群桩基础的竖向分析及其验算
群桩与群桩效应分析
群桩与群桩效应分析 群桩基础——由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。
若桩⾝全部埋于⼟中，承台底⾯与⼟体接触，则称为低承台桩基；若桩⾝上部露出地⾯⽽承台底位于地⾯以上，则称为⾼承台桩基。
建筑桩基通常为低承台桩基础。
单桩基础——采⽤⼀根桩（通常为⼤直径桩）以承受和传递上部结构（通常为柱）荷载的独⽴基础。
群桩基础——由2根以上基桩组成的桩基础。
基桩——群桩基础中的单桩。
复合桩基——由桩和承台底地基⼟共同承担荷载的桩基。
复合基桩——包含承台底⼟阻⼒的基桩。
单桩竖向极限承载⼒——单柱在竖向荷载作⽤下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的荷载。
它取决于⼟对桩的⽀承阻⼒和桩⾝材料强度，⼀般由⼟对桩的⽀承阻⼒控制，对于端承桩、超长桩和桩⾝质量有缺陷的桩，可能由桩⾝材料强度控制。
群桩效应——群桩基础受竖向荷载后，由于承台、桩、⼟的相互作⽤使其桩侧阻⼒、桩端阻⼒、沉降等性状发⽣变化⽽与单桩明显不同，承载⼒往往不等于各单桩承载⼒之和，称其为群桩效应。
群桩效应受⼟性、桩距、桩数、桩的长径⽐、桩长与承台宽度⽐、成桩⽅法等多因素的影响⽽变化。
群桩效应系数——⽤以度量构成群桩承载⼒的各个分量因群桩效应⽽降低或提⾼的幅度指标，如侧阻、端阻、承台底⼟阻⼒的群桩效应系数。
桩侧阻⼒群桩效应系数——群桩中的基桩平均极限侧阻与单桩平均极限侧阻之⽐。
桩端阻⼒群桩效应系数——群桩中的基桩平均极限端阻与单桩平均极限端阻之⽐。
桩侧阻端阻综合群桩效应系数——群桩中的基桩平均极限承载⼒与单桩极限承载⼒之⽐。
承台底⼟阻⼒群桩效应系数——群桩承台底平均极限⼟阻⼒与承台底地基⼟极限阻⼒之⽐。
负摩阻⼒——桩⾝周围⼟由于⾃重固结、⾃重湿陷、地⾯附加荷载等原因⽽产⽣⼤于桩⾝的沉降时，⼟对桩侧表⾯所产⽣的向下摩阻⼒。
在桩⾝某⼀深度处的桩⼟位移量相等，该处称为中性点。
中性点是正、负摩阻⼒的分界点。
下拉荷载——对于单桩基础，中性点以上负摩阻⼒的累计值即为下拉荷载。
桩基础的设计计算
上式中：E、I——桩的弹性模量及截面惯矩
zx——桩侧土抗力zx=Cxz=mZxz，C为地基系数； b1——桩的计算宽度； xz——桩在深度z处的横向位移（即桩的挠度）。
将上式整理可得：
d4xz dZ4
mEb1I Zxz
0
（1）
或
d4xz dZ4
a5Zxz
0
式中：——桩—土变形系数，
5
mb 1
EI
从上式中不难看出：桩的横向位移与截面所在深度、桩的刚度（包括桩身材料和截面尺寸）
以及桩周土的性质等有关，是与桩土变形相关的系数。
式（1）为四阶线性变系数齐次常微分方程，在求解过程中注意运用材料力学中有关梁的 挠度xz与转角z、弯矩Mz和剪力Qz之间的关系即
将式（7）代入式（2）得
x z Q 3 E 0A x 0 IM 2 E 0B x 0 I A 1 B 1 (Q 2 E 0A 0 I M E 0 B 0 ) I M 2 E 0 C 1 I Q 3 E 0D 1
Q 3 E 0(A 1 I A x 0 B 1 A 0 D 1 ) M 2 E 0(A 1 I B x 0 B 1 B 0 C 1 )
2）当基础侧面为数种不同土层时，将地面或局部冲刷线以下hm深度内各土层的mi，根据换算前 后地基系数图形面积在深度hm内相等的原则，换算为一个当量m值，作为整个深度的m值。
3）桩底面地基土竖向地基系数Co为： C0=m0h
（二）单桩、单排桩与多排桩
单桩、单排桩：指在与水平外力H作用面相垂直的平面上，由单根或多根桩组成的单根（排） 桩的桩基础，如下图a）、b）所示，对于单桩来说，上部荷载全由它承担。
B 0 也都是Z的函数，根据Z值制
桩基础的设计计算
L1＜0.6h1的多排桩
k
b2
1 b2 0.6
L1 h1
h1——地面或最大冲刷线以下桩柱
计算埋入深度：h1=3(d+1) ；但h1值不
得大于桩的入土深度（h）；
