一种低桩承台基础竖向承载力验算方法
阅读：875发布：2020-05-11
专利汇可以提供一种低桩承台基础竖向承载力验算方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开一种低桩承台 基础 竖向承载 力 验算方法，包括如下过程：引入简化条件；根据简化条件和群桩承台结构体系的空间受力特点确定失效条件；根据失效条件确定群桩承台结构体系中各构件的功能函数；根据群桩承台结构体系中各构件的功能函数确定群桩承台结构体系的极限状态；根据群桩承台结构体系的极限状态确定群桩承台结构体系的有效概率和失效概率。本发明具有的有益效果：通过对群桩承台结构体系可靠性进行分析从而有助于提高整个桩基础可靠度，提升设计方案的合理性。，下面是一种低桩承台基础竖向承载力验算方法专利的具体信息内容。
1.一种低桩承台基础竖向承载力验算方法，其特征在于：包括如下过程：
引入简化条件；
根据简化条件和群桩承台结构体系的空间受力特点确定失效条件；
根据失效条件确定群桩承台结构体系中各构件的功能函数；
根据群桩承台结构体系中各构件的功能函数确定群桩承台结构体系的极限状态；
根据群桩承台结构体系的极限状态确定群桩承台结构体系的有效概率和失效概率。
2.根据权利要求1所述的一种低桩承台基础竖向承载力验算方法，其特征在于：
所述简化条件包括：
(1)外部荷载、承台抗力、基桩抗力均为随机变量，各桩坐标值为确定性变量；
(2)基础上的水平荷载H和弯矩荷载M由风荷载产生，竖向载荷N由设备自重、结构自重、土体自重、地下水浮力产生；基础结构内力计算时，将N加载在各竖向荷载的合力点处，同时将坐标原点o定在合力点处；取H与M完全相关，N与H之间、N与M之间均相互独立；
(3)以承台抗弯可靠度代替承台结构的可靠度；
(4)以基桩受压时的抗压可靠度或基桩受拔时的抗拔可靠度代替基桩的可靠度；
(5)结构内力计算时，采用线弹性模型；承台为刚性承台，桩顶与承台之间为铰接；不考虑基桩竖向受力与水平受力的组合效应；
(6)承台受弯抗力RM、各基桩的竖向抗力Ri之间相互独立，i＝1、2、...、n；
(7)对承台结构，当承台局部弯矩达到其受弯抗力时，即认为整个结构体系失效；
(8)对基桩统一采用脆性破坏模型，当桩顶压力超过受压抗力时，或桩顶拔力超过受拔抗力时，基桩破坏、退出工作，并不可恢复，桩顶竖向力相应变为零。
3.根据权利要求2所述的一种低桩承台基础竖向承载力验算方法，其特征在于：
所述失效条件为：当出现如下两种情况之一时，结构体系失效：
(1)承台受弯控制截面的弯矩超过其抗弯承载力；
(2)当群桩承台结构为非平面结构体系时，群桩中桩顶竖向力不超过其竖向承载力的基桩数量小于3根，或当群桩承台结构为平面结构体系时群桩中桩顶竖向力不超过其竖向承载力的基桩数量小于2根。
4.根据权利要求3所述的一种低桩承台基础竖向承载力验算方法，其特征在于：
所述群桩承台结构体系中各构件的功能函数的表达式为：
ZC＝MR-MC＝MR-(CNN+CMM)；
Zi＝Ri-Ni＝Ri-(DNiN+DMiM)；
式中，ZC为承台的功能函数，MR为承台受弯控制截面的抗弯承载能力，MC为承台受弯截面的弯矩，CN为N的作用效应函数，CM为M的作用效应函数，Ni为第i根基桩桩顶竖向力，Ri为第i根基桩竖向承载能力，DNi为N的作用效应函数，DMi为M的作用效应函数。
5.根据权利要求4所述的一种低桩承台基础竖向承载力验算方法，其特征在于：
CN和CM的表达式分别为：
CN＝fN(x1,x2,...,xn,y1,y2,...,yn,K1,K2,...,Kn)；
CM＝fM(x1,x2,...,xn,y1,y2,...,yn,K1,K2,...,Kn)；n≥3；
DNi和DMi的表达式分别为：
式中， j为求和指标，j＝1、2、…、n。
6.根据权利要求5所述的一种低桩承台基础竖向承载力验算方法，其特征在于：
所述群桩承台结构体系的极限状态的表达式为：
