一、单桩的荷载传递规律
1. 荷载传递过程
4.3 竖向荷载下的桩基础
桩顶荷载桩身压缩
桩侧摩阻力逐步发挥
桩端阻力逐渐发挥桩端土压缩桩侧、桩端土剪切破坏
极限破坏Q Q s Q p
=+
Q u =Q su + Q pu
2．荷载传递函数
荷载传递函数：
桩侧和桩端阻力的发挥，需要一定的桩土相对位移，即桩侧和桩端阻力是桩土相对位移的某种函数。
荷载传递函数特性：
影响因素复杂，与土层性质、埋深、桩径等有关。
荷载传递函数主要特征参数是极限摩阻力和对应的极限位移。
?摩阻力所需位移很小?端阻力需要较大位移?不同阶段二者分担比不同Q(kN)
Q s
Q p
Q
S(mm)
粘性土中s u ＝4～6mm ；砂性土中s u ＝6～10mm ；大直径钻孔灌注桩孔壁粗糟：s u ＝20mm ～40mm(≈2.2%D)孔壁光滑：s u ＝3~4mm (1) 桩侧极限位移s u 粘性土：s pu ＝25％D ，砂性土s pu ＝8％～10％D ；
注：孔底虚土、沉渣压缩导致发挥端阻极限位移更大。(2) 桩端极限位移s
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桩的沉降计算方法综述 摘要：桩基础是一种常用的深基础形式，它由桩和桩顶的承台组成。按桩的受力情况，桩分为摩擦桩和端承桩两类。桩的沉降分为单桩和群桩两种沉降。单桩受到荷载后，其沉降量由下述两部分组成:桩自身的压缩变形和桩底以下土层的压缩。目前，计算单桩沉降量的计算方法主要有分层总合法、弹性理论法、荷载传递分析法、剪切变形传递法、数值计算法及其他简化算法，这些方法都是在一定的简化基础上考虑一种或几种因素对桩基沉降量的影响。而对于群桩的沉降计算；当桩都为端承桩时，由于不需要考虑群桩效应，故可将单桩的沉降作为整个桩基础的沉降；当桩都为摩擦桩时，由于要考虑桩与桩之间的相互影响、承台的影响等。其沉降计算方法有等代墩基法经验法、明德林一盖得斯法、建筑地基基础设计规范法等。 关键词：桩基础计算方法沉降现有方法评述分析 1 单桩沉降的组成 在竖向工作荷载作用下的单桩沉降由以下两部分组成[1]： (1)桩身混凝土自身的弹塑性压缩S s； (2)桩端以下土体所产生的桩端沉降S b； 单桩桩顶沉降S。可表示为：S。=S s+S b 现行规范通常假定桩身混凝土为弹性材料，用弹性理论进行桩身压
缩计算。 桩端以下土体的压缩包括：土的固结压缩变形和钻孔桩的桩端沉渣压缩等。除了土体的固结变形外，有时桩端还可能发生刺入变形(土体发生塑性变形)。对固结变形可用土力学中的固结理论进行计算，固结变形产生的沉降，是随时间而发展的，具有时间效应的特征。当桩端以下土体的压缩与荷载关系近似为直线关系时，也可以把土体视作线弹性介质，运用弹性理论进行近似计算。对刺入变形目前还研究不够，无法很好预测[1I。目前一般假定桩端位移和桩端力成线性关系。另外，钻孔桩桩端沉渣也会产生压缩变形。 在工程上可根据荷载特点、土层条件、桩的类型来选择合适的桩基沉降计算模式及相应的计算参数。沉降计算是否符合实际，在很大程度上取决于计算参数的选择是否正确。 2 各种单桩沉降计算方法的原理[1][2][3] 2.1 荷载传递法 荷载传递法亦称传递函数法，由Seed及Reese于1957年提出，它是目前应用最为广泛的简化方法，这种方法是从规定的荷载变形传递方式来计算桩对荷载的反应。其基本思想是:将桩划分为一系列等长的桩段(弹性单元)，每一桩段与土体之间的联系用非线性弹簧来联系，桩端处土体也用非线性弹簧与桩端联系，以模拟桩-土之间的荷载传递关系。
单桩竖向承载力设计值计算 一、构件编号: ZH-1 示意图 二、依据规范: 《建筑桩基技术规范》(JGJ 94－2008) 《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002) 三、计算信息
1.桩类型: 桩身配筋率＜0.65%灌注桩 2.桩顶约束情况: 固接 3.截面类型: 圆形截面 4.桩身直径: d=800mm；桩端直径: D=1200mm 5.材料信息: 1)混凝土强度等级: C30 fc=14.3N/mm2 Ec=3.0×104N/mm2 2)钢筋种类: HRB335 fy=300N/mm2fy，=300N/mm2Es=2.0×105N/mm2 3)钢筋面积: As=2155mm2 4)净保护层厚度: c=50mm 6.其他信息: 1)桩入土深度: H>6.000m 7.受力信息: 桩顶竖向力: N=1169kN 四、计算过程: 1)根据桩身的材料强度确定 桩型:人工成孔灌注桩(d≥0.8m) 桩类别:圆形桩 桩身直径D =800mm 桩身截面面积A ps=0.50m 桩身周长u=2.51m R a=ψc f c A +0.9f y，A S，【5.8.2-1】 ps 式中A ps————桩身截面面积 f c———混凝土轴心抗压强度设计值 ψc———基桩成孔工艺系数，预制桩取0.85，灌注桩取0.7~0.8。 f y，———纵向主筋抗压强度设计值 A S,———纵向主筋截面面积 R a =5363+582=5945KN 2)根据经验参数法确定 计算依据：《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008和本项目岩土工程勘察报告 单桩竖向承载力特征值(R a)应按下式确定: R a=1/k×Q uk 【5.2.2】 式中Q uk————单桩竖向极限承载力标准值 K———安全系数，取K=2. Q uk=Q +Q pk= u∑ψsi q sik L i +ψp q pk A p 【5.3.6】 sk 桩型: 人工成孔灌注桩(d≥0.8m) 桩类别:圆形桩 桩端直径D =1200mm 桩端面积A p=1.13m 桩端周长u=3.77m 第1土层为:不计阻力土层,极限侧阻力标准值q sik=10Kpa
