4.3.3竖向荷载作用下的群桩效应4.4-4.5
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。
基础工程名词解释填空简答
基础工程一. 名词解释1.负摩阻力：当桩侧土体因某种原因而下沉，且其下沉量大于桩的沉降时，土对桩产生的向下作用的摩阻力，称为负摩阻力。
2.群桩效应：竖向荷载作用下，由于承台、桩、土的相互作用，群桩基础中的一根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同样独立单桩有显著差别，这种现象称为群桩效应。
3.摩擦型桩; 摩擦型桩是指桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，但桩侧阻力分担荷载较多的桩。
4.端承型桩；端承型桩是指竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，但桩端阻力分担荷载较多的桩。
5.积极隔振：积极隔振指的是对于本身是振源的机器，为了减小它对周围设备及建筑物的影响，将它与地基隔离开来。
消极隔振：消极隔振指的是对于允许振动很小的精密仪器和设备，为了避免周围振源对它的影响，须将它与地基隔离开来。
6.自由膨胀率：自由膨胀率指研磨成粉末的干燥土样或易崩解的岩样，浸泡于水中，经充分吸水膨胀后所增加的体积与原干体积的百分比。
膨胀率：.膨胀率指原状土样经侧限压缩后浸水膨胀稳定，并逐级卸荷至某级压力时的土样单位体积的稳定膨胀率。
7.连续基础：柱下条形基础、交叉条形基础、筏形基础和箱形基础统称为.连续基础。
8.柔度指数：柔度指数是表征文克勒地基上梁的相对刚柔程度的一个无量纲值。
9.天然地基：10.地基处理：当天然地基不能满足设计建筑物对地基强度与稳定性和变形的要求时，常采取各种地基加固、补强等类技术措施，改善地基土的工程性质，以满足工程要求。
这些措施统称为地基处理。
二.填空1.浅基础根据结构形式分为扩展基础、联合基础、柱下条形基础、柱下交叉条形基础、筏形基础、箱形基础和壳体基础等。
选择基础埋深要考虑与建筑物有关的条件、工程地质条件、水文地质条件、地基冻融条件场地环境条件。
可将上部结构分为柔性结构、敏感型结构和刚性结构三类。
4.联合基础设计通常规定的假设条件有(1)基础是刚性的，一般认为，当基础高度不小于柱距的1/6时，基础可视为刚性的；（2）基地压力为线性分布；（3）地基主要受力层范围内土质均匀（4）不考虑上部结构刚度的影响。
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。
4.3.3竖向荷载作用下的群桩效应4.4-4.5
（2）摩擦型群桩基础
由摩擦桩组成的群桩，桩顶荷载主要通过桩侧摩阻力传布
到桩周和桩端土层中， 在桩端平面处将产生应力重叠。承台 土的反力也传递到承台以下一定范围内的土层中，从而使桩 侧阻力和桩端阻力受到干扰。 除以上一、 2． 摩擦群桩的工作特点（两种情况）之（1） 种摩擦形群桩情况无群桩效应外 。就一般情况下，在常规桩 距 (3~4d) 下，粘性土中的群桩，随着桩数的增加， 群桩效率 系数明显下降，且η <1，同时沉降比迅速增大，ζ 可以从2增 大到10以上；注意：砂土中的挤土桩群，因挤密效应，有可 能出现η>1；而沉降比则除了端承桩ζ=1外，均为ζ>1。
0.32～0.38 0.38～0.44 0.44～0.50 0.50～0.60
0.60～ 0.80
三、桩顶作用效应计算
• 在初步确定桩基中的桩数和基桩的布置后，应 验算群桩中各基桩所承受的荷载是否超过基桩的 承载力特征值。计算假定承台为绝对刚性，并桩 身压缩变形在线性范围内，则可由材料力学方法 得： • 1、轴心荷载作用下 Fk Gk 规范5.1.1-1 • 单桩受力 N
分之五十以上，且承载的比例随桩距的增大而增大。
•
载的分担作用。
• 摩擦型桩下列情况不考虑承台下土体对荷 载的分担作用：
