建筑桩基技术规范-2019版讲解(下

《建筑桩基技术规范》2019版本讲解（下）同济大学高大钊2019年9月济南第五章桩基计算5-1桩顶作用效应计算5-2桩基竖向承载力计算5-3基桩竖向承载力取值5-4设计中考虑承台效应按复合桩基设计的条件5-5桩土共同作用－承台效应5-6单桩竖向极限承载力5-7后注浆灌注桩承载力5-8软弱下卧层验算5-9负摩阻力5-10抗拔桩承载力和裂缝控制验算5-11等效作用分层总和法沉降计算－桩距小于和等于6d的群桩5-12单桩、单排桩、疏桩基础沉降计算5-13软土地区减沉复合疏桩基础设计5-14桩基水平承载力（不讲）5-15桩身受压承载力计算5-16承台计算5-1桩顶作用效应计算对于一般建筑物和受水平力（包括力矩和水平剪力）较小的高层建筑群桩基础，按下列公式计算柱、墙、核心筒群桩中基桩或复合基桩的桩顶作用效应。1)考虑竖向力的设计状况轴心竖向力作用下nGFNkkk偏心竖向力作用下式中Fk－荷载效应标准组合下，作用于承台顶面的竖向力；Gk－桩基承台和承台上土自重标准值，对稳定的地下水位以下部分应扣除水的浮力；Nk－荷载效应标准组合轴心竖向力下，基桩或复合基桩的平均竖向力；22jiykjikxkkkixxMyyMnGFNNik－荷载效应标准组合轴心竖向力下，第i基桩或复合基桩的竖向力；Mxk、Myk－荷载效应标准组合下，作用于承台底面，绕通过群桩形心的x、y主轴的力矩xi、xj、yi、yj－第i、j基桩或复合基桩至y、x轴的距离；n－桩基中的桩数。必须注意，上述桩顶作用效应的计算结果，只适用于根据基桩的承载力特征值计算桩数；如果用于验算桩身承载力，桩顶作用的形式不变，但所有的荷载均对应于荷载效应基本组合，计算得到的基桩竖向力均为设计值。5-2桩基竖向承载力计算桩基竖向承载力就是群桩基础的承载力，在不考虑群桩效应的条件下，基桩或复合基桩的平均竖向力与基桩或复合基桩的承载力特征值的关系必须满足下列设计表达式：（1）荷载效应标准组合轴心竖向力作用下RNk偏心竖向力作用下，除满足上式外，尚应满足下式要求：（2）地震作用效应和荷载效应标准组合轴心竖向力作用下RNk2.1maxRNEk25.1偏心竖向力作用下，除满足上式外，尚应满足下式要求：式中Nk－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；Nkmax－荷载效应标准组合偏心竖向力下，桩顶最大竖向力；R－基桩或复合基桩竖向承载力特征值。RNEK5.1max5-3基桩竖向承载力取值《建筑桩基技术规范》规定，单桩竖向承载力特征值应由下式确定：式中Quk－单桩极限承载力标准值；K－安全系数，取K＝2；ukaQKR1ppkisikukAqlquQ《建筑地基基础设计规范》规定，初步设计时单桩竖向承载力特征值可按下式估算：式中Ra－单桩竖向承载力特征值；qpa、qsia－桩端阻力、桩侧阻力特征值，由当地静载荷试验结果统计分析算得；Ap－桩底端横截面面积；up－桩身周边长度；li－第i层岩土厚度。isiapppaalquAqR比较的结论1）单桩承载力的特征值，就是取安全系数为2的单桩容许承载力；2）按照《建筑桩基技术规范》的术语和符号规定，对单桩的端阻力和侧阻力，只定义力单桩极限端阻力标准值和单桩极限侧阻力标准值，不定义桩端阻力和桩侧阻力的特征值；3）《建筑地基基础设计规范》在其术语和符号的规定中没有定义桩端阻力和桩侧阻力的特征值的条文，但规定了桩端阻力和桩侧阻力特征值是由静载荷试验结果统计分析得到的；5）根据《建筑地基基础设计规范》附录Q中的规定：“将单桩极限承载力除以安全系数2，为单桩竖向承载力特征值Ra”；6）由此可见，《建筑地基基础设计规范》实际上规定了桩端阻力特征值、桩侧阻力的特征值与桩的极限端阻力标准值及桩的极限侧阻力标准值之间存在下列的关系：??pkpaqKq1siksiaqKq17)《建筑地基基础设计规范》的桩基设计方法是建立在桩端阻力和桩侧阻力同步发挥假定的基础上，而这个假定已为桩的荷载传递机理的研究所否定。