式中，Zi、Zj、Zk为3根处于有效状态基桩的功能函数，当群桩承台结构为平面结构体系时，Zi、Zj、Zk取其中之二代入上述计算，Zl为其它处于失效状态基桩的功能函数；i＝1，
2，…，n；j＝1，2，…，n；k＝1，2，…，n；l＝1，2，…，n；i≠j≠k≠l。
7.根据权利要求6所述的一种低桩承台基础竖向承载力验算方法，其特征在于：
所述群桩承台结构体系的有效概率的表达式为：
所述群桩承台结构体系的失效概率的表达式为：
Pf＝1-Ps。
一种低桩承台基础竖向承载力验算方法
技术领域
背景技术
[0002] 《建筑桩基技术规范规范》JGJ 94-2008、《风电机组地基基础设计规定(试行)》FD003-2007等规程规范中，对低桩承台基础基桩竖向抗压与抗拔承载力进行验算时，均以单桩作为验算对象；当所有基桩的作用效应不超过其相应的承载能力时，群桩基础处于有效状态；当某一基桩的作用效应超过其相应的承载能力时，即认为群桩基础失效。该验算准则未能考虑“群桩——承台”结构体系的整体抗力效应与结构体系可靠度问题，所得出的结果存在一些问题。
[0003] 在结构可靠度理论发展的早期阶段，人们就有了结构体系可靠度的概念；但在很长的一段时间内，由于数学和力学分析上的困难，进展相当缓慢。近年来，随着结构可靠度理论与之相关学科的发展，同时，随着以结构可靠度理论为基础的结构设计规范改革的深入，结构体系可靠度已成为当前迫切需要解决的问题；很多学者均对结构体系可靠度问题进行过研究，并取得了相应成果。也有学者针对群桩基础进行过相应的研究，但有关研究中未考虑承台可靠度对整个桩基础可靠度的影响。针对基桩数量较多的桩基础，当承台本身具有足够高的可靠度时，规范1、规范2中的设计方法偏于保守；当承台本身的可靠度不够高时，规范1、规范2中的设计方法偏于不安全。当承台下方的基桩数量较少时，按照规范1、规范2进行设计偏于不安全。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中的问题，提供一种低桩承台基础竖向承载力验算方法，通过对群桩承台结构体系可靠性进行分析从而有助于提高整个桩基础可靠度。
[0005] 为解决现有技术问题，本发明公开了一种低桩承台基础竖向承载力验算方法，包括如下过程：
[0006] 引入简化条件；
[0007] 根据简化条件和群桩承台结构体系的空间受力特点确定失效条件；
[0008] 根据失效条件确定群桩承台结构体系中各构件的功能函数；
[0009] 根据群桩承台结构体系中各构件的功能函数确定群桩承台结构体系的极限状态；
[0010] 根据群桩承台结构体系的极限状态确定群桩承台结构体系的有效概率和失效概率。
[0011] 进一步地，
[0012] 所述简化条件包括：
[0013] (1)外部荷载、承台抗力、基桩抗力均为随机变量，各桩坐标值为确定性变量；
[0014] (2)基础上的水平荷载H和弯矩荷载M由风荷载产生，竖向载荷N由设备自重、结构自重、土体自重、地下水浮力产生；基础结构内力计算时，将N加载在各竖向荷载的合力点处，同时将坐标原点o定在合力点处；取H与M完全相关，N与H之间、N与M之间均相互独立；
[0015] (3)以承台抗弯可靠度代替承台结构的可靠度；
[0016] (4)以基桩受压时的抗压可靠度或基桩受拔时的抗拔可靠度代替基桩的可靠度；
[0017] (5)结构内力计算时，采用线弹性模型；承台为刚性承台，桩顶与承台之间为铰接；不考虑基桩竖向受力与水平受力的组合效应；
[0018] (6)承台受弯抗力RM、各基桩的竖向抗力Ri之间相互独立，i＝1、2、...、n；
[0019] (7)对承台结构，当承台局部弯矩达到其受弯抗力时，即认为整个结构体系失效；
[0020] (8)对基桩统一采用脆性破坏模型，当桩顶压力超过受压抗力时，或桩顶拔力超过受拔抗力时，基桩破坏、退出工作，并不可恢复，桩顶竖向力相应变为零。
[0021] 进一步地，
[0022] 所述失效条件为：当出现如下两种情况之一时，结构体系失效：
