4.4桩基础沉降计算解析

4.桩基础2020/5/2611、初步设计时单桩承载力如何估算的？2、什么是群桩效应？3、群桩效应系数？4、影响群桩效应的因素有哪些？请回答问题4.桩基础2020/5/2624.4桩基础沉降计算4.4.1单桩沉降计算需要进行沉降计算：甲级建筑物的建筑物桩基。对沉降有严格要求的建筑物桩基；体型复杂或桩端以下存在软弱土层的乙级建筑物桩基。不需沉降计算的情况丙级建筑物桩基桩距大于6倍桩径（s6d）不超过2排的条形基础某些单层工业厂房桩基4.桩基础2020/5/263单桩受到荷载作用其沉降量由下述三个部分组成：①桩本身的弹性压缩量；②由于桩侧摩阻力向下传递，引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降；③由于桩端荷载引起桩端下土体压缩所产生的桩端沉降。4.4桩基础沉降计算4.4.1单桩沉降计算按材料力学公式计算4.桩基础2020/5/264单桩沉降计算方法主要有：①荷载传递分析法；②弹性理论法；③剪切变形传递法；④有限单元分析法；⑤各种简化分析法。4.4桩基础沉降计算4.4.1单桩沉降计算4.桩基础2020/5/265单桩沉降的影响因素单桩沉降组成不仅同桩的长度、桩与土的相对压缩性、土层剖面及性质有关，还与荷载水平、荷载持续时间有关。4.4.1单桩沉降计算4.桩基础2020/5/266桩基一般只按承载能力进行计算，但当桩端持力层为软弱土，或建筑物重要性大，对桩基沉降的要求高时，尚应对桩基进行沉降验算。目前在工程中应用较广泛的桩基沉降计算方法，仍是把群桩作为假想的实体深基础。计算出作用在桩端平面处的压力p后．即可按土力学课中所述的分层总和法计算桩端下土的压缩层厚度内的变形值，即作为桩基的沉降量，其计算步骤与浅基础的沉降计算相同。4.4.2群桩沉降计算4.桩基础2020/5/267地基基础规范GB50007推荐的群桩沉降的计算不计桩身压缩量及桩与土间的相对位移，以假想基础为刚性整体，验算桩端以下土沉降。4.4.2群桩沉降计算4.桩基础2020/5/268桩基础最终沉降量的计算采用单向压缩分层总和法:4.4.2群桩沉降计算式中：s—桩基最终计算沉降量(mm)；m—桩端平面以下压缩层范围内土层总数；Esji—桩端平面下第j层土第i个分层在自重应力至自重应力加附加应力作用段的压缩模量(MPa)nj—桩端平面下第j层土的计算分层数；hj,i—桩端平面下第j层土的第i个分层厚度(m)；σji—桩端平面下第j层土第i个分层的竖向附加应力(kPa)；ψp—桩基沉降计算经验系数，各地区应根据当地的工程实测资料统计对比确定。mjniisjijijpjEhs11,,,4.桩基础2020/5/2694.4.2群桩沉降计算4.桩基础2020/5/26104.4.2群桩沉降计算实体深基础（s≤6d）实体深基础桩底平面处的基底附加压力p0k按下列方法考虑:1）考虑扩散作用时：cKkckkAGFpp'0ldAGK'4tan24tan200lblaA3cm/kN19GkqsiaFkqsiadFkφ4α=dGfkGkφ4a0+2ltan(b)(a)b0a0ll4φb0a0b0+2ltan图4-17实体深基础的底面积(a)考虑扩散作用；（b）不考虑扩散作用4.桩基础2020/5/26112）不考虑扩散作用时：Gk—桩基承台及承台上土自重；Gfk—实体深基础的桩基、桩间土自重；γm—实体深基础底面以上各层土的加权平均重度。lGmfkGkqsiaFkqsiadFkφ4α=dGfkGkφ4a0+2ltan(b)(a)b0a0ll4φb0a0b0+2ltan图4-17实体深基础的底面积(a)考虑扩散作用；（b）不考虑扩散作用4.桩基础2020/5/2612明德林应力（Mindlin）公式地基应力：采用明德林应力公式计算地基中的某点的竖向附加应力值时可将各根桩在该点所产生的附加应力逐根叠加按下式计算：nkkzskzpij1,,,4.4.2群桩沉降计算4.桩基础2020/5/2613明德林应力（Mindlin）公式单桩荷载分担：Q为单桩在竖向荷载的准永久组合作用下的附加荷载，由桩端阻力Qp和桩侧摩阻力Qs共同承担，且:Qp=αQ，α是桩端阻力比。桩的端阻力假定为集中力，桩侧摩阻力可假定为沿桩身均匀分布和沿桩身线性增长分布两种形式组成，其值分别为βQ和(1-α-β)Q，如图所示。4.4.2群桩沉降计算4.桩基础2020/5/2614s2,ks1,k2sp,kIβα1βIlQσQ单桩荷载分担沿桩身均匀分布沿桩身线性增长Q=集中力Q+(1--)Q+4.桩基础2020/5/2615第k根桩的端阻力在深度z处产生的应力:第k根桩的侧摩阻力在深度z处产生的应力:对于一般摩擦型桩，可假定桩侧摩阻力全部是沿桩身线形增长的（β=0），则：kIQ2κζπ,λασs2,ks1,k2sp,kIβα1βIlQσs2,k2sp,kIα1lQσ4.桩基础2020/5/2616l为桩长，Ip、Is1、Is2分别为为桩端集中力、桩侧摩阻力沿桩身均匀分布和沿桩身线性增长分布情况下对应力计算点的应力影响系数，按规范GB5007附录R计算。对明德林应力公式进行积分的方式推导得出：kskzsIlQ,22,)1(mjniisjijijpjEhs11,,,将上式代入可得单向压缩分层总和法沉降计算公式nkkskpmjniisjijpIIEhlQsj1,2,11,,2])1([4.桩基础2020/5/2617许多工程实测证明，应用明德林解计算群桩沉降比布辛纳斯克解更符合实际。但由于明德林解的计算方法复杂，故一直未能得到推广应用。通过大量计算工作，《桩基规范》在明德林解与布氏解之间建立相关关系，引入“等效沉降系数”e，并推荐一种称为“等效作用面分层总和法”用以计算桩基沉降。该法既保留以布氏解为基础的分层总和法简单实用的优点，同时又考虑明德林解合理的内容。采用上式计算时，桩端阻力比α。和桩基沉降计算经验系数ψp应根据当地工程的实测资料统计确定。4.桩基础2020/5/2618等效作用面位于桩端平面，其面积为桩承台投影面积；等效作用附加应力p，近似取承台底面的平均附加应力。等效作用面以下应力分布采用布氏解。桩基最终沉降量nisijijiijijmjjeeEzzpss1)1()1(10——桩基沉降计算经验系数；e——桩基等效沉降系数，其定义为群桩基础按明德林解计算沉降量与按布氏解计算沉降量sB之比，即e=sM/sB4.桩基础2020/5/2619dlFkbjp0bjBjajajAjzi-1ziznzHp4.桩基础2020/5/26201、什么情况下验算桩基沉降？什么情况不需要验算？2、单桩受到荷载作用其沉降量由哪三个部分组成？思考题