主楼单桩承载力计算书 1、土层分布情况： 层号 土层名称 土层厚度（m ） 侧阻q sik （Kpa ） 端阻q pk （Kpa ） ○1 杂填土 2.0 0 / ○2 粉质粘土 1.0 50 / ○3 含碎石粉质粘土 7.5 90 / ○4 粉质粘土 4.5 85 / ○5 含碎石粉质粘土 13 100 2700 2、单桩极限承载力标准值计算： 长螺旋钻孔灌压桩直径取Ф600，试取ZKZ1桩长为16.0 米，ZKZ2桩长为28.0 米进入○ 5层含碎石粉质粘土层 根据《建筑桩基技术规范规范》（JGJ 94－2008）： 单桩竖向极限承载力特征值计算公式： ∑+=i p p l u A q Q sik k uk q 式中：uk Q ---单桩竖向极限承载力特征值； q pk ,q sik ---桩端端阻力，桩侧阻力标准值； A p ---桩底端横截面面积； u---桩身周边长度； l i ---第i 层岩土层的厚度。 经计算：uk Q =0.2826×2700+1.884×（50×1.0+90×7.5+85×4.5+100× 3.0）＝3400KN 。 ZKZ1单桩竖向承载力特征值R a =1/2uk Q 取R a =1600KN
经计算：uk Q =0.2826×2700+1.884×（50×1.0+90×7.5+85×4.5+100× 15.0）＝5675KN 。 ZKZ2单桩竖向承载力特征值R a =1/2uk Q 取R a =2850KN 3、 桩身混凝土强度（即抗压验算）： 本基础桩基砼拟选用混凝土为C30。 根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94－2008）第5.8.2条公式： s P c c A f N ψ≤+0.9f y As 根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94－2008）第5.8.2条公式： s P c c A f N ψ≤ 式中：f c --混凝土轴心抗压强度设计值；按现行《混凝土结构设计规范》 取值，该工程选用C30砼，f c ＝14.3N/m 2； N--荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值； A ps --桩身横截面积，该式A ps ＝0.2826m 2； ψc ---基桩成桩工艺系数，本工程为长螺旋钻孔灌注桩，取0.8。 带入相关数据： 对于ZKZ2： A ps f c Ψc ＝0.2826×106×14.3×0.8＝3232KN 3232KN/1.35=2395KN>R a 对于ZKZ1： A ps f c Ψc +0.9f y As ＝0.2826×106×14.3×0.8+0.9×360×924＝ 3532KN 3232KN/1.35=2395KN>R a 4、 桩基抗震承载力验算：
1．某灌注桩，桩径0.8d m =，桩长20l m =。从桩顶往下土层分布为： 0~2m 填土，30sik a q kP =；2~12m 淤泥，15sik a q kP =；12~14m 黏土，50sik a q kP =；14m 以下为密实粗砂层，80sik a q kP =，2600pk a q kP =，该层厚度大，桩未穿透。试计算单桩竖向极限承载力标准值。 【解】 uk sk pk sik i pk p Q Q Q u q l q A =+=+∑ ()20.8302151050280426000.84 1583.41306.92890.3uk sk pk Q Q Q kN π π=+=???+?+?+?+??=+= 2．某钻孔灌注桩，桩径 1.0d m =，扩底直径 1.4D m =，扩底高度1.0m ，桩长 12.5l m =，桩端入中砂层持力层0.8m 。土层分布： 0~6m 黏土，40sik a q kP =；6~10.7m 粉土，44sik a q kP =； 10.7m 以下为中砂层，55sik a q kP =，1500pk a q kP =。试计算单桩竖向极限承载力标准值。 【解】 1.00.8d m m =>，属大直径桩。 大直径桩单桩极限承载力标准值的计算公式为： p pk p i sik si pk sk uk A q l q u Q Q Q ψψ+=+=∑ （扩底桩斜面及变截面以上d 2长度范围不计侧阻力） 大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数为： 桩侧黏性土和粉土：() 1/5 1/5(0.8/)0.81.00.956si d ψ=== 桩侧砂土和碎石类土：()1/3 1/3(0.8/)0.81.00.928si d ψ=== 桩底为砂土：() 1/3 1/3(0.8/)0.81.40.830p D ψ=== ()2 1.00.9564060.956440.831500 1.410581505253.3564 uk Q kN ππ =????+??+???=+= 3．某工程采用泥浆护壁钻孔灌注桩，桩径1.2m ，桩端进入中等风化岩1.0m ，中等风化岩岩体较完整，饱和单轴抗压强度标准值为41.5a MP ，桩顶以下土层参数
