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1、桩桩 基基 工工 程程2 第三章第三章 垂直荷载作用下群桩的工作性状垂直荷载作用下群桩的工作性状岩石土一、群桩的一、群桩的荷载传递特性与破坏模式特性与破坏模式 1 1、群桩效应、群桩效应问题：问题：群桩承载力是否等于单桩承载力之和？实际工程中桩基础是由多根基桩组成，上部由承台连接。由三根和三根以上的桩组成的桩基础称为群桩基础。作用：1、加强土层2、将荷载传递到更深土层中第三章第三章 垂直荷载作用下群桩的工作性状垂直荷载作用下群桩的工作性状4 n端承型群桩的荷载传递 桩底持力层刚硬，桩的贯入量小。群桩承载群桩承载力力各单桩承载力之和各单桩承载力之和，不必考虑群桩效应。 n摩擦型群桩的荷载传递 桩
2、顶作用荷载通过侧阻传至桩周土体，并经扩散使桩底压力分布范围比桩身截面大很多。当 桩距小于某距离时（一般为6d），桩底应力扩散面积交叉重叠，与原来单桩端应力叠加，使群桩 桩底地基所受压应力比单桩大，为满足桩底地基 压应力不超过地基承载力，故群桩承载力小于各群桩承载力小于各 单桩承载力之和。单桩承载力之和。 第一节 群桩的荷载传递特性与破坏模式5 规范 4.1.2 条 ：桩基设计中，桩的中心距大于表桩基设计中，桩的中心距大于表4.1.2 4.1.2 规定时可按单桩计算，不满足时按群桩计算规定时可按单桩计算，不满足时按群桩计算。港口工程桩基规范（JTS167- 4 -12）对于对于桩基承载力有关规定
3、桩基承载力有关规定第一节 群桩的荷载传递特性与破坏模式这里规范的规定与教材所述有出入，应按规范来执行。这里规范的规定与教材所述有出入，应按规范来执行。6 n群桩破坏模式（1 1）整体破坏：）整体破坏：当桩数量及入土深度一定，当桩距 3d 时，桩间土被桩完全夹住，形成实体深基础 整体破坏。（2 2）刺入破坏：刺入破坏：当6d 桩距 3d 时,由各根桩局部刺入破坏，进而导致群桩破坏；粘性土首先是外角桩受荷达到最大值，刺入变形，再逐步发展到全部基桩刺入破坏。桥墩和房屋的桩基一般属于整体破坏，船坞底板的桩基其桥墩和房屋的桩基一般属于整体破坏，船坞底板的桩基其 桩距桩距 3 3d d ，属于刺入破坏。，
4、属于刺入破坏。第一节 群桩的荷载传递特性与破坏模式一）一）单桩竖向承载力特征值累加法第二节第二节 群桩竖向承载力计算群桩竖向承载力计算二）群桩效率（或折减）系数法二）群桩效率（或折减）系数法（ E Ev v或或 ）当群桩的基桩为端承桩端承桩时，其承载力为各单桩承载力之和。当基桩为摩擦桩摩擦桩时，由于应力叠加，其承载力小 于单桩承载力之和。群桩承载力与各单桩承载力之和 的比值称为群桩效率（折减）系数。用群桩效率（折减）系数。用E Ev v或 表示。三）实体深基础法三）实体深基础法该法有应力扩散法与等效实体法两种计算模式。工民建与道桥行业多采用实体深基础法。第二节第二节 群桩竖向承载力计算群桩竖向
5、承载力计算应力重叠系数或折减率应力重叠系数或折减率 A As s应力重叠后本根桩实际承载力应力重叠后本根桩实际承载力9 1.群桩效率（折减）系数 E Ev v( )和沉降比 当桩距3D pci - p0ipi 5 10 cm承台承台30cm桩桩 1.0d15cm承台承台桩桩 50cmdn n 承台构造要求承台构造要求（1 1）承台宽度不小于）承台宽度不小于0.5 m0.5 m，厚度不小于，厚度不小于0.3 m0.3 m，桩中心距承台边缘不小于，桩中心距承台边缘不小于 1.01.0d d，桩边缘距承台边缘不小于，桩边缘距承台边缘不小于0.15 m0.15 m，桩顶伸入承台大于，桩顶伸入承台大于
