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群桩基础承载力计算_图文

群桩基础承载力计算
①群桩的荷载传递机理 一, 概述 由多根桩通过承台联成一体所构成的群桩基础,与单桩相比,在竖向荷载作用 下, 不仅桩直接承受荷载, 而且在一定条件下桩间土也可能通过承台底面参与承载; 同时各个桩之间通过桩间土产生相互影响; 来自桩和承台的竖向力最终在桩端平面 形成了应力的叠加,从而使桩端平面的应力水平大大超过了单桩,应力扩散的范围 也远大于单桩, 这些方面影响的综合结果就是使群桩的工作性状与单桩有很大的差 别。这种桩与土和承台的共同作用的结果称为群桩效应。正确认识和分析群桩的工 作性状是搞好桩基设计的前提。 群桩效应主要表现在承载性能和沉降特性两方面, 研究群桩效应的实质就是研 究群桩荷 载传递的特性。以 下我们对 群桩效应的承载性 能做详细 研究。 二, 群桩的荷 载传递特 性 群 桩的荷载传递是指 通过承台 和桩,在土体中扩 散应力, 将外荷载沿不同的 路径传到 地基的不同部位, 从而引起 不同的变形,表现 为群桩的 不同承载性能。 群 桩的荷载传递路径 受到许多 因素的影响而显得 复杂又多 变。但从群桩效应 的角度, 荷载传递模式主要 有两类: 端承桩型和摩擦桩 型。 1)端承桩型的荷载传递。对于端承桩,桩底处为岩层或坚实的土层,轴向压力作用下 桩身几乎只有弹性压缩而无整体位移, 侧壁摩擦阻力的发挥受到较大限制, 在桩底平面处地 基所受压力可认为只分布在桩底面积范围内,如图 1 所示。在这种情况下,可以认为群桩基 础各桩的工作情况与独立单桩相同。 2)摩擦桩型的荷载传递。对于摩擦桩,随着桩侧摩擦阻力的发挥,在桩土间发生荷载 传递,故桩底平面处地基所受压力就扩散分布到较大的面积上如图 2(a)所示。试验表明, 当相邻桩的中心距 Sa>6d 时(其中 d 为桩的直径,有斜桩时 Sa 应按桩底平面计算) ,桩底平 面处压力分布图才不致彼此重叠, 因而群桩中一根桩与独立单桩的工作情况相同, 如图 2 (b) 所示。而当桩间距较小(中心距 Sa≤6d)时,桩底平面处相邻桩的压力图将部分地发生重 叠现象,引起压力叠加,地基所受压力无论在数值上及其影响范围和深度上都会明显加大, 如图 2(c)所示;这种现象就是群桩作用或群桩效应。 由此可见,只有摩擦桩群才有群桩效应问题,才需要考虑群桩问题,因此,一下关于群

桩的讨论均指非端承桩群。

三, 群桩评价效应 由于群桩效应而使承载力降低的可以用群桩效应系数η 表示, 以此来评价群桩 的工作性能。 η =群桩的极限承载力/ (n*单桩的极限承载力) —n 为桩基中的桩数。 研究表明: A. 当桩距增大时,效率系数η 提高 B. 当桩距相同时,桩数越多,效率系数η 越低 C. 当桩距增大至一定值后,效率系数η 值增加不显著 D. 当承台面积保持不变时,增加桩数(桩距同时减小) ,效率系数η 显著 下降。 ②群桩承载力计算方法 1. 单桩极限承载力叠加法 PU=nQU 式中 PU——群桩基础的极限承载力 QU——群桩中任一根桩的单桩极限承载力 n——群桩中的桩数 上式适用于群桩效应极弱的桩基,例如:端承桩基础、桩数较少(例如 n=9) 的桩基础、排数较少(例如不超过两排)的条形布置桩基础。 2. 等代实体基础法 (1) 将桩与桩间土一起作为一个实体基础,假定荷载通过桩侧摩擦力,从 1 嘴歪一圈的桩顶外缘以α 角向下扩散,如图 3 所示。扩散角α = φ 4 m, φ m 为桩长范围内各土层内摩擦角的加权平均值, 即φ m=∑φ ili/ ∑li。 至桩端平面处扩大为面积 A′, A′即作为整体深基础的底面积, 则 A′=b0′l0′=(b0+2ltanα ) (l0+2ltanα )

