竖向荷载下群桩的承载力分析
群桩基础中的一根基桩单独受荷时的承载力和沉降性状
群桩基础中的⼀根基桩单独受荷时的承载⼒和沉降性状读书报告河海⼤学⽜永前⼀．群桩基础效应的读书报告群桩基础中的⼀根基桩单独受荷时的承载⼒和沉降性状，往往与相同地质条件和设置⽅法的独⽴基础有显著差别，这种现象称为群桩应，因此，群桩的基础承载⼒g Q 常常不等于其中各基础的承载⼒之和i Q ∑。
通常⽤群桩效应系数/g iQ Q η=∑来衡量群桩基础中各个桩基的平均承载⼒⽐独⽴单桩降低或提⾼的幅度。
由摩擦⾏桩组成的低承台群桩基础，当其承受竖向荷载⽽沉降时，承台底必然产⽣⼟体反⼒，从⽽分担了⼀部分荷载，使桩基承载⼒随之提⾼，道路⼯程中的桩基础我⼀般以垫层或⼟⼯格栅类似于建筑⼯程中的低承台，低承台底⾯处的⼟所分担的荷载，可占总承载⼒的20%到35%。
当然，群桩基础建成后，可能出现承台底⾯与⼟基开脱情况，此时不⽤考虑承台底阻⼒对桩基承载⼒的影响。
这种情况⼤体有：1. 沉⼊挤⼟桩的庄周⼟体因孔隙⽔压⼒剧增所引起的隆起，于垫层或格栅修筑后孔压继续消散⽽⽽固结下沉。
2. 车辆频繁⾏驶震动。
3. 桩周产⽣负摩阻⼒的各种情况导致的承台底⾯与⼟基的初始接触随时间渐渐松弛⽽脱离。
4. 黄⼟地基湿陷或砂图地震液化所引起的承台与⼟基突然开裂。
端承型群桩基础端承型基桩的桩底持⼒层刚硬，沉降量较⼩，因此承台底⾯⼟反⼒很⼩，端承型群桩基础中各个基桩的⼯作性状接近于单桩，所以η可认为为1。
摩擦型群桩基础（1）不考虑承台效应的影响（即承台地⾯脱落）如上图所⽰，先假设承台底⾯脱离地⾯的群桩基础中各桩均匀受荷，就如独⽴单桩那样，桩顶荷载Q 主要通过桩侧摩阻⼒引起压⼒扩散⾓α范围内庄周桩⼟中的附加应⼒。
各桩在桩端平⾯上的附加压⼒分布⾯积的直径2tan D d l α=+。
当a S实际的群桩效应其实更为复杂，有以下⼏个⽅⾯：（1）承台刚度的影响: 这主要是针对建筑桩基础的刚性承台⽽⾔的，⼤致意思就是指刚性承台会使桩做同步沉降，同时会使各桩的桩顶荷载发⽣由承台向中部向外围转移，所以刚性承台下的桩顶荷载分配⼀般是⾓⾓桩最⼤，中⼼桩最⼩，边桩居中。
桩基竖向承载力计算
5.2 桩基竖向承载力计算5.2.1 桩基竖向承载力计算应符合下列要求：1 荷载效应标准组合：轴心竖向力作用下N k R (5.2.1-1)偏心竖向力作用下除满足上式外，尚应满足下式的要求：N kmax 1.2 R (5.2.1-2)2 地震作用效应和荷载效应标准组合：轴心竖向力作用下N Ek 1.25R (5.2.1-3)偏心竖向力作用下，除满足上式外，尚应满足下式的要求：N Ekmax 1.5 R (5.2.1-4)式中 N k——荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩或复合基桩的平均竖向力；N kmax——荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，桩顶最大竖向力；N Ek——地震作用效应和荷载效应标准组合下，基桩或复合基桩的平均竖向力；N Ekmax——地震作用效应和荷载效应标准组合下，基桩或复合基桩的最大竖向力；R ——基桩或复合基桩竖向承载力特征值。
5.2.2 单桩竖向承载力特征值 R a应按下式确定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。
5.2.5 考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值可按下列公式确定：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ηc=0。
浅析规则式植物造景和自然式植物造景苏旺指导老师：汪小飞（黄山学院生命与环境科学学院，安徽黄山245041）摘要：本文分析了规则式植物造景和自然式植物造景，和他们各自的造景特色和主要适用在什么场合。
最新竖向荷载作用下的群桩效应解析专业知识讲座
最新竖向荷载作用下的群桩效应解析专业知识讲座尊敬的各位听众，大家好！我今天将为大家带来关于最新竖向荷载作用下的群桩效应解析的专业知识讲座。
竖向荷载作用下的桩基承载力是土木工程中非常重要的一个问题，而群桩效应则更进一步地考虑了在荷载作用下多个桩基相互影响的情况。