L1——与外力作用方向平行的排桩桩间净距；梅花形布桩 时，若相邻两排桩中心距 c 小于（d+1）m时，可按水平 力作用面各桩间的投影距离计算。
Mi
My n
竖向力 N 在单排桩方向有偏心距e，Mx=Ne，每根桩上 的竖向作用力按偏心受压计算：
Pi
N n
M x yi yi2
,
H Qi n ,
Mi
My n
多排桩 外力作用平面内（验算平面），或将桩投影到外力作
用平面（验算平面）上有多根桩。在垂直于外力作用平面 （验算平面）内进行荷载分配时，不是直接分配给单桩， 而是分配给与外力作用平面（验算平面）相平行的一排桩， 在该排桩作用平面内，作为一个平面受力体（超静定结 构），再通过结构力学方法进行第二次荷载分配，直至分 配给单桩为止。
H分配给单桩，计算最不利的基桩内力、位移。 单桩、单排桩 单桩——全部荷载由单桩承受，荷载不需分配； 单排桩——外力作用平面内（验算平面），或将桩投影到 外力作用平面（验算平面）上只有一根桩，而在垂直于外 力作用平面内多根桩组成。
竖向力 N 在单排桩方向无偏心
Pi
N; n
Qi
H; n
第四章：桩基础的设计计算
1. 单排桩基桩内力和位移计算 2. 多排桩基桩内力和位移计算 3. 群桩基础的竖向分析及其验算 4. 承台的计算 5. 桩基础的设计
承台群桩基础单桩竖向力设计值计算探讨
・６ ・ ２ ７
承 台群桩 基础单桩 竖 向力设 计值 计算探讨
屈 计 划 （ 安徽 省 交通 规 划 设 计研 究 院 ， 安徽 合 肥 ２ ０ ８ ） ３ ０ ８
摘 要 ：公路钢筋混凝土及预应 力混凝土桥涵设计规 范） Ｊ Ｇ Ｄ ２ ２ ０ ） ８ ． 条（ 式 ８５１给 出了承 台群桩基础单桩 竖向力 《 （Ｔ ６ — ０ ４ 中 ． １ 公 ５ ． ） ． 设计值 的简化计算公式。 本文以考虑土体变形的“ ” ｍ 法理论 为基础 ， 自编程序计算 了单桩 竖向力设计值的精确解， 并与规 范方法进行 了对 比分析 ， 同时分析 了承 台地面以上水平力设计值 Ｈ和桩基 自由长度 ｋ 等对单桩 竖向力设计值分配的影响。结论验证 了规范 中简化公式
作者简介 ： 屈计 划（ ９ ３ ） 男 ， ， １８ 一 ， 汉 安徽 亳 州人 ， 工程 师 ， 主要 研 究方 向为 大跨 度 桥 梁 结构 分 析 与设 计 。
・
１ ８ １・
信 息 产 业
攻击 的迹象 。据 此 ， 根据 所发 生 的网络安 全事 件 ， 用配 置好 的 启 由于电子 政务 的最 终 目标是 建设政 府办公 自动 化 、 向决 策 面 报警 方式 ， 比如 Ｅ ａ 、 音报警 等 ， 通过 网络 数据 流量 统计 功 支 持 、 向公众 服务 的资源 共享 的综 合信 息系统 ， ｍｉ声 ｌ 并 面 系统 的复杂 性 能 ， 统计结 果提供 数表 与 图形 两种 显示 结果 ， 于 管理 者做 出 和 特殊性 便决定 了其 安全 问题 的多 层次性 、 对 便 重要 性和迫 切性 。应 ＾ ｖ 匠 瞽 蚤 相 应 的 反 应 。［ ４ １ 该 坚持 “ 全为先 ， 安 应用 为本 ， 整体 规划 ， 步 发展 ” 稳 的思 路 ， 进 推 踟 ∞ ∞ ∞ Ｏ ３３ 息传 输加 密产品 （Ｐ ） ．信 Ｖ Ｎ 的配备 我 国 电子 Ｏ Ｏ 健康 ０ Ｏ Ｏ Ｏ 政务 ０ 田有序 ∞ 。 、 ∞ 发展 ０ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ０ ∞ 为保 护信 息在 网络上 传输 的保 密性 、 确性 性 、 整性 及 可 准 完 参 考文献 靠性 ， 采用 “ 虚拟专用 网” 技术 ， 过 隧道技术 、 通 加密 和认证 技 术 ， ［】杨 珏．趋 势科 技 ：为 电子 政务 网络 保 驾护航 【 ．电子 商务 ， １ Ｊ 】 以直连 的方 式把 通 过认 证 的数 据直 接传 送 到 主机 的应 用 程序 ， ２０ ６， ０ ２． 在 每一级 网络 配备 的防火 墙系 统与边 界路 由器 之 间配备 网络层 ［］ ２ 胡虞 荣． 