群桩基础承载力计算

群桩基础承载力计算

①群桩的荷载传递机理

一，概述

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。

二，群桩的荷载传递特性

群桩的荷载传递是指通过承台和桩，在土体中扩

散应力，将外荷载沿不同的

路径传到地基的不同部位，

从而引起不同的变形，表现

为群桩的不同承载性能。

群桩的荷载传递路径受到许多因素的影响而显得

复杂又多变。但从群桩效应

的角度，荷载传递模式主要

有两类：端承桩型和摩擦桩

型。

1）端承桩型的荷载传递。对于端承桩，桩底处为岩层或坚实的土层，轴向压力作用下桩身几乎只有弹性压缩而无整体位移，侧壁摩擦阻力的发挥受到较大限制，在桩底平面处地基所受压力可认为只分布在桩底面积范围内，如图1所示。在这种情况下，可以认为群桩基础各桩的工作情况与独立单桩相同。

2）摩擦桩型的荷载传递。对于摩擦桩，随着桩侧摩擦阻力的发挥，在桩土间发生荷载传递，故桩底平面处地基所受压力就扩散分布到较大的面积上如图2（a）所示。试验表明，当相邻桩的中心距Sa>6d时（其中d为桩的直径，有斜桩时Sa应按桩底平面计算），桩底平面处压力分布图才不致彼此重叠，因而群桩中一根桩与独立单桩的工作情况相同，如图2（b）所示。而当桩间距较小（中心距Sa≤6d）时，桩底平面处相邻桩的压力图将部分地发生重叠现象，引起压力叠加，地基所受压力无论在数值上及其影响范围和深度上都会明显加大，如图2（c）所示；这种现象就是群桩作用或群桩效应。

由此可见，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，一下关于群

桩的讨论均指非端承桩群。

三， 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。

②群桩承载力计算方法

1. 单桩极限承载力叠加法

P U =nQ U

式中P U ——群桩基础的极限承载力

Q U ——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。

2. 等代实体基础法

（1） 将桩与桩间土一起作为一个实体基础，假定荷载通过桩侧摩擦力，从

嘴歪一圈的桩顶外缘以α角向下扩散，如图3所示。扩散角α=14

φm, φm 为桩长范围内各土层内摩擦角的加权平均值，即φm=∑φili/

∑li 。至桩端平面处扩大为面积A ′，A ′即作为整体深基础的底面积，

则

A ′=b 0′l 0′=（b 0+2ltan α）（l 0+2ltan α）

然后可按验算天然地基承载力方法进行计算。

此时应满足：

中心荷载时

P K ≤fa

P K =（F K+G K）/A′

偏心荷载时

P K ≤ 1.2fa

P Kmax =（F K+G K）/A′+M KX/W X+M KY/W Y

式中P K P Kmax ——桩端平面处地基上作用的平均应力和最大应力标准值（KN）；

fa ——桩端平面处修正后的天然地基土德承载力特征值（KPa）；

F K ——作用于桩基上的垂直荷载标准值（KN）

G K——假想实体基础自重（KN），包括作用在A′面积上的桩、土及承台的重量；

M KX M KY ——作用在假想实体基础底面上的力矩标准值（KN˙m）;

M KX M KY ——假想实体基础底面的截面抵抗矩（m3）

（2）将桩与桩间土一起作为一个实体基础，考虑实体基础侧面与土的摩擦力的支承作用，如图4所示，此时应满足：

中心荷载时：

（F+G-(∑Uq

SU

/K)）/A ≤fa 偏心荷载时：

（F+G-(∑Uq

SU /K)）/A+M

X

/W

X

+M

Y

/W

Y

≤1.2fa

其中

A = l

0 * b

q

SU =q

U

/2

q

U =E

tanφ

式中l

0b

——群桩外围的长度和宽度（m）

U ——按土层分段的实体基础侧表面积（m2）

q

SU ——不同土层的极限摩擦力（KN），对粘性土，取q

SU=

q

/2；对砂

土，取q

SU

= E

tanφ

q

U

——土的无侧限抗压强度（KN）

E

——实体基础侧面土的静止土压力（KN）

φ——土的内摩擦角

K ——安全系数，一般取K=3

3.群桩分项效应系数法

《规范》规定，考虑桩群、土、承台的相互作用，其复合基桩的竖向承载力设计

值为：

R =ηS Q SK/γS + ηP Q PK/γP + ηC Q CK/γC

当根据静荷载试验确定单桩竖向极限承载力标准值时，其复合桩的竖向承载力设

计值为：

R =ηSP Q UK/γSP + ηC Q CK/γC

Q CK=q CK A C/n

式中 Q SK Q PK——单桩总极限侧阻力和总极限端阻力标准值（KN）；

Q CK——相应于任一复合基桩的承台底地基土总极限阻力标准值（KN）