单桩竖向承载力特征值按《建筑桩基技术规范》JGJ94 -2008第5.2.2条公式5.2.2计算： R a=Q uk/K 式中： R a——单桩竖向承载力特征值； Q uk——单桩竖向极限承载力标准值； K——安全系数，取K=2。 1. 一般桩的经验参数法 此方法适用于除预制混凝土管桩以外的单桩。 按JGJ94-2008规范中第5.3.5条公式5.3.5计算： 式中： Q sk——总极限侧阻力标准值； Q pk——总极限端阻力标准值； u——桩身周长； l i——桩周第i 层土的厚度； A p——桩端面积； q sik——桩侧第i 层土的极限侧阻力标准值；参考JGJ94-2008规范表5.3.5-1取值，用户需在地质资料土层参数中设置此值；对于端承桩取q sik=0； q pk——极限端阻力标准值，参考JGJ94-2008规范表5.3.5- 2取值，用户需在地质资料土层参数中设置此值；对于摩擦桩取q pk=0； 2. 大直径人工挖孔桩（d≥800mm）单桩竖向极限承载力标准值的计算 此方法适用于大直径（d≥800mm）非预制混凝土管桩的单桩。按JGJ94-2008规范第5.3.6条公式5.3.6 计算： 式中： Q sk——总极限侧阻力标准值； Q pk——总极限端阻力标准值； q sik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，可按JGJ94-2008规范中表5.3.5-1取值，用户 需 1取值，用户需在地质资料土层参数中设置此值；对于扩底桩变截面以上2d范围不计侧阻力；对于端承桩取q sik=0； q pk——桩径为800mm极限端阻力标准值，可按JGJ94-2008规范中表5.3.6- 1取值；用户需在地质资料土层参数中设置此值；对于摩擦桩取qpk=0； ψsi，ψp——大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，按JGJ94-2008表5.3.6-2取值；
单桩竖向承载力特征值计算 根据《简明施工计算手册（第三版）》单桩承载力计算：（p320—p326） 1.一般直径竖向承载力特征值，可按下式计算： p pa i sia p pk sk a A q l q Q Q R +=+=∑μ 其中，sk Q ：单桩总侧阻力特征值； pk Q ：单桩总端阻力特征值； p μ：桩身周长； sia q ：桩第i 层土的侧阻力特征值——（查表5-15） （p321） 修正系数0.8：1q =36K ，2q =20KN ，3q =116kN ； i l ——土层厚度； p A ——桩端面积 pa q ——极限端阻力特征值——查表（5-16） （p322），得8400。 一、圆桩：（R=15） 0.943×（2.5×36×0.8＋2.5×0.8×20＋1×2×116）＋8400×A =808.8kN 二、方桩：（A=0.3×0.3） 4×0.3×（2.5×36×0.8＋25×0.8×20＋1×2×116）＋8400×A =273.6＋1029.6=1303.2kN
2.大直径（mm d 800≥）单桩竖向承载力特征值，可按下式计算： p pa P i sia si p pk sk a A q l q Q Q R ’ ψψμ+=+=∑ 其中，sk Q ：单桩总侧阻力特征值，这里我们使用端承桩sk Q 为0忽略不计； pk Q ：单桩总端阻力特征值； p μ：桩身周长； sia q ：桩第i 层土的侧阻力特征值——（查表5-15） （p321）； i l ——土层厚度； p A ——桩端面积，p A =N 2 21?? ? ?? pa q ——极限端阻力特征值——查表（5-16） （p322）； ‘sia q ——桩侧第i 层土的侧阻力特征值——（查表5-15）（p321）； ‘pa q ——桩径为800mm 的端阻力特征值，可采用深层载荷板试验确定，这里我们查表（5-17）取值2500； si ψ、P ψ——大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，按表（5-18） （p324）取值P ψ端阻尺寸效应系数3 18.0??? ??D 。 对于混凝土护壁的大直径挖孔桩，计算单桩竖向承载力时，其设计桩径取护壁外直径。 挖孔桩：（D=1m ，h=6-7m ） 31 18.0??? ??×2500×∏221??? ??=1822.7kN
第４１卷第１期２０１９年１月南 京 工 业 大 学 学 报 （自然科学版）ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＮＪＩＮＧＴＥＣＨＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（Ｎａｔｕｒａl ＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏl．４１Ｎｏ．１Ｊａｎ．２０１９ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７６２７．２０１９．０１．０１５ 基于指数模型的能源桩热力耦合荷载传递法 黄胤培１，蒋 刚１，路宏伟２，宋 著１，徐新丽１，洪 鑫３ （１．南京工业大学交通运输工程学院，江苏南京２１０００９；２．南京工业大学土木工程学院，江苏南京２１１８００；３．江苏中大建设集团有限公司江苏昆山２１５３００） 收稿日期：２０１７－０２－２３基金项目：江苏省自然科学基金（ＢＫ２０１７１４６８）；江苏省建筑节能示范科技项目（２０１３ＳＦ０１） 作者简介：黄胤培（１９９２ ），男，Ｅ?ｍａｉl：５４５７６２５９４＠ｑｑ．ｃｏｍ；蒋刚（联系人），教授，Ｅ?ｍａｉl：ｇ．ｊｉａｎｇ＠ｎｊｔｅｃｈ．ｅｄｕ．ｃｎ． 引用本文：黄胤培，蒋刚，路宏伟，等．基于指数模型的能源桩热力耦合荷载传递法［Ｊ］．南京工业大学学报（自然科学版），２０１９，４１（１）：９６－１０３．摘 要：能源桩技术的推广应用促进了能源桩分析理论的发展，但现有能源桩热力耦合荷载传递法的研究尚不够完善三基于桩侧土荷载传递的指数模型，改进了温度效应下能源桩热效应中性面确定条件，在荷载传递分析中叠加温度效应引起的桩身位移，建立了基于指数函数模型的能源桩热力耦合荷载传递分析方法三结合能源桩的现场测试案例，利用本文方法进行了模拟，验证了本文方法的可行性三计算结果表明：温度效应引起了能源桩的桩身轴力及侧阻力的重分布三 关键词：能源桩；荷载传递法；热力耦合；指数模型；热效应中性面 中图分类号：ＴＵ４７３ 文章编号：１６７１－７６２７（２０１９）０１－００９６－０８ Ｔｈｅｒｍｏ?