• ①当有经常出现的动力荷载作用时，如铁路 桥梁的桩基； • ②承台下存在可能产生负摩阻力的土层，如 湿陷性黄土、欠固结土、新近填土、高灵敏度软 土及可液化土，或因水位下降而引起地基土与承 台脱开； • ③在饱和软土中沉人密集桩群，引起超静孔 隙水压力和土体隆起，随着时间推移，桩间土逐 渐固结下沉而与承台脱离。
四、 软弱下卧层验算
• 当桩端平面以下荷载影响范围内存在软弱下 卧层时，由于桩端持力层厚度有限，两层的承载 力差异过大，如果桩距较小，则桩与桩间土的性 状类似于实体墩基础，而可能会引起冲破硬持力 层的整体冲切破坏，如下图 (a)所示；如果桩距较 大(或单桩基础)且硬持力层厚度较小，单桩可能 会产生单独冲剪破坏，如下图 (b)所示。 • 为了防止上述情况的发生，需进行相应的群桩 承载力验算，验算原则：扩散到软卧层顶面的附 加应力与软卧层顶面土自重应力之和要小于软卧 层的设计承载力。
注册岩土工程师近5年岩土考试重点、考点及分值分布
注册岩土工程师近5年岩土考试重点、考点及分值分布近5年注册岩土工程师专业考试考分分布一、岩土工程勘察1.1勘察工作的布置【单7多3例1】熟悉场地条件、工程特点和设计要求，合理布置勘察工作（《岩土勘察规范》第三、第四条，《铁路勘查规范》第三、七、八条，《水利水电勘察规范》第六、七、八、九条）。
1.2岩土的分类和鉴定【单6多1例9，5分/年】掌握岩土的工程分类和鉴别，熟悉岩上工程性质指标的物理意义及其工程应用。
（《岩土勘察规范》第三、第四条。
）1.3工程地质测绘和调查【单12多2例1】掌握工程地质测绘和调查的要求和方法：掌握各类工程地质图件的编制。
（《岩土勘察规范》第八条。
）1.4勘探与取样【单13多6例3,6分/年】了解工程地质钻探的工艺和操作技术;熟悉岩土工程勘察对钻探、井探、槽探和洞探的要求，熟悉岩石钻进中的RQD方法：熟悉各级土样的用途和取样技术;熟悉取土器的规格、性能和适用范围;熟悉取岩石试样和水试样的技术要求：了解主要物探方法的适用范围和工程应用。
（《岩土勘察规范》第九条，《建筑工程勘探与取样规程》第五条。
）1.5室内试验【单9多9例14，5年55分，11分/年】{土的物理性质指标及换算，单4多3例8，5分/年；土的压缩-固结实验，单1多4例2；土的剪切试验（三轴、直剪）单3多1例2；图的击实、承载比试验单1多1例2。
}了解岩土试验的方法;熟悉岩土试验指标间的关系;熟悉根据岩土特点和工程特点提出对岩土试验和水分析的要求：熟悉岩土试验和水分析成果的应用;熟悉水和土对工程材料腐蚀性的评价方法。
（《岩土勘察规范》第10、11条，《水土试验方法标准》第4、6章，《土工试验方法》第8、9、10、11、14、17、18、19章，《港口勘察规范》第10.7节）1.6原位测试【单12多4例3,5分/年】了解原位测试的方法和技术要求，熟悉其适用范围和成果的应用。
1.7地下水【单8多10例11，5年50分】{地下水的类型及运动规律，单1多5例1；抽水、压水、注水试验，单5例5；水和土对工程材料的腐蚀性评价，单1例2；土的渗透变形判别，单1多2例3} 熟悉地下水的类型和运动规律;熟悉地下水对工程的影响;了解抽水试验、注水试验和压水试验的方法，掌握以上试验成果的应用。
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。
浅谈桩基设计中的群桩效应
浅谈桩基设计中的群桩效应其承台底面土、桩间土、桩端以下土都参与工作，形成承台、桩、土相互影响共同作用。
桩顶荷载主要通过桩侧摩阻力传布到桩周和桩端土层中，产生应力重叠。
承台土反力也传布到承台以下一定范内的土层中，从而使桩侧阻力和桩端阻力受到干扰。
桩群中任一根桩的工作性状明显不同于孤立单桩，群桩承载力将不等于各单桩承载力之和，群桩沉降也明显地超过单桩。
1. 群桩效应的体现1.1 群桩抗侧摩阻力桩侧摩阻力只有在桩土间产生一定相对移的条件下才能充分发挥出来，并受到桩距、承台、桩长与承台宽度比、土性等因素的影响。
1.2 群桩的桩端阻力一般情况下桩端阻力随桩距减少而增大，同时也受到承台、土性与成桩工艺的影响。
1.3 群桩桩顶荷载的分配刚性承台群桩的桩顶荷载分配的规律一般是中心桩最小，角桩最大，边桩次之，其受到桩距、桩数、承台与上部结构综合刚度、土性的影响。
