建筑工程软弱下卧层地基承载力设计与验算_百度文库
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建筑工程软弱下卧层地基承载力设计与验算|本​文​结​合​笔​者​多​年​建​筑​工​程​岩​土​勘​察​设​计​实​践​,​介​绍​了​不​同​基​础​形​式​软​弱​下​卧​层​承​载​力​一​般​计​算​方​法​;​对​不​同​地​质​状​况​、​不​同​基​础​形​式​及​有​多​个​软​弱​下​卧​层​等​条​件​下​软​弱​下​卧​层​承​载​力​设​计​验​算​问​题​进​行​了​详​细​分​析​阐​述​,​并​举​例​予​以​论​证​。
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出门在外也不愁　　【摘要】 对2008年版桩基技术规范中关于群桩基础软弱下卧层验算进行研究。得出以下结论：建议在计算附加应力时，扣除承台" />
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关于群桩基础软弱下卧层验算的研究
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　【摘要】 对2008年版桩基技术规范中关于群桩基础软弱下卧层验算进行研究。得出以下结论：建议在计算附加应力时，扣除承台地面以上原地基土自重；建议计算总应力时，加上承台底面以上原地基土自重 。扣除的群桩实体基础四周的摩阻力较上一版规范更安全，给软弱下卧层的计算留有余地。 中国论文网 /2/view-6075552.htm　　【关键词】群桩基础；软弱下卧层；自重应力；侧摩阻力 　　中图分类号：A715文献标识码： A 　　 　　【Abstract】 On the research of horizontal layer of checking of pile group foundation weak specification 2008 edition of pile foundation. Draw the following conclusions: Suggestions for additional stress in the calculation, deduct the cap above ground in situ soil self weight, calculating the total stress, plus the pier above in-situ soil weight. frictionpilegroupentitybasedarounddeduction than previous specification safer to leave adequate leeway, soft computing substratum. 【Key word】G S S Side friction 　　1.引言 　　对于群桩基础桩端持力层下有软弱下卧层时，应当验算软弱下卧层的承载力强度是否满足要求。如果验算不能满足设计要求，就应该考虑处理措施。在工程实践中，遇到的问题比较复杂，须谨慎处理，否则就会造成严重后果。所以，工程技术人员应充分认识群桩基础软弱下卧层验算的重要性。2. 群桩基础软弱下卧层验算在规范中的规定 《建筑桩基技术规范JGJ 94-2008》规定：对于桩距不超过6d的群桩基础，桩端持力层以下存在承载力低于桩端持力层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： (5.4.1-1) (5.4.1-2) 式中 ――作用于软弱下卧层顶面的附加应力 ； ――软弱层顶面以上各土层重度(地下水位以下取浮重度)的厚度加权平均值 ； 　　 ――硬持力层厚度； 　　 ――软弱下卧层经深度z修正的地基承载力特征值； 　　 、――桩群外缘矩形底面的长、短边边长； 　　 ――桩周第层土的极限侧阻力标准值，无当地经验时，可根据成桩工艺取值； 　　 ――桩端硬持力层压力扩散角。