6第五章 竖向荷载下的群桩承载力计算

第五章桩基工程PileFoundation崔德山中国地质大学（武汉）工程学院EngineeringFaculty,CUG(WuHan)桩的承载力确定方法有：《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）和《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）桩的承载力：单桩竖向承载力、群桩竖向承载力和桩的水平承载力《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）按载荷试验确定Quk=Qum单桩竖向极限承载力标准值和实测平均值按土的物理指标Quk=Qsk+Qpk单桩竖向承载力设计值R＝Qsk/rs+Qpk/rp桩侧阻和端阻抗力分项系数竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定经验参数法ukskpkskpkpiiQQQuqlqA小于800mm非大直径桩ukskpkskpkpsiiipQQQuqlqA大于800mm大直径桩大直径桩侧阻修正系数大直径桩端阻修正系数大直径桩扰动效应单位面积效应降低桩的极限侧阻力标准值桩的极限端阻力标准值又称尺寸效应系数竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定经验参数法钢管桩闭口敞口桩端土塞效应形成类似闭口桩土体大量涌入桩心ukskpkskpkpiipQQQuqlqA10.16/pbhdb10.8/5phdd1竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定经验参数法ukskpkskpkpl()ijpiQQQuqlqAA混凝土空心桩竖向荷载下单桩承载力单桩竖向承载力确定经验参数法嵌岩桩ukskrkQQQ土体：sksikiQuql岩体：rkrrkpQfA饱和抗压强度粘土岩取天然湿度抗压强度嵌岩段侧阻与端阻综合系数15MPa30MPa母岩强度桩基抗拔承载力抗拔桩基承载力验算确定方法试验方法甲级和乙级建筑桩基载荷试验经验公式法丙级建筑桩基两种破坏方式单桩破坏模式群桩破坏模式抗拔桩基承载力验算单桩破坏ukskiiiiTqul基桩抗拔极限承载力标准值5－16a抗压桩摩阻力经验值抗拔系数新老规范一致扩底桩有所调整思路：对抗压桩参数进行折减得到抗拉桩抗拔极限承载力抗拔桩基承载力验算整体破坏基桩抗拔极限承载力标准值gksk1liiiTuqln群桩数群桩外围周长思路：首先将群桩看成一个整体破坏的大桩然后进行所有桩的平均/2/2kgkgpkkpNTGNTG同时验算抗拔承载力群桩整体破坏模式单桩破坏模式第三节竖向荷载下的群桩承载力计算Verticalbearingcapacityofgrouppiles竖向荷载下的群桩承载力单桩与群桩基本概念基桩(FoundationPile)桩基础中的单桩复合桩基(Compositepilefoundation)有基桩和承台下地基土共同承担荷载的桩基础减沉复合疏桩基础(Compositefoundationwithsettlement-reducingpiles)软土地基天然地基承载力基本满足要求的情况下为减少沉降采用疏布摩擦型桩的复合桩基变刚度调平设计(Optimizeddesignofpilefoundationstiffnesstoreducedifferentialsettlement)考虑上部结构形式、荷载和地层分布以及相互作用效应，通过调整桩径、桩长、桩距等改变基础支承刚度分布，以促使建筑物沉降趋于均匀、承台内力降低的设计方法竖向荷载下的群桩承载力承台类型条形承台对应条形基础独立承台对应独立基础筏型承台对应筏型基础箱型承台对应箱型基础竖向荷载下的群桩承载力群桩的工作形状端承型群桩承台底部分担荷载小桩侧荷载分担