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1、第六节第六节 竖向荷载作用下群桩的工作性状竖向荷载作用下群桩的工作性状群桩的荷载传递特征群桩的荷载传递特征实际工程中的桩基础，除少量大直径桩是用单桩基础外，一般都是由多根桩 ，上部由承台联结而成的群桩基础。什么是群桩？群桩的承载力是否等于各单桩承载力之和？该问题的答案只有了解了群桩的荷载传递特征后才能给出！由于前述单桩荷 载传递机制中，端承桩和摩擦桩的荷载传递机制存在显著差异，因此，端承型群 桩和摩擦型群桩的荷载传递机制也有很大差异！端承群桩，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。而桩端处承载压面积很小，各桩 端的压力彼此互不影响，故可认
2、为端承群桩中各桩 的工作情况与单桩工作情况基本一样；同时，由于 桩的变形很小，桩间土基本不承担荷载，群桩的承 载力就等于各单桩的承载力之和，群桩的沉降量也 与单桩基本相同。竖向荷载作用下群桩的工作性状竖向荷载作用下群桩的工作性状群桩的荷载传递特征群桩的荷载传递特征摩擦型群桩摩擦型群桩主要通过每根桩侧 面的摩擦阻力将上部荷载传布到桩 周及桩端的土层中。假定桩侧摩阻 力在土中引起的附加应力z，按某 一角度沿桩长向下扩散分布至桩 端平面处。这样则可能出现两种情况：第一种情况：桩距S较大时，桩端平面 处各桩传来的压力互不重叠或重叠不 多，这时群桩中各桩的工作情况仍和 单桩单独工作一样，故群桩的承载力
3、也等于各单桩承载力之和。要求：S6d(d为桩径)第二种情况：桩距较小时，桩端处地 基中各桩传来的附加应力z就会相互 重叠，使得桩端处压力要比单桩时增 大许多，桩端以下压缩土层的深度也 要比单桩时深很多。要求：S(34)d，常用桩距竖向荷载作用下群桩的工作性状竖向荷载作用下群桩的工作性状群桩的荷载传递特征群桩的荷载传递特征认识一个新概念：群桩效应群桩中各桩的工作状态就与单桩时迥然不同，群桩的 承载力并不等于各单桩之总和，沉降量也大于单桩的沉降 量，这就叫群桩效应。影响群桩效应的主要因素，一是群桩自身的几何特征， 包括承台的设置方式(高或低承台)、桩距、桩长、及桩长 与承台宽度比、桩的排列形式、桩
4、数；二是桩侧与桩端的 土性、土层分布和成桩工艺(挤土或非挤土)。群桩效应具体反映在以下几方面:群桩的侧阻力、群桩 的端阻力、承台土反力、桩顶荷载分布、群桩沉降及其随 荷载的变化、群桩的破坏模式。竖向荷载作用下群桩的工作性状竖向荷载作用下群桩的工作性状群桩的荷载传递特征群桩的荷载传递特征认识一个新概念：群桩效应定义群桩效应：群桩效率系数若不允许群桩的沉降量大于同荷载作用下的单桩沉降量时，则群桩中每一根桩的平均承载力就要比单桩时降低。根据这一概念，在设计中常要乘以 群桩效率系数，其意义为：相应地，还可区分群桩侧摩阻力和端阻力，分别定义群桩效应如下：竖向荷载作用下群桩的工作性状竖向荷载作用下群桩的工
5、作性状群桩的荷载传递特征群桩的荷载传递特征关于群桩效应的几点重要认识l 桩侧阻力的群桩效应群桩效应对桩侧阻力影响的基本规律是：群桩效率系数越大，则桩 土间的相对位移越小，此时桩侧阻 力的发挥越小。右上图：桩距越大，群桩效应越不 明显，桩周土应力重叠越小，致使 桩周土的竖向位移越小，则桩土相 对位移越大，桩侧摩阻力能尽情发 挥，承台底土反力越大(P=KS)；反 之，桩土相对位移越小，桩侧土摩 阻力不易发挥；承台底反力越小。打入群桩：群桩效应明显，整体破 坏；反之，单桩破坏。竖向荷载作用下群桩的工作性状竖向荷载作用下群桩的工作性状关于群桩效应的几点重要认识l 桩端阻力的群桩效应群桩效应对桩端阻力影