如下图所示： 　　 　　3. 群桩基础软弱下卧层验算几个问题的研究 　　 3.1 承台以上地基土的自重 　　假定承台以上地基土的自重为ϒ h A（ϒ为承台底面以上各土层重度加平均值，A承台面积，h为承台底面至承台上土层顶面高度）。 　　自重应力和附加应力的概念如下：土的自重应力一般是指土的自身有效重力在土体中引起的应力。地面以下深度z处的土体因自身重量产生的应力可取该水平截面上单位面积的土柱体的重力，对于均匀土自重应力与深度成正比，对于成层土可通过各层土的自重应力求和得到。附加应力是指荷载在地基内引起的应力增量，是使地基失去稳定产生变形的主要原因。 　　在08年版桩基规范中，在公式(5.4.1-2)，附加应力计算等式右边一项分子中，包括了承台以上地基土的自重为ϒ h A，没有扣除ϒ h A。另外在公式(5.4.1-1)，总应力的计算中，土的自重计算深度Z则只包括桩长和硬持力层厚度，而没有考虑承台底面以上土的自重。看起来两者似乎可以互相抵消。 　　根据自重应力和附加应力的概念，为更贴近工程实际，笔者建议：计算附加应力时，承台底面以上地基土的自重可以被扣除。计算总应力时，承台底面以上地基土的自重不应该被扣除。用公式表述如下：即公式(5.4.1-2)右边分子一项减去ϒ h A；公式(5.4.1-1) 左边土的自重计算深度Z为（Z + h）。 　　3.2群桩实体基础侧摩阻力 　　对于桩距不超过6d的群桩基础，可以将群桩桩基和夹杂在其内部的土体看做一个整体。周围外侧土体会对群桩实体基础产生一个向上的侧摩阻力，群桩实体基础则会对周围外侧土体产生一个向下的侧摩阻力。根据静力平衡原理，所有的上部附加荷载都应由软弱下卧层承担。但由于桩土相互作用，侧摩阻力一部分扩散在（A0+2t?tanθ）（B0+2t?tanθ）范围之内，一部分作用在其外。作用在这部分范围之内的侧摩阻力，应该在计算过程中考虑到。作用在范围之内的侧摩阻力，影响较小，近似作为被扣除的部分。 　　针对侧摩阻力这个方面，94年版《建筑桩基技术规范》在计算公式中扣除了实体基础外表面总极限摩阻力。2008年版的《建筑桩基技术规范》条文说明指出，“按扣除了实体基础外表面3/4总极限摩阻力，而非1/2总极限摩阻力。这是主要考虑荷载传递机理，在软弱下卧层进入临街状态前，桩基侧阻已达到极限。”新版的《建筑桩基技术规范》将侧摩阻力的取值由极限值调整为3/4倍的极限值，相对于原规范在这点上面进行了改善；在计算上较原规范偏安全, 给软弱下卧层的计算留有余地。能在一定程度上消解侧摩阻向下的附加效应。 　　4，结论 　　群桩基础软弱下卧层的验算，这一课题的研究会随着实践的进步继续完善。工程设计人员，应结合实际情况进行分析研究。设计过于保守，则会造成资源浪费，而不合理的计算方法则会引起安全问题。希望本文的分析和探讨，会对工程设计实践提供参考和建议。 　　参考文献 　　[1] 中国人民共和国行业标准《建筑桩基技术规范JGJ 94-2008》[S].中国建筑工业出版社,2008. 　　[2] 李广信，张在明.关于桩基软弱下卧层验算的几点认识[J].《岩土工程技术》,2007. 　　[3] 李小倩.桩基软弱下卧层计算公式分析[J].《低温建筑技术》,2009.
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第5.2.7条&&&当地基受力层范围内有软弱卧层时,应按下式验算:
&&&&Pz+Pcz&faz&(5.2.7-1)&
&&&&&&式中
&&&&&&Pz----相应于荷载效应标准组合时,软弱下卧层顶面处的附加压力值;
&&&&&&Pcz---软卧下卧层顶面处土的自重压力值;
&&&&&&faz---软卧下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值.
