基础工程学：基桩及复合基桩的承载力

（一）基桩竖向承载力特征值的确定

《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）规定，单桩竖向承载力特征值Ra应按下式确定：

式中：Quk——单桩竖向极限承载力标准值（kN）；

K——安全系数，取K=2。

在确定基桩承载力特征值时，对于端承型桩基，根据其工作性状，基桩的承载力可视为与独立工作的单桩相等；对于桩数少的摩擦型桩基，由于忽略了侧阻力、端阻力的群桩效应及承台效应以作安全储备，所以，规范规定：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R应取单桩竖向承载力特征值Ra，即R=Ra。

（二）复合基桩竖向承载力特征值的确定

由于复合基桩工作时，承台下地基土也分担部分荷载，计算复合基桩竖向承载力时则应考虑承台底土抗力。

考虑承台底土抗力的摩擦型桩基主要有以下几种情况：

（1）上部结构刚度较大、体形简单的建（构）筑物桩基（由于其可适应较大的变形且利于抵抗差异沉降，承台分担的荷载份额往往也较大）；

（2）对于差异变形适应性较强的排架结构和柔性构筑物桩基（因对变形适应性强，能承受变形产生的不利影响，当采用的是考虑承台效应的复合基桩也不致降低其安全度）；

（3）按变刚度调平原则设计的核心筒外围框架柱桩基（该部位适当增加沉降、降低基桩支承刚度，可达到减小差异沉降、降低承台外围基桩反力、减小承台整体弯矩的目标）（注：变刚度调平设计指考虑上部结构形式、荷载和地层分布以及相互作用效应，通过调整桩径、桩长、桩距等改变基桩支承刚度分布，以使建筑物沉降趋于均匀、承台内力降低的设计方法）；

（4）软土地区减沉复合疏桩基础（减沉复合疏桩基础指软土地基天然地基承载力基本满足要求的情况下，为减小沉降采用疏布摩擦型桩的复合桩基，因大部分荷载由承台承担，必须考虑承台效应）。

对于符合以上四种情况之一的摩擦型桩基，宜考虑承台效应确定其复合基桩的竖向承载力特征值，复合基桩竖向承载力特征值可按下列公式确定：

式中：ηc-承台效应系数，可按表4-15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（kPa）；

Ac、Aps-计算基桩所对应的承台底净面积（m2）、桩身截面面积（m2）；

表4-15　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，sa=（A/n）1/2，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对于采用后注浆灌注桩的承台，ηc宜取低值；
⑤对于饱和黏性土中的挤土桩、软土地基上的桩基承台，ηc宜取低值的0.8倍。

A-承台计算域面积（m2），对于桩下独立桩基，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；

ζa-地基土抗震承载力调整系数，见《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2011）。

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和土体隆起时，由于承台底土抗力随时可能消失，则不考虑承台效应，取ηc=0。又如因降水施工使承台底土固结与承台底脱开，或承受经常出现的动力作用桩基以及承受反复加卸载作用的铁路桥梁桩基等，也不考虑承台效应。

（三）群桩基础竖向承载力的确定(www.xing528.com)

工程中对端承型桩基、桩数少于9根的摩擦型桩基及条形承台下的桩不超过两排的摩擦型桩基，将各基桩或复合基桩竖向承载力特征值的总和作为群桩基础的承载力。不属以上情况的群桩基础，则不宜按简单叠加法求算群桩基础承载力。现将工程中确定群桩基础承载力的几种方法介绍如下。

1.等代墩基法（计算模式一）

太沙基（Terzaghi）和皮克（Peck）建议，对于桩、土呈整体破坏的群桩，采用等代墩基法计算群桩基础的极限承载力，如图4-23所示。群桩基础承载力仍由两部分组成，即群桩“墩”底平面处地基极限承载力及墩侧各土层范围内极限侧阻力。此时，群桩的整体破坏如同深埋实体基础，并建议按安全系数K≥2求算群桩基础允许承载力。其表达式为：

图4-23　等代墩基法计算图形

式中：Pu——群桩基础极限承载力（kN）；

pu——墩底平面处地基极限承载力（kPa）；

qsik——墩侧li层土范围内极限侧阻力标准值（kPa），可按表4-7确定；

a、b——分别为墩底截面长度和宽度（m）。

使用该法确定群桩基础承载力时，必须明确群桩的理论破坏模式应属桩、土整体破坏，若为单独破坏则不宜采用该式计算。对侧阻呈整体破坏的群桩，尽管桩土形成实体基础，但桩端地基土既可能产生整体剪切破坏，也可能产生局部剪切和冲剪破坏，若一律按整体剪切模式计算端阻，则计算结果可能比实际偏大很多。实践中，当桩侧及桩尖均处于高、中压缩性土层时，需同时考虑群桩的侧阻力及墩底地基承载力；当桩侧为高压缩土层，桩尖为低压缩性土层时，若不考虑实体基础侧面与土的摩阻力则偏安全。

2.实体深基础法（计算模式二）

对于桩的中心距小于6d的摩擦型群桩，桩数超过9根（含9根）且多于2排的桩基，也可视作一假想的实体基础，并假定由侧阻力传递的荷载从桩顶开始沿群桩外围按φ0/4的夹角向下扩散至桩端平面处，如图4-24所示。图中基底受荷的桩端平面面积为A′×B′，此时，上部结构竖向荷载、A′×B′平面范围内承台及承台上土重、桩及桩间土总重，均由桩端平面地基土承担，即：

式中：K——安全系数，取2～3；

N——作用于桩基上的竖向荷载（kN）；

G——实体基础自重（kN），包括承台及承台上土重，A′×B′面积内实体基础桩重及土重；

pu——桩端处土层极限承载力（kPa）；

A′、B′——扩散传布实体基础底面的长度（m）及宽度（m）；

φ0——桩侧各土层内摩擦角的加权平均值（°），φ0=∑φili/L。

该方法只考虑实体基础扩散后的底面地基土承载力，未考虑基础侧面阻力，计算时，若与其他方法的计算结果进行对比后再确定群桩基础承载力则效果更好。注意：常年在地下水位以下部位的承台、桩及土，应取有效重度。

图4-24　实体深基础的计算方法

（a）计算模式一；（b）计算模式二