6、响的基本规律是：n 群桩效应越大，受剪应力重叠及桩端土体位移受限影响， 桩端阻力越大；竖向荷载作用下群桩的工作性状竖向荷载作用下群桩的工作性状群桩的荷载传递特征群桩的荷载传递特征关于群桩效应的几点重要认识l 桩端阻力的群桩效应群桩效应对桩端阻力影响的基本规律是：n 群桩端阻破坏形式 依据群桩效应不同而不 同，群桩效应不明显， 群桩端阻破坏类似于单 桩端阻破坏，但因应力 重叠、承台约束、土体 变形受限，从而使桩端 土破坏承载力相对较高 。竖向荷载作用下群桩的工作性状竖向荷载作用下群桩的工作性状群桩的荷载传递特征群桩的荷载传递特征关于群桩效应的几点重要认识l 桩端阻力的群桩效应群桩效应对桩端阻力影
7、响的基本规律是：n 群桩端阻破坏形式依 据群桩效应不同而不同 ，群桩效应明显，桩端 土强度不高时，破坏以 冲剪或局部剪切破坏为 主，若为软弱下卧层， 土体可发生侧向挤出而 使桩基整体失稳；桩端 土强度较高时，可产生 整体剪切破坏。竖向荷载作用下群桩的工作性状竖向荷载作用下群桩的工作性状群桩的荷载传递特征群桩的荷载传递特征关于群桩效应的几点重要认识l 群桩下承台底土对荷载的分担作用承台底土是否能够承受荷载，需不需要考虑以及如何 考虑承台底土的荷载分担效应？不考虑承台底土的荷载分担效应是偏于安全的。但事 实是，承台底土的荷载分担作用不容忽视，尤其是对于摩 擦型桩基，荷载分担率通常能达到百分之十几到
8、百分之五 十之间。竖向荷载作用下群桩的工作性状竖向荷载作用下群桩的工作性状群桩的荷载传递特征群桩的荷载传递特征关于群桩效应的几点重要认识l 群桩下承台底土对荷载的分担作用承台底土荷载分担效应的主要规律是：n 承台底土的压缩性越低，强度越高，荷载分担率越大；n 桩距越大，承台底反力愈大；n 承台底土反力随着荷载水平提高；n 桩愈短，桩长与承台宽度比愈小，桩侧摩阻力发挥值愈低，承台土反力大。承台底土荷载分担效应的基本规律是：P=K.S。即桩土相对位移越大， 承台底土荷载分担率越大。第七节第七节 群桩的竖向承载力计算群桩的竖向承载力计算群桩竖向承载力的概念群桩竖向承载力的概念群桩竖向承载力指群桩基础
9、的竖向承载能力，包含三层意思：l群桩与一定范围土视为整体时所能承受的竖向总荷载。此时，桩端以下存 在软弱下卧层，应校核其强度； l群桩中的各基桩承载力应进行校核； l群桩沉降应小于允许沉降量的竖向荷载。因此，沉降不仅是正常使用极限 状态的校核条件，也是群桩承载力确定的依据。因此，群桩竖向承载力的确定应考虑上述三个方面！群桩整体竖向承载力按下式计算：群桩竖向整体承载力计算群桩竖向整体承载力计算适用条件：端承型群桩、桩数小于端承型群桩、桩数小于4 4根的摩擦型柱下独立桩基或由于地层土性、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（建筑桩基技术规范，使用条件等因素不宜考
10、虑承台效应时（建筑桩基技术规范，JGJ94-2008)JGJ94-2008)群桩的竖向承载力计算群桩的竖向承载力计算群桩整体竖向承载力计算的实体深基础法群桩竖向整体承载力计算群桩竖向整体承载力计算l侧阻整体破坏模式下：对于小桩径(Sa3d)挤土型低承台群桩， 可将群桩基础看作为整体基础，而基础的破坏 为整体外侧表面的剪切破坏，此时的群桩基础 整体竖向承载力可采用两种方法估算，并取其 小值：实体深基础底面土的极限承载力实体深基础底面土的极限承载力不考虑应力扩散不考虑应力扩散考虑应力扩散考虑应力扩散群桩的竖向承载力计算群桩的竖向承载力计算群桩整体竖向承载力计算的实体深基础法群桩竖向整体承载力计算群
11、桩竖向整体承载力计算l侧阻非整体破坏模式下：对于非挤土型群桩，其侧阻多呈各单桩破坏，此时可忽略承台分担荷载的 作用，其极限承载力可按下式计算：桩端面积桩端面积群桩的竖向承载力计算群桩的竖向承载力计算持力层下存在软弱下卧层时的验算群桩竖向整体承载力计算群桩竖向整体承载力计算桩端持力层以下存在软弱下卧层时，对桩基整体稳定可 能产生不利影响，体现在两个方面：l持力层冲剪破坏致使桩基整体失稳； l软弱下卧层变形致使桩基整体沉降过大。群桩的沉降计算群桩的沉降计算一般来说，桩基只按承载力进行计算、设计。但是，正如前述桩基承载力的确 定应满足正常使用极限状态要求，因此桩端持力层为软弱土层或建筑物对沉降要 求