首先，让我们来了解一下群桩效应的基本概念。
群桩效应是指在受力桩基附近，由于周围土体的变形和应力的重新分布，会对其他相邻桩基产生相互影响的现象。
这种相互影响会导致桩基承载力的增加或减小，并且会对整个工程的安全性和可靠性产生重要影响。
为了更好地理解群桩效应的解析过程，我们需要了解一些相关的理论和方法。
首先是荷载传递理论，该理论用来描述桩基所受荷载的传递路径，也可以通过这个理论来解析桩基的相互影响。
其次是桩土相互作用理论，该理论考虑了桩基与土体之间的相互作用，可以用来计算计算桩基的承载力和变形等。
此外，还需要了解土体力学、结构力学等相关知识。
在解析群桩效应过程中，我们需要进行大量的实验和数值分析。
实验可以通过在实际工程中设置试验桩，通过对试验桩进行荷载试验和应变测试来获取数据。
数值分析可以利用有限元方法，建立合适的模型，对群桩的受力、变形等进行计算和分析。
而在最新竖向荷载作用下的群桩效应解析研究中，也出现了一些新的进展。
例如，一些学者利用粒子流理论建立了桩基抗拔承载力的理论模型，并通过数值计算来验证该模型的准确性。
还有一些学者通过声学触探等新技术手段，来获取桩基的物理性质，从而更准确地进行群桩效应的解析研究。
总结一下，最新竖向荷载作用下的群桩效应解析需要掌握荷载传递理论、桩土相互作用理论以及土体力学、结构力学等相关知识。
解析过程中需要进行大量的实验和数值分析，并且要关注新技术的应用，以提高研究的准确性和工程的可靠性。
希望通过今天的讲座，大家可以对最新竖向荷载作用下的群桩效应解析有一个初步的了解，同时也希望能够引起大家对该领域的兴趣，进一步深入研究。
第三章 单桩和群桩在竖向荷载作用下的受力性状
3.快速法与慢速法测试结果分析 快速法由于每级荷载维持时间为1h，各级荷载下的桩顶沉降相对慢速法 要小一些，如图3-7。一般不同桩端持力层中快速法与慢速法有如下特 点： 1）嵌岩端承桩（rock-socketed pile）：由于嵌岩端承桩桩沉降很小， 沉降稳定很快，因此快速法和慢速法所测得承载力基本一致。 2）桩端砂性土（sand at pile end）：对于桩端土性较好的端承桩， 桩沉降较小，快速法测得的极限承载力比慢速法略大。 3）桩端黏性土（clay at pile end）：对于桩端土性较差的摩擦桩， 桩沉降较大，快速法测得的极限承载力要比慢速法大。 4）纯摩擦桩（pure frictional pile）：对于以桩侧阻力为主的纯摩 擦桩，桩沉降很大，快速法测得的极限承载力一般要比慢速法高一级， 约10％左右。
1
3.1
概
述
对单桩和群桩在竖向荷载作用下受力性状研究是进行桩基设 计的基础。虽然有各种不同的桩型、不同的桩基规格、不同 的施工方式、不同的地质条件，桩基的受力性状也各不相同。 但有一点是共同的，都是基于在桩顶作用竖向荷载，由桩身 通过桩侧土和桩端土向下传递荷载，来研究桩身应力和位移 的变化规律。研究的结论适用于建筑物桩基础、桥梁桩基础、 码头桩基础与海洋构筑物桩基础等。 本章从单桩竖向抗压静荷载试验入手，主要介绍桩土体系的 荷载传递、桩侧阻力、桩端阻力、单桩竖向极限承载力计算、 打桩挤土效应、群桩受力性状及群桩效应、群桩极限承载力 计算、桩基承载力的时间效应、桩基负摩阻力、桩端后注浆 的理论研究等方面的内容。
4
3.2.1 静载试验的目的与适用范围 单桩竖向抗压静载试验主要的目的包括以下五个方面： 1.确定单桩竖向抗压极限承载力及单桩竖向抗压承载力特征 值； 2.判定竖向抗压承载力是否满足设计要求； 3.当埋设有桩底反力和桩身应力、应变测量元件时，可测定 桩周各土层的摩阻力和桩端阻力； 4.当埋设桩端沉降测管，测量桩端沉降量和桩身压缩变形时， 可了解桩身质量、桩端持力层、桩身摩阻力和桩端阻力等情 况； 5.评价桩基的施工质量，作为工程桩的验收依据。 单桩竖向抗压静载试验适用于所有桩型的单桩竖向极限 承载力的确定。
桩承载力总结、群桩效应、减沉桩
S＞D
一般大于6d 一般大于6d
> 6d
承载力： R 群 承载力： 沉降： 沉降：
= nR 单
α
l
S群 = S 单
群桩效应系数： 群桩效应系数：
η =1
D = d + 2l ⋅ tan α
（2）承台底面贴地的情况（复合桩基） 承台底面贴地的情况（复合桩基）