1.4 群桩沉降由于相邻桩应力的重叠导致桩端平面以下的应力水平提高和压缩层加深，因而群桩的沉降量和延续时间往往大于单桩，其受到桩数、桩距和长径比的影响。
1.5 群桩的破坏模式群桩的破坏模式分为桩群侧阻力的破坏和桩群端阻力的破坏，a）、桩群侧阻碍力的破坏分为桩土整体破坏和非整体破坏。
整体破坏是指桩、土形成整体，如同实体基础那样工作，破坏面受生了桩群外。
非整体破坏是指各桩的桩土之间产生相对移，破坏面发生于各桩侧面。
b）、桩端阻力的破坏可分为整体剪切、局部剪切、冲剪三种模式。
2 群桩整体强度的计算方法群桩基础的整体破坏和实体深埋基础相同。
极限承载力等于桩尖平面处，以桩群外包尺寸决定的面积上的极限承载力与桩周边土的极限抗剪强度之和。
式中N—桩基础上作用的上部结构荷重，kN；P—桩台及桩台上覆土的重量（常年地下水以下按有效重度计算），kN；G—桩及桩问土的总重量（常年地下水以下按有效重度计算），kN；K—安全系数。
根据τμ及Pu取值的可靠程度取值；τμ——桩身穿过土层的平均单不排水抗剪强度，kPa；Pu——桩尖处土层的单，kPa：a，b——群桩外的长度和宽度，m：l——自承台底面算起的桩有效长度.m。
基础工程-第4章 桩基础-
桩顶荷载一般包括轴向力、水平力和力矩，为简化 起见，在研究桩的受力性能及计算桩的承载力时，对 竖向受力情况单独进行研究。
4.3.1 桩的荷载传递
竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上部 首先受到压缩而发生相对于土的向下位 移，于是桩周土在桩侧界面上产生向上 的摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过程 就是不断克服这种摩阻力并通过它向土 中扩散的过程 。 如果桩侧摩阻力不足以抵抗竖向荷载， 一部分竖向荷载将传递到桩底，桩底持 力层也将产生压缩变形，故桩底土也会 对桩端产生阻力。
4.4 单桩竖向承载力的确定
单桩的承载力： 是指单桩在竖向荷载作用下，不丧失稳定性、不产生过 大变形时的承载能力。 单桩的竖向承载力主要取决于两方面： 一是地基土对桩的支承能力； 二是桩身的材料强度。 一般情况下，桩的承载力由地基土的支承能力所控制， 材料强度往往不能充分发挥，只有对端承桩、超长桩以及 桩身质量有缺陷的桩，桩身材料强度才起控制作用。
（1）静载荷试验装置及其方法：
试验装置主要由加荷稳压、提供反力和沉降观测三部分组成。
主梁
千斤顶 百分表 次梁 锚筋 锚桩
基准柱
试验时加载方式通常 有慢速维持荷载法、快 速维持荷载法、等贯入 速率法、等时间间隔加 载法以及循环加载法。 锚桩桁架法 工程中最常用的是慢速维持荷载法，即逐级加载，每级 加载值为单桩承载力特征值的1/8-1/5，当每级荷载下桩顶 沉降量小于0.1mm/h时，则认为已趋于稳定。然后施加下 一级荷载直到试桩破坏，再分级卸载到零。
4.3 竖向荷载下单桩的工作性能
本节重点： 竖向荷载作用下单桩的工作性能。
本节难点： 单桩的破坏模式已及单桩承载力的确定。
4.3 竖向荷载下单桩的工作性能
单桩工作性能的研究是单桩承载力分析理论的基础， 通过桩土相互作用分析，了解桩土间的传力途径和单 桩承载力的构成及其发展过程，以及单桩的破坏机理 等，对正确评价单桩承载力设计值具有一定的指导意 义。
基础工程第四章桩基础(1)
方法1. 静载荷试验（实图） 静载荷试验是评价单桩
承载力诸法中可靠性较高的 一种方法。
缺点： 时间长；费用高。 广东最大可加载3000t。
主梁
次梁
加压
千斤顶 沉降 观测点
试验桩
(a)
锚桩 (4根)
重物
支墩
千斤顶 加压
沉降 观测点
试验桩
(b)
图4－11 单桩静载荷试验的加荷装置
(a)锚桩横梁反力装置；(b)压重平台反力装置
甲级、丙级以外的建筑；
丙级 场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以的一般建筑 。
