群桩基础的竖向分析与验算

• 桩柱式墩台 , 一般应将桩柱上盖梁视为支承在桩柱 的单跨或多跨连续受弯构件计算并配筋和验算截 面强度 , 以保证其抗弯、抗剪结构强度和位移、裂 缝等。
第八节 桩基础的设计
• 桩基础的设计方法与步骤一般先根据收集的必要 设计资料, 拟定出设计方案 ( 包括选择桩基类型、 桩长、桩径、桩数、桩的布置、承台位置与尺寸 等 ), 然后进行基桩和承台以及桩基础整体的强度、 稳定、变形检验 , 经过计算、比较、修改直至符 合各项要求 , 最后确定较佳的设计方案。
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。
• 为保证嵌固牢靠 , 在任何情况下均不计风化 层 , 嵌入岩层最小深度不应小于 0.5m 。
(三) 单排桩桩基础 和多排桩桩基础的考虑
• 多排桩稳定性好，抗弯刚度较大，能承受较大的 水平荷载，水平位移小，但多排桩的设置将会增 大承台的尺寸，增加施工困难，有时还影响航 道；单排桩与此相反，能较好地与柱式墩台结构 形式配用，可节省圬工，减小作用在桩基的竖向 荷载。
承台抗弯验算
• 按单向受弯计算 , 该截面弯矩计算公式为:
M Ι−Ι = m1S1P1 M ΙΙ−ΙΙ = m2S2 P2
式中：m1、m2为对Ⅰ-Ⅰ、 Ⅱ-Ⅱ截面作用的基桩
数；S1、S2为每排桩中
心截面到Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ的
距离。
• 在确定承台的验算截面弯矩后 , 可根据钢筋混凝土矩形 截面受弯构件按极限状态设计法进行承台纵桥向及横桥 向配筋计算或验算截面抗弯强度。
部承压时的提高系数。
• 如验算结果不符合上式 要求 , 应在承台内桩的 顶面以上设置 1~2 层钢 筋网，钢筋网的边长应 大于桩径的 2.5 倍，钢 筋直径不宜小于 12mm, 网孔为100 × 100mm 左右。
二、桩对承台的冲剪验算
• 桩顶到承台顶面的厚度t0, 应根据桩顶对承台的冲
剪强度 , 按下式近似计算确定:
二、桩径、桩长的拟定
• 桩径与桩长的设计即基桩的外部尺寸的设计，它 应综合考虑荷载的大小、土层性质及桩周土阻力 状况、桩基类型与结构特点、桩的长径比、以及 施工设备与技术条件等因素优选确定，力求做到 既满足使用要求又造价经济，最有效地利用和发 挥地基土和桩身材料的承载性能。
• 设计时常先拟定尺寸，然后通过基桩计算和验算, 视所拟定的尺寸是否经济合理，再作最后确定。
¾ 当承台埋于冻胀土层中时，为了避免由于土的冻胀引 起桩基础的损坏，承台底面应位于冻结线以下不少于 0.25m。
(一)承台底面标高的考虑(2)
¾ 对于常年有流水、冲刷较深，或水位较高，施工排水 困难，在受力条件允许时，应尽可能采用高桩承台。
¾ 承台如在水中、在有流冰的河道，承台底面应位于最 低冰层底面以下不少于 0.25m；
• 当桥跨不大、桥高较矮时 , 或单桩承载力较大 , 需用桩数不多时常采用单排排架式基础。
• 公路桥梁自采用了具有较大刚度的钻孔灌注桩后, 选用盖梁式承台双柱或多柱式单排墩台桩柱基础 也较广泛，对较高的桥台、拱桥桥台、制动墩和 单向水平推力墩基础则常需用多排桩。
• 在桩基受有较大水平力作用时，无论是单排桩还 是多排桩，若能选用斜桩或竖直桩配合斜桩的形 式则将明显增加桩基抗水平力的能力和稳定性。
墩台基础的沉降应满足下式要求：
总沉降量S ≤ 2.0 L 总沉降差ΔS ≤ 1.0 L L ≥ 25m
第七节 承台计算
• 承台是桩基础的一个重要组成部分 , 承台应有足够的强度 和刚度, 以便把上部结构的荷载传递给各桩, 并将各单桩 联结成整体。