复合基桩：桩基在荷载作用下， 复合基桩：桩基在荷载作用下，由桩和 承台底地基土共同承担荷载， 承台底地基土共同承担荷载，构成复合 桩基。 桩基。复合桩基中基桩的承载力含有承 台底的土阻力。称之为复合基桩。 台底的土阻力。称之为复合基桩。 复合基桩 影响因素：桩顶荷载、 、土质、 影响因素：桩顶荷载、l/d、土质、承台 刚度、及桩群的几何特征。 刚度、及桩群的几何特征。
4.3.3 竖向荷载下的群桩效应
问题
单桩承载力加 起来等于群桩 承载力？ 承载力？
群桩基础中桩的极限承载力确定极为复杂，与桩的间距、 群桩基础中桩的极限承载力确定极为复杂，与桩的间距、 土质、桩数、桩径、 土质、桩数、桩径、入土深度以及桩的类型和排列方式等因 素有关。 素有关。
群桩效应概念： 群桩效应概念：
的影响： 主要影响因素 ③桩距s的影响：→主要影响因素 桩距 的影响 s=3~4d
η ≥1
桩侧土应力叠加，提高侧阻。 桩侧土应力叠加，提高侧阻。 桩端土应力叠加,提高端阻; 桩端土应力叠加,提高端阻;但总 的沉降增加。 的沉降增加。
η p1 桩侧土应力叠加严重， 桩侧土应力叠加严重，桩侧土 下移，降低侧阻。 下移，降低侧阻。 桩端土应力叠加严重,降低端阻; 桩端土应力叠加严重,降低端阻; 总的沉降加剧。 总的沉降加剧。
桩承载力总结、群桩效应、减沉桩
一般大于6d
> 6d
承载力： R群 nR单
l
沉降：
S群 S 单
群桩效应系数：
1
D
D d 2l tan
（2）承台底面贴地的情况（复合桩基）
复合基桩：桩基在荷载作用下，由桩和
承台底地基土共同承担荷载，构成复合
桩基。复合桩基中基桩的承载力含有承 台底的土阻力。称之为复合基桩。
目前工程上考虑群柱效应的方法有两种： 一种是以概率极限设计为指导，通过实测资料的统计分析 对群桩内每根桩的侧阻力和端阻力分别乘以群桩效应系数。 《桩基规》 另一种是把承台、桩和桩间土视为一假想的实体基础，进 行基础下地基承载力和变形验算。《地基基础设计规范》
4.3.4 减沉桩基
减沉桩基概念 减沉桩基设计：
土
桩土相对 变形小
沉降：
S群 S 单
群桩效应系数：
1
岩石
2.摩擦型群桩基础：
（1）承台底面脱地的情况（非复合桩基）
① 承台刚度的影响
F
G
趋势
实 际 分 布
②基土性质的影响 挤土桩（s=3~4d）： 砂土,非饱和土和一般粘性土,填土有挤 密作用,使承载力增加。 饱和粘土,超静孔压积累,地面上浮,先 入桩上浮,土层扰动,使承载力降低。
探头阻力加权平均值，再与桩端平面以下1d范围内的探头阻力进行平均；
a
桩端阻力修正系数，对粘性土、粉土取2/3，饱和砂土取1/2；
f ai 第i层土的探头平均侧阻力（KPa）；
u p 桩的周长；
i 第i层土桩侧阻力综合修正系数，按下式计算：
粘性土：
i 10.04( f ai )
体临空面。
桩基础竖向承载力力学特性及影响因素研究
- 114 -工 程 技 术桩基础由于承载力大和变形小的优点被广泛应用于工程建设中。
研究表明，桩基础可以有效控制上部结构的变形从而保证结构的稳定性。
针对桩基础竖向承载力力学特性，邓小雪[1]基于有限元方法研究了竖向荷载作用下复杂群桩的变形及荷载分布规律。
结果表明，超长群桩的Q-S 曲线呈缓变特征，桩身轴力在中桩最大，角桩最小，桩身的压缩沉降量随桩长增加而减少。
刘祥沛等[2]基于室内模型试验和数值模拟研究了桩基础破坏特征。
结果表明，当桩基础破坏时桩顶位移会迅速增加，破坏时桩底反力出现突变。
秋仁东等[3]基于大比例模型试验研究了长群桩基础承载力性状。
结果表明，群桩基础存在明显的硬化效应，端阻力在桩距较近的条件下提高幅度较大。
此外，群桩承台反力随沉降的增加而变大。
在其他条件相同的情况下，承台反力随桩距增加而变大。
考虑目前桩基础承载力计算不精确，桩基工程经常出现质量问题，造成人员和财产的损失。
本文采用数值模拟对桩的承载力特性及基础参数进行优化。
为相关工程设计及施工提供借鉴。
1 工况概况与数值模拟本文研究的桩基础属于桥梁桩基础，桩基础采用钻孔灌注桩，桩身混凝土强度均采用C 30混凝土浇筑。
预估单桩承载力特征值为2000kN 。
静载试验采用竖向承载力压桩试验，每根试验桩设计4根反力锚桩。
根据现场钻孔资料显示，研究区土体自上而下为素填土，颜色褐色-黄褐色，稍密，物理力学性质一般。