[0023] (1)承台受弯控制截面的弯矩超过其抗弯承载力；
[0024] (2)当群桩承台结构为非平面结构体系时，群桩中桩顶竖向力不超过其竖向承载力的基桩数量小于3根，或当群桩承台结构为平面结构体系时群桩中桩顶竖向力不超过其竖向承载力的基桩数量小于2根。
[0025] 进一步地，
[0026] 所述群桩承台结构体系中各构件的功能函数的表达式为：
[0027] ZC＝MR-MC＝MR-(CNN+CMM)；
[0028] Zi＝Ri-Ni＝Ri-(DNiN+DMiM)；
[0029] 式中，ZC为承台的功能函数，MR为承台受弯控制截面的抗弯承载能力，MC为承台受弯截面的弯矩，CN为N的作用效应函数，CM为M的作用效应函数，Ni为第i根基桩桩顶竖向力，Ri为第i根基桩竖向承载能力，DNi为N的作用效应函数，DMi为M的作用效应函数。
[0030] 进一步地，
[0031] CN和CM的表达式分别为：
[0032] CN＝fN(x1,x2,...,xn,y1,y2,...,yn,K1,K2,...,Kn)；
[0033] CM＝fM(x1,x2,...,xn,y1,y2,...,yn,K1,K2,...,Kn)；n≥3；
[0034] DNi和DMi的表达式分别为：
[0035]
[0036]
[0037] 式中， j为求和指标，j＝1、2、…、n。
[0038] 进一步地，
[0039] 所述群桩承台结构体系的极限状态的表达式为：
[0040]
[0041] 式中，Zi、Zj、Zk为3根处于有效状态基桩的功能函数，当群桩承台结构为平面结构体系时，Zi、Zj、Zk取其中之二代入上述计算，Zl为其它处于失效状态基桩的功能函数；i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，n；k＝1，2，…，n；l＝1，2，…，n；i≠j≠k≠l。
[0042] 进一步地，
[0043] 所述群桩承台结构体系的有效概率的表达式为：
[0044]
[0045] 所述群桩承台结构体系的失效概率的表达式为：
[0046] Pf＝1-Ps。
[0048] 图1为本发明中刚性基础的平面布置图；
[0049] 图2为图1所示刚性基础的基桩竖向力计算简图；
[0050] 图3为群桩承台结构体系可靠性分析系统图；
[0051] 图4为本发明的一个实施例中某工程风机基础桩位布置图；
[0052] 图5为图4所示实施例中两桩承台结构示意图(a为基桩轴心受压示意图，b为基桩偏心受压示意图)；
[0053] 图6为图4所示实施例中三桩承台结构示意图。
具体实施方式
[0054] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0055] 一种低桩承台基础竖向承载力验算方法，包括如下过程：
[0056] S1、引入简化条件。
[0057] 如图1所示的低桩承台刚性基础，计算其在外部荷载作用下“群桩承台体系”的结构可靠度时，根据相关构造要求及该结构体系的特点，引入如下简化条件：(1)外部荷载、承台抗力、基桩抗力均为随机变量，各桩坐标值为确定性变量；
[0058] (2)基础上的水平荷载H和弯矩荷载M由风荷载产生，竖向载荷N由设备自重、结构自重、土体自重、地下水浮力产生；基础结构内力计算时，将N加载在各竖向荷载的合力点处，同时将坐标原点o定在合力点处；取H与M完全相关，N与H之间、N与M之间均相互独立；
[0059] (3)对承台结构而言，其受弯抗力、受剪抗力、受冲切抗力、局部受压抗力之间具有高度相关性，且与受弯效应相比，受剪效应、受冲切效应、局部受压效应均不起控制作用；因承台结构的各种内力均由同一系列荷载产生，故各内力之间完全相关，故可以以承台抗弯可靠度代替承台结构的可靠度；
[0060] (4)对同一根基桩而言，假设其受压抗力、受拔抗力、水平抗力之间具有高度相关性，且基桩的水平荷载效应不起控制作用；因基桩的各种内力均由同一系列荷载产生，故各内力之间完全相关，故可以以基桩受压时时的抗压可靠度或基桩受拔时的抗拔可靠度代替基桩的可靠度；