功能重要、荷载大、重心高、风载和地震作用效应大 荷载和刚场度地分、布环极境为条不件均特，殊对差异沉降适应能力差
第4章 桩基础
（三）桩基计算规定 1、应根据桩基的使用功能和受力特征分别进行桩基的
竖向承载力和水平承载力计算； 2、桩身（含桩身压曲、钢管桩局部压曲）和承台结构
二、桩基设计原则 （一）桩基的极限状态
1.承载能力极限状态 ：对应于桩基达到最大承载力导致整体 失稳或发生不适于继续承载的变形。
2.正常使用极限状态：对应于桩基达到建筑物正常使用所规定 的变形限值或达到耐久性要求的某项 限值。
第 4章 桩 基 础
（二）建筑桩基设计等级划分
设计
建筑类型
等级
甲级 乙级
承载力计算； 3、软弱下卧层验算； 4、坡地、岸边桩基整体稳定性验算；
5、抗浮、抗拔桩基的抗拔承载力（基桩和群桩）验算；
6、抗震设防区抗震承载力验算。
第4章 桩基础
（四）应计算沉降的桩基 1、设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层
的建筑桩基 ； 2、设计等级为乙级的体型复杂、荷载分布显著不均匀
桩的竖向承载力计算ppt
4.单桩的破坏模式 破坏模式分为如下3种情形：
(2)整体剪切破坏
※荷载--沉降(Q-S)关系曲线的特征：呈“急进破坏”的陡降
型
※破坏模式特点：当具有足够强度的桩穿过抗剪强度较低的
土层，达到强度较高的土层，且桩的长度不大时，桩在轴
向荷载作用下，由于桩底上部土层不能阻止滑动土楔的形
成，桩底土体形成滑动面而出现整体剪切破坏。此时桩的
——混凝土构件稳定系数。对低承台桩基，考虑土的侧向
约束可取ψ=1.0；但穿过很厚软粘土层和可液化土层的端承 桩或高承台桩基，其值应小于1.0；
fc——混凝土的轴心抗压强度设计值(kPa)；
f
— —纵向钢筋的抗压强度设计值(kPa)；
y
Ag——纵向钢筋的横截面面积(m2) ψc—工作条件系数，预制取0.75，灌注取0.6~0.7。
岩3.7m 和新鲜泥 质砂岩2.0m的灌
2
1000 淤泥
4
注桩的实测荷载
6
传递曲线。
8
粗砂
10
可见，即使对于 亚粘土
12
长径比>15～20 泥质砂岩
14
的嵌岩桩，也属 残积土
16
风化
于摩擦型桩，其 泥质
18
砂岩
桩端总阻力也较 泥质
20
小。
砂岩
z(m)
3.桩侧摩阻力和桩端阻力
（1）桩侧摩阻力
1）桩侧摩阻力产生的原因：桩土相对位移（桩对 土的位移、桩身压缩）；
20
3.桩侧摩阻力和桩端阻力
（2）桩端阻力
随持力层密度 的提高、上覆 荷载的减小而
1）产生原因：桩端土压缩
增大。
2）端阻深度效应 桩端阻对应的δu数值： 端承力与深度有关，存在临界深度
竖向荷载作用下群桩效应的有限元分析
徽
建
筑
第 二种 就是有摩擦桩组成 的群桩 ， 向荷 载作用下 ， 在竖 大 部分荷载 由桩侧阻力传递到桩侧和桩端土层 中， 其余部分 由桩 端承受 。由于摩擦桩的贯入变形一般较大 ， 加上 桩身的弹性 再 压缩对于一般 的低承台群桩 ， 承台的协调作用将使 承台底也 产
序 中 Ｓ Ｌ ４ 单元 。由于模 型为三维实体建模 ， ＯＩ ５ Ｄ 桩体和土体均采用实际尺寸 ， 因此要求
雷亮亮 ， 国体 ， 良辉 王 徐
（ 合肥工业大学土木与水利工程学院 ， 安徽 合肥 ２ ０ ｏ ） ３ｏ ９
——■■■一
— 一 — 一Ｉ 摘 — —
要： 群桩效应是桩基理论 中的一个重要 问题 。文章根据 ａｉ 有 ｄａ ｎ
－・一Ｉ Ｉ 限元分析软件 ， 了在 竖向荷栽作用下桩数 Ｌ 桩距 Ｓ及桩数 ｎ与群 ・＿ Ｉ Ｊ 分析 、 ＿—一 ●●
２ 桩土特性有 限元分析模型 以及计算方 案
２１计算参数选取 ．
本文采用三维有限元程序进行模拟时 ， 与承台采用线 弹性 的本构模型 。桩周土 ■●＿Ｉ 桩
体采用砂土 ， 因为大量试验表 明砂土的应力应变关系呈非线性 ， 采用 Ｄ ｎ ａ— ｈｎ — ｕ ｃｎ Ｃ ａ ｇ ｖ Ｅ 非线性模型 。桩体 和承台混凝土选用 Ｃ ５ 其弹性模量 Ｅ ＝ ８ ０ Ｍ ａ， ２， ｃ ２０ ０ Ｐ 泊松比 ｖ－． ７ －１ 。 ０６ 假定土体泊松 比不变 ， 计算区域内为砂土。 土的计算参数见表 １ 承台厚度为 Ｏ８ 桩径 。 ． ｍ， ｄ取为 ０８ ． ｍ。土体接触面单元厚度 ｔ ０ ２ 参数见表 ２ 取 ． ｍ， ０ 。