黏土，呈浅灰色，湿，稍密，局部相变为黏土，平均标贯击数N ＝6.6击，物理力学性质一般。
粉砂，中砂层呈灰色-灰黑色，颗粒大部分分散小部分胶结，粒径＞2mm 的颗粒含量占总质量的25％~50％，稍湿~饱和，中密状态。
根据勘查报告显示，现场地基属于软土地基，压缩性较大。
为保证基础承载力及变形要求，采用钻孔灌注桩进行施工。
本次压桩试验采用分级加载方式，每级荷载为200kN ，最终荷载为2000kN 。
为进一步研究桩土相互作用，本文采用ABAQUS 数值模拟建立不同桩长及不同桩径的有限元数值模型，以便系统分析桩基的竖向承载力特性，并选出最优桩基础设计方案。
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。
002竖向荷载下桩基的承载力和变形
2）桩端阻力的性状 （1） 桩端阻力的破坏模式
整体剪切破坏：地基中塑性区连成整体，产生整体滑动 破坏，连续的剪切滑裂面开展至基底水平面，基底水平面 土体出现隆起，破坏时基础沉降急剧增大，P-S曲线上破 坏特征点明显。一般出现在基础埋深较浅，上部荷载较大 时。
局部剪切破坏：基础沉降所产生的土体侧向压缩量不足 以使剪切滑裂面开展至基底水平面，基础侧面土体隆起量 较小。当基础埋深加大，加载速率快时，地基发生局部剪 切破坏。
第2章 竖向荷载下桩基的承载 力和变形
2．1单桩竖向承载力
单桩基础的竖向承载力——极限承载力标准值。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 形时所对应的最大荷载。
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。
O
Qu Q/u
Q
su
A
B
s
图5-3 单桩荷载－沉降曲线
A-陡降型；
B－缓变型
图2-1 静力荷载-位移曲线
•2.1.1桩侧阻力和桩端阻力的性状 1) 桩侧阻力的性状
一旦荷载施加于桩顶，桩首先发生压缩而向下位移，于是侧面受到土 阻力的作用，荷载在向下传递过程中必须不断地克服这种摩阻力。
由于桩身压缩量的积累，上部桩身的下沉总是大于下部，因此上部桩 身的摩阻力总是先于下部而发挥出来；上部桩身的摩阻力达到极限之 后，就保持不变或有所减小，随着荷载的增加，下部桩身的摩阻力将 逐渐调动出来，直至整个桩身的摩阻力全部达到极限，继续增加的荷 载就全部由桩端土承受;
1）静力法计算单桩承载力： （1）计算桩端阻力的极限平衡理论公式
qpu cCN c 1bN qhNq
竖向荷载下群桩承载力计算
3 承台土抗力随承台区位和排列的变化 ➢承台内区（桩群包络线以内）土抗力明显小于外区 ➢单排桩条基承台土抗力大于其他排列形式群桩
承 台 荷 载 / 施 加 荷 载
施加荷载/极限荷载
竖向荷载下的群桩承载力
考虑群桩效应的复合基桩竖向承载力特征值
RRacfakAc
Ra Quk /K
承台效应系数
压缩层范围内土层 附加压力 桩身压缩量
影响范围内基桩数 Ip与Is查表得到
该式假设侧阻 为三角形分布
端阻比例系数
Ip Is采用Mindlin解
Boussinesq解
承台底均布压力
竖向荷载下的桩基沉降计算
单桩 单排桩 疏桩基础
计算繁琐 精度有限
有限元进行地基、基础、 上部结构共同分析
第五节 桩基设计
fpaabfa
2(ab)
2
liqsik
群桩基础整体破 坏情况下承载力
深宽修正承载力
➢基础太深可能过高 ➢侧摩阻要根据土层条件调整
竖向荷载下的群桩承载力
群桩基础整体破坏情况下承载力计算
实体深基础法
➢中心距小于6d的摩擦群桩 桩数
超过9根(含9根)且多于2排的桩基
➢土体的/4内摩擦角进行扩散
Nk Gk puK ABfaAB
相对94规范 适用地区更广 考虑了施工因素 相对合理
竖向荷载下的桩基沉降计算
桩中心距不大于6倍桩径
se s'
等效沉降系数e
矩形布桩时 短边桩数
e
C0
nb1 C1(nb1)C2
C0、C1、C2由下列参数确定; ➢ 距径比＝Sa/d ➢ 长径比＝l/d ➢ 基础长宽比＝Lc/Bc
竖向荷载下的桩基沉降计算
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