[0061] (5)结构内力计算时，采用线弹性模型；承台为刚性承台，桩顶与承台之间为铰接；不考虑基桩竖向受力与水平受力的组合效应；
[0062] (6)承台受弯抗力RM、各基桩的竖向抗力Ri之间相互独立，i＝1、2、...、n；
[0063] (7)对承台结构，当承台局部弯矩达到其受弯抗力时，即认为整个结构体系失效；
[0064] (8)对基桩统一采用脆性破坏模型，当桩顶压力超过受压抗力时，或桩顶拔力超过受拔抗力时，基桩破坏、退出工作，并不可恢复，桩顶竖向力相应变为零。
[0065] S3、根据简化条件和群桩承台结构体系的空间受力特点确定失效条件。
[0066] 所述失效条件为：当出现如下两种情况之一时，结构体系失效：
[0067] (1)承台受弯控制截面的弯矩超过其抗弯承载力；
[0068] (2)当群桩承台结构为非平面结构体系时，群桩中桩顶竖向力不超过其竖向承载力的基桩数量小于3根，或当群桩承台结构为平面结构体系时群桩中桩顶竖向力不超过其竖向承载力的基桩数量小于2根。其中至少有1根桩桩顶竖向力等于其竖向承载力。设群桩基础的基桩数量为n，n≥3，当群桩承台结构为平面结构体系时为n＝2)；则群桩承台结构体系可看成是承台与群桩体系组成的串联系统；而群桩体系又可看成是“n根基桩中至少有3根基桩正常工作”的3/n(G)表决系统，当群桩承台结构为平面结构体系时为2/n(G)表决系统)。令荷载效应为S，则群桩承台结构体系的可靠性分析系统图如图2所示。
[0069] S4、根据失效条件确定群桩承台结构体系中各构件的功能函数。
[0070] 令外部荷载载M为Mx和My的矢量和，M的矢量方向与y轴一致；各竖向力的合力为N，将N加载在竖向力合力点上，同时将坐标原点o定在合力点处。在N和M的作用下，设承台受弯控制截面的弯矩(作用效应)为MC、抗弯承载能力(抗力)为MR；第i根基桩桩顶竖向力(作用效应)为Ni、对应的基桩竖向承载能力(抗力)为Ri，其中Ri在抗拔时为RTi、在抗压时为RNi。令承台的功能函数为ZC，第i根基桩的功能函数为Zi。结构内力计算时，采用线弹性模型，承台为刚性承台，桩顶与承台之间为铰接；令第i根基桩中心点坐标为(xi，yi)，其竖向刚度为Ki，假设Ki与Ri之间相互独立，且Ki为确定性变量；则所述群桩承台结构体系中各构件的功能函数的表达式为：
[0071] ZC＝MR-MC＝MR-(CNN+CMM)； (1)[0072] Zi＝Ri-Ni＝Ri-(DNiN+DMiM)； (2)[0073] 式中，ZC为承台的功能函数，CN为N的作用效应函数，CM为M的作用效应函数，可通过结构分析求得具体的函数式fN和fM，或通过数值分析求得相应的CN和CM；DNi为N的作用效应函数，DMi为M的作用效应函数，j为求和指标，j＝1、2、…、n。
[0074] 作为一种计算方式，CN和CM的表达式分别为：
[0075] CN＝fN(x1,x2,...,xn,y1,y2,...,yn,K1,K2,...,Kn)； (3)
[0076] CM＝fM(x1,x2,...,xn,y1,y2,...,yn,K1,K2,...,Kn)；n≥3； (4)
[0077] DNi和DMi的表达式分别为：
[0078]
[0079]
[0080] 式中，
[0081] S5、根据群桩承台结构体系中各构件的功能函数确定群桩承台结构体系的极限状态。
[0082] 所述群桩承台结构体系的极限状态的表达式为：
[0083]
[0084] 式中，Zi、Zj、Zk为3根处于有效状态基桩的功能函数，当群桩承台结构为平面结构体系时，Zi、Zj、Zk取其中之二代入上述计算，Zl为其它处于失效状态基桩的功能函数；i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，n；k＝1，2，…，n；l＝1，2，…，n；i≠j≠k≠l。故当承台和承台下方的任意m根基桩(m＝3，4，…，n)同时处于有效状态、其余基桩处于失效状态时，结构体系处于有效状态。即可将整个结构体系分解为n-2个子体系，每个子体系由承台和m根有效基桩组成；
