低承台桩基液化土层抗震验算步骤

（一）“试题”回顾

〖试题3.4.3〗～〖试题3.4.4〗（2001年）

如图3.4.1所示，某二级建筑物有一柱下桩基础，采用8根沉管灌注桩，桩身设计直径d=377mm，桩身有效计算长度Z=13.6m，桩中心距1.5m。作用于承台顶面的外力有竖向力设计值F，力矩设计值M和水平剪力设计值V。承台埋深1.5m，其平面尺寸见图3.4.2，承台中间厚度为1.0m。柱截面尺寸为400mm×400mm。

图 3.4.1

图 3.4.2

〖试题3.4.3〗液化土层基桩的竖向承载力（2001年）

已知地下水位深度在地表面以下3.5m处。在正常状态时，粉质黏土、粉土和黏性土的单桩极限侧阻力标准值q_sik分别为42kPa、25kPa和50kPa；黏性土的单桩极限端阻力标准值q_pk为1550kPa。饱和粉土的标准贯入锤击数实测值N_63.5为6，液化判别标准贯入锤击数临界值N_cr为8。假定该建筑物抗震设防烈度为7度；并假定黏性土效应系数η_s=0.9、η_p=1.35，粉土效应系数η_s=1.1。试确定该基桩的竖向承载力设计值R最接近下列何项数值？

（A）329kN （B）436kN （C）276kN （D）383kN

〖试题3.4.4〗桩进入黏性土土层的长度（2001年）

假定该建筑物位于抗震设防地区，且粉土土层为严重液化土层时，根据《建筑抗震设计规范》的规定，桩进入黏性土土层的长度（不包括桩尖部分）不宜小于下列哪项数值？

（A）1.5m （B）2.0m （C）0.754m （D）0.5m

〖试题3.4.5〗存在液化土层时桩侧阻力（2002年）

根据《建筑桩基技术规范》的规定，当桩身中段存在液化土层时，试判定其对桩侧阻力影响的下述一些观点中何项是正确的？

（A）液化土层的侧阻力为零

（B）液化土层的侧阻力为零，且上覆非液化土层的侧阻力应乘以折减系数

（C）液化土层和上覆非液化土层的侧阻力均为零

（D）当承台下有非软弱土时，对液化土层应乘以土层液化折减系数

〖试题3.4.6〗土层液化影响折减系数（2009年）

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，桩尖为敞口形式。有关地基各土层分布情况、地下水位、桩端极限端阻力标准值q_pk、桩侧极限侧阻力标准值q_sk及桩的布置、柱及承台尺寸等如图3.4.3所示。

该工程建筑抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.15g。细中砂层土初步判别认为需进一步进行液化判别，土层厚度中心A点的标准贯入锤击数实测值N为6。试问，当考虑地震作用，按《建筑桩基技术规范》计算桩的竖向承载力特征值时，细中砂层土的液化影响折减系数ψ_l应取下列何项数值？

（A）0 （B）1/3 （C）2/3 （D）1.0

〖试题3.4.7〗土层液化影响（2010年）

某浅埋低承台桩基，承台底面上、下2m均为硬可塑黏性土，承台底面下2～10m深度范围内存在液化土层。试问，在下列有关该桩基抗震验算的一些主张中，其中何项是不恰当的？

（A）对本工程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

（B）地震作用按水平地震影响系数最大值的10%采用，单桩承载力特征值可比非抗震设计时提高25%，扣除液化土层的全部摩阻力

（C）桩承受全部地震作用，单桩承载力特征值可比非抗震设计时提高25%，液化土的桩周摩阻力及桩水平抗力均应乘以土层液化影响折减系数

（D）打入式的群桩，一定条件下可以计入打桩对土的加密作用及桩身对液化土变形限制的有利影响

图 3.4.3

（二）《规范》规定和算例

采用桩基是消除和减轻地基液化危害的有效措施之一，然而，液化地层中的桩基承载力的计算与非液化地层有很大的不同，需要考虑地层液化后对桩支承作用减小的因素。液化地基上桩基的验算，一般应分两种工况进行。也就是要分析桩基在地震期间和地震之后两种情况下的工作状态。