施工荷载作用下群桩竖向受力的试验研究
× ｒ —
ｎ
应变计
粗砂 （ 中密） ｌ ｌ
’ 十
生桩 身轴 向压 缩 变 形 和 桩体 竖 向位 移 。 同时 ， 桩一 土
×
发生 相对 移动 ， 在其 接触 面上产 生较 强 的侧摩 阻力 ， 制 约桩 的位 移 。在桩顶 竖 向荷载 沿桩 身 向下 传递 的过 程 中， 部 分荷 载被 桩侧 摩阻 力抵 消 ， 轴 力沿桩 身 向下逐 渐
桩 基础 。桥位 处地 层 属 第 四系 冲 、 淤 积 作 用 形 成 的 黏
性 土层 和 砂 性 土 层 ， 主要 由亚黏土 、 中砂、 粗 砂、 砾 砂
组成。
根 据 桥梁结 构 形 式 及施 工 工序 ， 将 全桥 分 为 ５个
施 工 阶段 ， ４种荷 载 工 况 组 合 ， 详见表 １ 。选 取 ２号 墩 下的 ４ ， ５ ， ６ 桩（ 见图 ２ ） 为试验桩 ， 实 测 ４种 荷 载 工
铁 ２ ０ １ ３年 第 ８期
道
建筑 Βιβλιοθήκη ９ Ｒａ ｉ ｌ ｗａ ｙ Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
文章编 号 ： １ ０ ０ ３ — １ ９ ９ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ — ０ ０ ０ ９ － ０ ４
施 工 荷 载 作 用 下 群 桩 竖 向 受 力 的 试 验 研 究
图 １ 桥 梁立 面 （ 单位 ： ａ ｍ）
表 １ 施 工 阶 段 划 分 及 荷 载 工 况 组 合
１ 试 验 桥 概 况
桥 梁 布置 形式 如 图 １所示 ， 全长 ７ １ ． ２ ８ Ｉ ｎ ， 采 用 三 跨 预应 力 混 凝 土 连续 箱 梁 结 构 （ １ ７ ． ５＋３ ２ ． ０＋１ ６ ． ０） Ｉ ｎ 。下部 结 构 采 用 柱 式 墩 台 ， 钻孑 Ｌ 灌注桩 基础 ， 桩 长 ３ ５ ． ０ ０ ｉ ｎ ， 直径 １ ． ５ ０ ｍ， 桥 台处 为 ２桩 基 础 ， 桥 墩处 为 ５
竖向荷载作用下曲桩的承载力分析
千斤顶与荷载之 间设置 量力环 来读 取荷 载数值 ，桩基 沉降 则通过安 置 在承 压板 两侧 的 百分 表读 取 ，为 使读 数 精 确 ，
故以承压板 中心（ 桩头 轴 向受 压位置 ） 为对 称 中心 ，于两个
０ 引 言
回顾 一下桩基 的研究 历史 ，主要是 经验 方法 、数值方
对角处分别设 置百 分表 ，这样 不但 沉降 读取 方便 ，还 能够 有效观察 桩头 是否偏 心受压 。考虑到 模 型装的 沉降会 比较 大 ，故选用 ３ ｍ大 量程 百 分表测量 ，待沉降 读数后 取其 ０ｍ 平均值 为桩头沉 降。 由于量力 环只能 通过 位移 反应荷 载大
小 ，本试验用量力环标定 曲线见 图 ２ 。
法 、弹性理 论法 以及 在 各种 假 设条 件所 开 展 的研究 方 法 ， 这些方法对桩基 工作 特性 的研究 有着 不可 磨灭 的意义 ；然 而对于斜桩 、单 桩及 有斜 桩群 桩 ，荷载 传递机 理 中倾 斜 角
度 的 不 同影 响则 缺 乏 研 究 ，使 得 斜 桩 在 工 程 实 践 中 的 应 用 仍 具 有 一 定 的盲 目性 。本 文 将 着 重 于 找 出 倾 角 对 应 力 应 变 对应关 系的影 响。为今后 斜 桩在施 工设计 中的使用规 范化 做参考 。
荷载作 用下 ，０ 到 ２ 。 。 ５ 倾斜范围内倾斜角度越大 ，其沉降相
对越 小。取沉 降差距最大时荷 载 Ｐ＝１０ Ｎ，桩 身弯矩 曲线 ００
如 图 ４所 示 ， 由 图 ４可 以 看 出 ，在 竖 向 荷 载 作 用 下 桩 身 倾
３ 结论 与展望
（ ） 由试验得 出：不 同倾斜度 的斜 桩其荷 载 一沉 降 曲 １ 线变化规 律大体上相似 ，特别在倾斜 角度很小 的情况（ 。 ８ 以 内） ，其 变 形 曲线 同竖 直桩 几 乎 完 全 相 同 ，当 角 度 超 过 ８ 下 度时 ，其 曲线开始 有明显不 同，在荷 载偏小 的情况 下 ，角 度的大小对沉 降并 无太大影 响 ，但 随荷载 的不断增 大 ，角 度的大小直接影响 到沉降 的大 小 ，角度越大 的斜桩 ，其沉 降反而越 小。 （ ） 由 Ａ Ｓ Ｓ模拟 分析得 出 ：无 论竖直桩 还是斜 桩 ， ２ ＮＹ 其荷载 一 沉降 曲线都 具有缓 变的特点 ，小角 度的斜桩 曲线