电子 政务 网络 安 全事 件分 析 与 防范 策略 ［ ． Ｊ 电脑知 识 ］ 加密 机 ， 护数据信 息从 发起 端到接 收 端传输 过程 的安 全 ， 成 与技 术 。 ０ ， ． 保 组 ２ ８１ ０ ４ 个 属 于政务 网专用 的电信 网络［。 ５ 】 ［】 ３ 张扬． 电子政 务 的 网络安 全探析 ［】 Ｊ． 大众科技 ，０ ８１ ２ ０ ，． ３４备份恢 复系 统 ． 【】 爱平， ４孙 王新 才． 于 电子政务 要 求的政 府信 息安 全分 析［］ 基 Ｊ． 湖 为 了保证 政务 网重要 业务 的连续 性 和安 全性 ，可 以在 异 地 北 档 案 ， ０ ， ． ２ ７２ ０ ０ 建设 一套 备份 与灾难恢 复 系统 ， 能实现 数据库 的远 程存 储备 份 ， ［】 岳 松 ， ５赵 张旋 ． 电子 政 务 网络安 全 的研 究 『］ 算机 与数 字 工 Ｊ． 计 旦 数据 库服务 器发 生故 障 ，利用灾 难恢 复 系统可 以实 现快 速 程 ，０ ６ １ ． ２ ０ 。２ 恢复， 实现 系统 的安全策 略 。 ３５网络 防病毒 系统 的配备 ． 政 务 网使 用 的操 作 系 统有 Ｕ Ｉ Ｎ Ｘ操作 系统 及 ＷＩＤ ＷＳ操 ＮＯ 作 系统 。为 了防止病毒 的侵 害 ， 据不 同的操 作 系统类 型 ， 备 根 配 相 应 的防病毒 系统 ， 比如支 持 Ｕ Ｉ 作系 统的防病 毒软件 、 Ｎ Ｘ操 支 持 ＷＩ Ｄ ＷＳ Ｎ Ｎ Ｏ Ｔ或 ＷＩＤ ＷＳ ９ Ｎ Ｏ ８／２ ０ ００的防病 毒软 件 。通 过 这些 软件 所具有 的实 时检测 功能 ， 到防范病 毒侵 害 的 目的 。 达 结 束 语
群桩基础的竖向承载能力及群桩效应的三维数值计算
（） ２
对于局部 非 协调 网格 ， 位移 列 阵 ｕ中 只包 含基 本变 量 集， 因此在将包 含从 变量 的单 元刚度 矩 阵、 单元荷 载列 阵经 过转换叠加到总体刚度矩 阵和 总体荷 载列阵 中得 到 ： 某单 设 元 ｉ的位移列 阵为 Ｍ＝ ｛ “ ， “ 皿， Ⅱ ， Ａ， Ａ， ｝ｎ为单元
收稿日期： ｌ一 － ２ １ ４２ ｏ Ｄ ８
作者简介 ： 王凤恩 ， ， 男 辽宁朝 阳人 ， 主要从事水和工程 咨询、 设计工作 。
３ ６
图 １ 计算模型（ ４ ４ｘ ）
式 中
—— 整体劲度 矩 阵；—— 位 移列阵 ； “ —— 荷载
列阵 。
＝
∑ 一 ．
，＝∑ 一 ．
得结果与《 规范》 中统计结果进行 了比较 ， 了计算 的合理 验证
性， 为模 型试验提供 了理论依据 。
１ 桩 一土 相 互 作 用 的 数值 模 拟
数 。所建计算模 型 １ ６根 （ ４×４ 桩情 况见 图 １ 桩及 其 周 围 ） ，
土局 部加 密见图 ２ 。
岩土工程的数值分析用于桩基 的承载特性分析 从 ２ ０世
２ 有限元计算模型及计算参数选取 ：
计 算 模 型 一 ： 台采 用 矩 形 承 台 ， 中 心 距 承 台 边 缘 距 承 桩
果在其他地方未必能用 。采用有 限元数值模 拟 ， 够方便 的 能
改变桩径 、 桩长 、 桩距及 土体 的物理 参数 ， 具有缩短 研究 时间
等优点 ， 因此数值模拟方法 已经渐渐成 为分析基桩 的有效方 法 。 目前 的有 限元计算多采用 常规 完全协调 网格 ， 这种 网格 在对桩及距桩较 近的 土体加 密时 ， 精度 要求 不高 ， 并且 对距
桩的验算
三）、矩形承台弯矩及单桩桩顶竖向力的计算图中x轴的方向是随机变化的，设计计算时应按照倾覆力矩M最不利方向进行验算。
1. 桩顶竖向力的计算依据《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.1.1条。
其中n──单桩个数，n=4；F──作用于桩基承台顶面的竖向力设计值，F=619.2kN；G──桩基承台的自重，G= =1089kN ；Mx,My──承台底面的弯矩设计值，取1552kN.m；xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离a/2=4.5/2=2.25m；Ni──单桩桩顶竖向力设计值(kN)；经计算得到单桩桩顶竖向力设计值，最大压力：N=(619.2+1089)/4+1552×2.25/(4×2.25)=815.05kN。