坚硬 ， 桩的单独贯入变形较小 ， 承台底 土反 力较 小 ， 故承 台底地
第四章 桩基础
第四章桩基础§4.1概述4.1.1桩基础的使用深基础：埋深较大，以下部坚实土层或岩层作为持力层的基础。
深基础的作用：把所承受的荷载相对集中地传递到地基的深层。
深基础何时采用：建筑场地的浅层土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求；又不适于采取地基处理措施时。
深基础的类型：桩基础，地下连续墙，沉井等。
承台:将几个桩结合起来传递荷载4.1.2桩基础的类型桩基础的类型（按承台与地面相对位置的高低）：①高承台桩基础承台底面位于地面以上,桥桩,码头,栈桥②低承台桩基础承台底面位于地面以下,承台本身承担部分荷载（注：工民建，低承台桩基础，竖直桩；桥梁港湾海洋构筑物，高承台，斜桩，承受较大水平荷载）4.1.3桩基设计原则桩基础的设计应按变形控制设计。
桩基础设计时，上部结构传至承台上的荷载效应组合与浅基础相同。
桩基础设计满足的基本条件：①单桩承受的竖向承载力不应超过单桩竖向承载力特征值；②桩基础的沉降不得超过建筑物的沉降允许值；③对位于坡地岸边的桩基础应进行稳定性验算。
4.1.4桩基设计内容七个基本内容：①桩基础的类型和几何尺寸的选择；②单桩竖向（和水平向）承载力的确定；③确定桩的数量、间距和平面布置；④桩基础承载力和沉降验算；⑤桩身结构设计；⑥承台设计；⑦绘制桩基础施工图。
§4.2桩的类型4.2.1桩的分类（三种分类方式）①按承载性状分类（荷载传递方式）和竖向受力情况：分类依据：根据桩侧与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比例的不同。
摩擦型桩——摩擦型桩——端承摩擦桩端承型桩——端承型桩：桩顶竖向荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受，但桩端阻力分担较多，其桩端一般进入中密以上的砂类、碎石类土层，或位于中等风化、微风化及新鲜基岩顶面。
（此类桩侧摩阻力属次要，不可忽略）——摩擦端承型桩②按施工方法分类：预制桩——在工厂或施工现场制成的各种形式的桩，如锤击桩、振动桩、静压桩等。
灌注桩——在施工现场的桩位上用机械或人工成孔，然后在孔内灌注混凝土而成。
竖向荷载下群桩效应的有限元分析探讨
竖向荷载下群桩效应的有限元分析探讨【摘要】本文通过三维非线性有限元分析程序，对竖向荷载作用下的摩擦型群桩进行了分析，得出了桩长L、桩距s以及桩数n对群桩效应的影响关系。
【关键字】竖向荷载；群桩效应；有限元分析Abstract: This paper by the three-dimensional nonlinear finite element analysis program, on the vertical load under the action of friction pile group is analyzed, drawn pile length L, the pile spacing s and the number of piles n the pile group effect.Keywords: vertical load; pile group effect; finite element analysis.1.概述在实际的桩基工程中，除了少量大直径单桩基础外，一般都是群桩基础。
在竖向荷载作用下，大部分荷载由桩侧阻力传递到桩侧和桩端土层中，其余部分由桩端承受。
竖向荷载下的群桩基础，承台、桩群、土形成一个相互作用、共同工作体系，其变形和承载力均受相互作用的影响和制约[1]，这就是群桩效应。
群桩承载力不等于个单桩之和，即群桩效应系数大于或小于1。
影响群桩效应的主要因素，一方面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、桩数；另一方面是桩侧与桩端的土性、土层分布和成桩工艺(挤土或非挤土)。