桩的竖向承载力解析
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4.桩基础
影响荷载传递的因素
✓ 桩端扩底直径与桩身直径之比D/d： D/d越大，桩端阻力分担的荷载比越大。 对扩底桩，增大扩底直径与桩身直径之比D/d，桩端分担的荷载可以提高。
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4.桩基础
影响荷载传递的因素
✓ 随长径比 增大而减小，桩身下部侧阻的发挥也相应降低。 当桩长较大时，桩端土的性质对荷载传递的影响较小，荷载主要由桩侧的摩阻力分担。当
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4.桩基础
4.3.2 单桩竖向承载力确定
按桩周土的支承能力确定 现将《建筑地基基础设计规范》中推荐的几种主要方法介绍如下：
由试验结果可绘出桩顶荷载和桩顶沉降关系曲线，根据上述曲线特性，可用下列方法确定单桩竖向 极限承载力。
☼竖向抗压静载试验确定
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44..桩桩基基础 础
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44..桩桩基基础 础
✓ 反力装置
4.3.2 单桩竖向承载力确定
横梁：1.7m×2.7m
锚桩 d=1.8m
2021/2/15 直接堆载
锚桩反力梁法
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4.桩基础
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4.桩基础
锚桩法静载试验
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4.桩基础
锚桩法静载试验
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• 稳定标准 每级荷载下桩顶沉降量小于0.1mm/h，并连续出现两次。
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44..桩桩基基础 础
4.3.2 单桩竖向承载力确定
✓ 终止条件
• 某级荷载下，桩顶沉降量为前一级荷载下沉降量的5倍； • 某级荷载下，桩顶沉降量大于前一级荷载下沉降量的2倍，且经24h尚未达到相对稳定； • 已达到锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量时。
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混 凝 土 ， 重 ２５ ０ｋ ｍ。 泊 松 比 ０ ２ 弹 性 模 量 容 ０ Ｎ／ ， ．， ３ ０ ａ ００ ０ＭＰ 。计 算 的 本 构 模 型 ： 于桩 周 土 首 先 破 由
作者简介 ： 吴春萍（ ９３ ）女 ， １ ６ － ， 安徽合肥人， 合肥工业大学教授级高工 ７８ 《 ９ 工程与建设》 ２ １ 年第 ２ 卷第 ６ ０１ ５ 期
６ ６ ａ ９号桩 的桩 顶荷 载从 １ ５ＭＰ ． ５ＭＰ ， ． ａ开始 加 载 ，
ｍ
如
如
加
以后 逐次 增加 ０ ７ＭＰ ， 载 至 １ ａ然后 绘制 相 ． ａ加 ２ＭＰ ，
应地 Ｑ—ｓ 曲线 。
的沉降量进行监控 ， 根据相应 的荷载及沉降数据绘出
Ｑ～ｓ 曲线 。
２ 由图可 知 ， 同桩 距 时 ， 。 不 群桩 的 Ｑ—ｓ 曲线 都 呈 缓
３ ３ Ｎ ２ｋ 。与斜率倒数法｜ 的计算结果３６０ｋ 仅相 ６ ６ ］ ９ Ｎ
差 ５ Ｎ， 明所 建 模 型 合理 ， 数 选择 正确 ， 够 较 ８ｋ 说 参 能
变 曲线 ， 据规 范确 定取 ｓ ０ｍｍ 时的荷 载作 为 其 根 一４ 极 限承载力 ［ ， ５ 其基 桩 和群桩 效应 系数 承载力 列于 表 ３
竖 向荷 载下 群 桩 的承 载力 分 析