2. 矩形承台弯矩的计算依据《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.6.1条。
其中Mx1,My1──计算截面处XY方向的弯矩设计值(kN.m)；xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离取B/2-a/2-=1.625m；N i1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值(kN)，Ni1=Ni-G/n=815.05-1089/4=542.8kN/m2；经过计算得到弯矩设计值：Mx1=My1=2×542.8×1.625=1764.1kN.m。
（四）、矩形承台截面主筋的计算依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第7.2条受弯构件承载力计算。
式中，αl──系数，当混凝土强度不超过C50时，α1取为1.0。
fc──混凝土抗压强度设计值查表得14.30N/mm2；ho──承台的计算高度Hc-50.00=1150.00mm；fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300.00N/mm2；经过计算得：αs=1764.1×106/(1.00×14.30×5500.00×1150.002)=0.004；ξ =1-(1-2×0.004)0.5=0.004；γs =1-0.004/2=0.998；Asx =Asy =460.30×106/(0.998×1250.00×300.00)=1230.00mm2。
最全面的桩基计算总结
最全面的桩基计算总结最全面的桩基计算总结桩基础计算一.桩基竖向承载力《建筑桩基技术规范》 5.2.2 单桩竖向承载力特征值Ra 应按下式确定： Ra=Quk/K 式中Quk——单桩竖向极限承载力标准值；K——安全系数，取K＝2。
5.2.3 对于端承型桩基、桩数少于4 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，基桩竖向承载力特征值应取单桩竖向承载力特征值。
5.2.4 对于符合下列条件之一的摩擦型桩基，宜考虑承台效应确定其复合基桩的竖向承载力特征值： 1 上部结构整体刚度较好、体型简单的建（构）筑物；2 对差异沉降适应性较强的排架结构和柔性构筑物；3 按变刚度调平原则设计的桩基刚度相对弱化区；4 软土地基的减沉复合疏桩基础。
当承台底为可液化土、湿陷性土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土时，沉桩引起超孔隙水压力和土体隆起时，不考虑承台效应，取η=0 。
单桩竖向承载力标准值的确定：方法一：原位测试1.单桥探头静力触探（仅能测量探头的端阻力，再换算成探头的侧阻力）计算公式见《建筑桩基技术规范》5.3.32.双桥探头静力触探（能测量探头的端阻力和侧阻力）计算公式见《建筑桩基技术规范》5.3.4方法二：经验参数法1.根据土的物理指标与承载力参数之间的关系确定单桩承载力标准值《建筑桩基技术规范》5.3.52.当确定大直径桩(d>800mm）时，应考虑侧阻、端阻效应系数，参见5.3.6 钢桩承载力标准值的确定：1.侧阻、端阻同混凝土桩阻力，需考虑桩端土塞效应系数；参见5.3.7 混凝土空心桩承载力标准值的确定：1.侧阻、端阻同混凝土桩阻力，需考虑桩端土塞效应系数；参见5.3.8 嵌岩桩桩承载力标准值的确定：1.桩端置于完整、较完整基岩的嵌岩桩单桩竖向极限承载力，由桩周土总极限侧阻力和嵌岩段总极限阻力组成。
