（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。 •