．
吴春 萍 郑 威 ，
安徽 合肥 ２０ ０ ；．合肥工业大学 土木与水利工程学院 ， ３ ０ ９２ ２０ ０ ） ３ ０ ９
（．合肥工业大学 建筑设计研究 院， １ 安徽 合肥
摘
要： 桩基础在工程建设 当中得到广泛地应用 ， 安全性上考虑 ， 从 对群桩承载力 的研究尤为重要 。文章结合一 【程实例 ， 据现 根
这主要 是 因为群 桩 中基 桩侧 阻力 的发 挥 同时 受 到相邻 桩 和相邻 桩 问 土 的影 响 ， 着桩 距 的减 小 ， 随 桩
间土竖 向位移因为相邻桩的影响而增大， 桩土相对位 移减小， 导致桩侧阻力不能充分发挥 ， 因此 ， 基桩的侧 摩 阻 力 减 少 ， 这 种 现 象 为 对 侧 阻 的 “ 弱 作 称 削 用” 。 ＿。 ８ 。桩距的减小还会导致桩端阻力增强但是由 于 端阻力 在摩 擦桩 中所 占比例 较小 ， 的承 载力 还是 总
的非 挤 土 性 。然 后 ， 立 桩 体 ， 长 ２ １ 桩 径 建 桩 ０Ｉ、 １ ６ ０ｍｍ。土体参 数 的选 取参 见表 ２桩 体选 用 Ｃ （ ０ ， ３）
表 １ 模 型 尺 寸
在实 际研 究 中 ， 由于桩 基 工 程体 积 庞 大 ， 载 难 荷 以施 加等 原 因 ， 数值模 拟 软件在 桩基 工程 的研究 和实 际应 用 中发挥 着举 足 轻 重 的作 用 。其 中有 限差 分 软 件 Ｆ ３ Ｉ ＡＣ Ｄ凭借 其 高 效 、 准 的优 点 在 岩 土工 程 中 精
Ｏ 引
言
１ 模 型 的建 立
取某 工厂工 业厂 房 的 ２ ７ 桩 为例 ， 设计 采 用 ０３ 原
的是桩长 ２ 直径 ６ ０ｍｍ 的 长螺旋 钻孔 灌 注 桩 ， ０Ｉ ｎ， ０
随着 我 国经 济 的发 展 ， 筑 行 业 得 到 空 前 的 发 建
展 。桩基础 凭借 着其 承 载 力 高 、 力 合理 、 全 可 靠 受 安 的优 点 ， 基础 工 程 中得 到 了广泛 地 应 用 。鉴 于 此 ， 在 对桩 基础 承载力 的研 究显 得 尤 为 必要 。对单 桩 承 载 力 的确定 已经 有相对 成熟 的方法 ， 但是 在 高层建 筑基 础设 计 中经常会 用 到群桩 ， 由于桩土 的相互 作用使 得
２ 群桩承载力的影 响因素
２ １ 桩距 的 影响 ．
首先 来 研 究 ２ ３ ４ ５号 模 型 。桩 长 Ｌ 均 为 、、、 ２ 桩 数均 为 ４ 桩径 ｄ均 为 ６ ０ｍｍ， ０ｍ， ， ０ 桩距 Ｓ分 别 为 １８ｍ、． ３０ｍ、． ｎ的 Ｑ— Ｓ ． ２４ｍ、． ３６Ｉ 曲线 见 图
３中 ， 桩 承 载 力 分 别 为 ３ ６ ｋ 基 ２ １ Ｎ、３３ ９ｋ ３ Ｎ、
准确 的模拟 桩的受力情 况 。
倚绒 ／Ｎ ｌ （
０．
３３ ９ｋ ３４８ｋ 群 桩 效 应 系数 分 别 为 ８ ． ％ 、 ９ Ｎ、 ４ Ｎ， ９８
！０ ０
！ ！
！
：
５ ０
１ ２ 群桩 模 型的建 立 ．
在单桩 模 型 的基 础 上 ， 来研 究 桩距 、 桩数 、 长对 桩 群桩 承载 力 的影响 。本 文拟 采用 以下 三组 模型 ： （ ）建 立 ２ ３ ４ ５号 模 型 ， 桩 径 ｄ 均 为 １ 、 、、 取 ６０ｍｍ、 长 Ｌ均 为 ２ 桩 数 均 为 ４ 仅 改变 桩 ０ 桩 ０ｍ、 ， 的纵 横 向 间 距 ， 较 桩 间 距 Ｓ 为 １ ８ｍ， ． 比 ． ２ ４ｍ，
、 主基嚣
由于长 螺旋灌 注桩 为摩擦 桩 ， 下面来 进一 步研 究 群 桩情 况下 的 桩侧 阻力 。从 图 ３可 以看 出 ： 桩 侧 ①
阻力 随着桩 长 的加深缓 慢增 加 ， 上小下 大 的梯形 分 呈 布样式 。这 种分 布特 点 从 加 载开 始 一 直持 续 到 群 桩 的破坏 。② 群 桩 相对 于单 桩 桩 侧 阻 力 的重 心 下 移 ， 更 多荷 载 由桩 的下 段 承担 。这 主要 是 由于在 群 桩 情
有 限元 所采用 的降 阶积 分 更 为合 理 。 同时 Ｆ ３ Ｉ ＡＣ Ｄ 程 序采 用显示 求解 法 ， 需要储 存 刚度矩 阵 ， 不 因此 ， 也 不 需要 修 改 刚度 矩 阵 Ⅲ。所 以 ， Ｌ ３ 在 求 解 非 １ ］ Ｆ ＡＣ Ｄ 线 性 问题 时和求 线 性 问题 一 样 方便 。本 文将 结 合 一