&&&&&&对条形基础和矩形基础,式(5.2.7-1)中的Pz值可按下列公式简化计算:
&&&&&&条形基础
&&&&Pz=b(Pk-Pc/b+2ztan&&(5.2.7-2)&
&&&&&&矩形基础
&&&&Pz=lb(Pk-Pc)/(b+2ztan&)(l+2ztan&)&(5.2.7-3)&
&&&&&&式中
&&&&&&b---矩形基础和条形基础底边的宽度；
&&&&&&l---矩形基础底边的长度；
&&&&&&Pc---基础底面处土的自重压力标准值；
&&&&&&z---基础底面至软弱下卧层顶面的距离；
&&&&&&&---地基压力扩散线与垂直线的夹角，可按表5.2.7采用。
&&&&地基压力扩散角&&表5.2.7&
&&&&Es1/Es2&z/b&
&&&&0.25&0.50&
[NextPage]
&&&&20&&23&
&&&&1.Es1为上层土压缩模量;Es2为下层土压缩模量；
&&&&2.z/b&0.25b时一般取&=0&，必要时，宜由试验确定；z/b&0.50b时&值不变。
&&&&&&第5.2.8条&&&对于沉降已经稳定的建筑或经过预压的地基，可适当提高地基承载力。
&&&&5.3&&变形计算
&&&&&&第5.3.1条&&&建筑物的地基变形计算值，不应大于地基变形允许值。
&&&&&&第5.3.2条&&&地基变形特征可分为沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜。
&&&&&&第5.3.3条&&&在计算地基变形时，应符合下列规定：
&&&&&&1.由于建筑地基不均匀、荷载差异很大、体型复杂等因素引起的地基变形，对于砌体承重结构应由局部倾斜控制；对于框架结构和单层排架结构应由相邻柱基的沉降差控制；对于多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜值控制；
&&&&&&2.在必要情况下，需要分别预估建筑物在施工期间和使用期间的地基变形值，以便预留建筑物有关部分之间的净空，考虑连接方法和施工顺序。此时，一般建筑物在施工期间完成的沉降量，对于砂土可认为其最终沉降量已基本完成80%以上，对于低压缩粘性土可认为已完成最终沉降量的50%-80%，对于中压缩粘性土可认为已完成20%-50%,对于高压缩粘性土可认为已完成5%-20%。
&&&&&&第5.3.4条&&&建筑物的地基变形允许值，可按表5.3.4规定采用。对表中未包括的其他建筑物的地基变形允许值，可根据上部结构对地基变形的适应能力和使用上的要求确定。
&&&&建筑物的地基变形允许值&表5.3.4&
&&&&变形特征&地基土类别&
&&&&中、低压缩性土&高压缩性土&
&&&&砌体承重结构基础的局部倾斜&0.002&0.003&
&&&&工业与民用建筑相邻柱基的沉降差
&&&&(1)框架结构
&&&&(2)砖石墙填充的边排柱
&&&&(3)当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构&0.002l
&&&&0.0007l
&&&&0.005l&0.003l
&&&&0.001l
&&&&0.005l&
&&&&单层排架结构(柱距为6m)柱基的沉降量(mm)&(120)&200&
&&&&桥式吊车轨面的倾斜(按不调整轨道考虑)
&&&&横向&0.004
&&&&0.003&
&&&&多层和高层建筑基础的倾斜Hg&24
&&&&24g&60
&&&&60g&100
&&&&Hg&100&0.004
&&&&0.0025
&&&&0.002&
&&&&体型简单的高层建筑基础的平均沉降量(mm)&200&
&&&&高耸结构基础的倾斜Hg&20
&&&&20g&50
&&&&50g&100
&&&&100g&150
&&&&150g&200
&&&&200g&250&0.008
&&&&0.002&
&&&&高耸结构基础的沉降量(mm)Hg&100
&&&&100g&200
&&&&200g&250&400
&&&&1.本表数值为建筑地基实际最终变形允许值;
&&&&2.有括号者仅适用于中压缩性土；
&&&&3.l为相邻柱基的中心距离(mm)；Hg为自室外地面起算的建筑物高度(m);
&&&&4.倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；
&&&&5.局部倾斜指砌体承重结构沿纵向6-10m内基础两点的沉降差与其距离的比值。
&&&&&&第5.3.5条&&&计算地基变形时，地基内的应力分布，可采用各向同性均质的直线变形体理论。其最终沉降量可按下式计算：
&&&&s=&ss'=&s&ni=1P0/Esi(ziai-zi-1ai-1)&(5.3.5)&
&&&&&&式中
&&&&&&s---地基最终沉降量(mm);
&&&&&&s'---按分层总和法计算出的地基沉降量；
&&&&&&&s---沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，也可采用表5.3.5数值；
&&&&&&n---地基沉降计算深度范围内所划分的土层数(图5.3.5)；
&&&&&&p0---对应于荷载标准值时的基础底面处的附加压力(kPa);
&&&&&&Esi---基础底面下第ｉ层土的压缩模量，按实际应力范围取值(MPa);
&&&&&&zi,zi-1---基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(m)；
&&&&&&ai,ai-1)---基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数，可按本规范附录十采用。
&&&&沉降计算经验系数&s&表5.3.5&
&&&&Es(MPa)&2.5&4.0&7.0&15.0&20.0&
&&&&基底附加压力&
&&&&P0&fak
&&&&P0&0.75fak&1.4
&&&&1.1&1.3
&&&&1.0&1.0
&&&&0.7&0.4
&&&&0.4&0.2
&&&&Es为沉降计算深度范围内压缩模量的当量值，应按下式计算：
&&&&Es=&Ai/&=&Ai/Esi
&&&&Ai---第i层土附加应力系数沿土层厚度的积分值.