任何一个子体系处于有效状态时，整个结构体系处于有效状态。
任何一个子体系处于有效状态时，整个结构体系处于有效状态。
[0085] S6、根据群桩承台结构体系的极限状态确定群桩承台结构体系的有效概率和失效概率。
[0086] 群桩承台结构体系的有效概率的表达式为：
[0087]
[0088] 式(9)理论上共需计算 个有效子事件的有效概率Ps，mh；随着基桩数量的增加，计算量近似呈指数增加；当基桩数量较多时，设计中不可能完成如此巨大的计算工作量。为减少计算工作量，式(9)中的m分别取n、n-1、n-2，并略去其它的子体系；则群桩承台结构的有效概率Ps及失效概率Pf近似为：
[0089]
[0090] 分析表明：当基桩数量不超过60根时，此时失效概率Pf的相对误差不超过5％，且偏于安全。这样一来，共需计算 个有效子事件的Ps，mh，计算工作量大幅度减少。
[0091] 所述群桩承台结构体系的失效概率的表达式为：
[0092] Pf＝1-Ps。 (11)
[0093] 由于群桩承台结构体系中各构件功能函数之间具有相关性，故直接计算Ps，mh较为困难；此时，根据式(10)～(11)，采用蒙特卡罗法进行数值模拟，计算相应的Ps，mh；进而计算群桩承台结构体系的失效概率Pf。计算过程中，当基桩顶部出现上拔力(或压力)时，应与对应的抗拔(或抗压)承载力随机模拟值进行对比，判别该模拟工况是否失效。在计算各Ps，mh时，需注意承台弯矩控制截面的位置会发生相应改变；相应地，截面的抗弯承载能力MR可能会发生变化。
[0094] 以下举例说明本发明在工程中的应用。
[0095] 一、某风电机组群桩承台基础结构体系可靠度计算。
[0096] 某陆上风电工程风机基础1为刚性基础，基础下方桩2位布置如图3所示；采用管桩，桩截面外径为0.6m、内径为0.34m，桩长为34m；外圈布桩26根、沿R＝8.8m环向均布，内圈布桩8根、沿R＝6.4m环向均布；各桩的桩长相同，桩周即桩底土层分布相同。以环形基础中心点o为坐标原点(该点为各竖向荷载的合力点)，建立坐标系；相应地，竖向力N的标准值Nk＝20800kN、弯矩M的标准值Mk＝135000kN·m。各基桩的竖向刚度均为K。令相关随机变量均满足正态分布。
[0097] N主要为自重荷载，取其变异系数δN＝0.05；M主要由风荷载产生，取其变异系数δM＝0.45；取N、M相应标准值的保证率均为95％，以此率定N、M的平均值和标准差。
[0098] 按《建筑桩基技术规范规范》JGJ94-2008(以下简称规范1)、《风电机组地基基础设计规定(试行)》FD003-2007(以下简称规范2)验算基桩承载力时，令基桩竖向受力安全系数为2时所对应的可靠指标βN＝3.20，以此率定基桩竖向承载力的平均值和标准差，并计算承台3受弯控制截面弯矩MC的平均值和标准差。取承台截面抗弯承载力MR的变异系数δMR＝0.15，其标准值的保证率为95％。按规范1、规范2验算承载截面抗弯承载力时，N的分项系数为1.20、M的分项系数为1.50、MR的分项系数γR＝1.10；以此率定MR的平均值和标准差。当某些基桩退出工作后，承台受弯控制截面的位置可能会发生变化，MC也会发生变化；本实施例主要分析对象为基桩，为了提高效率，对MR、MC的参数作如下近似处理：当失效基桩的数量不超过3根时，MR保持不变；当参与工作的基桩数m＝33时，均取1号基桩失效时的MC作为代表值，m＝32时，均取1号、2号基桩失效时的MC作为代表值，这样的处理偏于安全。由上可得群桩承台基础有关随机变量的参数取值，详见表1。从表1可见，对本工程，即便有2根基桩退出工作，承台3仍有较高的可靠度；这对保证工程安全有着重要作用。
[0099] 表1群桩承台基础有关随机变量的参数取值一览表
[0100]
