基桩的竖向承载力特征值用R表示,分为不考虑承台底土承载力发挥和考虑承台底土承载力发挥两种情况,即是否考虑承台效应。
1.不考虑承台效应
当不考虑承台效应时,基桩竖向承载力特征值R等于单桩的竖向承载力特征值Ra,即上部结构荷载全部由桩承担,承台土不承担任何荷载。对于不考虑承台效应的条件,《建筑桩基技术规范》5.2.3条有规定。
5.2.3 对于端承型桩基、桩数少于4根的摩擦型柱下独立桩基、或由于地层土性、使用条件等因素不宜考虑承台效应时,基桩竖向承载力特征值应取单桩竖向承载力特征值。
对于以上规定理解如下:
(1)“端承型桩基”,这里的端承型桩基主要指桩基沉降很小,造成承台底土的承载力发挥低,在计算中可给予忽略。
(2)“桩数少于4根的摩擦型柱下独立桩基”,主要是承台的面积小,考虑承台效应对提高基桩的承载力影响有限,可忽略。
(3)“或由于地层土性、使用条件等因素”,地层土性、使用条件等因素可能造成承台和承台底土的脱离,承台底土不能发挥作用,因此,不能考虑承台效应。《建筑桩基技术规范》5.2.5条亦有相应规定:
当承台底为可液化土、湿陷性土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土时,沉桩引起超孔隙水压力和土体隆起时,不考虑承台效应,取ηc=0。
【8.2.1】 (1999年一级考题)
现有以下桩基情况:
(Ⅰ)桩数n≤3的端承桩; (Ⅱ)桩数n≤3的非端承桩;
(Ⅲ)桩数n>3的端承桩; (Ⅳ)桩数n>3的非端承桩;
(Ⅴ)承台底面以下不存在可液化土、湿陷性黄土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土。
根据《建筑桩基技术规范》规定,群桩基础在下列何种组合情况下,方可考虑承台底土阻力?
(A)Ⅰ、Ⅴ (B)Ⅱ、Ⅴ (C)Ⅲ、Ⅴ (D)Ⅳ、Ⅴ
【答案】 (D)
【详解】 根据《建筑桩基技术规范》5.2.3条及5.2.5条的规定可知,摩擦型且桩数大于等于4根的桩基,在承台底面以下不存在可液化土、湿陷性黄土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土情况下考虑承台效应。
故(D)正确。
【简解】 根据《桩规》5.2.3条及5.2.5条,选(D)。
【8.2.2】 (1999年二级样题)
在下列何种情况下桩基础可考虑承台效应?
(A)一多层民用建筑,框架结构。端承桩承台底面以下为可塑黏性土和中密砂土,无其他软土层
(B)一多层民用建筑,框架结构。桩数为3根的非端承桩基,承台下不存在高压缩性大的土层
(C)一工业建筑,桩数超过3根的非端承桩桩基,承受经常出现的较大的动力作用,承台下不存在高压缩性的土层
(D)一多层民用建筑,框架结构。桩数超过3根的非端承桩桩基,承台底面以下依次为非饱和黏性土和稍密以上的中、粗砂
【答案】 (D)
【详解】 根据《建筑桩基技术规范》5.2.3条及5.2.5条规定可知,摩擦型且桩数大于等于4根的桩基,在承台底面以下不存在可液化土、湿陷性黄土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土情况下考虑承台效应。
选项(A)是端承桩;选项(B)桩数为3根;选项(C)承受经常出现的较大的动力作用,可能造成承台与承台底土的脱离,故(A)、(B)、(C)均不考虑承台效应。
所以(D)正确。
【简解】 根据《桩规》5.2.3条及5.2.5条,(A)是端承桩;(B)桩数为3根;(C)承受经常出现的较大的动力作用,可能造成承台与承台底土的脱离,故(A)、(B)、(C)均不考虑承台效应。选(D)。
2.考虑承台效应
(1)考虑承台效应的条件
考虑承台效应的基本条件是确保在上部荷载作用下,承台底土能永久地发挥承载力,因此考虑承台效应的前提必须是摩擦型桩基,且必须有一定的沉降。《建筑桩基技术规范》5.2.4条规定以下4种情况可在计算基桩承载力时考虑承台效应。
5.2.4 对于符合下列条件之一的摩擦型桩基,宜考虑承台效应确定其复合基桩的竖向承载力特征值:
1 上部结构整体刚度较好、体型简单的建(构)筑物;
2 对差异沉降适应性较强的排架结构和柔性构筑物;
3 按变刚度调平原则设计的桩基刚度相对弱化区;
4 软土地基的减沉复合疏桩基础。
由于考虑承台效应一般会增加沉降量,因此对于以上规定的前3条可分别理解为:结构刚度好、体型简单利于抵抗差异沉降;对变形适应性强,能承受变形产生的不利影响;为减小差异沉降,需增大沉降的部分。第4条对于减沉复合疏桩基础,很大一部分荷载由承台承担,因此必须考虑承台效应。
(2)复合桩基承载力计算
复合桩基的承载力特征值,就是将基桩所对应的承台净面积地基承载力特征值乘以承台效应系数,加到单桩承载力特征值上。