6、510cm510cm；第三节第三节 群桩竖向承载力计算群桩竖向承载力计算弯曲破坏冲切破坏 斜压破坏纯剪破坏桩基承台的受力及破坏形式可参考上图的浅基础：柱下钢筋 混凝土基础桩基承台按照混凝土结构设计规范进行 受弯、受冲切受弯、受冲切、与受剪切计算、与受剪切计算。1 1、受弯计算、受弯计算（1）柱下桩基独立承台：四 承台结构设计多柱矩形承台的弯矩计算截面取在柱边柱边和和承台高度变化处承台高度变化处式中： Mx、 My 分别为垂直于 x 轴和 y 轴方向计算截面处的弯矩设计值； xi、 y i 分别为垂直于 y 轴和 x 轴到相应的计算截面线的距离；Ni 当不考虑承台效应时第 i 根桩竖向总反力设计
7、值 。 N Ni iN Ni i1 1、受弯计算、受弯计算（2）箱形承台和筏形承台：见有关参考文献四 承台结构设计（3）柱下条形承台梁：承台梁按弹性地基梁计算 （4）墙下条形承台梁：按倒置弹性地基梁计算2 2、受冲切计算、受冲切计算柱下桩基独立承台冲切破坏方式包括柱对承台的冲切和角桩对承台的冲切。冲切破坏锥体冲切破坏锥体自柱（墙）边和承台变阶 处至相应桩顶边缘所构成的截锥体。锥体斜面与承台底面夹 角不小于45。即破坏面为即破坏面为4545夹角的冲切破坏锥体。夹角的冲切破坏锥体。3 3、受剪切计算、受剪切计算剪切破坏面剪切破坏面为通过柱边（墙边）与桩边连线形成的斜截面斜截面 ： 抗剪宽度为：承台
8、宽度bx或长度by。柱对承台的冲切计算如图承台抗冲切面积（即如图承台抗冲切面积（即 柱下冲切锥体底面积）为柱下冲切锥体底面积）为 4 4个虚线梯形个虚线梯形面积之和。面积之和。冲切破坏面：冲切破坏面：自柱（墙）边和承台变阶处至相应桩顶边 缘所构成的截锥体。破坏面为破坏面为4545夹角的冲切破坏锥体。夹角的冲切破坏锥体。剪切破坏面：剪切破坏面：为通过柱边（墙边）与桩边连线形成的 斜截面斜截面，抗剪宽度为：承台宽度 b0y 或长度 b0x 。四 承台结构设计 （示意图见前）2 2、受冲切计算、受冲切计算（1 1）沿）沿柱边、承台变阶处柱边、承台变阶处受冲切计算式中： Fl 为扣除承台及以上填土自重
9、， 作用在冲切破坏锥体作用在冲切破坏锥体上相应于荷载效应基本组合的冲切力设计值冲切力设计值；h0 为冲切破坏锥体的有效高度； ft 混凝土抗拉强度； hp 为受冲切承载力截面高度影响系数，按有关规定取值；0x、 0y 为冲跨比， 0x= a0x/h0 ，0y= a0y/h0 ; 当 a0x（a0y） 0.2 h0 时, 取a0x（a0y）= h0F 为作用于承台顶的竖向荷载设计值；Ni 为冲切破坏锥体范围内各桩的净反力设计 值之和。冲切系数冲切系数四 承台结构设计 （示意图见前）2 2、受冲切计算、受冲切计算（对位于柱冲切破坏锥体以外的基桩，按 下式计算该承台受基桩冲切的承载力） 式中： Nl
10、 为扣除承台及以上填土自重后的角桩桩顶角桩桩顶相应于荷 载效应基本组合的竖向力设计值竖向力设计值；(角桩的净反力)1x、 1y 分别为角桩冲切系数；c1、c2 分别为从角桩内边缘至承台外边缘的距离；a1x、a1y 分别为从角桩内边缘引45冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离；hp 、h0 、ft 含义同前。 （2）四桩（含四桩）以上矩形承台角桩对承台冲切角桩对承台冲切计算剪切破坏面：剪切破坏面：为通过柱边（墙边）与桩边连线形成的 斜截面斜截面，抗剪宽度为：承台宽度 b0y 或长度 b0x 。四 承台结构设计 （示意图见前）3 3、受剪切验算、受剪切验算（柱下柱基独立承台的抗剪计算在小剪
11、跨 比的条件下具有深梁特征） 1）剪切破坏面为通过柱边（墙边）与桩边连线形成的斜截面2）斜截面受承载力按下式验算式中： V 为扣除承台及以上填土自重后相应于荷 载效应基本 组合时斜截面的最大剪力设计值设计值； 为剪切系数；b0 、 h0 承台计算截面处的计算宽度与高度；hs 为受剪切承载力截面高度影响系数， 计算截面的剪跨比， x = ax /h0，y = ay /h0；ax、ay为柱边（墙边）或承台变阶处至 x、y 方向计算一排桩的桩边的水平距离，当 3时，取3.0。桩桩 基基 础础 的的 设设 计计 步步 骤骤No结构、地质和环境资料桩型、桩长、断面桩数和布置验算单桩承载力桩基沉降验算承台