[0101] 为进行对比分析，以图3为基础，定义如下3个结构体系分别进行计算：J34结构由承台3和1号～34号基桩组成，即图3中的结构；J33结构由承台和1号～33号基桩组成，即将图3中的34号桩去掉；J32结构由承台和1号～32号基桩组成，即将图3中的33号、34号桩去掉。各结构体系的荷载、基桩抗力、承台抗力均相同。各结构体系可靠度计算(过程从略)结果见表2～表4所示；按可靠度设计方法验算时，取基准可靠指标[β]＝3.20，对应的基准失效概率[Pf]＝6.87×10-4、基准有效概率[Ps]＝0.999313。
[0102] 表2各结构体系中基桩承载能力验算一览表
[0103]
[0104]
[0105] 表3各结构体系中承台承载能力验算一览表
[0106]
[0107] 表4各结构体系安全性分析结果一览表
[0108]
[0109]
[0110] 由表2～表4可知，对图3所示的群桩承台基础结构，按照规范1、规范2的方法验算时，基桩、承台均满足安全要求；按照可靠度方法验算时，整个结构体系的可靠指标β＝3.374，满足安全要求。当将该基础内圈桩减少1根(剩下的桩调整为沿圆周均布)后，按照规范1、规范2的方法验算时，基桩竖向承载力已不能满足安全要求；但按照可靠度方法验算时，新结构体系(承台+33根基桩)的可靠指标β将不低于3.213，仍然满足安全要求。
[0111] 从验算过程中还可看出：当承台下方基桩数量较多、且承台本身具有足够高的可靠度(可靠指标不宜小于3.70)时，按照可靠度方法验算，即使某些基桩的可靠指标较小，比如J34结构中1号桩21的可靠指标只有2.587，但由于承台的整体协同作用，可以充分调动其他基桩的承载潜力，从而也能保证整个结构体系的可靠度满足安全要求。这表明在群桩承台基础中，任一冗余构件(基桩)的失效不一定导致整个结构体系的失效；而规范1、规范2中的设计方法不能体现出这一点。因此，针对基桩数量较多的桩基础，当承台本身具有足够高的可靠度时，规范1、规范2中的设计方法偏于保守。
[0112] 根据图2，令ps，i为第i根基桩的可靠概率，Ps[3/n(G)]为3/n(G)表决系统的可靠概率，Psc为承台的可靠概率，Ps为群桩承台结构体系的可靠概率；根据结构体系可靠性理论，可得Ps[3/n(G)]及Ps的界限分别为：
[0113]
[0114] Psc×Ps[3/n(G)]≤Ps≤min[Psc,Ps[3/n(G)]]。 (13)
[0115] 由上式可以看出：(1)如果承台的可靠概率Psc小于基准有效概率[Ps]，则结构体系的可靠度必定不能满足可靠性要求；(2)假定在不同的布桩方案中，基桩的ps，i均相同；则随着基桩数量的增加，结构体系可靠概率Ps有增大的可能；(3)当基桩数量较少时，Ps[3/n(G)]有可能小于min(ps，i)，此时即使min(ps，i)＝[Ps]，结构体系的可靠度也不能满足可靠性要求。
[0116] 由上可知，当承台本身的可靠度不够高(可靠指标略大于3.20)时，规范1、规范2中的设计方法偏于不安全。因此，在群桩承台结构体系的设计中，首先要保证承台具有足够高的可靠度；此时，在承台尺寸保持不变、群桩总的竖向承载能力保持不变、布桩满足构造要求的前提下，适当采用桩数较多的方案(比如采用较小的桩径、较多的桩数)既可节约桩基工程量，又可提高群桩体系及整个结构体系的可靠度。但需要注意的是，当基桩直径过小时，施工缺陷对基桩承载能力的不利影响明显增大；故基桩直径不宜过小。
[0117] 二、两桩承台与三桩承台平面结构体系安全性分析。
[0118] 为进一步分析规范1、规范2中桩基竖向承载力验算准则的合理性，利用式(1)～(11)对两桩承台轴心受压、两桩承台偏心受压、三桩承台轴心受压平面受力模型的结构体系安全性进行评估；结构计算简图如图5～图6所示。因本处为平面结构，故利用式(1)～(11)进行计算时，对两桩承台取m＝2，对三桩承台取m＝2、3。计算过程从略；有关参数及计算结果见表5～表7。
[0119] 表5两桩承台结构基桩轴心受压时有关参数及安全性验算结果一览表
