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”； ；
由此可见， 6） 由此可见，《建筑地基基础设计规 实际上规定了桩端阻力特征值、 范》实际上规定了桩端阻力特征值、桩 侧阻力的特征值与桩的极限端阻力标准 值及桩的极限侧阻力标准值之间存在下 列的关系， 列的关系，即安全系数可以放到加和号 的里面，认为这两个安全系数相等。 的里面，认为这两个安全系数相等。 对不对？？ 对不对？？
规范预估单桩承载力简化方法的缺陷
现行规范预估单桩承载力的简化方法是非 常实用的，对一般的桩基础也是合适的， 常实用的，对一般的桩基础也是合适的， 但随着长桩和超长桩的广泛应用， 但随着长桩和超长桩的广泛应用，桩的长 度不断攀升的情况下， 度不断攀升的情况下，这种方法的缺陷越 来越明显， 来越明显，对工程师设计理念的误导也是 明显的，例如，误认为桩越长， 明显的，例如，误认为桩越长，承载力就 越高，为了获得高的承载力， 越高，为了获得高的承载力，在几十米以 下寻找坚硬的土层或岩层作为桩端持力层。 下寻找坚硬的土层或岩层作为桩端持力层。
桩端阻力和桩侧摩阻力取用不同安全系数的建议 桩 型 桩端阻力的安全系数 Kb 2.6 5.8 桩侧摩阻力的安全系数 Kf 1.9 1.7
打入桩 钻孔桩
哈大线鞍辽特大桥
钻孔灌注桩的轴力传递曲线
2008年，哈大线高速铁路鞍辽特大桥试 年 桩径1m，桩长43m 桩，桩径 ，桩长 单桩荷载传递试验结果： 单桩荷载传递试验结果： 达到极限承载力9600kN时，实测极限桩 达到极限承载力 时 端阻力2400kN，占25% 端阻力 ， 工作荷载时，安全系数取2， 工作荷载时，安全系数取 ，得容许承载 力4800kN，此时实测端阻力 ，此时实测端阻力400kN，占 ， 8.5%
报 告 结 束
谢谢！
场地内第四系土层厚度700～ 800m， ～ 场地内第四系土层厚度 ， 勘探深度150m，在地面下 勘探深度 ， 在地面下30m范围内为 范围内为 黄土和古土壤， 黄土和古土壤，在30m至54m范围内为可 至 范围内为可 塑状态的粉质粘土， 塑状态的粉质粘土 ， 在 54m以下为含钙 以下为含钙 质结核的硬塑粉质粘土层。试桩直径 1.0m，桩长 ，桩长82.2m，进行了单桩竖向承载 ， 力及桩身荷载传递机理的测试与研究， 力及桩身荷载传递机理的测试与研究 ， 还作了压浆前后的承载性状的对比试验 研究。 研究。
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 。
荷载传递机理显示， 荷载传递机理显示，在桩顶荷载增大的 过程中， 过程中，桩端阻力和桩侧摩阻力的增长 规律是不同的，两者并不是同步增长。 规律是不同的，两者并不是同步增长。 桩侧摩阻力的大小与桩土之间的相对位 移有关， 移有关，由于桩身的压缩变形在桩顶最 桩土之间的相对位移随深度减小， 大，桩土之间的相对位移随深度减小， 因此桩侧摩阻力随深度减小， 因此桩侧摩阻力随深度减小，故浅部土 层的桩侧摩阻力首先发挥。 层的桩侧摩阻力首先发挥。 但现行规范的简化估计方法却假定桩端 阻力与桩侧摩阻力是同步增长的。 阻力与桩侧摩阻力是同步增长的。
研究成果不仅对黄土地区的桩基础 设计有指导的意义， 设计有指导的意义，而且对其他地区的 桩也有参考作用。 桩也有参考作用。实测荷载传递资料表 明，黄土地区的超长桩没有测到桩端阻 在桩长60~70m处桩身轴力已经趋于 力，在桩长 处桩身轴力已经趋于 零，说明在这个深度以下的桩侧阻力也 得不到发挥；在压浆以后， 得不到发挥；在压浆以后，由于提高了 浅层土的侧摩阻力， 浅层土的侧摩阻力，轴力为零的深度明 显减小。 显减小。
桩端阻力和桩侧摩阻力分别采用不同安 全系数的研究 1984年 同济大学洪毓康教授根据17 17根 1984年，同济大学洪毓康教授根据17根 桩长为8 62m的试桩资料和5 桩长为8～62m的试桩资料和5根模型桩的 试验结果，通过分析研究，提出了“ 试验结果，通过分析研究，提出了“考 虑到桩侧摩阻力和桩尖抵抗力发挥的过 程不同，在确定桩的轴向容许承载力时， 程不同，在确定桩的轴向容许承载力时， 应该采用两个承载力安全系数K 应该采用两个承载力安全系数 b与Kf的 结论” 结论”并给出了桩端阻力和桩侧摩阻力 取用不同安全系数的建议如表所示。 取用不同安全系数的建议如表所示。
内
容
荷载传递的试桩验证 规范预估单桩承载力简化方法的缺陷 区分桩端阻力与桩侧摩阻力的两个安全 系数 荷载传递的工程应用案例
荷载传递的试桩验证
上海在1970年代开始， 上海在1970年代开始，就在桩的静载荷 1970年代开始 试验中量测桩身轴力沿深度的变化， 试验中量测桩身轴力沿深度的变化，验 证荷载传递的规律。 证荷载传递的规律。 最近20多年来，在全国许多地区， 20多年来 最近20多年来，在全国许多地区，都进 行过荷载传递的试验验证， 行过荷载传递的试验验证，并已应用于 工程。 工程。 近代量测技术的发展， 近代量测技术的发展，为量测桩身轴力 提供了更为方便和可靠的手段。 提供了更为方便和可靠的手段。