12、与桩身设计计算设计结束单桩承载力特征值RaNo荷载、持力层、相邻建筑根据施工条件决定桩 型 根据持力层深度确定 桩长 根据荷载大小决定桩 截面 桩端进入持力层深度 ：13d，进入较好岩 体0.5m。桩端下持力 层厚度 4d。根据第二节的方法确 定单桩承载力特征值 1单桩的静载荷试验 2 其他现场试验 3原位测试 4 经验方法初估桩数nFk 竖向荷载效应的标 准组合 Gk 设计地面下承台底 面以上结构和土的自 重，容重用20kN/m3桩距 摩擦桩一般3d 扩底灌注桩扩底直径 的1.5倍群桩承载力合力作用 点与长期荷载的重心 重合承载力验算采用正常 使用极限状态下荷载 效应的标准组合沉降验算采用正
13、常使 用极限状态下荷载效 应的准永久组合承台和桩身强度验算 时采用正常使用极限 状态下荷载效应的基 本组合承台尺寸、厚度承台的抗冲切、抗弯 、抗剪验算钢筋混凝土桩的配筋 等设计54 五、五、竖向荷载下的桩基础设计竖向荷载下的桩基础设计（工民建）（工民建）1 1、设计基本原则、设计基本原则（1）基底总荷载不超过桩基承载力与桩间土分担荷载的总和；（2）地基计算变形量小于建筑物容许变形值；（3）满足水平荷载作用下建筑物抗倾覆和抗滑移稳定性要求。桩基础设计是根据荷载、地质及水文等条件，拟定承台标高和尺寸、桩材料、直径、长度、数量和在平面上的排列等。设计过程中要满足力学与使用功能上的需求，同时要考虑技术
14、上的可能性和是否经济等因素。55 （1 1）选择桩型、长度和截面尺寸）选择桩型、长度和截面尺寸 桩型选择需考虑因素包括地质条件、建筑物荷载条件、结构特点、打桩与施工条件等，还需进行技术经济比较。确定桩型时应避免同一建筑物同时采用端承桩和摩擦桩 。桩的长度指从承台底面至桩端的距离，再考虑桩顶嵌入承台深度和桩尖尺寸，所以确定桩长主要是确定桩端持力层和桩端进入持力层深度。坚硬岩层、中密以上的砂层，及孔隙比小于0.7、压缩系数小于0.25Mpa，液性指数小于1.0的粘性土都可做桩基持力层。2 2、设计步骤、设计步骤五、五、竖向荷载下的桩基础设计（工民建）（工民建）56 （1 1）选择桩型、长度和截面尺
15、寸）选择桩型、长度和截面尺寸 桩端进入持力层的深度根据地质条件、荷载及施工工艺确 定，宜为桩身直径 d d 的13倍。灌注桩在黏性土、粉土中不宜 小于2 d ，砂土不宜小于1.5 d，在碎土类土中不宜小于 1 d，当 存软弱下卧层时，桩基以下硬持力层的厚度一般不宜小于3d ；嵌岩桩嵌入完整和较完整的未风化、微风化和中等风化硬质 岩体的最小深度不宜小于0.5 m。当硬持力层较厚，且施工条件许可时，桩端全断面进入持力层的深度宜达到桩端阻力的临界深度宜达到桩端阻力的临界深度。确定桩的长度时，还应同时考虑桩的制作、运输、沉桩设备的能力等因素。2 2、设计步骤、设计步骤五、五、竖向荷载下的桩基础设计（工
16、民建）（工民建）2 2、设计步骤、设计步骤57 （2 2）确定单桩承载力的特征值）确定单桩承载力的特征值 R R初步设计时单桩竖向承载力特征值可由经验公式计算；重要的工程，应通过单桩静载荷试验确定。 （3 3）确定桩数量及桩的布置）确定桩数量及桩的布置桩数可按上部结构荷载和单根桩竖向承载力特征值确定。中心荷载时，桩数 n n 按下式计算：式中：F F 为相应于荷载效应标准组合时作用于桩基承台顶面的竖向力设计值；G G 为桩基承台自重及承台上土自重标准值；R Ra a为单桩竖向承载力特征值。五、五、竖向荷载下的桩基础设计（工民建）（工民建）（3 3）确定桩数量及桩的布置）确定桩数量及桩的布置偏心荷载时，
