软弱下卧层验算结果-注册结构工程师专业考试专题精讲

当桩数较多，桩距较小时，桩端处地基中各桩传来的压力就会相互叠加，如图8.2.6所示，使得桩端处压力要比单桩时数值增大，荷载作用面积加宽，影响深度更深，此种情况下若桩端持力层之下存在着高压缩性土层的情况，则应进行群桩基础下软弱下卧层的承载力验算。

对于群桩效应较强的桩基，例如s_a<6d的桩基，可以把桩群连同所围土体作为一个实体深基础来分析。当桩端持力层下存在软弱下卧层时，必须验算其强度是否满足相关要求。此时桩基就是作为实体深基础，其计算图式如图8.2.7所示。假设作用于桩基的竖向荷载全部传到持力层顶面并作用于桩群外包线所围的面积上，该荷载以α角扩散到软弱下卧层顶面。《建筑桩基技术规范》5.4.1条讲述了具体的计算方法。

图8.2.6 群桩基础下的软弱下卧层

图8.2.7 验算软弱下卧层的实体深基础

5.4.1 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（见图5.4.1）：

σ_z+γ_mz≤f_az （5.4.1⁃1）

式中 σ_z——作用于软弱下卧层顶面的附加应力；

γ_m——软弱层顶面以上各土层重度（地下水位以下取浮重度）按厚度加权平均值；

t——硬持力层厚度；

f_az——软弱下卧层经深度z修正的地基承载力特征值；

A₀、B₀——桩群外缘矩形底面的长、短边边长；

q_sik——桩周第i层土的极限侧阻力标准值，无当地经验时，可根据成桩工艺按本规范表5.3.5⁃1取值；

θ——桩端硬持力层压力扩散角，按表5.4.1取值。

表5.4.1 桩端硬持力层压力扩散角θ

注：1.E_s1、E_s2为硬持力层、软弱下卧层的压缩模量。

2.当t<0.25B₀时，取θ=0°，必要时，宜通过试验确定；当0.25B₀<l<0.50B₀时，可采用内插取值。

图5.4.1 软弱下卧层承载力验算

（1）验算范围。只有当实际工程持力层和下卧软弱土层强度相差过大时才有必要验算。故规定在桩端平面以下受力层范围存在低于持力层承载力1/3的软弱下卧层。

（2）考虑到在软弱下卧层进入临界状态前基桩侧阻平均值已接近于极限。故传递至桩端平面的荷载，要扣除实体基础外表面总极限侧阻力的3/4。

（3）考虑桩端荷载扩散。持力层刚度愈大扩散角越大。

（4）因为下卧层受压区应力分布并非均匀，呈内大外小，软弱下卧层承载力只进行深度修正，不应作宽度修正；考虑到承台底面以上土已挖除且可能和土体脱空，因此修正深度从承台底部计算至软弱土层顶面。软弱下卧层，多为软弱黏性土，故深度修正系数取1.0。

【8.2.5】 （1998年一级考题）

条件：

1.某群桩基础的平面、剖面和地基土层分布情况如图8.2.8所示：

图 8.2.8(www.xing528.com)

2.地质情况：

①杂填土：其重度γ=17.8kN/m³；

②淤泥质土：其重度γ=17.8kN/m³，桩的极限侧阻力标准值q_sik=20kPa，属高灵敏度软土；

③黏土：其重度γ=19.5kN/m³，桩的极限侧阻力标准值q_sik=60kPa，极限端阻力标准值q_pk=2700kPa，土的压缩模量E_s1=8.0MPa；

④淤泥质土：地基承载力标准值，f_k=70kPa，压缩模量E_s2=1.6MPa；在桩长深度范围内各土层的加权平均土层极限摩擦力q_s=12kPa。

3.作用于桩基承台顶面的竖向力标准值F=3600kN，桩基承台和承台上土自重标准值G=480kN。本桩基安全等级为二级。

要求：根据《建筑桩基技术规范》计算基桩竖向承载力设计值R并验算桩端平面下软弱下卧层的承载力特征值f_az。

【解答】 （1）计算基桩竖向承载力特征值R

根据《建筑桩基技术规范》5.3.5条

Q_sk=0.377π×（20×15+60×1.2）=440.59kN

Q_pk=（π×0.377²/4）×2700=301.24kN

Q_uk=Qsk+Qpk=440.59+301.24=741.83kN

根据《建筑桩基技术规范》5.2.2条，R_a=Q_uk/2=741.83/2=370.9kN

根据《建筑桩基技术规范》5.2.5条，由于承台底面以下存在高灵敏软土，不考虑承台效应，即η_c=0，

R=R_a=370.9kN

（2）持力层地基承载力特征值f_ak1=220N/mm²，下卧软弱土层地基承载力特征值f_ak2=70N/mm²。f_ak2/f_ak1=70/220=0.318<1/3=0.333，强度相差过大，有必要验算软弱下卧层承载力。

（3）验算软弱下卧层承载力特征值f_az

1）计算软弱下卧层顶面处附加应力

由A₀=B₀=1.60+1.60+0.377=3.577m，t=2.0m>0.5B₀=1.79m

根据E_s1/E_s2=8.0/1.6=5.0，查《建筑桩基技术规范》表5.4.1得θ=25°；用《建筑桩基技术规范》式（5.4.1⁃2）计算软弱下卧层顶面处附加应力

2）计算软弱下卧层地基承载力设计值

软弱下卧层顶面以上深度z范围内土的加权平均重度

查《建筑地基基础设计规范》表5.2.4：η_d=1.0，则软弱下卧层修正后的地基承载力特征值

f_az=f_a+η_dγ_m（z-0.5）=70+1.0×8.65×（15+3.2-0.5）=223.1N/mm²

3）验算：

根据《建筑桩基技术规范》5.4.1条式（5.4.1⁃1）

σ_z+γ_mz=2.98+8.65×（15+3.2）=160.41N/mm²<f_az=223.1N/mm²

故软弱下卧层地基承载力设计值满足要求。