12、很高时，尚应对桩基沉降进行验算。群桩沉降计算几点说明群桩沉降计算几点说明建筑桩基沉降变形指标：l沉降量； l沉降差； l整体倾斜：建筑物桩基倾斜方向两端点的沉降差与其距离之比值； l局部倾斜：墙下条形承台沿纵向某一长度范围内桩基础两点的沉降差与其 距离之比值。桩和承台：足够的强度、刚度和耐久性桩和承台：足够的强度、刚度和耐久性地基（主要桩端持力层地基（主要桩端持力层) )：足够的承载力和不产生过量的变形：足够的承载力和不产生过量的变形第八节第八节 桩基础设计桩基础设计进行调查研究，场地勘察，收集有关资料；进行调查研究，场地勘察，收集有关资料；综合勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构条件确定桩
13、基持力层综合勘察报告、荷载情况、使用要求、上部结构条件确定桩基持力层 ；选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造；选择桩材，确定桩的类型、外形尺寸和构造；确定单桩承裁力设计值；确定单桩承裁力设计值；根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平面布置；根据上部结构荷载情况，初步拟定桩的数量和平面布置；根据桩的平面布置，初步拟订承台轮廓尺寸及承台底标高；根据桩的平面布置，初步拟订承台轮廓尺寸及承台底标高；验算作用于单桩上的竖向和横向荷载；验算作用于单桩上的竖向和横向荷载；验算承台尺寸及结构强度；验算承台尺寸及结构强度；必要时验算桩基的整体承载力和沉降量，验算软弱下卧层地基承载力必要时验算桩基的整体承载
14、力和沉降量，验算软弱下卧层地基承载力 ；单桩设计，绘制桩和承台的结构及施工详图。单桩设计，绘制桩和承台的结构及施工详图。设计桩基之前必须充分掌握设计原始资料，包括建筑类型、设计桩基之前必须充分掌握设计原始资料，包括建筑类型、 荷载、工程地质勘察资料、材料来源及施工技术设备等情况，并荷载、工程地质勘察资料、材料来源及施工技术设备等情况，并 尽量了解当地使用桩基的经验。尽量了解当地使用桩基的经验。8.18.1收集设计资料收集设计资料8.2 8.2 桩型、桩长和截面尺寸选择桩型、桩长和截面尺寸选择桩基设计时，首先应根据建筑物的结构类型、荷载情况、地桩基设计时，首先应根据建筑物的结构类型、荷载情况、地
15、 层条件、施工能力及环境限制层条件、施工能力及环境限制( (噪音、振动噪音、振动) )等因素，选择预制桩等因素，选择预制桩 或灌注桩的类别，桩的截面尺寸和长度以及桩端持力层等。或灌注桩的类别，桩的截面尺寸和长度以及桩端持力层等。一般当土中存在大孤石、废金属以及花岗岩残积层中未风化一般当土中存在大孤石、废金属以及花岗岩残积层中未风化 的石英脉时，预制桩将难以穿越；当土层分布很不均匀时，混凝的石英脉时，预制桩将难以穿越；当土层分布很不均匀时，混凝 土预制桩的预制长度较难掌握，在场地土层分布比较均匀的条件土预制桩的预制长度较难掌握，在场地土层分布比较均匀的条件 下，采用质量易于保证的预应力高强混凝土
16、管桩比较合理。下，采用质量易于保证的预应力高强混凝土管桩比较合理。桩的长度主要取决于桩端持力层的选择桩的长度主要取决于桩端持力层的选择粘性土、粉土：不宜小于粘性土、粉土：不宜小于2d2d，砂类土：砂类土： 不宜小于不宜小于1.5d1.5d，碎石类土碎石类土: : 不宜小于不宜小于1d1d。当存在软弱下卧层时当存在软弱下卧层时: :桩端以下硬持力层厚度不宜小于桩端以下硬持力层厚度不宜小于4d4d嵌岩灌注桩的周边嵌入微、中等风化嵌岩灌注桩的周边嵌入微、中等风化岩体的岩体的d dminmin不宜小于不宜小于0.5m0.5m，桩端阻力的临界深度桩端阻力的临界深度: :砂、砾为砂、砾为(3-6)d(3-6)d，粉土、粘性土为粉土、粘性土为(5-10)d(5-10)d。桩端进入持力层的深度桩端进入持力层的深度：桩全长桩全长l l= =承台底至持力层顶厚度承台底至持力层顶厚度+ +桩沉入持力层深度桩沉入持力层