• 承台设计包括确定承台材料、形状、高度、底面标高和平 面尺寸以及强度验算 , 并符合构造要求。除强度验算外, 上述各项均可根据本章前叙有关内容初步拟定确定, 经验 算后若不能满足有关要求时, 仍须修改设计, 直至满足为 止。
一、桩基础类型的选择
• 选择桩基础类型时应根据设计要求和现场 的条件，同时要考虑到各种类型桩和桩基 础具有的不同特点，注意扬长避短，给予 综合考虑选定。
(一)承台底面标高的考虑(1)
• 承台底面的标高应根据桩的受力情况 , 桩的刚度 和地形、地质、水流、施工等条件确定。
¾ 承台低稳定性较好，但在水中施工难度较大，因此可 用于季节性河流，冲刷小的河流或岸滩上墩台及旱地 上其他结构物基础。
¾ 当桩距足够大、土质较软时, 桩与土之间产生剪切 变形 , 桩群呈“刺入破坏”。
¾ 在一般情况下群桩基础兼有这两种性状。 ¾ 现通常认为当桩间中心距离≥ 6 倍桩径时 , 可不
考虑群桩效应。
二、群桩基础承载力验算
• 当桩距较大，单桩荷载传到桩底处的压力叠加影 响较小时，可不考虑群桩效应。
• 《公桥基规》规定：
¾ 为节省墩台身坞工数量,则可适当提高承台底面。
( 二 ) 柱桩桩基和摩擦桩桩基的考虑
• 柱桩与摩擦桩的选择主要根据地质和受力情况确 定。
– 柱桩桩基础承载力大, 沉降量小, 较为安全可靠, 因此当 基岩埋深较浅时应考虑采用柱桩桩基。
– 若适宜的岩层埋置较深或受到施工条件的限制不宜采 用柱桩时, 则可采用摩擦桩, 但在同一桩基础中不宜同 时采用柱桩和摩擦桩, 同时也不宜采用不同材料、不同 直径和长度相差过大的桩, 以避免桩基产生不均匀沉降 或丧失稳定性。
¾ 在有其他漂流物或通航的河道，承台底面也应适当放 低，以保证基桩不会直接受到撞击，否则应设置防撞 装置。
¾ 采用木桩时，由于木材在湿度经常变化的环境容易腐 朽，承台内木桩顶应位于最低水位以下至少 0.3m。
¾ 当作用在桩基础上的水平力和弯矩较大，或桩侧土质 较差, 为减少桩身所受的内力可适当降低承台底面。
– 当桩距≥6 倍桩径时，不须验算群桩基础承载力，只 要验算单桩容许承载力即可；
– 当桩距<6 倍桩径时，需验算桩底持力层土的容许承载 力，持力层下有软弱土层时，还应验算软弱下卧层的 承载力。
1. 桩底持力层承载力验算
• 摩擦桩群桩基础当 桩间中心距小于 6 倍桩径时 , 将桩基 础视为相当于cdef 范围内的实体基础 , 桩侧外力认为以
9 本节主要讨论群桩基础在荷载作用下的竖向分析和 群桩基础的竖向承载力与变形验算问题。
一、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 , 不同受力条件的基桩有着不同的 荷载传递特征 。
• 不同类型基桩的群桩基础呈现出不同的工作性状 与特点。
1. 柱桩群桩基础
• 当采用柱桩时, 除桩底支承在基岩上 ( 即柱 承桩 ) 外, 如覆盖层较薄, 或水平荷载较大 时, 还需将桩底端嵌入基岩中一定深度成为 嵌岩桩, 以增加桩基的稳定性和承载能力。
• 为保证嵌岩桩在横向荷载作用下的稳定性, 需嵌入基岩的深度与桩嵌固处的内力及桩 周岩石强度有关, 应分别考虑弯矩和轴向力 要求, 由要求较大的来控制设计深度。
φ/4 角向下扩散。
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。
三、群桩基础沉降验算
• 群桩基础的承载力常小于各单桩承载力之 和 , 但有时也可能会大于或等于各单桩承载 力之和。群桩基础除了上述桩底应力的叠加 和扩散影响外 , 桩群对桩侧土的摩阻力也必 然会有影响。