ｍｅｃｈａｎｉｃａl ｃｏｕｐlｉｎｇlｏａｄｔｒａｎｓｆｅｒｍｅｔｈｏｄｏｆｅｎｅｒｇｙｐｉlｅｂａｓｅｄｏｎｅｘｐｏｎｅｎｔｉａl ｍｏｄｅl ＨＵＡＮＧＹｉｎｐｅｉ１，ＪＩＡＮＧＧａｎｇ１，ＬＵＨｏｎｇｗｅｉ２，ＳＯＮＧＺｈｕ１，ＸＵＸｉｎlｉ１，ＨＯＮＧＸｉｎ３ （１．ＣｏllｅｇｅｏｆＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＴｅｃｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００９，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏllｅｇｅｏｆＣｉｖｉl Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＴｅｃｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１８００，Ｃｈｉｎａ；３．ＪｉａｎｇｓｕＺｈｏｎｇｄａＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｋｕｎｓｈａｎ２１５３００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｇｅｏｔｈｅｒｍａl ｅｎｅｒｇｙｐｉlｅｃａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙｔｈｅｐｒａｃｔｉｃｅｏｆｇｅｏｔｈｅｒｍａl ｅｎｅｒｇｙｐｉlｅｔｅｃｈｎｏlｏｇｙ，ｂｕｔｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅｒｍｏ?ｍｅｃｈａｎｉｃａl ｃｏｕｐlｉｎｇlｏａｄｔｒａｎｓｆｅｒｍｅｔｈｏｄｏｆｅｎｅｒｇｙｐｉlｅｉｓｎｏｔｐｅｒｆｅｃｔｅｎｏｕｇｈｎｏｗ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｘｐｏｎｅｎｔｉａl ｆｕｎｃｔｉｏｎｍｏｄｅl ｏｆｓｏｉl?ｐｉlｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｆｏｒlｏａｄｔｒａｎｓｆｅｒｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｔｈｅｒｍａl ｎｕll ｓｕｒｆａｃｅｉｎｅｎｅｒｇｙｐｉlｅｗｉｔｈｎｏｔｈｅｒｍａl ｅｘｐａｎｓｉｏｎｏｒｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎｕｎｄｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｆｆｅｃｔｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｄｉｓｐlａｃｅｍｅｎｔｏｆｐｉlｅｅlｅｍｅｎｔｂｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｆｆｅｃｔｗａｓａｄｄｅｄｔｏｔｈｅlｏａｄｔｒａｎｓｆｅｒａｎａlｙｓｉｓ．Ｔｈｅｔｈｅｒｍｏ?ｍｅｃｈａｎｉｃａl ｃｏｕｐlｉｎｇlｏａｄｔｒａｎｓｆｅｒｍｅｔｈｏｄｏｆｅｎｅｒｇｙｐｉlｅｗａｓｅｓｔａｂlｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｔｗｏｉｎｓｉｔｅｔｅｓｔｓｏｆｅｎｅｒｇｙｐｉlｅｓ．Ｒｅｓｕlｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｅｘｐｏｎｅｎｔｉａl ｆｕｎｃｔｉｏｎｍｏｄｅl ｆｒｏｍｔｈｅｔｈｅｒｍｏ?ｍｅｃｈａｎｉｃａl lｏａｄｔｒａｎｓｆｅｒｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｏｐｅｒｆｏｒｅｎｅｒｇｙｐｉlｅ，ａｎｄｔｈａｔｔｈｅａｘｉａl ｓｔｒｅｓｓａｎｄｓｉｄｅｓｈｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｅｎｅｒｇｙｐｉlｅｗｅｒｅｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｒｍｏ?ｍｅｃｈａｎｉｃａl ｃｏｕｐlｉｎｇｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｎｅｒｇｙｐｉlｅ；lｏａｄｔｒａｎｓｆｅｒｍｅｔｈｏｄ；ｔｈｅｒｍｏ?ｍｅｃｈａｎｉｃａl ｃｏｕｐlｉｎｇｅｆｆｅｃｔ；ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａl ｆｕｎｃｔｉｏｎｍｏｄｅl；ｔｈｅｒｍａl ｎｕll ｓｕｒｆａｃｅ 近年来，桩基埋管地源热泵换热器作为一种新 型的节能减排技术受到了广泛关注，桩基埋管地热 万方数据
塔吊基础计算书 一、计算参数如下： 非工作状态工作状态 基础所受的水平力H：66.2KN 22.5KN 基础所受的竖向力P：434KN 513KN 基础所受的倾覆力矩M：1683KN.m 1211KN.m 基础所受的扭矩Mk：0 67KN.m 取塔吊基础的最大荷载进行计算,即 F =513KN M =1683KN.m 二、钻孔灌注桩单桩承受荷载： 根据公式: （注：n为桩根数,a为塔身宽） 带入数据得 单桩最大压力: Qik压＝872.04KN 单桩最大拔力：Qik拔＝-615.54KN 三、钻孔灌注桩承载力计算 1、土层分布情况： 层号 土层名称 土层厚度（m） 侧阻qsia（Kpa） 端阻qpa（Kpa） 抗拔系数λi 4 粉质粘土 0.95 22 / 0.75 5 粉质粘土 4.6 13 / 0.75 7 粉质粘土 5.6 16 /