[0120]
[0121] 表6两桩承台结构基桩偏心受压时有关参数及安全性验算结果一览表
[0122]
[0123]
[0124] 表7三桩承台结构基桩轴心受压时有关参数及安全性验算结果一览表
[0125]
[0126] 对图5中的轴心受压结构，将Nk由1500kN改为1000kN，基桩承载力相应降低1/3、承台抗弯承载力保持不变；即相当于将图5中两桩轴心受压结构中的2根大桩改为3根小桩、小桩单桩承载能力是大桩的2/3，承台保持不变。此时各基桩和承台的有关参数及安全性验算结果见表8。
[0127] 表8Nk＝1000kN时三桩承台结构基桩轴心受压安全性验算结果一览表
[0128]
[0129] 由表5～表8可知：按照规范1、规范2进行验算时，各结构均满足安全要求；但按照可靠度方法验算时，结构体系的可靠指标均小于3.20，不满足可靠性要求。正如第1节中的理论分析所示，当承台下方的基桩数量较少时，直接按照规范1、规范2进行设计是偏不安全的。作为一种安全补偿措施，《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014第4.4.3条规定：桩基承台下的桩数不大于3根时，基桩承载力应采用1组试桩中的最低值；从结构体系可靠度分析角度考虑，这个规定是有理论依据的，也是合理的。故在实际工程中，当承台下方的基桩数量较少时，应对群桩承台结构体系的整体安全性问题加以足够的重视；必要时，应按照可靠度设计方法进行补充验算，以保证结构安全。
[0130] 对比表5、表6，偏心受压结构体系的可靠指标(β＝2.709，Pf＝0.003379)要低于轴心受压结构体系的可靠指标(β＝2.972，Pf＝0.001479)，其失效概率约为轴心受压结构体系的2.30倍。因此可以推断，当承台下方基桩数量较少时，在竖向偏心力作用下，规范1、规范2中“Nkmax≤1.2R”的桩基竖向承载力验算准则偏于不安全。
[0131] 对比表7、表8可知：当承台下方的基桩由2根大桩改为3根小桩(小桩单桩承载能力是大桩的2/3)后，整个群桩承台结构体系的可靠指标β由2.972提高到3.009、失效概率Pf由0.001479降低到0.001310；结构体系的安全性有所提高。这进一步验证了第1节中的相应结论。
[0132] 三、结论。
[0133] 1)群桩承台结构中，结构体系的可靠度与所有构件密切相关，任何单一构件的可靠度不能代替整个结构体系的可靠度；任何一根基桩的失效不一定导致整个结构体系的失效，规范1、规范2中的设计方法不能体现出这一点；承台失效将会导致整个结构体系失效。
[0134] 2)针对基桩数量较多的桩基础，当承台本身具有足够高的可靠度时，规范1、规范2中的设计方法偏于保守；当承台本身的可靠度不够高时，规范1、规范2中的设计方法偏于不安全。
[0135] 3)当承台下方的基桩数量较少时，按照规范1、规范2进行设计偏于不安全；在竖向偏心力作用下，“Nkmax≤1.2R”的桩基竖向承载力验算准则同样偏于不安全。故当承台下方的基桩数量较少时，应对群桩承台结构体系的整体安全性问题加以足够重视。
[0136] 4)对群桩承台基础，可以采用本发明给出的计算方法，计算群桩承台结构体系的可靠指标；然后与基准可靠指标进行对比，评估结构体系的安全性，以及设计方案的合理性。
[0137] 5)实际工程中要高度重视承台的安全性，保证承台具有足够高的承载能力。此时，在承台尺寸保持不变、群桩总的竖向承载能力保持不变、布桩满足构造要求的前提下，合理采用较小桩径、较多桩数的布桩方案既可节约工程量，又可提高群桩体系及整个结构体系的可靠度。但需要注意的是，当基桩直径过小时，施工缺陷对基桩承载能力的不利影响明显增大；故基桩直径不宜过小。
[0138] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
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