桩基础10·3～4教学讲义.ppt

10.3 群桩基础计算P.179 由三根或三根以上的桩组成的桩基础称为群桩基础在实际工程中，除少量大直径桩基础外，一般都是群桩基础 竖向荷载下的群桩基础，各桩的承载力发挥和沉降性状往往与相同情况下的单桩有显著差别 因此不能按单桩性状的简单叠加来研究群桩的承载力与变形性状 基桩：群桩中的每根桩称为基桩 群桩效应：竖向荷载作用下的群桩基础，由于承台、桩和土相互作用，其基桩的承载力和沉降情况与相同条件（地质和设置方法均相同）下的单桩有明显差别，这种现象称为群桩效应群桩基础的承载力通常不等于其中各单桩承载力之和群桩的工作原理 1、端承型桩 由于持力层坚硬，不允许桩下沉，故桩侧摩阻力不易发挥，上部荷载通过桩身直接传到桩端处土层上，而桩端处承压面积很小，各桩端的压力彼此互不影响，故可认为端承型群桩中各基桩的工作情况与单桩工作情况相同在承载力和沉降方面）群桩的工作原理 2、摩擦型群桩 每根桩侧的摩阻力将上部荷载传递到桩周及桩端土层处而摩阻力在土中引起的附加应力则按某一角度沿桩长向下扩散分布在常规桩距下，桩端处地基中各桩传来的压力将相互重叠群桩的工作原理 此时桩端处压力比单桩时增大，桩端以下压缩土层的厚度也比单桩加深。

此时群桩中各桩的工作状态与单桩的炯然不同，其承载力小于各单桩承载力之和，沉降量则大于单桩的沉降量群桩的工作原理群桩效应 群桩效应包括两方面： 1、承载力效应 2、变形效应 分别以群桩效应系数 及变形比 两个指标来反映群桩效应的强弱及评价群桩的工作性状群桩效应 对竖向受压桩基础，定义群桩效应系数为： 式中：Qu单桩竖向抗压极限承载力，kN； Qug群桩竖向抗压极限承载力， kN； n桩数群桩效应 对于群桩的竖向沉降，则定义群桩沉降比为： 式中：Q单桩桩顶竖向荷载，kN； s(Q)单桩在荷载Q作用下的沉降量，mm； sg(nQ)n根桩在nQ作用下的沉降量，mm通过对群桩的现场静载试验、群桩模型试验及有关理论分析，对群桩的竖向承载力与沉降性状得出以下结论： 1、桩间距对群桩效应的影响很大当其它因素不变时，随桩间距增大，效应系数会提高而 下降；但当桩间距增大到一定程度时后，其对群桩效应的影响会变得不显著 2、桩数对群桩效应的影响较大当桩间距等其它条件相同时，桩数越多， 越低而 越高 当承台面积一定时，增加桩数的同时会使桩间距变小，将导致 显著下降 3、桩长：当其它因素相同时，桩越长，群桩 越低而 越大。

4、地基土越硬， 越小而 亦越大 5、群桩排列方式、桩上荷载大小对 及 也有一定影响 试验与理论分析资料表明，当桩间距小于3倍桩径时，地基中附加应力重叠现象严重，群桩效应系数低而变形比大；而当桩间距大于6倍桩径时，地基应力重叠现象较轻，群桩效应系数较高而变形比较小 利用这一性质可对复杂的群桩承载力与变形问题做适当的简化处理，以满足实际设计需要 但是国内外大量工程实践和试验研究结果表明，采用单一的群桩效应系数不能正确反映群桩基础的工作状况，其低估了群桩基础的承载能力其原因是： 群桩基础的沉降量只需满足建筑物桩基变形允许值而无需按单桩的沉降量控制 群桩基础中的基桩与单桩的工作条件不同，其极限承载力也不一样由于群桩基础成桩时桩侧土体受挤压的程度高，潜在的侧摩阻力大，故桩与土的相对位移减小，影响侧阻力的发挥 通常，砂土和粉土中的桩基，群桩效应使桩的侧阻力提高；而粘性土中的桩基，在常见桩距条件下，群桩效应往往使侧阻力降低 考虑群桩效应后，桩端平面处压应力增加较多，极限桩端阻力相应提高 因此，群桩基础中桩的极限承载力确定极为复杂，其与桩的间距、土质、桩数、桩径、入土深度以及桩的类型和排列方式等因素有关。