0.75 8-1 砾砂 7.3 38 1000 0.6 8-2 粉质粘土 8.9 25 500 0.75 8-3 粗砂 4.68 30 600 0.6 8-4a 粉质粘土 4.05 32 750 0.75 桩顶标高取至基坑底标高，取至场地下10m处，从4号土层开始。 2、单桩极限承载力标准值计算： 钻孔灌注桩直径取Ф800，试取桩长为30.0 米，进入8-3层 根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）8.5.5条： 单桩竖向承载力特征值计算公式： 式中：Ra---单桩竖向承载力特征值； qpa,qsia---桩端端阻力，桩侧阻力特征值； Ap---桩底端横截面面积； up---桩身周边长度； li---第i层岩土层的厚度。 经计算：Ra=0.5024×600+2.512×（22×0.95+13×4.6+16×5.6+38×7.3+25×8.9+30×2.65）＝2184.69KN>872.04KN满足要求。 单桩竖向抗拔承载力特征值计算公式： 式中：Ra，---单桩竖向承载力特征值； λi---桩周i层土抗拔承载力系数； Gpk ---单桩自重标准值（扣除地下水浮力） 经计算：Ra，＝2.512×（22×0.95×0.75+13×4.6×0.75+16×5.6×0.75+38×7.3×0.6+25
浅谈提高钻孔灌注桩单桩竖向承载力的措施 摘要：本文通过分析影响钻孔灌注桩竖向承载力的因素，然后从设计、施工、管理三方面提出如何消除以上影响承载力的措施，从而达到提高承载力、降低造价的目的。 关键词：钻孔灌注桩、单桩竖向承载力、影响因素、提高措施。 1 前言 随着高层建筑向“高、大、重、深”方向的发展，钻孔灌注桩以其承载力大、沉降量小、稳定性好、桩径和桩长可变等特点，在高层建筑基础工程中的应用越来越广泛。但是，由于受施工方法的限制，成桩过程隐蔽，影响单桩竖向承载力的因素较多。另外，钻孔灌注桩造价高，通过提高单位体积桩身混凝土的承载力，可以达到减少布桩数量，能够降低工程造价的目的。还有一种例外情况是，由于特定条件的限制，既不可能增加桩长，又不宜扩大桩径，而必须提高单桩承载力。因此，研究提高钻孔灌注桩单桩竖向承载力的措施具有重要意义。 2 钻孔灌注桩单桩竖向承载力影响因素分析 根据受压钻孔灌注桩的荷载传递机理，其竖向单桩承载力与桩身、桩端岩土层性质、桩长、桩的断面性状、桩径及成桩工艺等密切相关。 2.1桩的几何特征 桩的总侧阻力与其表面积成正比，因此采用较大比表面积（表面积与桩身体积之比A/V）可以提高桩的承载力。桩的长度、直径及其比值（长径比L/D）是影响总侧阻力和总端阻力的比值、桩端阻力发挥程度和单桩承载力的主要因素之一。相同的土层，采用不同长径比，相同的材料用量，采用不同的桩长、桩径，可获得明显不同的单桩承载力。 2.2桩侧土的性质与土层分布 桩侧土的强度与变形性质影响桩侧阻力的发挥性状与大小，从而影响单桩承载力的性状与大小。桩侧土的某些特性，如湿陷性、胀缩性、可液化性、欠固结等，将在一定条件下引起桩侧阻力降低，甚至出现负摩阻力，从而使单桩承载力显著降低。 桩侧土层的分布不仅影响桩侧阻力沿桩身的分布，而且影响单桩的承载力。如湿陷性土、可液化土、欠固结土层分布于桩身下部的，则会因这些土层的沉降而产生的负摩阻力的中性点深度大于这些土层分布于桩身上部的情况，从而使单桩所受下拉荷载增加，承载力降幅增大。软硬土层、粘性土与非粘性土层分布的相对位置，也会影响桩侧阻力的发挥特性。
荷载传递法分析大直径桩竖向承载力性状 刘玮1，陈应波12，张明远2 1武汉理工大学土木与建筑工程学院，湖北武汉（430070） 2武汉理工大学设计研究院，湖北武汉（430070） 摘要：本文通过荷载传递方法对大直径的承载力性状进行了分析研究，以荷载传递法建立桩身荷载传递基本微分方程，选取双曲线荷载传递曲线模型对大直径的荷载沉降关系进行了计算，计算表明，此模型比较合理，为大直径桩的进一步探讨提供了参考。 关键词：承载力荷载传递桩土作用双曲线模型 1 引言 随着高层建筑、大跨桥梁的迅速发展，大直径桩（large diameter piles）在工程中的应用越来越广泛，大直径桩承载力性状的研究也越来越受到国内外学者的普遍关注。在桩长不变的情况下，增大桩径，可增大桩的侧面积以及底面积，从而使单桩极限承载力得以显著提高，由于桩径增大克服了桩身的不稳定性，其抗轴压和水平弯矩的能力亦能得以提高。目前，国内外对大直径桩承载力的确定尚未取得统一的取值方法，因此，分析大直径桩的受力性能，提出合理的承载力计算模式及相应的计算参数十分重要。 单桩承载力性状的分析方法主要有弹性理论法、剪切变形传递法、荷载传递法、有限元方法和其他一些经验方法。国内外学者对桩的荷载传递函数进行了大量研究，工程中采用的荷载传递曲线模型通常有弹塑性模型、双折线硬化模型、双曲模型、指数曲线模型和软化曲线模型。在工程应用中证明双折线硬化模型和双曲线模型对分析桩的荷载沉降关系具有较好的结果[1]。本文采用双曲线模型分析方法，结合工程实例，经对比分析证明由双曲线模型求得的p-s曲线与实测值十分接近，进一步为理论计算和工程应用提供参考。 2 荷载传递机理 桩顶荷载由桩侧阻力分担的过程，实际上是桩土体系荷载传递的过程，当桩顶受竖向荷载时，桩身上部产生压缩而向下位移，其侧面将受到土的阻力作用，即桩的侧阻力，该桩侧阻力又通过土体向四周扩散，传递到桩周土体中去。在桩顶荷载向下传递的过程中，必须不断克服这种桩侧阻力，所以桩身轴力逐步减小。到桩端时，桩身轴力应与桩端土反力平衡，同时使桩端土体产生压缩，从而使桩身进一步下沉，使桩侧阻力进一步发挥。随着荷载增加，上述荷载传递过程循环进行，直到稳定。当桩侧阻力达到极限后，若继续增加桩顶荷载，则其增量将全部由桩端阻力承担，一般情况下，上部土层的侧阻力总是先于下部土层发挥出来，而侧阻力则先于端阻力发挥出来[2]。 大直径桩的荷载传递过程中，刚开始为桩侧摩阻力发挥段，此时桩端阻力为零，桩端无沉降，随着桩端阻力开始发挥，桩顶荷载由桩侧摩阻力和桩端阻力共同承担，桩端开始出现沉降，初期为沉渣的压实，后期为桩端持力层的压缩，接着桩侧摩阻力发挥到极限值，桩顶荷载的进一步增加全部由桩端阻力承担，桩端沉降进一步发展，桩端土体逐步屈服，最后桩端持力层达到塑性状态或桩身被压坏而破坏。 3大直径桩桩土作用模型 3.1 荷载传递分析方法 荷载传递函数法计算简单，其应用十分广泛，该法是由Seed和Reese于1957年首次提
