液化桩承载力计算及验算几种规范合理理解及运用

液化桩承载力计算及验算几种规范合理理解及运用

倪学斌

倪学斌

佛山市顺德区顺建施工图审查中心

关键词：液化桩承载力；计算及验算；规范；理解及运用

珠三角有着较深厚的软土，为海河相沉积地貌，饱和砂土及粉土较深，液化等级为中等或严重。有一种工况是桩液化工况。设计时应特别注意，但各规范对此问题有不同的理解。为了桩基础设计及施工图审查顺利，本文试图理顺规范，以便指导设计及施工图审查。

建筑抗震设计规范GB50011-2010的4.2.2非液化土中低承台桩基的抗震验算，应符合下列规定:

1.单桩竖向和水平向抗震承载力特征值，可均比非抗震设计时提高25%.

2.当承台周围的回填土夯实至干密度不小于现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007对填土的要求时，可由承台正面填土与桩共同承担水平地震作用:但不应计入承台底面与地基土间的摩擦力.

34.3.3存在液化土层的低承台桩基抗震验算，应符合下列规定:

1.承台埋深较浅时，不宜计入承台周围土的抗力或刚性地，坪对水平地震作用的分担作用.

2当桩承台底面上/下分别有厚度不小于1.5/1.0m的非液化土层或非软弱土层时，可按下列二种情况进行桩的抗震验算，并按不利情况设计:

桩承受全部地震作用，桩承载力按本规范第4.2.2条取用，液化土的桩周摩阻力及桩水平抗力均应乘以表4.4.3的折减系数.

表4.4.3土层液化影响折减系数

10<ds≤201

地震作用安水平地震影响系数最大值的10%采用，桩承载力仍按本规范第4.4.2条1款取用，但应扣取液化土层的全部摩阻力及桩承台下2m深度范围内非液化土的桩周摩阻力.

建筑地基基础设计规范GB50011-2010的8.5.5单桩承载力应符合下列规定。

1轴心竖向力作用下：

Qk≤Ra

式中Ra-单桩竖向承载力特征值（KN））

2偏心竖向力作用下，除满足公式（8.5.5-1）外，尚应满足下列要求

Qkmax≤1.2Ra

可以看出抗震验算液化土层的低承台桩的抗震验算，液化土层的摩阻力是按正摩阻0-2/3不同的折减系数折减。相当于折减后正摩阻。从这看出无负摩阻考虑。

建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）5.4.21为强制性条文。

5.4.2符合下列条件之一的桩基，当桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力：

1、桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层时；

2、桩周存在软弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载（包括填土）时；

3、由于降低地下水位，使桩周土有效应力增大，并产生显著压缩沉降时。

5.4.3桩周土沉降可能引起桩侧负阻力时，应根据工程具体情况考虑负摩阻力对桩基承载力和沉降的影响；当缺乏可参照的工程经验时，可按下列规定验算。

1、对于摩擦型基桩可取桩身计算中性点以上侧阻力为零，并可按下列验算基桩承载力：

Nk≤Ra

2、对于端承型基桩除满足上式要求外，尚应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载Q，并可按下式验算基桩承载力：

NK+Qgn≤Ra

3、当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载计入附加荷载验算桩基沉降。

注：本条中基桩的竖向承载力特征值Ra只计中性点以下部分侧阻值及端阻值。

可以看出端承桩配桩时在液化作用下要考虑下拉荷载的。不考虑偏心作用只考虑轴心作用下的标准值配桩。既无荷载组合系数考虑，也无承载力调整系数。把液化工况产生的负摩阻与非液化负摩阻等相同考虑。硬性，简单。液化桩配桩考虑的是与正常沉降下的负摩阻一样的配桩公式。

广东省标准DBJ15-31-2016建筑地基基础设计规范

10.2.9下列情况使桩周土层产生的沉降大于基桩的沉降时，应考虑桩侧负摩阻力对桩承载力及沉降的影响，将负摩阻力作为附加下拉荷载进行的承载力及沉降的影响，将负摩阻力作为附加下拉荷载进行桩的承载力设计：