考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值可按《建筑桩基技术规范》5.2.5条确定:
5.2.5 考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值可按下列公式确定:
不考虑地震作用时 R=Ra+ηcfakAc (5.2.5⁃1)
考虑地震作用时
Ac=(A-nAps)/n (5.2.5⁃3)
式中 ηc——承台效应系数,可按表5.2.5取值;
fak——承台下1/2承台宽度且不超过5m深度范围内各层土的地基承载力特征值按厚度加权的平均值;
Ac——计算基桩所对应的承台底净面积;
Aps——桩身截面面积;
A——承台计算域面积。对于柱下独立桩基,A为承台总面积;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;桩集中布置于单片墙下的桩筏基础,取墙两边各1/2跨距围成的面积,按条形承台计算ηc;(www.xing528.com)
ζa——地基抗震承载力调整系数,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011采用。
表5.2.5 承台效应系数ηc
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。当计算基桩为非正方形排列时,,A为承台计算域面积,n为总桩数。
2.对于桩布置于墙下的箱、筏承台,ηc可按单排桩条形承台取值。
3.对于单排桩条形承台,当承台宽度小于1.5d时,ηc按非条形承台取值。
4.对于采用后注浆罐注桩的承台,ηc宜取低值。
5.对于饱和黏性土中的挤土桩基、软土地基上的桩基承台,ηc宜取低值的0.8倍。
承台效应计算的关键是承台效应系数的取值,ηc和sa/d、Bc/l关系如下:
(1)ηc随sa/d的增大而增大,即桩间距越大,桩间土承载力发挥值越高;
(2)ηc随Bc/l的增大而增大,即桩越短,桩的刚度越低,承台土承担的荷载越大。
对于《建筑桩基技术规范》表5.2.5注释中的4条,即采用后注浆灌注桩的承台,ηc取低值的规定,主要是由于采用后注浆后,桩基沉降减小,承台底土承载力发挥值低。
【8.2.3】 (2009年二级考题,原题是连锁题的子题,情境描述有所简化)
某钢筋混凝土框架结构办公楼,采用先张法预应力混凝土管桩基础;承台底面埋深1.4m,管桩直径0.4m,均示于图8.2.4中。
假定单桩竖向承载力特征值Ra为330kN,承台效应系数ηc为0.15,试问,不考虑地震作用时,考虑承台效应的复合基桩承载力特征值R(kN),与下列何项数值最为接近?
(A)330 (B)354 (C)370 (D)390
【答案】 (B)
【详解】 做题提示:fak为承台下1/2承台宽度且不超过5m深度范围内各层土的地基承载力特征值按厚度加权的平均值。
根据《建筑桩基技术规范》式(5.2.5⁃3),计算基桩所对应的承台底净面积为
根据《建筑桩基技术规范》式(5.2.5⁃1),不考虑地震作用时复合基桩承载力特征值为
R=Ra+ηcfakc
=330+0.15×120×1.314=354kN
故(B)正确。
【简解】
R=Ra+ηcfakAc=330+0.15×120×1.314=354kN
图 8.2.4
【8.2.4】 (2009年一级考题,原题是连锁题的子题,情境描述有所简化)
某建筑物地基基础设计等级为乙级,其柱下桩基采用预应力高强度混凝土管桩(PHC桩),桩外径400mm,壁厚95mm,如图8.2.5所示。
经单桩竖向静荷载试验,得到三根试桩的单桩竖向极限承载力分别为2390kN、2230kN与2520kN。假设已求得承台效应系数ηc为0.18,试问,不考虑地震作用时,考虑承台效应的复合基桩的单桩竖向承载力特征值R(kN),最接近于下列何项数值?
提示:单桩竖向承载力特征值Ra按《建筑地基基础设计规范》确定。
(A)1190 (B)1230 (C)2380 (D)2420
【答案】 (B)
【详解】 根据《建筑地基基础设计规范》附录Q.0.10条6款的规定,参加统计的桩的平均值为
,且极差小于平均值的30%。
根据《建筑地基基础设计规范》附录
Q.0.11条,单桩竖向承载力特征值为
根据《建筑桩基技术规范》式(5.2.5⁃3),计算基桩所对应的承台底净面积为
根据《建筑桩基技术规范》式(5.2.5⁃1),不考虑地震作用时复合基桩承载力特征值为
R=Ra+ηcfakAc=1190+0.18×110×2.11=1232kN
故(B)正确。
【简解】 ,且极差小于平均值的30%。
则有
考虑承台效应R=Ra+ηcfakAc=1190+0.18×110×2.11=1232kN
图 8.2.5
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