管桩桩身的竖向极限承载力标准值设计值与特 征值的关系 标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
管桩桩身的竖向极限承载力标准值、设计值 与特征值的关系 （一）、计算公式： 管桩桩身的竖向极限承载力标准值Qpk、桩身竖向承载力设计值Rp与单桩竖向承载力最大特征值Ra的计算： 1、管桩桩身竖向承载力设计值Rp的确定： 根据03SG409《预应力混凝土管桩》国家标准图集中的说明第6.2.5条的计算式可以计算出桩身竖向承载力设计值Rp：Rp=AfcΨc。式中Rp—管桩桩身竖向承载力设计值KN；A—管桩桩身横截面积mm2； fc—混凝土轴心抗压强度设计值MPa； Ψc—工作条件系数，取Ψc=0.70 。 2、单桩竖向承载力最大特征值Ra的确定： 根据03SG409《预应力混凝土管桩》国家标准图集中的说明第6.2.6条的计算式可以计算出单桩竖向承载力最大特征值Ra：Ra= Rp/1.35。 3、管桩桩身的竖向极限承载力标准值Qpk的确定： 第一种确定方法：根据GB50007—2002《建筑地基基础设计规范》附录中单桩竖向桩身极限承载力标准值Qpk=2 Ra。
第二种确定方法：根据以下公式计算Qpk=（0.8fck-0.6σpc）A。式中Qpk—管桩桩身的竖向极限承载力标准值KN； A—管桩桩身横截面积mm2； fck—混凝土轴心抗压强度标准值MPa；σpc—桩身截面混凝土有效预加应力。 管桩桩身的竖向极限承载力标准值Qpk相当于工程施工过程中的压桩控制力。 4、综合以上计算公式，管桩桩身的竖向极限承载力标准值Qpk、桩身竖向承载力设计值Rp与单桩竖向承载力最大特征值Ra的关系如下： Ra= Rp/1.35； Qpk=2 Ra=2 Rp/1.35约等于1.48 Rp。 （二）、举例说明： 一、例如，根据03SG409《预应力混凝土管桩》国家标准图集标准，现对PC —A500（100）的管桩分别计算管桩桩身的单桩竖向极限承载力标准值、设计值与特征值如下，以验证以上公式的正确性： 1、管桩桩身竖向承载力设计值Rp的计算： Rp=AfcΨc=125660 mm2×27.5 MPa×0.7=2419KN；03SG409《预应力混凝土管桩》中为2400 KN，基本相符。 2、单桩竖向承载力最大特征值Ra的计算： Ra= Rp/1.35=2419 KN/1.35=1792 KN。 3、管桩桩身的竖向极限承载力标准值Qpk的计算：
一、桩基础的承载力 单桩承载力的确定是桩基设计的重要内容，而要正确地确定单桩承载力又必须了解桩－土体系的荷载传递，包括桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥性状与破坏机理。 二、桩的荷载传递机理 地基土对桩的支承作用 不同荷载下轴力沿深度的变化 单桩荷载传递的基本规律 三、地基土对桩的支承作用 地基土对桩的支承由两部分组成：桩端阻力和桩侧摩阻力。 如果认为两者是同步增大的，那么对任何的荷载阶段，这个表达式都是正确的： 而实际上，桩侧摩阻力和桩端阻力不是同步发挥的。 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，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的摩阻力；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 。 对10根桩长为27～46m 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，桩侧发挥极限摩阻力所需要的位移很小，粘性土为1～3mm ，无粘性土为5～7mm ；除两根支承于岩石的桩外，其余各桩（桩端持力层为卵石、砾石、粗砂或残积粉质粘土）在设计工作荷载下，端承力都小于桩顶荷载的10％。 四、单桩荷载传递的基本规律 基础的功能在于把荷载传递给地基土。作为桩基主要传力构件的桩是一种细长的杆件，它与土的界面主要为侧表面，底面只占桩与土的接触总面积的很小部分（ 一般低于1%），这就意味着桩侧界面是桩向土传递荷载的重要的，甚至是主要的途径。 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，于是桩周土在桩侧界面上产生向上的摩阻力；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 与深度Z 的函数，Q ＝f （N 、Z ） 桩身轴力Q 沿着深度而逐渐减小；在桩端处Q 则与桩底土反力Q p 相平衡，同时桩端持力层土在桩底土反力Q p 作用下产生压缩，使桩身下沉，桩与桩间土的相对位移又使摩阻力进一步发挥。随着桩顶荷载N 的逐级增加，对于每级荷载，上述过程周而复始地进行，直至变形稳定为止，于是荷载传递过程结束。 由于桩身压缩量的累积，上部桩身的位移总是大于下部，因此上部的摩阻力总是先于下部发挥出来；桩侧摩阻力达到极限之后就保持不变；随着荷载的增加，下部桩侧摩阻力被逐渐调动出来，直至整个桩身的摩阻力全部达到极限，继续增加的荷载就完全由桩端持力层土承受；当桩底荷载达到桩端持力层土的极限承载力时，桩便发生急剧的、不停滞的下沉而破坏。 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。 五、若干特殊桩型的承载性状 大直径超长灌注桩的承载特性 ∑+=i si p p p l q u A q R