小主要荷载由桩端岩土体承担ukunQP群桩承载力单桩承载力桩基的沉降验算也可以简化或者省掉嵌岩桩对沉降无特殊要求条形基础下不超过两排的桩基简单的工业厂房桩基（桩端为密实土层）竖向荷载下的群桩承载力群桩的工作形状摩擦型群桩上部荷载作用效应分为：桩端应力效应桩侧应力效应承台应力效应叠加压力值增大影响深度增大群桩承载力不等于单桩承载力之和ukunQP群桩效应：摩擦群桩才具有的特征受土性、桩距、桩数、桩的长径比、桩长与承台宽度比、成桩方法等多因素的影响而变化群桩效应又影响群桩基础的荷载分配特征及群桩破坏模式竖向荷载下的群桩承载力群桩的工作形状反力与变形分布特征边桩和角桩承担荷载大中间沉降大两边小蝶形沉降马鞍形反力分布导致上部结构和自身的附加弯矩、剪力，可能导致开裂导致基础内力加大弯矩增加负面效应Pmax/Pmin刚性基础柔性基础挤密桩基础非挤密桩解决途径：变刚度调平设计竖向荷载下的群桩承载力群桩的工作形状摩擦型群桩破坏模式群桩破坏模式整体与非整体破坏群桩破坏模式端阻破坏与侧阻破坏软弱下卧层冲剪破坏竖向荷载下的群桩承载力承台分担荷载1桩距离大小01lnsrsndwqdEr桩侧阻力桩直径桩中心距当r＝nd时Wr＝0实测nd＝6～10d当土体的变形模量小取小值桩间距越大桩间土体承担的荷载越大承台效应越大rd竖向荷载下的群桩承载力承台分担荷载2承台土抗力随承台宽度与桩长之比而变化BcL施加荷载/极限荷载承台荷载/施加荷载当Bc/L≥1时:承台土抗力形成的压力泡包围整个桩群，导致桩侧阻力、端阻力发挥值降低，相应的承台土抗力增大。竖向荷载下的群桩承载力承台分担荷载3承台土抗力随承台区位和排列的变化承台内区（桩群包络线以内）土抗力明显小于外区单排桩条基承台土抗力大于其他排列形式群桩施加荷载/极限荷载承台荷载/施加荷载竖向荷载下的群桩承载力考虑群桩效应的复合基桩竖向承载力特征值acakcRRfA/aukRQK承台效应系数0.5Bc且小于5m深度范围内各土层地基土承载力按厚度加权平均值0.5Bc且小于5mAc＝(A－nAps)/n取消了侧阻效应和端阻效应系数简化了计算过程对于端承型桩基桩数少于4根摩擦型桩不计承台效应对于液化土湿陷性土欠固结土新填土高灵敏软土沉桩导致超孔隙水压力及隆起等不考虑承台效应竖向荷载下的群桩承载力考虑群桩效应的复合基桩竖向承载力特征值caakcRRfA竖向荷载下的群桩承载力考虑群桩效应的复合基桩竖向承载力特征值caakcRRfAkkkFGRNn满足承载力要求竖向荷载下的群桩承载力群桩基础整体破坏情况下承载力计算等代墩基法suiiqlbapbaP)(2uupaa2()2isikablqfabf群桩基础整体破坏情况下承载力深宽修正承载力基础太深可能过高侧摩阻要根据土层条件调整竖向荷载下的群桩承载力群桩基础整体破坏情况下承载力计算实体深基础法中心距小于6d的摩擦群桩桩数超过9根(含9根)且多于2排的桩基土体的/4内摩擦角进行扩散ukkapABNGfABKK安全系数2～3摩擦角取有效摩擦角竖向荷载下的群桩承载力软弱下卧层承载力验算等代墩基法应力扩散＋软弱下卧层承载力验算zmazzf软弱层顶面附加压力软弱层顶面土层重度厚度加权深度修正后承载力特征值0000()3/2()(2tan)(2tan)kksikizFGABqlAtBt扩散角Es1/Es2范围扩大当t0.25B0=0第四节竖向荷载下的桩基沉降计算Settlementcalculationforpilefoundationwithverticalload竖向荷载下的桩基沉降计算桩基沉降计算的基本要求控制指标：沉降量沉降差整体倾斜局部倾斜采用地基规范中中低压缩性土指标高耸结构沉降量比地基规范小50mm遵循了地基规范的原则竖向荷载下的桩基沉降计算桩基沉降计算与天然地基沉降计算比较导致桩底面下压力加大实体深基础MindlinBoussinesqMeBww刚性承台群桩解实体基础解桩基沉降＝桩体范围的变形＋桩下土体沉降竖向荷载下的桩基沉