ94-2008 表5.3.5-2取值；——大直径桩侧阻力尺寸效应系数：黏性土、粉土：(0.8/d)1/5；砂土、碎石土：(0.8/d)1/3；——大直径桩端阻力尺寸效应系数：黏性土、粉土：(0.8/D)1/4；砂土、碎石土：(0.8/D)1/3。
设单位体积桩的竖向承载力为F，则F可根据下式进行计算：(2- 2)式中：——单位体积桩的竖向承载力（kN/m3）；——桩的体积（m3）。
表2- 2 单桩承载力计算结果从表2- 2可以看出，桩长30m比桩长20m的桩单位体积桩的承载力要高、混凝土用量小；桩长相同时，随着长径比的增大单位体积桩的承载力增大。
当桩长为30m、长径比为100时单位体积桩的承载力最大、混凝土用量最小，因此从减少混凝土工程量角度来看，长桩优于短桩、长径比大的优于长径比小的桩。
根据计算结果，绘制了桩长20m、30m时，不同长径比与单桩竖向承载力的关系曲线，如图2-1所示。
通过曲线可以看出，长径比相同时，长桩比短桩的单桩承载力高，由此可见摩擦型桩通过增加桩长提高承载力效果更显著；桩长相同时，随着长径比的增大，单桩的竖向承载力呈明显的非线性减小趋势。
出现这种现象的原因是随着桩直径的变化引起单桩竖向荷载的传递模式发生变化，桩端面积的减小是几何级数形式。
桩过于细长造成对持力层利用不充分。
而在不同桩径下同一长径比时，随着桩长的增加，竖向承载力的增加也是显著的，这表明长桩呈现出摩擦型性状。
图2- 1长径比与单桩竖向承载力关系曲线为了寻求长径比与承载力的数值关系，根据Matlab数学计算软件进行多项式拟合，可以考虑按二次多项式或三次多项式进行：二次多项式： (2- 3)三次多项式：(2- 4)拟合结果符合度R2随着多项式次数n的增加不断趋近于1，但考虑到次数越高相应需要控制的参数也越多，不利于把握规律，所以采用拟合的二次多项式：(2- 5)式中——桩身总长度(m)；——桩截面直径（m）；——桩竖向承载力特征值（kN）。
拟合曲线的符合度R2=0.964，满足精度要求。
同时，作为对照，进行幂级数拟合，，R2=0.9979。
可见，幂级数拟合只需要2个参数，且精度比二次多项式更高，可以作为多项式拟合的补充[[[] 张志涌．精通MATLAB 6.5版教程[M]．北京:北京航空航天大学出版社，2003．]]。
3 单桩数值模拟分析本文采用Plaxis 3D Foundation对不同长径比的单桩进行了数值模拟计算，分别对不同长径比的SZ1、SZ2、SZ3，SZ4、SZ5、SZ6桩分别施加500kN、1000kN、2000kN、3000kN、4000kN五级荷载，从而得到了长径比与单桩沉降、长径比与单桩侧阻力、长径比与单桩轴力之间的关系曲线，为工程设计提供了相应依据。
数值分析对土体采用摩尔-库仑本构模型，对桩采用Embedded Pile模型，计算参数按表3-1选取与有限元模型如图3- 1所示。
图3- 1 有限元模型表3- 1 模型计算参数(1)长径比与单桩沉降之间的的关系通过计算，可以得到在不同荷载作用下桩的沉降大小，两者之间的关系曲线如图3-2所示。
图3- 2 长径比、荷载与单桩沉降关系曲线从图3- 2可以看出，试桩的Q-s曲线均表现出缓变的特点，随着荷载的增加，单桩的沉降增大；荷载相同时，桩长30m比桩长20m 的单桩沉降小；桩长相同时，随着长径比的增大单桩沉降增大。