第31卷 第13期 2009年7月武 汉 理 工 大 学 学 报JOURNA L OF WUHAN UNIVERSIT Y OF TECHN OLOG Y Vol.31 No.13 J ul.2009DOI :10.3963/j.issn.167124431.2009.13.020 桩承式路堤荷载传递计算方法研究 芮 瑞,夏元友 (武汉理工大学土木工程与建筑学院,武汉430070) 摘 要: 利用FLAC 3D 建立了桩承式路堤上部填土的数值计算模型,分析了路堤应力以及塑性区分布,提出了路堤拱效应分布图。在此基础上对Hewlett 穹顶拱模型进行了改进,提出了刚性核弧拱力学计算模型,推导了应力折减比公式。将计算方法应用于广梧高速公路PHC 管桩现场试验段,采用现有的5种方法与改进方法进行对比,结果表明改进的刚性核模型与实测吻合最好。 关键词: 桩承式路堤; 荷载传递机理; 应力折减比; 土拱效应 中图分类号: TU 471.8文献标识码: A 文章编号:167124431(2009)1320073205 R esearch on Load T ransfer Mechanism and C alculation Method of Embankment Supported by Piles R U I R ui ,X IA Y uan 2you (School of Civil Engineering and Architecture ,Wuhan University of Technology ,Wuhan 430070,China ) Abstract : Numerical simulation model of piled embankment fill section is established by using FLAC 3D .Distribution charac 2ter of the deformation ,stress and plastic zone can be seen from the diagrams directly and arching effects distribution can be drew from the diagrams.Improvement of the Hewlett &Randolph model is done based on the simulation and analysis.Rigid core arch model ,which meet the simulation well ,is put forward.Formula of stress reduction ratio is derived from the mechanical model.This method is used in Guangwu expressway to calculate the stress reduction ratio of the embankment supported by PHC piles comparing.The results show that calculation result of the rigid core arch method meet the value of the test in site best. K ey w ords : piled embankment ; load transfer mechanism ; stress reduction ratio ; soil arching effect 收稿日期:2009203218. 作者简介:芮 瑞(19812),男,讲师.E 2mail :ruigrate @https://www.doczj.com/doc/d0194402.html, 早期的桩体加固软土地基主要采用砂石桩、水泥混凝土搅拌桩等散体桩或柔性桩,桩土相对模量较小,桩土变形协调能力较强,是典型的复合地基处理方式。由于加固效果的要求,目前的设计开始借鉴国外采用桩帽和土工织物联合使用的做法。在路堤填土较薄的情况下,桩顶平面的桩土相对位移会反射到路面上,形成路堤差异沉降[1]。对于这种处理方式,当填土较高时荷载基本由桩体承担,但桩间土仍然发挥一定的承载作用,有学者将其称为桩承式路堤[224],也有学者将其称之为桩承加筋土复合地基[5],国外一般将其称为Piled Embankments [6,7],Han J 等人[8]将其称为“G eosynthetic 2reinforced and Pile 2supported Earth Platform ”,亦简称为GRPS 路堤。翻译后为桩承式土工加筋垫层路堤,下文中简称为桩承式路堤。 桩承式路堤的理论研究以国外为主。现有的设计计算方法主要有BS8006法[9],Terzaghi 法,Hewlett &