单桩竖向静载荷试验不仅可以测定单桩在荷载作用下的桩顶变形性状曲线，还可以测定桩的轴向力随深度的变化，根据试验结果能进行单桩荷载传递的分析、单桩破坏机理的分析和单桩承载力的分析。桩的荷载传递机理地基土对桩的支承作用不同荷载下轴力沿深度的变化单桩荷载传递的基本规律超长桩的试验地基土对桩的支承作用地基土对桩的支承由两部分组成：桩端阻力和桩侧摩阻力。如果认为两者是同步增大的，那么对任何的荷载阶段，这个表达式都是正确的：isippplquAqR而实际上，桩侧摩阻力和桩端阻力不是同步发挥的。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。对10根桩长为27～46m的大直径灌注桩的荷载传递性能的足尺试验结果。试验表明，桩侧发挥极限摩阻力所需要的位移很小，粘性土为1～3mm，无粘性土为5～7mm；除两根支承于岩石的桩外，其余各桩（桩端持力层为卵石、砾石、粗砂或残积粉质粘土）在设计工作荷载下，端承力都小于桩顶荷载的10％。最近的试验资料哈大线高速铁路鞍辽特大桥桩径1m，桩长43m单桩荷载传递试验结果：达到极限承载力9600kN时，极限桩端阻力2400kN，占25%工作荷载时，容许承载力4800kN，端阻力400kN，占8.5%端阻力的安全系数为６不同荷载下轴力沿深度的变化单桩荷载传递的基本规律基础的功能在于把荷载传递给地基土。作为桩基主要传力构件的桩是一种细长的杆件，它与土的界面主要为侧表面，底面只占桩与土的接触总面积的很小部分（一般低于1%），这就意味着桩侧界面是桩向土传递荷载的重要的，甚至是主要的途径。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。设桩身轴力为Q，桩身轴力是桩顶荷载N与深度Z的函数，Q＝f（N、Z）桩身轴力沿深度分布的实测资料桩身轴力Q沿着深度而逐渐减小；在桩端处Q则与桩底土反力Qp相平衡，同时桩端持力层土在桩底土反力Qp作用下产生压缩，使桩身下沉，桩与桩间土的相对位移又使摩阻力进一步发挥。随着桩顶荷载N的逐级增加，对于每级荷载，上述过程周而复始地进行，直至变形稳定为止，于是荷载传递过程结束。由于桩身压缩量的累积，上部桩身的位移总是大于下部，因此上部的摩阻力总是先于下部发挥出来；桩侧摩阻力达到极限之后就保持不变；随着荷载的增加，下部桩侧摩阻力被逐渐调动出来，直至整个桩身的摩阻力全部达到极限，继续增加的荷载就完全由桩端持力层土承受；当桩底荷载达到桩端持力层土的极限承载力时，桩便发生急剧的、不停滞的下沉而破坏。桩的长径比L/d是影响荷载传递的主要因素之一，随着长径比L/d增大，桩端土的性质对承载力的影响减小，当长径比L/d接近100时，桩端土性质的影响几乎等于零。发现这一现象的重要意义在于纠正了“桩越长，承载力越高”的片面认识。希望通过加大桩长，将桩端支承在很深的硬土层上以获得高的端阻力的方法是很不经济的，增加了工程造价但并不能提高很多的承载力。桩越长，端阻力所占的比例越低工作状态的安全度如果要用安全系数来表示的话，桩端阻力的安全系数Kb必然大于2，而桩侧摩阻力的安全系数Kf则必然小于2。pkpaqKq1siksiaqKq1桩端、桩侧的不同安全系数1984年，同济大学洪毓康教授根据17根桩长为8～62m的试桩资料和5根模型桩的试验结果，通过分析研究，提出了“考虑到桩侧摩阻力和桩尖抵抗力发挥的过程不同，在确定桩的轴向容许承载力时，应该采用两个承载力安全系数Kb与Kf的结论”并给出了桩端阻力和桩侧摩阻力取用不同安全系数的建议如表所示。