目前工程上考虑群桩效应的方法有两种： 1、群桩分项系数法：以概率极限设计为指导，通过实测资料的统计分析对群桩内每根桩的侧阻力分别乘以群桩效应系数； 2、实体基础法：把承台、桩和桩间土视为一假想的实体基础，进行基础下地基承载力和变形验算 关于群桩效应问题影响桩基础竖向承载力的因素包含三个方面： 1、基桩的承载力； 2、桩土相互作用对于桩侧阻力和端阻力的影响，即侧阻和端阻的群桩效应； 3、承台底土抗力分担荷载效应 08桩基规范关于侧阻和端阻的群桩效应不予考虑，这样处理，方便设计，多数情况下可留给工程更多安全储备 对单一黏性土中的小桩距低承台桩基，不应再另行计入承台效应 承台下土对荷载的分担作用 定义： 基桩：群桩基础中的每根桩 复合基桩：低桩承台群桩基础中，包含承台底土阻力的基桩称为复合基桩 复合桩基：考虑由承台底地基土与桩共同承受荷载的桩基础称为复合桩基承台下土对荷载的分担作用 承台底土分担荷载的作用随桩群相对于地基土向下位移幅度的加大而增强 为了保证承台底与土保持接触而不脱开，并提供足够的土阻力，则桩端必须贯入持力层促使群桩整体下沉 此外，桩身受荷压缩，产生桩土相对位移，也使承台底土的反力增加。

承台下土对荷载的分担作用 研究表明，承台底土反力比平板基础下的土反力要低，其原因是由于桩侧土因桩的竖向位移而发生剪切变形所致 通常，承台底土分担荷载的比例是百分之十几到百分之五十以上 例外情形：承台与土脱离承台下土对荷载的分担作用 刚性承台底面土反力呈马鞍形分布 内区反力比外区小而且均匀，桩距增大时内外区反力差明显降低 承台底土分担的荷载总值增加时，地基反力的重分布不显著而保持反力图式基本不变 利用承台底土反力分布的上述特征，可以通过加大外区与内区的面积比来提高承台分担荷载的份额承台下土对荷载的分担作用设计复合桩基时应注意： 承台分担荷载是以桩基的整体下沉为前提，故只有在桩基沉降不会危及建筑物的安全和正常使用，且承台底不与软土直接接触时，才可考虑开发利用承台底土反力的潜力承台下土对荷载的分担作用 在下列情况下，通常不考虑承台的荷载分担效应： 1、承受经常出现的动力作用，如铁路桥梁桩基； 2、承台下存在可能产生负摩擦力的土层，如湿陷性黄土、欠固结土、新填土、高灵敏度软土以及可液化土，或由于降水地基土固结而与承台脱开； 3、在饱和软土中沉入密集桩群，引起超静孔隙水压力和土体隆起，随着时间推移，桩间土逐渐固结下沉而与承台脱离等。

复合基桩的竖向承载力设计值 对于符合下列条件之一的摩擦型桩基，宜考虑承台效应确定其复合基桩的竖向承载力特征值： 上部结构整体刚度较好、体型简单的建筑物； 对差异沉降适应性较强的排架结构和柔性构筑物； 按变刚度调平原则设计的桩基刚度相对弱化区； 软土地基的减沉复合疏桩基础复合基桩的竖向承载力设计值 考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值R可按下列公式确定：承台效应应系数 土的地基承载载力特征值值，取承台下1/2承台宽宽度且不超过过5m深度范围围内各层层土的厚度加权权平均值值； 计计算基桩桩所对应对应 的承台底净净面积积； 复合基桩的竖向承载力设计值 考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值R可按下列公式确定：桩桩身横截面面积积； 承台底面面积积对对于单单柱单桩单桩 基础础，A为为承台总总面积积； 基桩的竖向承载力设计值 当承台底为可液化土、湿陷性土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土时，沉桩引起超孔隙水压力和土体隆起时，不考虑承台效应 对于端承型桩基、桩数少于4根的摩擦型柱下独立桩基、或由于地层土性、使用条件等因素不宜考虑承台效应时，基桩竖向承载力特征值应取单桩竖向承载力特征值 问题：以下何种情况可考虑承台分担荷载效应，按复合桩基计算桩基的竖向承载力？A、饱和土中的挤土桩；B、非挤土摩擦型群桩；C、欠固结土中的群桩；D、可液化土中的群桩。