后注浆灌注桩承载力标准值的确定：1.承载力由后注浆非竖向增强段的总极限侧阻力标准值、后注浆竖向增强段的总极限侧阻力标准值，后注浆总极限端阻力标准值；特殊条件下的考虑液化效应：对于桩身周围有液化土层的低承台桩基，当承台底面上下分别有厚度不小于1.5m、1.0m 的非液化土或非软弱土层时，可将液化土层极限侧阻力乘以土层液化折减系数计算单桩极限承载力标准值。
水平承载力与位移,群桩基础计算
η c=0,η s =η p = η sp =1 当根据静载荷试验确定单桩竖向极限承载力标准
值时，基桩的竖向承载力设计值为：
R Quk sp
当承台底面与土脱开（非复合桩基）时，即取η c=0；
4 桩顶作用效应简化计算
1.基桩桩顶荷载效应计算
以承受竖向力为主的群
１.单桩的水平承载力
桩的水平荷载作用的特征 桩在水平荷载作用下，桩身产生挠曲变形，变
形的形式与桩和地基的刚度有关。桩身变形挤压侧 土体，而土体对桩侧产生水平抗力，其大小和分布 与桩的变形、地基条件和桩的入土深度有关。
桩在破坏之前，桩身与地基的变形是协调的，相 应地桩身产生了内力。随着桩身变形和内力的增大， 对于低配筋率的灌注桩来说常是桩身首先出现裂缝， 然后断裂破坏；
一般工业与民用建筑中的基础，常以承受竖向荷载 为主，但在桩基上作用有较大水平荷载时还必须对桩的水 平承载力进行验算。
一般来说当水平荷载和竖向荷载合力与竖直线的夹角 不超过5度时，竖直桩的水平承载力不难满足设计要求， 更应采用竖直桩。因此下面的讨论仅限于竖直桩的水平承 载力。
实践表明：桩的水平承载力远比竖向承载力要低！
(2).地震作用效应
对于抗震设防区主要承受竖向荷载的低承台桩 基，当同时满足下列条件时，桩顶作用效应计算可 不考虑地震作用：
(a）按《建筑抗震设计规范》规定可不进行天然 地基和基础抗震承载力计算的建筑物；
①群桩基础中各基桩的工作性 状与单桩基本一致；
②群桩基础承载力等于各单桩
承载力之和； 1 ③群桩的沉降量几乎等于单桩
的沉降量；
当各群 桩的沉降量几乎 等于单桩的沉降 量。
端承型群桩基础
群桩基础的竖向分析与验算
承载力验算公式
σ max
=
γl
+ γh
−
Blγh
A
+
N A
(1 +
eA) W
≤ [σ h+l
]
式中：σ max 桩底平面处的最大压应力。
2. 软弱下卧层强度验算
• 软弱下卧层验算方法是按土力学中土内应 力分布规律计算出软弱土层顶面处的总应
力不得大于该处地基土的容许承载力。来自三、群桩基础沉降验算• 群桩基础承载力和沉降与土的性质、桩长、 桩距、桩数、群桩的平面排列和大小等因 素有关。
• 桩距大小的影响是主要的, 其次是桩数。
桩群破坏形式
¾ 当桩距较小, 土质较坚硬时, 在荷载作用下, 桩间土 与桩群作为一个整体而下沉, 桩底下土层受压缩, 破坏时呈“整体破坏”即指桩、土形成整体, 破坏形 态类似一个实体深基础；
t0
=
Pj'
μ
m
R
j j
γm
式中：um为承台受桩冲剪， 破裂锥体上网平均周长。
um
=
u1
+ u2 2
• t0一般不应小于 0.5~ 1.0m, 如不符要求 , 也 应在桩顶设钢筋网。
• 如基桩在承台的布置 范围不超过墩台边缘
以刚性角 (αmax) 向外
扩散范围, 可不验算桩 对承台的冲剪强度。
三、承台抗弯及抗剪强度验算
桩顶上的作用荷载主要通过桩侧土的摩阻力传递 到桩周土体。由于桩侧摩阻力的扩散作用, 使桩 底处的压力分布范围要比桩身截面积大得多, 以 使群桩中各桩传布到桩底处的应力可能叠加 , 群 桩桩底处地基土受到的压力比单桩大 ;
• 群桩基础的基础尺寸大 , 荷载传递的影响范围也 比单桩深, 因此桩底下地基土层产生的压缩变形 和群桩基础的沉降比单桩大。在桩的承载力方面 , 群桩基础的承载力也决不是等于各单桩承载力总 和的简单关系。
桩基设计计算和验算内容
桩基设计计算和验算内容根据承载能力无限大极限状态和正常添加极限状态设计的要求，桩基需进行下列一般而言计算和验算。
1、承载能力计算所有桩基则应进行承载能力极限状态的计算，计算内容包括∶（1）根据桩基的作用功能和特征分别进行桩基的竖向（抗压或抗拉）承载力计算和水平承载力计算;对于某些条件下的群桩基础宜考虑由桩群、土、承台相互作用产生的承载力群桩效应。