得 到 了广 泛地 应用 。 Ｆ ３ 是 快 速 拉 格 朗 日差 分 分 析 （ ａ ｔＬ — Ｉ ＡＣ Ｄ Ｆ ｓ ａ
ｇ ａ ｇａ ａｙ ｉ ｏ ｏ ｔ ｕ Ｄｉ ｎ ｉｎ ） 简 ｒｎ ｉ Ａｎ ｌｓ ｆ ｎ ｉ ａｉ ３ ｍｅ ｓ ｓ 的 ｎ ｓ Ｃ ｎ ｎ ｏ
１ Ｏ
∞
舯
鲫如 ∞ Ⅻ加 ｍ ０
暑 ２ Ｏ
晕
笔 ３ （ ）
４ ０
５ ０
况下 ， 浅层土体伴 随桩体的下沉也产生一定 的沉降 ，
导致 桩体上 部 的侧摩 阻力 降低 ， 而在 随着土 层 的加 深 这种 影响越 来越 弱 ， 以 ， 体下 部 的侧 摩 阻力 所 占 所 桩
写 。Ｆ ３ 以拉 格 朗 日算 法 为 基 础 ， 用 有 线 差 Ｉ ＡＣ Ｄ 采 分 显式 算法 获得模 型运 动方程 的时间步 长解 ， 而 追 从
踪 材料 的 渐进 破 坏 和 垮 塌 。具 有 有 以 下 特 点 ： 用 采
“ 混合离散法” 来模拟材料的屈服坍塌和塑性流动， 比
土体
． ．
粘聚力 ／Ｐ ｋａ
ｐ ｉ擦 角 ｈ－ ／。 （）
容重 ／ｋ ．ｎ ） 泊 松 比 （Ｎ ｌ。
弹 模 毓
Ｍ ｌｆ Ｊ）
土体 １
土体 ２ 土体 ３
个工程实例 ， 采用 Ｆ Ａ ３ Ｌ Ｃ Ｄ建立相应的群桩模型 ， 模
拟逐 级加 载试验 ， 此基础 上分 析桩距 、 数 、 长对 在 桩 桩 群桩 承 载力 的影 响并 分析 研究 其作用 机理 。
数值模拟的 Ｑ 曲线及静载试验结果示于图 １ —ｓ ， 图形显示 由 Ｆ． Ｃ Ｄ构建 的单桩模 型能够很好的拟 Ｉ ３ Ａ 合 现场的静载试验结果 。从图 １中可以看出， 得到的 Ｑ—ｓ 曲线 属 于缓 变 曲线 ， 据文 献 ［］ 定 当Ｑ—ｓ 根 ５规 曲
线 属于缓变 型时 ， 桩 极 限承 载力 可根 据 沉 降量来 确 单 定 ， Ｓ ４ ｎｎ 时 所 对 应 的 荷 载 值 ｌ ， 值 为 取 一 ０Ｉ ｉ ＿ 其 ５ ］
坏， 而此时 ， 桩本身还处于 弹性变形 阶段 ， 以， 所 土体 选择摩尔～库伦模 型， 桩体选择弹性模型 ； 由于桩 又 与桩周土之 间相对 位移较大， 不符合 位移连续性假 设 ， 以 ， 土之 间建 立 接 触 面 ｌ］ 所 桩 ２ 。接 下 来 ， 桩 进 ４ 对
行逐 级加 载试 验 ， 桩顶 荷 载从 ２ＭＰ 开 始加 载 ， ａ 以后 逐次 增加 ｌＭＰ ， ａ加载 至 １ ａ加 载过 程 中对 桩顶 ３ＭＰ ，
群桩 对群桩 承 载力 的确定 尚需要 进一 步探 讨 。
土 质为粘 性 土 ， 该桩 型属 于非挤 土桩 。
１ １ 单桩模 型的建 立及 参数 校准 ．
首先 ， 建立桩周 土， 寸参 见表 １ 具体 尺寸为 尺 ，
１ ． ０ ２ｍ×１ ． ２ｒ ， ０ ２ｍＸ ３ 对土体 进行 开挖 ， ｎ 以模拟 桩
鲁 嚣 参数 ， 载 模 式 均 同 １ ｇ、 盘桩模 型 ， 、 加 号单 ８ ９号模 型 的土
体参数分别取表 ２ 中的土体 ２３的参数 ， 、 桩体参数 同
１号 单 桩 模 型 的 桩 体 参 数 ， ８号 桩 的 桩 顶 荷 载 从 ０ ７ＭＰ 开始 加载 ， ． ａ 以后逐 次增 加 ０ ３ ａ加载 至 ． ５ＭＰ ，
３ ０ｍ， ． ７时荷 载 一位 移 的 关 系 并 研 究 四种 不 ． ３ ６ｍ＿ ］
６ ０
图 ２ 不 同桩 距 的 Ｑ—ｓ曲线
表 ３ 不同桩 距时的基桩承载力和群桩效应 系数
同桩 距 的情况 下侧 摩阻 力 的变化 规律 。
（ ）建立 ６ ７号模 型 ， ２ 、 模拟 出六 桩和 九桩 的 Ｑ—ｓ
场取得 的静载荷试验数 据， 采用在岩士工程中广泛应用 的 Ｆ ３ Ｉ ＡＣ Ｄ软件模拟单桩的静载荷试验 以确定模型参数 。然后 ， 在单桩模 型的基础 上， 建立三组不同的群桩模型 ， 分别研究桩距 、 桩数 、 桩径对群桩承载力 的影响并对其作用机理进行 ＿分析 。 『 关键词 ： 向荷载 ； 竖 群桩 ； 承载力 ； 数值分析 中图分类号 ： ＴＵ４ ３ １ ７．１ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６ ３５８ （０ １０ —７８Ｏ １７ ７ １２ １ ）６０ ９ ４