答案：B问题：下列哪个不是影响钻孔灌注桩群桩基础的承载力的因素？A、成桩顺序B、土性C、桩间距D、桩的排列 根据相关理论，土的特性、桩间距及桩的排列方式均是影响群桩效应系数的因素，对于非挤土的钻孔灌注桩，成桩顺序对群桩基础承载力没有影响例题：某建筑桩基安全等级为二级，柱下桩基础采用6根钢筋混凝土预制桩，边长400mm，桩长22m桩顶入土深度为2m，桩端入土深度为24m，假设由经验法估算的单桩总极限侧阻力标准值为1700kN，极限端阻力标准值为500kN，承台底部为厚层粉土，其极限承载力标准值为160kPa考虑群桩、土、承台相互作用效应，计算非端承桩复合基桩竖向承载力设计值R取c=0.9解：(1)先求得单桩极限承载力标准值：60060020002000520060060032002000（2）单桩竖向承载力特征值60060020002000520060060032002000（3）计计算基桩桩所对应对应 的承台底净净面积积（4)考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值R：桩顶作用效应简化计算 桩顶作用效应分为荷载效应和地震作用效应，相应的作用效应基本组合分为荷载效应基本组合和地震效应组合1、基桩桩顶荷载效应计算 对于一般建筑物和受水平力较小的高大建筑物，当桩基中桩径相同时，通常可假定： 承台是刚性的； 各桩刚度相同； x、y是桩基平面的惯性主轴。

按下列公式计算基桩的桩顶作用效应：轴心竖向力作用下 偏心竖向力作用下 水平力按下列公式计算基桩的桩顶作用效应：式中Nk、Fk、 Hk 、 Gk分别为轴心竖向力标准值、承台顶面竖向力标准值、承台底面水平力标准值以及台土自重标准值2、地震作用效应 略基桩竖向承载力验算1、荷载效应标准组合 承受轴心荷载的桩基，其承载力特征值R应满足下式要求： 承受偏心荷载的桩基，除应满足上式外，尚应满足下式的要求：基桩竖向承载力验算2、地震作用效应组合 地震震害调查表明，不论桩周土类如何，基桩竖向承载力均可提高25%，故： 承受偏心荷载的桩基，除应满足上式外，尚应满足下式的要求： 例题：某7桩群桩基础，承台32.52m，埋深2m，桩径0.3m，桩长12m，地下水位在地面下1.5m，作用于基础的竖向荷载Fk=3409kN，弯矩Mk=500kNm，求各桩竖向承载力设计值解：各桩竖向力为：1号桩： 例题：某7桩群桩基础，承台32.52m，埋深2m，桩径0.3m，桩长12m，地下水位在地面下1.5m，作用于基础的竖向荷载Fk=3409kN，弯矩Mk=500kNm，求各桩竖向承载力设计值解：各桩竖向力为：2号桩： 例题：某7桩群桩基础，承台32.52m，埋深2m，桩径0.3m，桩长12m，地下水位在地面下1.5m，作用于基础的竖向荷载Fk=3409kN，弯矩Mk=500kNm，求各桩竖向承载力设计值。

解：各桩竖向力为：3号桩和5号桩： 例题：某7桩群桩基础，承台32.52m，埋深2m，桩径0.3m，桩长12m，地下水位在地面下1.5m，作用于基础的竖向荷载Fk=3409kN，弯矩Mk=500kNm，求各桩竖向承载力设计值解：各桩竖向力为：4号桩和6号桩：7号桩： 例题：某一级桩基础，承台2.72.7m，埋深2m，桩尺寸0.350.35m，已知承台顶作用竖向荷载设计值F=1700kN，M=180kNm，H=100kN，复合基桩竖向承载力R=536.7kN，试验算基桩竖向承载力解：对一级桩基：0=1.1承台及其覆盖土重（自重分项系数取1.2） 例题：某一级桩基础，承台2.72.7m，埋深2m，桩尺寸0.350.35m，已知承台顶作用竖向荷载设计值F=1700kN，M=180kNm，H=100kN，复合基桩竖向承载力R=536.7kN，试验算基桩竖向承载力对一级桩基：0=1.1桩基软弱下卧层承载力验算 当桩端平面以下荷载影响范围内存在软弱下卧层时： 一、如果桩距较小（Sa 6d ），则桩与桩间土的性状类似于实体墩基础，而可能会引起冲破硬持力层的整体冲剪破坏，如右图桩基软弱下卧层承载力验算 为了防止上述情况的发生，需进行相应的群桩承载力验算。

验算原则：扩散到软弱层顶面的附加应力与软卧层顶面土自重应力之和要小于软卧层的承载力特征值即 即二、如图，当桩距较大时（ Sa 6d ），则桩与桩间土不能形成实体墩基础，而会引起单根桩冲破硬持力层的冲剪破坏此时应按下列公式验算： 三。