1桩周存在欠固结土层；

2桩侧存在软土层，且地面大面积堆载（包括新近填土）；

3桩基完工后桩侧土层中地下水位下降。

注意，此处未考虑液化进入相对较硬土层的负摩阻。其余以上三种状况应考虑负摩阻。

10.2.2单桩承载力的计算应符合下列规定：

1竖向荷载效应标准组合：在轴心竖向力作用下

Qk≤Ra（10.2.2-1）

式中：Qk-标准组合时，轴心竖向力任一单桩的竖向力；

Ra-单桩竖向力特征值

在偏心竖向力作用下，除满足式（102-1.1）外，尚应满足

Qikmax≤1.1Ra

式中，Qikmax标准组合时，偏心竖向力作用下i根桩的竖向力最大值。

2竖向荷载与风荷载效应标准组合：

在轴心竖向力作用下

Qk≤1.2Ra（10.2.2-3）

在偏心竖向力作用下，除满足式（10.2.2-3）外，尚应满足

Qikmax≤1.3Ra（10.2.2-4）

3竖向荷载与地震作用效应标准组合：

在轴心竖向力作用下

Qk≤1.25Ra（10.2.2-5）

在偏心竖向力作用下，除满足式（10.2.2-5）外，尚应满足

Qikmax≤1.5Ra（10.2.2-5）

除按地基岩土条件确定单桩竖向承载力特征Ra外，桩身尚应满足截面承载力要求。

注意此时的Ra应是除液化土工况以外的单桩承载力。不过配桩应考虑负摩阻何时考虑应参照JGJ94-2008分摩擦桩及端承桩见JGJ94-2008的5.4.3-1及5.4.3-2条。（这是笔者意见））Ra只计中性点以下部分侧阻值及端阻值。也就是说桩承载力验算除液化工况外无论是有无负摩阻的桩承载力验算还是有桩负摩阻承载力验算的轴心偏心，荷载组合考虑调整系数与非地震无负摩阻工况一样。

10.4.3当地面以下可液化土层下界面较平坦，桩承台（或地下室）周围无可液化土层且有刚性地坪时，可按下列方法验算桩基的抗震承载力：

1地震作用持续过程中，液化土的水平抗力可折减一半（采用“m”法计算时m值乘以0.5的折减系数），按式（10.2.2-5）、式（10.2.2-6）、式（10.2.18-2）验算桩的承载力；

2地震作用停止时，可考虑液化土层液化，取此部分及以上土层摩阻力为零，并应按下式验算桩的竖向承载力，必要时验算其附加沉降。

Ru≥1.3Qk（10.4.3）

式中：Ru-扣除液化土及其以上部分土层摩阻力的桩极限承载力，可取相应的单桩承载力特征值得2倍。

Qk-建筑物竖向荷载引起的作用于桩顶的竖向标准值。

当考虑液化工况时，广东建筑地基基础设计规范简化设计，把液化作为一特殊情况补充验算，从设计可靠度及荷载组合上更符合实际。工程师好操作。

结论

1通过学习规范可知道液化工况有三种不同的处理方式，《抗规》结合《地基基础》是一种考虑液化及配桩验算配桩的方式。

《桩基规范》是一种方式。

《广东地基基础》是另一种方式。各种方式有不同考虑方法，比较起来，广东的做法更方便概念易理解也方便设计。但是非液化负摩阻设计配桩有待清晰表达。

《桩基规范》从概念上不好理解。，把液化配桩验算问题与非液化负摩阻配桩验算问题一样处理，会导致安全度可靠度不一致。液化毕竟是小概率事件。且未提出荷载组合即调整系数，操作较为困难。全国抗规规范只针对液化桩处理一种方式。配合全国地基基础规范。从概念与可靠度上是自洽的。设计处理也较方便。（至于有观点分液化时，液化固结方时两阶段验算，会增加设计难度，当然会概念清晰）

参考文献

[1]建筑抗震设计规范（2016年版）GB50011-2010.

[2]建筑地基基础设计规范GB5007-2011.

[3]建筑桩基技术规范JGJ94-2008.

[4]建筑地基基础设计规范DBJ15-31-2016.