&&&&图5.3.5：基础沉降计算的分层示意
&&&&&&第5.3.6条&&&地基沉降计算深度zn(图5.3.5)，应符合下式要求：
&&&&△s'n&0.025&ni=1△s'i&(5.3.6)&
&&&&&&式中
&&&&&&△s'i---在计算深度范围内，第i层土的计算沉降值；
&&&&&&△s'n---在由计算深度向上取厚度为△z的土层计算沉降值，△z见图5.3.5并按表5.3.6确定。
&&&&&&如确定的计算深度下部仍有较软土层时，应继续计算。
&&&&△z&表5.3.6&
&&&&b(m)&b&2&2&&4&&8&&
&&&&△z(m)&0.3&0.6&0.8&1.0&
&&&&&&第5.3.7条&&&当无相邻荷载影响，基础宽度在1-50m范围内时，基础中点的地基沉降计算深度也可按下列简化公式计算：
&&&&zn=b(2.5-0.4lnb)&(5.3.7)&
&&&&&&式中
&&&&&&b---基础宽度(m)。
&&&&&&在计算深度范围内存在基岩时，zn可取至基岩表面;当存在较厚的坚硬粘性土层,其孔隙比小于0.5,压缩模大于50MPa,或存在较厚的密实砂卵石层,其压缩模量大于80MPa时,zn可取至该层土表面.
&&&&&&第5.3.8条&&&计算地基变形时,应考虑相邻荷载的影响,其值可按应力叠加原理,采用角点法计算.
&&&&&&第5.3.9条&&&当建筑物地下室基础埋置较深时,需要考虑开挖基坑地基土的回弹,该部分回弹变形量可按下式计算:
&&&&sc=&c&ni=1Pc/Eci(ziai-zi-1&ai-1)&(5.3.9)&
&&&&&&式中
&&&&&&sc----地基的回弹变形量;
&&&&&&&c---考虑回弹影响的沉降计算经验系数,&c取1.0;
&&&&&&Pc---基坑底面以上土的自重压力(kPa),地下水位以下应扣除浮力;
&&&&&&Eci---土的回弹模量,按&&土工试验方法标准&&GB/T确定.
&&&&&&第5.3.10条&&&在同一整体大面积基础上建有多栋高层的低层建筑,应该按照上部结构,基础与地基的共同作用进行变形计算.
&&&&&5.4&&稳定性计算&
&&&&&&第5.4.1条&&&地基稳定性可采用圆弧滑动面法进行验算.最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑动力矩应符合下式要求:
&&&&MR/MS&1.2&(5.4.1)&
&&&&&&式中
&&&&&&MS---滑动力矩;
&&&&&&MR---抗滑力矩.
&&&&&&第5.4.2条&&&位于稳定土坡坡顶上的建筑,当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于3m时,其基础底面外缘线至坡顶的水平距离(图5.4.2)应符合下式要求,但不得小于2.5m:
&&&&&&条形基础
&&&&a&3.5b-d/tan&&(5.4.2-1)&
&&&&&&矩形基础
&&&&a&2.5b-d/tan&&(5.4.2-2)&
&&&&&&式中
&&&&&&a---基础底面外边缘线至坡顶的水平距离;
&&&&&&b---垂直于坡顶边缘线的基础底面边长;
&&&&&&d---基础埋置深度;
&&&&&&&---边坡坡角.
&&&&&&当基础底面外边缘线至坡顶的水平距离不满足式(5.4.2-1),(5.4.2-2)的要求时,可根据基底平均压力按公式(5.4.1)确定基础距边顶边缘的距离和基础埋深.
&&&&&&当边坡坡角大于45&,坡高大于8m时,尚应按式(5.4.1)验算坡体稳定性.
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