• 摩擦桩群的工作性状与单桩相比有显著区别。 群桩不同于单桩 的工作性状所产生的效应 , 可称群桩效应 , 它主要表现在对桩基承载力 和沉降的影响。
嵌岩深度的近似计算
• 忽略嵌固处水平剪力影响, 假定 桩在岩层表面处弯矩 MB作用下, 绕嵌入深度h的 1/2 处转动；偏安 全地不计桩底与岩石的摩阻力； 不考虑桩底抵抗弯矩，MB由桩侧 岩层产生的水平抗力平衡。并考 虑到桩侧为圆柱状曲面，其四周 受力不均匀，假定最大应力为平 均应力的1.27倍。
• 桩底压力分布面积较小 , 各桩的压力叠加作用也 小 ( 只可能发生在持力层深部 ), 群桩基础中的各 基桩的工作状态近同于单桩 , 柱桩群桩基础的承 载力等于各单桩承载力之和 , 其沉降量等于单桩 承载量 , 即不考虑群桩效应。
• 群桩效应是针对摩擦桩群桩基础而言。
2. 摩擦桩群桩基础
• 由摩擦桩组成的群桩基础 , 在竖向荷载作用下 ,
• 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
百度文库
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
• 承台按极限状态设计, 一般均应进行局部受压、抗冲剪、 抗弯和抗剪验算。
一、桩顶处的局部受压验算
• 桩顶作用于承台混凝土的压力 , 如不考虑桩身与 承台混凝土间的粘着力 , 局部承压时 , 按下式计 算:
Pi' ≤ βAc Raj γ m
式中：Pi’ 为承台内一根基桩承受的最大计算轴向
力；rm为材料安全系数，混凝土为1.54；β为局
• 柱桩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 和桩底反力相比所占比例很小, 可忽略不计。
• 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。
• 超静定结构桥梁或建于软土、湿陷性黄土 地基或沉降较大的其它土层的静定结构桥 梁墩台的群桩基础应计算沉降量并进行验 算。
• 当柱桩或桩的中心距大于 6 倍桩径的摩擦 桩群桩基础 , 可以认为其沉降量等于在同样 土层中静载试验的单桩沉降量。
当桩的中心距小于 6 倍桩径的摩擦桩群桩基础，则作 为实体基础考虑，可采用分层总和法计算沉降量。
第六节 群桩基础的竖向分析与验算
承台计算 桩基础设计
概述
9 由基桩群与承台组成的桩基础称群桩基础。 9 群桩基础在荷载作用下, 由于基桩间的相互影响及
承台的共同作用, 其工作性状显然会与单桩不同。 9 在水平荷载 (包括弯矩)作用时 , 基桩间的相互影响
和基桩的受力分析与计算, 已在上节有关部分作了 论述;
( 二 ) 承台抗剪切强度验算
• 承台应有足够的厚度 , 防止沿墩身底面边缘Ⅰ-Ⅰ 及Ⅱ-Ⅱ截面处产生剪切破坏。在各截面剪切力分 别为 m1P1 及 m2P2, 按此验算承台厚度 , 必要时在 承台纵桥向及横桥向配置抗剪钢筋网或加大承台 厚度。
• 在验算承台强度时 , 承台厚度可自顶面算至承台底 层钢筋网。
• 承台应有足够的厚度及受力钢筋以保证其 抗弯及抗剪切强度。
• 承台在桩反力作用下 , 作为双向受弯构件 尚无统一验算方法 , 现以桩基础重力式桥 墩为例 , 说明常采用的承台内力在两个方 向上分别进行单向受力的近似计算方法。
(一)承台抗弯验算
• 按照桩及桥墩在承 台布置情况 , 承台 最大弯矩将发生在 墩底边缘截面Ⅰ-Ⅰ 及Ⅱ-Ⅱ。
( 一 ) 桩径拟定
• 当桩的类型选定后，桩的横截面 ( 桩径 ) 可 根据各类桩的特点与常用尺寸，并考虑上 述因素选择确定。