然后可按验算天然地基承载力方法进行计算。

此时应满足: 中心荷载时 PK ≤ fa PK =(FK+GK)/A′ 偏心荷载时 PK ≤ 1.2fa PKmax =(FK+GK)/A′+MKX/WX+MKY/WY 式中 PK PKmax ——桩端平面处地基上作用的平均应力和最大应力标准值(KN) ; fa ——桩端平面处修正后的天然地基土德承载力特征值(KPa) ; FK ——作用于桩基上的垂直荷载标准值(KN) GK ——假想实体基础自重(KN) ,包括作用在 A′面积上的桩、土及承台的重 量; MKX MKY ——作用在假想实体基础底面上的力矩标准值(KN˙m); 3 MKX MKY ——假想实体基础底面的截面抵抗矩(m ) (2) 将桩与桩间土一起作为一个实体基础, 考虑实体基础侧面与土的摩擦力的 支承作用,如图 4 所示,此时应满足:

中心荷载时: (F+G-(∑UqSU/K))/A ≤fa 偏心荷载时: (F+G-(∑UqSU/K))/A+MX/WX+MY/WY ≤1.2fa 其中 A = l0 * b0 qSU=qU/2 qU=E0tanφ ——群桩外围的长度和宽度(m) ——按土层分段的实体基础侧表面积(m2) ——不同土层的极限摩擦力(KN),对粘性土,取 qSU=q0/2;对砂 土,取 qSU = E0tanφ ——土的无侧限抗压强度(KN) ——实体基础侧面土的静止土压力(KN) ——土的内摩擦角 ——安全系数,一般取 K=3

式中 l0 b0 U qSU qU E0 φ K

3. 群桩分项效应系数法
《规范》规定,考虑桩群、土、承台的相互作用,其复合基桩的竖向承载力设计 值为: R =η SQSK/γ S + η PQPK/γ P + η CQCK/γ C 当根据静荷载试验确定单桩竖向极限承载力标准值时,其复合桩的竖向承载力设 计值为: R =η SPQUK/γ SP + η CQCK/γ C QCK=qCKAC/n 式中 QSK QPK ——单桩总极限侧阻力和总极限端阻力标准值(KN) ; QCK ——相应于任一复合基桩的承台底地基土总极限阻力标准值 (KN)

qCK ——承台底 1/2 承台宽度深度范围(≤5m)内地基极限阻力 标准值(KN/m ) AC ——承台底地基土净面积(m ) QUK ——单桩竖向极限承载力标准值(KN) γ S γ P γ SP γ C ——桩侧阻、端阻、侧阻端阻综合阻、承台底土阻力抗力分项 系数,按表 1—1 选用 η S η P η SP η C ——桩侧阻、端阻、侧阻端阻综合阻、承台底土阻力效应系数, η S η P η SP 按表 1-2 选用,η C 由下式计算可得。 当承台底面一下存在可液化土、湿陷性黄土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土、 或可能出现震陷、降水、沉桩过程产生高孔隙水压和土体隆起时,不考虑承台效应, 即取η C=0,η S η P η SP 取表中为 Bc/L=0.2 一栏的对应值。 进行桩基计算时,对桩基承台和承台上土自重的计算,其自重荷载分项系数在其 效应对结构不利时取 1.2.有利时取 1.0 承台土阻力发挥值与桩距、桩长、承台宽度、桩的排列、承台内外区面积比等有 关。承台土阻力群桩效应系数可按下式计算: i i e η C =η C *(AC /AC)+η C * e (AC /AC) i e 式中 AC AC ——承台区内 (外围 i e 桩边包络区) 、 外区的净面积, AC= AC +AC 见图 5 i e η C η C ——承台内、外 区土阻力群桩效应系数, 按表 1-3 取值。 当承台下存在高压缩性软弱下卧层时, i η C 均按 Bc/L 取值
2 2

表 1-2

表 1-3


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