降计算桩中心距不大于6倍桩径实体深基础法等效基础面积等于承台投影面积竖向荷载下的桩基沉降计算桩中心距不大于6倍桩径等效基础面积等于承台投影面积等效作用的附加压力p0j取承台底附加压力等效作用面以下（等代实体深基础底以下）的应力分布按Boussinesq解确定附加压力统一取准永久值上述公式是角点法公式矩形基础中心点沉降可简化(1)(1)011'mmijijijijeejjisizzsspE经验修正系数桩基等效系数承台底面附加压力竖向荷载下的桩基沉降计算桩中心距不大于6倍桩径'ess经验修正系数1.该表有一定改动（书表5－20）2.对于后注浆施工工艺成桩的乘以0.7（砂、砾、卵石）～0.8（黏性土、粉土）3.对于饱和土体中采用一般预制桩根据情况乘以1.3～1.8相对94规范适用地区更广考虑了施工因素相对合理竖向荷载下的桩基沉降计算桩中心距不大于6倍桩径'ess等效沉降系数e2b1b0e)1(1CnCnCC0、C1、C2由下列参数确定;距径比＝Sa/d长径比＝l/d基础长宽比＝Lc/Bc矩形布桩时短边桩数竖向荷载下的桩基沉降计算单桩单排桩疏桩基础思路：采用Mindlin解决侧阻与端阻形成的附加压力采用Boussinesq解决承台底反力在桩端下形成的附加反力分别计算对沉降计算范围内所有桩与承台的作用形成的附加压力将附加压力求和采用分层总和法计算沉降计算点的沉降考虑桩压缩量竖向荷载下的桩基沉降计算单桩单排桩疏桩基础附加压力影响范围内基桩数压缩层范围内土层该式假设侧阻为三角形分布端阻比例系数Ip与Is查表得到桩身压缩量IpIs采用Mindlin解承台底均布压力Boussinesq解竖向荷载下的桩基沉降计算单桩单排桩疏桩基础计算繁琐精度有限有限元进行地基、基础、上部结构共同分析第五节桩基设计Structuredesignofpilefoundation总步骤桩基设计步骤1、收集设计资料2、选择桩型、桩断面尺寸、桩长的选择3、确定单桩承载力4、确定群桩的桩数及布桩5、群桩承载力与变形验算6、桩基中各桩受力与结构设计7、承台结构设计设计过程中要满足构造要求桩基础设计包括以下几方面1、选择桩的类型（根据桩的承载性状、桩的材料和施工方法）2、确定桩的规格与单桩竖向承载力3、计算桩的数量进行平面布置4、桩基础验算（承载力、沉降）5、桩承台设计（作用、种类、材料与施工、尺寸、内力计算）两种设计状态一.桩基础的两种极限状态（一）桩基承载力极限状态1、超过最大承载力2、产生不适于继续承载的变形3、桩基发生整体失稳（二）桩基正常使用极限状态变形、耐久性桩基的设计等级：甲、乙、丙资料准备二.资料准备1.岩土工程勘察资料岩土体物理力学参数及原位测试资料不良地质作用地下水岩土体液化评价特殊土地基评价2.环境条件：场地现状周围建筑周围建筑桩基经验环境要求等3.建筑物有关资料安全等级平面布置结构类型荷载使用及要求4.施工条件桩基构造要求三.桩基构造要求灌注桩桩基构造要求三.桩基构造要求灌注桩有所提高桩基构造要求三.桩基构造要求灌注桩混凝土强度予以提高：满足钢筋混凝土规范要求保护层厚度按二a环境类别确定桩基构造要求三.桩基构造要求灌注桩受压柱最小配筋0.6%《钢混》专门抗拔桩通长配筋摩擦桩至少配桩长1/3l加劲箍提高钢笼刚度小于600mm桩布于笼外桩基构造要求三.桩基构造要求扩底灌注桩桩基构造要求三.桩基构造要求扩底灌注桩桩基构造要求三.桩基构造要求桩基构造要求三.桩基构造要求预制桩桩基构造要求三.桩基构造要求预制桩要求提高桩基构造要求三.桩基构造要求预制桩桩基构造要求三.桩基构造要求承台构造要求桩基构造要求三.桩基构造要求承台构造要求桩基构造要求三.桩基构造要求承台构造要求桩基构造要求三.桩基构造要求承台构造要求桩基构造要求三.桩基构造要求承台构造要求桩基构造要求三.桩基构造要求承台构造要求桩基构造要求三.桩基构造要求承台构造要求桩基构造要求三.桩基构造要求承台构造要求桩基构造要求四.桩基形式的选择及桩的布置上