（2）对于桩身及承台的强度（受压、受弯、受拉和受圆头承载力）应进行计算;对于桩身遮住地面或桩侧钢线为可液化土，极限承载力小于50kPa（或不排水瑞维尼强度小于10kPa）的纤细土层中的细长桩尚应进行桩身压屈验算;对混凝土预制还要按施工阶段的吊装、运输和锤击积极作用进行强度验算。
（3）当桩端平面以下存在软弱下卧层时，应验算软弱下卧层的承载力很难说和沉降。
（4）对位于坡地、岸边的桩基应验算土体稳定性。
（5）应验算抗震承载力。
2、变形验算下列建（构）筑物桩基应进行变形验算：（1）桩端持力层为软弱土的一、二级建筑物桩基以及浮石桩端持力层为黏性土、粉土或存在软弱下卧层的一级建筑物桩基，应验算沉降;并宜考虑下端结构与基础的共同作用。
（2）受水平荷载较大、对发展水平变位要求严格的—级建筑物桩基，应验算水平本位;对安全等级为—级以及对变形有限定的基坑支护桩，尚应验算其变形。
柔性靠系船簇桩应计算其水平变形是否小于限值。
3、抗裂和裂缝宽度验算下列建筑物桩基应进行桩身和承台的抗裂和裂缝宽度预力验算；根据使用条件不允许混凝土出现裂缝的应进行抗裂验算;对使用上需限制裂缝宽度的需有桩基，应进行裂缝宽度求函数。
4、沉降观测建于黏性土、粉土的一级建筑物的桩基及软土地区的一、二级建筑物的桩基，其施工过程换用及建成后使用期间，必须进行系统的沉降观测直至沉降稳定。
5、软土地区桩基设计原则东部软土地区的桩基应按下列市场导向设计：（1）软十中的下部结构官选择中，低压缩性的黏性土、粉土、中密和密实的砂类土以人及碎石类土作为桩端持力层；对于一级建筑物钢筋，不宜采用桩置于软弱土层上的摩擦桩。
6第五章竖向荷载下的群桩承载力计算
6第五章竖向荷载下的群桩承载力计算在群桩的承载力计算中，竖向荷载是一个重要的考虑因素。
本文将通过以下几个步骤详细介绍群桩承载力的计算方法。
首先，我们需要确定群桩的几何布置。
群桩通常由多个桩支撑构筑物或土体，桩之间的距离和排列方式将直接影响群桩的承载力。
常见的群桩布置方式包括桩列排列和网格状或圆形排列。
接下来，我们将根据具体的工程要求和土体特性确定群桩的工作状态。
群桩的工作状态可以分为初始条件和工作条件两个阶段。
初始条件下，群桩受到旁边土体的初始应力作用；工作条件下，群桩受到竖向荷载引起的应力变化。
在计算群桩的承载力时，需要考虑群桩之间的相互作用效应。
由于桩的变形和应力会相互影响，群桩的承载力通常小于单独桩的承载力之和。
因此，我们需要确定群桩的相互作用系数，通常是通过试验或理论计算来确定。
相互作用系数可以根据群桩的几何布置和土体特性进行修正。
群桩的承载力计算分为两种情况：单桩承载和桩组承载。
单桩承载是在群桩中选择其中一个桩进行计算，通常是选择应力或变形最大的桩进行考虑。
桩组承载是考虑整个群桩的承载能力。
桩组承载分为荷载作用在一部分桩上和荷载均匀分布在所有桩上两种情况。
对于单桩承载，可以采用多种方法进行计算。
常见的方法有静力法、准静力法和动力法。
在静力法中，可以采用弹性理论或塑性理论进行计算。
准静力法在静力法的基础上考虑了土体的各向异性和不排水条件。
动力法通过模拟地震或其他动力荷载作用下的桩的响应来计算群桩的承载力。
对于桩组承载，可以根据桩间距离和排列方式选择适当的计算方法。
常用的方法有"弹簧"模型、复合弹簧模型和连续体法。
弹簧模型将桩与土体之间的相互作用视为刚性连接，通过弹性力学方法进行计算。
复合弹簧模型考虑了桩与土体之间的相对位移，更加准确地描述了桩与土体的相互作用。
连续体法将土体视为连续介质，通过有限元或边界元方法进行计算。
最后，进行群桩承载力计算时需要考虑桩的变形和沉降。
群桩基础承载力验算
群桩基础承载力验算
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。
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，关于群桩的讨论均指非端承桩群。
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。
