墙下条基与桩的协同工作探讨

墙下条基与桩的协同工作探讨
[摘要]本文利用结构力学原理，对墙下条形承台梁与其下单排桩的协同工作及适用范围进行了探讨，指出单排桩承载力计算应考虑其协同工作。

[关键词] 承台梁单排桩协同工作
一.概述
在软土地区，民用房屋结构常常采用墙下条形基础承台梁下单排桩的基础形式，由于上部结构传递荷载的不均匀性，或者由于承载范围的不同，致使各根单桩所承受的竖向荷载的大小产生差异，沉降也产生差异，造成有的单桩承受的荷载接近或超过单桩承载力，而有的单桩承受的荷载比单桩承载力小很多。

由工程实例发现，在承受荷载接近极限承载力的单桩两侧，有时存在承载力还有一定富裕的单桩。

分析认为，在一定条件下，富余的承载力可以相互调节，即承台梁下单排桩存在协同工作。

二.理论分析
由文献[1]和大量工程实例可知，在竖向荷载下，可以把单排桩看作条形承台梁的弹性支座，条形承台梁是具有弹性支座的多跨连续梁。

1.弹性支座反力（桩顶反力）重分配
假定各单桩弹性刚度K相同，K可根据实测Q-s曲线直线段的Qi/Si确定。

为简便，分析某一单桩在集中荷载P和均布荷载q作用下，相邻两桩的反应。

（1）集中荷载P作用情况（见图1）
两等跨承台梁具有相同截面，惯性矩I，
弹性模量E，桩距l；桩A和桩B荷载或支座反
力为R A和R B，根据结构力学原理有
2R A+R B=P （1）
设δA、δB分别为支座A、B的位移（沉降），得
δA=R A/K，δB=R B/K
集中荷载P作用下桩B和桩A的沉降差为
Δδ=δB－δA=（R A－R B）/K（2）
而承台梁在荷载P和R B作用下，B支座位移为
（3）
解式（1）、（2）、（3）
得
图1
，
引入承台梁支座反力（桩顶反力）影响系数αA和αB，使R A=αA P，R B=αB P，因此
，（4）
（2）均布荷载作用情况（见图2）
按结构力学方法可得
使，
因此反力影响系数αA和αB分别
为图2
，（5）
（3）计算分析
设桩距l=1200mm，桩弹性刚度分别为40kN/mm、80kN/mm、160kN/mm、∞；承台梁截面分别取，，分别计算集中荷载和均布荷载下支座反力影响系数。

结果见表1、表2。

两等跨连续梁集中力作用下反力影响系数表1
两等跨连续梁均布荷载作用下反力影响系数表2
1.单排桩承载力计算
承台梁上的荷载可以分为均匀的和不均匀的，这可利用上述两种情况叠加来计算。

式（4）、（5）和上述实例计算表明，承台梁上的荷载分配给各单桩时，与承台梁的刚度、桩距和桩的弹性刚度有关。

当承台梁刚度增大时，有利于将承台梁上荷载均匀地分配给各单桩。

如承台梁为刚性的，即刚度无限大时，各桩顶荷载相同。

而随着桩距的增大或桩的弹性刚度增大时，桩顶荷载分配差距增大。

当
桩距或桩的弹性刚度为无限大时，承台梁上荷载在桩顶不发生重分配，集中荷载
只传给其下的单桩承受，也就是说其他桩不参加协同工作。

上述分析显示，承台梁刚度过小，桩距或桩的弹性刚度增大较多时，承台梁
下的某些桩的承载力并不能发挥出来，不参与协同工作，也不较多地分配承台梁
上的荷载，所以桩基的竖向抗压承载力应为在承台梁具有足够的刚度下，各协同
工作的单桩竖向抗压承载力的总和。

造成桩的弹性刚度增大的原因主要有：桩径增大（复打桩与单打桩），桩长
增大（长桩与短桩），施工工艺采用（夯扩与非夯扩），受力性能不同桩型应用（端承桩与摩擦桩），桩尖持力层地质情况差异（硬土层与软土层）等等。

实际工程设计时，可以取l/h=2～3来保证承台梁刚度。

另外承台梁上部分
墙砌体的刚度也有利于荷载尽可能均匀地向各单桩分配，以利各单桩承载力发挥，同时不使荷载较大处承台梁下单桩超载较多。

桩距宜3d
三.结语
1.墙下条形桩基承台梁与其下单排桩，在一定条件下都能协同工作，相互影响。

承台梁
上荷载分配给其下各单排桩时，与承台梁刚度、桩距和反映桩工作性状的桩弹性刚度
有关，而不是均匀地分配给各单桩。

2.在承台梁具有足够的刚度下，桩的竖向抗压承载力为各协同工作的单桩竖向抗压承载
力总和。

3.墙下条形桩基承台梁按倒置弹性地基梁计算时，要考虑桩的沉降，引起支座反力（桩
顶反力）重分配及对连续承台梁内力的影响。

参考文献
1．建筑地基基础设计规范GB50007-2011. 中国建筑工业出版社，2011
2．建筑基桩检测技术规范JGJ 106-2014. 中国建筑工业出版社，2014
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