桩端阻力和桩侧摩阻力取用不同安全系数的建议桩型桩端阻力的安全系数Kb桩侧摩阻力的安全系数Kf打入桩2.61.9钻孔桩5.81.7超长桩的试验90年代末，陕西省建筑科学研究院等单位在陕西信息大厦进行了超长桩的试验研究，陕西信息大厦地上51层，总高度191m，地下3层，深17.6m，基础采用桩－筏基础，桩为泥浆护壁钻孔灌注桩，直径1.0m。场地内第四系土层厚度700～800m，勘探深度150m，在地面下30m范围内为黄土和古土壤，在30m至54m范围内为可塑状态的粉质粘土，在54m以下为含钙质结核的硬塑粉质粘土层。试桩直径1.0m，桩长82.2m，进行了单桩竖向承载力及桩身荷载传递机理的测试与研究，还作了压浆前后的承载性状的对比试验研究。研究成果不仅对黄土地区的桩基础设计有指导的意义，而且对其他地区的桩也有参考作用。实测荷载传递资料表明，黄土地区的超长桩没有测到桩端阻力，在桩长60~70m处桩身轴力已经趋于零，说明在这个深度以下的桩侧阻力也得不到发挥；在压浆以后，由于提高了浅层土的侧摩阻力，轴力为零的深度明显减小。基桩竖向承载力特征值不考虑承台效应：端承型桩基、桩数少于4根的摩擦型桩基、土性特殊、使用条件等因素不宜考虑承台效应时：aRR考虑承台效应不考虑地震作用考虑地震作用cakcaAfRRcakcaaAfRR25.1承台效应系数cSa/dBc/l345660.40.12~0.140.18~0.210.25~0.290.32~0.380.4~0.80.14~0.160.21~0.240.29~0.330.38~0.440.80.16~0.180.24~0.260.33~0.370.44~0.50单排桩条基0.20~0.300.30~0.400.40~0.500.50~0.600.50~0.80注：①表中Sa/d为桩中心距与桩径之比；Bc/l为承台宽度与桩长之比。②对于桩布置于墙下的箱、筏承台，c可按单排桩条基取值。③对于单排桩条基，当承台宽度小于1.5d时，c按非条基取值。④对于采用后注浆灌注桩的承台，c宜取低值。⑤对于挤土基桩、软土地基上的基桩承台，c宜取低值的0.8倍。群桩效应设计方法退出规范群桩效应及其工程意义《建筑桩基技术规范》考虑群桩效应的设计方法的定量依据是群桩试验的结果。规范方法过于复杂，与桩基设计的误差水平不一致。具体计算方法退出规范不等于群桩效应不存在。群桩效应的工程意义1.桩的平面布置对于单桩承载力发挥的作用，桩的中心距的影响；2.载荷试验的沉降在什么条件下才具有工程意义？3.有没有变形控制的单桩承载力？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，桩群中任一根桩即基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，群桩沉降也明显地大于单桩，这种现象就是群桩效应。群桩效应可用群桩效率系数η和沉降比表示。群桩效率η和沉降比sgQnQsgss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。因而通过承台土反力、桩侧摩阻力传递到土层中的应力较小，桩群中各桩之间以及承台、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η和沉降比可近似取为1。由摩擦桩组成的群桩，桩顶荷载主要通过桩侧摩阻力传递到桩周和桩端土层中，在桩端平面处产生应力重叠。承台土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。就一般情况而言，在常规桩距（3~4d）下，粘性土中的群桩，随着桩数的增加，群桩效率明显下降，且η1，同时沉降比迅速增大，可以从2增大到10以上；砂土中的挤土桩群，有可能η1；而沉降比则除了端承桩=1外，均为1；同时承台下土反力分担上部荷载可使群桩承载力增加。群桩应力的重叠作用桩基设计方法变化的概括新