群桩承载力计算方法
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。
桩的竖向承载力详解
影响荷载传递(chuándì)的因 素 ✓桩与桩侧土的相对刚度 ✓ 定义为桩与桩侧土的压缩模量或变形模量之比 。当 增大，桩端阻力也增大；反之．桩端阻力分 担的荷载比例降低。对于 ≤10的中长桩，桩端 阻力接近于零。这说明对于碎石桩、灰土桩等低刚 度桩组成的基础，应按复合地基(dìjī)原理设计。
取微桩段上力的平衡
Q
条件，可得到(dé dào)
桩侧阻力qs与桩身轴
s0
力N(z)的关系：
q s ( z )d d z N ( z ) d N ( z ) N ( z ) 0
x
x dz
qs(z)
l
N(z)+dN(z)
sp qp
z
qs(z)
1
d
dN dz
桩荷载传递的 基本(jīběn)微 分方程
桩侧单位(dānwèi)面积的极限摩阻力取决于桩土间
的剪切强度。按库仑强度理论得知:
（4—7）
式中： ——桩侧单位(dānwèi)面积的极限摩阻
力（桩土间剪切面上的抗剪强度）（kPa）；
——土的水平应力及竖向应力（KPa）；
——桩、土间的粘结力(KPa)及摩擦角；
——土的侧压力系数。
第十四页，共56页。
☼单桩承载力Q 特u征值Q 为s：uQbuG
☼
Ra
Qu 2
第二十九页，共56页。
☼ 按土的抗剪强度指标确定 ☼ （2）粘性土中单桩的承载力 ☼ 对于正常固结、弱固结或灵敏粘性土中的桩： ☼
☼式中右侧两Q u 项 分u 别p 与 c al和ii c uN 对c 应A b 。
☼式中： 应为桩Q底su 以上Q3bu 倍桩径至桩底以下(yǐxià)一倍
群桩基础
(2)不位于斜坡地带和地震可能导致滑移地裂地段的建筑物； (3)桩端及桩身周围无可液化土层； (4)承台周围无可液化土、淤泥、淤泥质土。 对位于8度和8度以上抗震设防区的高大建筑物低承台桩基．在 计算算各这桩的作用效应和桩身内力时要考虑地震作用。
01 群桩基础的工作特点 02 承台下土对荷载的分担作用 03 复合基桩竖向承载力特征值 04 桩顶作用效应简化计算 05 基桩竖向承载力验算 06 桩基软弱下卧层承载力验算 07 桩基竖向抗拔承载力验算 08 桩基水平承载力验算 09 桩基负摩阻力验算 10 群桩基础沉降验算
（1）端承型群桩基础
群桩基础通过承台分配到各基桩桩顶的荷载，绝大部分或全部 由桩身直接传递到桩底，由桩底岩层(或坚硬土层)支承。
由于桩底持力层刚硬，桩的贯入变形小，低桩承台的承台底面 地基反力与桩侧摩阻力所占比例很小，可忽略不计。
因此承台分担荷载的作用和桩侧摩阻力的扩散作用一般均不予 考虑。
桩底压力分布面积较小，各桩的压力叠加作用也小，群桩中的 各基桩的工作状态近同于单桩。
端承型群桩基础
（1）端承型群桩基础
（2）摩擦桩群桩基础
荷载主要通过桩侧土的摩阻力传递到桩周土体。 扩散作用，桩底处的压力分布范围要比桩身截面积大，桩底处的应 力叠加。 桩底处地基，土受到的压力比单桩大。
（2）摩擦桩群桩基础
群桩基础的基础尺寸大，荷载传递的影响范围也比单桩深，因此桩底 下地基土层产生的压缩变形和群桩基础的沉降比单桩大。
《建筑规范》以下桩基应进行沉降验算：
(1)地基基础设计等级为甲级的建筑物桩基；
(2)体形复杂荷载不均匀或桩端以下存在软弱土层的设计等级 为乙级的建筑物桩基；
群桩基础的竖向分析及其验算
案例分析一：高层建筑群桩基础设计
高层建筑由于其高度大、荷载重，对基础的要求较高，群桩基础能够提供较好的 竖向承载力和稳定性。
在高层建筑群桩基础设计中，需要考虑建筑物的结构形式、荷载分布、地质条件 等因素，进行合理的桩位布置和桩身设计。
群桩基础的竖向分析及其验算
目录
• 群桩基础概述 • 群桩基础的竖向分析 • 群桩基础的验算 • 群桩基础的优化设计 • 群桩基础的实际应用与案例分析
01 群桩基础概述
定义与特点
定义
群桩基础是由多根桩组成的复合基础 ，通过桩身将上部结构的荷载传递到 下层土体中。
特点