群桩效应制约表现在摩擦型群桩，其贯入变形一般较大，再加上桩身的弹性压缩对于一般的低承台群桩，承台的协调作用将使承台底也产生1，群桩的沉降也明显超过单桩[2]。
本文在已有研究的基础上，利用考虑桩土相互作用的三维非线性有限元分析程序，对竖向荷载作用下的摩擦型群桩进行分析。
15桩基础04解析
2
一、负摩擦力的概念
3
二、负摩擦力发生的情况 1、桩穿越欠固结的软黏土或新填土而支承于硬粉 性土、中密或密实砂土层、砾卵石层或岩层上。 2、在较深厚的饱和软黏土地基中打预制桩。 3、桩周附近地表有较大的堆载或河床冲刷带来的 大量沉积土淤在桩周，形成新填土。 4、地下水全面下降，造成土固结沉降。 5、地下水上升等原因造成湿陷性土的浸水下沉， 而桩端位于相对稳定的土层上。 6、冻土地基因温度上升而融化，产生融陷，而桩 端相对下沉很少或不下沉。
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四、桩上负摩擦力的计算 要确定桩身负摩阻力的大小，须先确定中性点的 位置和负摩阻力强度的大小。 1、中性点的位置 中性点的位置取决于桩与桩侧土的相对位移，原 则上应根据桩沉降与桩周土沉降相等的条件确定。但 影响中性点位置的因素较多，与桩周土的性质和外界 条件(堆载、降水、浸水等)变化有关。
10
四、桩上负摩擦力的计算
i 1
n
27
二、群桩竖向承载力
2、按整体破坏模式
P
(1)将群桩外围以内的桩体与土体 视为一个实体基础，按假想实体 基础计算群桩基础承载力。包括 基底阻力和侧壁摩阻力两部分。
q su
Qug Qpg Qsg q pu Ap qsu ug l
A
q pu
B
28
L
二、群桩竖向承载力
复习上次课的内容
1
4.5
桩的负摩擦问题
一、负摩擦力的概念
在桩顶竖向荷载作用下，当 桩相对于桩侧土体向下位移时， 土对桩产生的向上作用的摩擦力， 称为正摩擦力。 当桩侧土体因某种原因而下 沉，且其下沉量大于桩的沉降(即 桩侧土体相对于桩向下位移)时， 土对桩产生的向下作用的摩擦力， 称为负摩阻力 。
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（2）摩擦型群桩基础
由摩擦桩组成的群桩，桩顶荷载主要通过桩侧摩阻力传布
到桩周和桩端土层中， 在桩端平面处将产生应力重叠。承台 土的反力也传递到承台以下一定范围内的土层中，从而使桩 侧阻力和桩端阻力受到干扰。 除以上一、 2． 摩擦群桩的工作特点（两种情况）之（1） 种摩擦形群桩情况无群桩效应外 。就一般情况下，在常规桩 距 (3~4d) 下，粘性土中的群桩，随着桩数的增加， 群桩效率 系数明显下降，且η <1，同时沉降比迅速增大，ζ 可以从2增 大到10以上；注意：砂土中的挤土桩群，因挤密效应，有可 能出现η>1；而沉降比则除了端承桩ζ=1外，均为ζ>1。
• • • • •
一、 群桩基础工作特点分析
• 群桩基础在外荷载作用下，由于桩基的承载 类型和几何形式不同，其工作特点也不同。 • 1．端承型群桩的工作特点 • 对于端承群桩，由于桩端处持力层为岩层或 坚硬土层，桩端的沉降很小，桩侧摩阻力不易发 挥，上部荷载通过桩身直接传至桩端土层中，桩 端地基土所受压力仅局限于桩底面积范围内，各 桩端的压力彼此相互影响小，如图4-14所示。在 这种情况下，可认为端承群桩中的各基桩的工作 性状与独立单桩相同，因此端承群桩的承载力等 于相应根数的单桩承载力之和，其沉降量也与单 桩沉降量相同。
四、 软弱下卧层验算
• 当桩端平面以下荷载影响范围内存在软弱下 卧层时，由于桩端持力层厚度有限，两层的承载 力差异过大，如果桩距较小，则桩与桩间土的性 状类似于实体墩基础，而可能会引起冲破硬持力 层的整体冲切破坏，如下图 (a)所示；如果桩距较 大(或单桩基础)且硬持力层厚度较小，单桩可能 会产生单独冲剪破坏，如下图 (b)所示。 • 为了防止上述情况的发生，需进行相应的群桩 承载力验算，验算原则：扩散到软卧层顶面的附 加应力与软卧层顶面土自重应力之和要小于软卧 层的设计承载力。