1.主震期间

在地震期间，桩基不但要承受原有的竖向荷载，而且还要承受地震作用产生的新增荷载。然而土层的液化又使得承载力大大降低，故对液化土的桩周摩阻力及桩水平抗力进行折减。《建筑抗震设计规范》所规定在主震期间液化土层中低承台桩基的具体计算是：(www.xing528.com)

（1）考虑地震荷载下地基承载力的提高，先将静力荷载下的单桩竖向承载力提高25%。

（2）地震时液化土层的桩周摩阻力乘以表4.4.3中的系数，由桩承担上部建筑传来的竖向荷载和全部地震力，来验算桩基的竖向承载力和桩身的强度。

4.4.3 存在液化土层的低承台桩基抗震验算，应符合下列规定：

2 在桩承台底面上、下分别有厚度不小于1.5m、1.0m的非液化土层或非软弱土层时，可按下列两种情况进行桩的抗震验算，并按不利情况设计：

1）桩承受全部地震作用，桩承载力按本规范第4.4.2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

【例3.4.4】 确定单桩竖向抗震承载力（二）

条件：同【例3.4.2】。

要求：地表下-10.0m处实际标准贯入锤击数为7击，临界标准贯入锤击数10击时，按桩承受全部地震作用，求单桩竖向抗震承载力特征值R_aE（kN）。

解答：根据《建筑抗震设计规范》第4.4.3条第2款规定。

地表下-10.0m处实际标准贯入锤击数为7击，临界标准贯入锤击数10击时，该场地为液化土层。桩承台底面上、下分别有厚度不小于1.5m、1.0m的非液化土层或非软弱土层。

桩承受全部地震作用，液化土的桩周摩阻力应乘以《建筑抗震设计规范》表4.4.3的折减系数ψ，实际标准贯入锤击数/临界标准贯入锤击数λ_N=7/10=0.7。

d_s=10m折减系数ψ=1/3；

单桩竖向极限承载力特征值为

R_a=[4×0.35×（3×30+1/3×10×20+3×50）+0.35²×3500]kN

=[1.4×（90+66.67+150）+428.75]kN=858.1kN

桩的竖向抗震承载力特征值，可比非抗震设计时提高25%，即

R_aE=1.25×858.1kN=1073kN

2.余震期间

在主震后的一段时间内，土层液化使得对桩基摩擦力大大减少甚至丧失殆尽。此时，桩基验算应将液化土层的摩擦力和水平抗力均按零考虑。此段时间内还有可能发生余震，为使设计偏于安全，应考虑部分地震作用。因此，《建筑抗震设计规范》规定：地震后地震作用按地震影响系数最大值α_max的10%取用，再加上静力荷载进行计算。桩基可考虑将静力荷载下的单桩竖向承载力提高25%，但应扣除液化层的全部摩阻力及桩台下2m深度内非液化土的桩侧摩阻力。

4.4.3 存在液化土层的低承台桩基抗震验算，应符合下列规定：

2 当桩承台底面上、下分别有厚度不小于1.5m、1.0m的非液化土层或非软弱土层时，可按下列两种情况进行桩的抗震验算，并按不利情况设计：

2）地震作用按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，但应扣除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。

【例3.4.5】 确定单桩竖向抗震承载力（三）

条件：同【例3.4.2】。

要求：地表下-10.0m处实际标准贯入锤击数为7击，地震作用按水平地震影响系数最大值的10%采用，临界标准贯入锤击数为10击时，单桩竖向抗震承载力特征值R_aE。

解答：根据《建筑抗震设计规范》第4.4.3条第2款的规定：

地震作用按水平地震影响系数最大值的10%采用，桩的竖向抗震承载力特征值比非抗震设计时提高25%，但应扣除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。

单桩竖向极限承载力特征值为

R_a=[4×0.35×（2×0+1×30+10×0+3×50）+0.35²×3500]kN

=[1.4×（30+150）+428.75]kN=680.75kN

R_aE=1.25×680.75kN=851kN