考虑侧阻力软化的单桩竖向荷载传递方式分析 ——基于位移协调法 印长俊，王星华，彭柏兴 （中南大学 土木建筑学院，湖南 长沙 410075） yinchangjun@https://www.doczj.com/doc/d0194402.html, 摘要：基于桩身竖向荷载传递的微分方程，并考虑了桩侧阻力的软化行为，推导出桩身轴力和桩土相对位移关系的增量形式表达式。然后通过该表达式并依据位移协调法的原理编写的程序，计算出了桩身的荷载沉降曲线。结果证明计算与试验曲线的吻合的较好，并能反映桩的渐进破坏过程，所以该方法能用于指导工程实践。 关键词：侧阻力；软化；传递函数；位移协调法；渐进破坏 中图分类号：TU473.1 文献标识码： 文章编号： 1. 引 言 目前利用荷载传递函数法对单桩承受竖向荷载的受力性状进行分析时，所选用的荷载传递函数都是单调递增函数，其本身并不能反映桩侧阻力的软化过程。虽然有些文献[1,2]通过把桩身分成塑性破坏区和弹性区，利用解析方法分别计算各个区域的受力情况，所得的结果是有其局限性的，主要表现在分段处的侧阻力出现跳跃和塑性区的侧阻力没有变化。本文利用一种新的荷载传递连续函数，该函数包括侧阻力的软化段，并利用位移协调法，不需对桩身分段就能计算出承受竖向荷载桩的渐进破坏过程。 2. 基本微分方程的求解 按照荷载传递函数法确定单桩竖向受压承载力分成两种计算方法[1]：位移协调法和解析法。这两种方法都是基于一个基本的微分方程（式（1）），都要先对荷载传递函数)(s q s 做一定的假设。 2 2)(dz S d U AE s q p s = （1） 式中：→A 桩身截面面积；→p E 桩身弹性模量；→U 桩身周长；→)(s q s 桩侧阻力函数；→S 桩身位移函数。 式(1)属于一类不显含自变量的二阶常微分方程[3]，其求解步骤是： 令t dz ds =， 则 ds dt t dz s d =22 （2） 将式（2）代入式（1）得： tdt U AE ds s q p s =)( （3） 两边积分得： ∫ =ds s q t U AE s p )(2 2 （4） 考虑到函数)(z s 是减函数，代入t dz ds =并整理后得：
单桩承载力计算(13号楼单桩承载力计算) 项目名称构件编号日期 设计校对审核 执行规范: 《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010), 本文简称《混凝土规范》 《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011), 本文简称《地基规范》 《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010), 本文简称《抗震规范》 《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008), 本文简称《桩基规范》 ----------------------------------------------------------------------- 《湿陷性黄土地区建筑规范》2004版第5.7.5条；本文简称《黄土规范》 《铁路桥涵地基及基础设计规范》2005版第6.2.2条中有关摩檫桩计算部分；本文简称《铁基规范》 ----------------------------------------------------------------------- 1. 设计资料 1.1 桩土关系简图
1.2 已知条件 (1) 桩参数 承载力性状端承摩擦桩 桩身材料与施工工艺干作业挖孔桩 截面形状圆形 砼强度等级 C30 桩身纵筋级别 HRB400
直径(mm) 600 桩长(m) 28.000 是否清底干净√ 端头形状不扩底 (2) 计算内容参数 竖向承载力√ 考虑负摩阻ㄨ 水平承载力ㄨ 抗拔承载力ㄨ 软弱下卧层ㄨ 考虑地基液化不考虑 (3) 土层参数 (m)高(m)(kN/m3)(kN/m3)(kPa)(kPa) 1.3 计算内容 (1) 单桩竖向承载力
2 计算过程及计算结果 2.1 单桩竖向承载力 (1) 竖向极限承载力 侧阻计算 序号地层名称地层厚度极限侧阻力本层侧阻 (m) qsik(kPa) (kN) ============================================== 1 湿陷性黄土 4.93 30.00 278.78 2 粘性土 3.90 52.00 382.27 3 粘性土 4.00 36.00 271.43 4 粘性土 3.20 60.00 361.91 5 粘性土 3.40 44.00 281.99 6 粘性土 8.5 7 68.00 1098.48 ============================================== Σ 2674.865 侧阻: Qsk=2674.87 (kN) 端阻计算 q pk×A p=800.0000×0.2827=226.19 (kN) 最后端阻Qpk=226.19(kN) (2) 竖向承载力特征值 根据《桩基规范》5.2.2及5.2.3 式中： R a——单桩竖向承载力特征值； Q uk——单桩竖向极限承载力标准值； K ——安全系数,取K=2。 单桩竖向极限承载力标准值 Q uk = 2901.060(kN) 单桩竖向承载力特征值 R a = 1450.530(kN) 实际承载力应扣除湿陷性黄土层侧阻力部分： 单桩竖向极限承载力标准值 Q uk = 2901.060-278.78=2622.28(kN) 单桩竖向承载力特征值 R a = 1311.14(kN) 考虑旋挖成孔，承载力特征值可达1311.14x1.3=1704.5(kN) 实际布桩采用1600kN 则试桩荷载应为：2x（1600+1.884x5x15x2）==3765.2kN 取3780 kN ----------------------------------------------------------------------- 【理正结构设计工具箱软件6.5PB3】计算日期: 2016-08-22 19:44:06 -----------------------------------------------------------------------