s
Q Q
s
Q
s
Qபைடு நூலகம்Q
h=(s-d)/(2tan )
s
d
d
D (a) (b)
图4－14 端承型 群桩基础
图4-15 摩擦型桩的桩顶荷载通过侧阻 扩散形成的桩端平面压力分布
(a)单桩；(b)群桩
l
• 2．摩擦群桩的工作特点（有两种情况）
（1） 摩擦群桩与端承群桩相反，作用其上的荷载主 要是通过每根桩侧面的摩阻力传布到桩周及桩端的土层中 去。一般假定，桩侧摩阻力在土中引起的附加应力按照一 定的角度沿桩长向下扩散分布，至桩端平面处，压力分布 如图4-15中的阴影部分所示。 当桩数少n＜4根），桩距Sa较大时，例如Sa ＞6d（d 为桩径），这时群桩中各基桩的工作情况仍和单桩的工作 状况相似，故群桩中基桩的承载力也近似等于单桩承载力 （如前图（a））。
但对于那些建在一般土层上，桩长较短而桩距 较大，或承台外区面积较大的桩基，承台下桩间土 对荷载的分担效应较显著，故应考虑承台底土反力 效应。承台底土抗力的大小和分布形式，随桩距、 桩长、承台刚度等因素而变化。 • 总的规律是： （1）刚性承台底面土反力呈马鞍形分布，随着 桩距的增大，土抗力增加； （2）承台内区（群桩外包络线以内范围）土 抗力显著小于承台外区的土抗力，且内区土反力比 外区土反力较均匀；并当加大桩距时承台内外区土 的反力差明显降低。 故在实际工作中可以通过加大外区和内区的面 积比来提高承台分担荷载的份额。 •
0.32～0.38 0.38～0.44 0.44～0.50 0.50～0.60
0.60～ 0.80
三、桩顶作用效应计算
• 在初步确定桩基中的桩数和基桩的布置后，应 验算群桩中各基桩所承受的荷载是否超过基桩的 承载力特征值。计算假定承台为绝对刚性，并桩 身压缩变形在线性范围内，则可由材料力学方法 得： • 1、轴心荷载作用下 Fk Gk 规范5.1.1-1 • 单桩受力 N
规范5.4.1-2
公式各符号意义参考规范5.4 特殊条件下桩基竖向承载力验算
•
实际工程中，在持力层以下存在相对软弱土 层是常见的现象，一般只有当桩长较小、强度相 差过大时才进行必要验算。因当桩长很长时，桩 侧阻力的扩散效应比较显著，相应传递到其下软 弱层的应力较小，不致于引起下卧层的破坏。 若下卧层与持力层的地基承载力差异过小时， 土体塑性挤出和失稳现象也不会出现。
R Ra c f ak Ac
规范5.2.5-1
ηc区别挤土桩和非挤土桩，可按规范表5.2.5-1取值
• 式中： • c —承台效应系数，非挤土桩可按规范表取值；对于 挤土桩按表5.2.5值乘以0.7。当计算基桩为非正方形 s a A，A为计算区域承台面积，n为总桩数； 排列时， n • fak——承台下1/2承台宽度且不超过 5m深度范围内地 基承载力特征值的加权平均值； ( A nA ) A • Ac——计算桩基所对应的承台底的净面积； Ap为 n 桩截面面积；对于柱下独立桩基，A为全承台面积； 对于桩筏基础，A为柱、墙筏板的1/2跨距和悬臂边 2.5倍筏板厚度所围成的面积；桩集中布置于墙下的 桩筏基础，取墙两边1/2跨距围成的面积，按条基计 算。
• 群桩效应的基本概念：
群桩在竖向荷载作用下，由于承台、桩、土之 间相互影响和共同作用，群桩的工作性状趋于复杂， 桩群中任一根桩的工作性状都不同于孤立的单桩， 群桩承载力将不等于各单桩承载力之和，群桩沉降 也明显地超过单桩，即是群桩效应。 • 群桩效应受土性、桩距、桩数、桩的长径比、 桩长与承台宽度比、成桩类型和排列方式等多个因 素的影响而变化。 • 群桩效应可用群桩效率系数η和沉降比ζ表示。
• 规范规定对以下桩基础应进行沉降验算：
• ①地基基础设计等级为甲级的建筑桩基础； • 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础； • ③摩擦型桩。
•