群桩基础具有较大的承载能力、较好 的稳定性和较小的沉降量，适用于高 层建筑、大跨度结构等对基础承载力 和稳定性要求较高的工程。
确定计算参数 根据实际情况和规范要求，确定 相关计算参数，如土的物理性质、 桩身材料的力学性能等。
进行竖向分析 根据建立的模型和确定的参数， 进行竖向分析，计算群桩基础的 沉降量、承载力等指标。
04 群桩基础的优化设计
设计优化原则
01
02
03
04
结构安全原则
确保群桩基础在各种工况下的 安全性和稳定性，满足建筑物
受力分析
根据竖向荷载的大小和分布情况，对 群桩基础进行受力分析，包括桩身和 承台的内力、剪力和弯矩等。
稳定性验算
根据受力分析结果，对群桩基础进行 稳定性验算，确保其在竖向荷载作用 下的稳定性。
结果评估
根据验算结果，评估群桩基础的竖向 承载力和变形特性，为后续的设计和 施工提供依据。
竖向分析的注意事项
低承台群桩基础竖向承载特性及优化设计
低承台群桩基础竖向承载特性及优化设计
解维佳;何泽平;阙木泰;吴郡
【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】2024(46)1
【摘要】针对等刚度群桩基础易出现差异沉降、承台弯矩增大等问题,考虑总桩长一定且土体刚度沿深度线性增加的条件下,设定8种典型的群桩基础方案。
运用PLAXIS 3D有限元软件建立群桩基础分析模型,结合现场大比例尺群桩载荷试验验证文中数值模拟法的合理可行性,进而针对5×5低承台群桩基础分析桩土刚度比、桩间距等因素对基础轴向刚度比和差异沉降比的影响。
研究结果表明,当桩长配置为10、32、16、32、10m时,桩长配置有利于增加基础刚度;当桩长配置为14、24、24、24、14m时,桩长配置有利于减小基础差异沉降。
研究为群桩基础的桩长优化设计提供一定的参考。
【总页数】5页(P110-113)
【作者】解维佳;何泽平;阙木泰;吴郡
【作者单位】重庆三峡学院土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU473.1
【相关文献】
1.带承台单桩竖向承载变形特性数值分析
2.承台群桩基础单桩竖向力设计值计算探讨
3.某大型哑铃型承台群桩基础与土体共同作用竖向承载变形特性数值模拟分析
4.
基于ABAQUS的某滩涂风电低承台群桩基础承载特性研究5.既有竖向荷载对承台桩水平承载特性影响的PIV试验研究
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生的效应.
➢群桩基础的工作性状及其特点 ➢群桩基础承载力验算 ➢群桩基础沉降验算
群桩基础的工作性状及其特点
群桩基础工作性状的竖向分析主要取决 于竖向荷载的传递特征.
不同类型基桩的群桩基础表现出不同的工 作性状与特点
A
N A
(1
eA) W
[ hl ]
群桩基础沉降验算
• 将群桩基础作为一个实体基础，用分层总 和法计算桩端以下持力层的沉降量。
承台的计算
承台的计算
• 桩顶处的局部受压验算 • 桩对承台的冲剪验算 • 承台抗弯及抗剪强度验算
桩顶处的局部受压验算
Pj' AcRaj / m
桩对承台的冲剪验算
Pj j
m
承台抗弯及抗剪强度验算
• 摩擦桩组成的群桩基础，在一定条件下也不需 要验算群桩基础的承载力。例如建筑桩基础规 定根数少于3根的群桩基础，桥梁工程规定桩 距≥6倍桩径时，只要验算单桩的承载力就可以 了。但当不满足规范条件要求时，除了验算单 桩承载力外，还需要验算桩底持力层的承载力。
群桩基础承载力验算
max
L h
BLh
柱桩群桩基础
• 桩底压应力不叠加 • 无群桩效应 • 由柱桩组成的群桩基础，
群桩承载力等于单桩承 载力之和，群桩基础沉 降等于单桩沉降
摩擦桩群桩基础
桩底压应力不叠加
桩底压应力叠加
群桩效应明显
摩擦桩群桩基础
影响因素
• 桩距 • 桩数 • 土的性质 • 桩长 • 平面布置
群桩基础承载力验算
• 由柱桩组成的群桩基础，群桩承载力等于单桩 承载力之和，群桩基础沉降等于单桩沉降，群 桩效应可以忽略不计，不需要进行群桩承载力 验算。