比较的结果 比较的结果
单桩承载力的特征值， 1 ） 单桩承载力的特征值 ， 就是取安全 系数为2的单桩容许承载力； 系数为2的单桩容许承载力； 按照《 建筑桩基技术规范》 2 ） 按照 《 建筑桩基技术规范 》 的术语 和符号规定， 对单桩的端阻力和侧阻力， 和符号规定 ， 对单桩的端阻力和侧阻力 ， 只定义力单桩极限端阻力标准值和单桩 极限侧阻力标准值， 极限侧阻力标准值 ， 为什么不定义桩端 阻力和桩侧阻力的特征值？ 阻力和桩侧阻力的特征值？
桩越长，端阻力所占的比例越低 桩越长，
根据上海的资料统计
根据福建省的资料， 根桩长为27～ 根据福建省的资料 ， 对 10根桩长为 ～ 根桩长为 46m的大直径灌注桩的荷载传递性能的 的大直径灌注桩的荷载传递性能的 足尺试验结果。 试验表明， 桩侧发挥极 足尺试验结果 。 试验表明 ， 限摩阻力所需要的位移很小， 限摩阻力所需要的位移很小 ， 粘性土为 1～3mm，无粘性土为 ～ 7mm；除两根 ～ ， 无粘性土为5～ ； 支承于岩石的桩外， 其余各桩（ 支承于岩石的桩外 ， 其余各桩 （ 桩端持 力层为卵石、 砾石、 力层为卵石 、 砾石 、 粗砂或残积粉质粘 土 ） 在设计工作荷载下， 端承力都小于 在设计工作荷载下 ， 桩顶荷载的10％ 桩顶荷载的 ％。
根据荷载传递试验， 根据荷载传递试验，显示了这个场地的 土层在比较小的桩顶沉降条件下就能得 到充分的发挥。 到充分的发挥。远大于桩基规范的相应 数值。 数值。 实际上不需要82m的桩长，缩短了桩长， 82m的桩长 实际上不需要82m的桩长，缩短了桩长， 获得同样的单桩承载力， 获得同样的单桩承载力，避免了无谓的 浪费。 浪费。
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。
桩的荷载传递与承载力取值
同济大学
2010年 2010年3月
高大钊
上海
前
言
研究单桩在竖向荷载作用下的荷载传递 特性已经有几十年的历史。 特性已经有几十年的历史。 研究侧重于两个方面： 研究侧重于两个方面：假定荷载传递函 数与分析计算； 数与分析计算；试验的验证与承载力取 值的研究。 值的研究。 值得我们重视的问题是： 值得我们重视的问题是：荷载传递规律 与确定单桩承载力的规范简化方法之间 如何协调？ 如何协调？
桩身轴力沿深度分布的实测资料
竖向荷载施加于桩顶时， 竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部首 先受到压缩而发生相对于土的向下位移， 先受到压缩而发生相对于土的向下位移， 于是桩周土在桩侧界面上产生向上的摩 阻力； 阻力；荷载沿桩身向下传递的过程就是 不断克服这种摩阻力并通过它向土中扩 散的过程 。 设桩身轴力为Q，桩身轴力是桩顶荷载N 设桩身轴力为 ，桩身轴力是桩顶荷载 与深度Z的函数 的函数， ＝ （ 、 ） 与深度 的函数，Q＝f（N、Z）
1 Ra = Quk K
Quk = u
∑q
sik i
l + qΒιβλιοθήκη Baidupk A p
建筑地基基础设计规范》规定， 《建筑地基基础设计规范》规定，初步设计时 单桩竖向承载力特征值可按下式估算： 单桩竖向承载力特征值可按下式估算：
Ra = q pa A p + u p ∑ q sia li
单桩竖向承载力特征值； 式中 Ra－单桩竖向承载力特征值； qpa、qsia－ 桩端阻力 、 桩侧阻力特征值 ， 由当 桩端阻力、 桩侧阻力特征值， 地静载荷试验结果统计分析算得； 地静载荷试验结果统计分析算得； Ap－桩底端横截面面积； 桩底端横截面面积； up－桩身周边长度； 桩身周边长度； li－第i层岩土厚度。 层岩土厚度。 层岩土厚度
不同荷载下轴力沿深度的变化
桩的长径比L/d是影响荷载传递的主要因 桩的长径比 是影响荷载传递的主要因 素之一，随着长径比L/d增大 增大， 素之一，随着长径比 增大，桩端土的 性质对承载力的影响减小，当长径比L/d 性质对承载力的影响减小，当长径比 接近100时，桩端土性质的影响几乎等于 接近 时 零。 发现这一现象的重要意义在于纠正 桩越长，承载力越高”的片面认识。 了“桩越长，承载力越高”的片面认识。 希望通过加大桩长， 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， 很不经济的，增加了工程造价但并不能 提高很多的承载力。 提高很多的承载力。
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：
R = q p A p + u p ∑ q si li
基桩竖向承载力取值
《建筑桩基技术规范》规定，单桩竖向承载力 建筑桩基技术规范》 规定， 特征值应由下式确定： 特征值应由下式确定： Quk－ 单桩极限承载力标准值 ， 可由试桩确定 单桩极限承载力标准值， 或用规范经验公式估计； 或用规范经验公式估计； K－安全系数，取K＝2 －安全系数， ＝ 能否将安全系数放到加和号里面去？？ 能否将安全系数放到加和号里面去？？