《建筑桩基规范》认为：对于桩中心间距小于6倍 桩径的摩擦群桩基础，其最终沉降量可采用等效作 用分层总和法（见规范图5.5.6）。等效作用面位于 桩端平面，等效作用面积为桩承台投影面积；等效 作用附加应力近似取承台底面的平均附加应力。等 效作用面以下的应力分布采用各向同性均质线性变 形体理论，然后仍按浅基础的沉降计算步骤计算沉 降量S。
各类型群桩基础特点归纳
（1）端承型群桩基础 由端承桩组成的群桩，通过承台分配到各桩桩 顶的荷载，其大部或全部由桩身直接传递到桩端。 通过承台土反力、桩侧摩阻力传递到土层中的应力 较小，桩群中各桩之间，承台、桩、土之间的相互 影响较小，其工作性状与独立单桩相近。因而端承 型群桩的承载力可近似取为各单桩承载力之和，即 群桩效率系数η 、沉降比ζ 可近似取为1。端承型群 桩基础无群桩效应。
•
（2）但当桩距较小， Sa ≤6d，桩数较多（n ≥ 4根）时，桩端处地基中各桩传来的压力就会 相互重叠（图4-15（b）），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厚度也 要比单桩深很多。这样，群桩中各桩的工作状态 就与单桩时截然不同，群桩中的基桩承载力并不 等于单桩单独工作时的承载力，沉降量也大于单 桩的沉降量，这就叫群桩效应。 思考：在桩基中产生群桩效应是有利还是有弊？
群桩效率系数η是指群桩竖向极限承载力Qg与群 桩中所有桩的单桩竖向极限承载力Qi总和之比，即 η =Qg/∑Q i 。 沉降比ζ是指在每根桩承担相同荷载条件下，群桩 沉降量sn与单桩沉降量s之比，即ζ= sn /s。
群桩效率系数η越小、沉降比ζ越大，表示群桩效 应越强，也就意味着群桩承载力越低、沉降越大 群桩效率系数η和沉降比ζ主要取决于桩距和桩数 ，其次与土质和土层构造、桩径、桩的类型及排列方 式等因素有关。
4.3.3 竖向荷载作用下的群桩效应
• 实际工程中的桩基础既有一柱一桩形式、也 有一柱多桩的形式，即既有单桩基础，又有由若 干根基桩组成，并在桩顶用承台连接成一个整体 的群桩基础。 群桩中的基桩与前面介绍的独立单桩的工作 性状是否相同？ 群桩的承载力是否等于相应根数的单桩承载 力之和？ 群桩基础的沉降量是否与独立单桩相同？ 什么是群桩效应？ 回答这些问题需要探讨群桩基础在地基中的工 作特点，即承台、桩群、地基土体的共同作用机 理。
k
n
• 设计要求
N R
k
规范5.2.1-1
• 2、偏心受力各桩受力
F G M Y M X N n Y X
k k kx i ky ik 2 2 i i
i
规范5.1.1-2
N
• 设计要求为
k max
1.2R
规范5.2.1-2
N R
k
各公式中字母含义参见桩基规范5．1 桩顶作用效应计算
分之五十以上，且承载的比例随桩距的增大而增大。
•
载的分担作用。
• 摩擦型桩下列情况不考虑承台下土体对荷 载的分担作用：
• ①当有经常出现的动力荷载作用时，如铁路 桥梁的桩基； • ②承台下存在可能产生负摩阻力的土层，如 湿陷性黄土、欠固结土、新近填土、高灵敏度软 土及可液化土，或因水位下降而引起地基土与承 台脱开； • ③在饱和软土中沉人密集桩群，引起超静孔 隙水压力和土体隆起，随着时间推移，桩间土逐 渐固结下沉而与承台脱离。
1.对于桩距不超过6d 的群桩基础，桩端持力层下存 在承载力低于桩端持力层承载力1/3 的软弱下卧 层时，可按下列公式验算软弱下卧层的承载力 ：
z m z f az
规范5.4.1-1
Fk Gk 3 2 A0 B0 qski li z A0 2t tg B0 2t tg
承台底反力图示 1.承台底土反力；2.土层位移；3.桩端位移
不同桩距承台底土反力分布图
•
综上可知：影响群桩基础的竖向承载力的因素 除其基桩自身的承载力外，还包括桩土之间的相互 作用对桩侧阻力和端阻力的影响，以及承台底土抗 力的分担荷载效应。因此：
（1）对于端承群桩基础和桩的中心间距Sa＞6d 的摩擦群桩基础，其承载力等于相应根数的独立单 桩承载力之和，沉降量也与单桩沉降量一致，无需 考虑群桩效应，因而仅需作单桩承载力验算； • （2）而对于桩数较多且桩的中心间距Sa ≤6d的 摩擦群桩基础，应考虑群桩效应，除要验算单桩的 竖向承载力之外，还需对群桩基础的承载力及沉降 进行验算。 •