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岩土研究院

群桩竖向承载力的确定

307 2022-07-19 10:24:03

桩数不只一根的桩基称为群桩基础,群桩中的每根桩称为基桩。在竖向荷载作用下的群桩基础中,由于承台、桩、土相互作用,基桩的承载力和沉降性状往往与相同地质条件和设置方法的同样单桩有明显差别,这种现象称为群桩效应。因此,群桩基础的承载力常不等于其中各单桩承载力之和。通常用群桩效应系数η来衡量基桩平均承载力比单桩降低(η~1)或提高(η1)的幅度。


2.4.1群桩的工作原理

对于端承型群桩,由于持力层坚硬,不允许桩下沉,故桩侧摩阻力不易发挥。上部荷载通过桩身直接传到桩端处土层上,而桩端处承压面积很小,各桩端的压力彼此互不影响(见图2.4.1),故可认为端承型群桩中各桩的工作情况与单桩工作情况基本一样。同时,由于桩的变形很小,桩间土基本不承载,群桩的承载力就等于各单桩的承载力之和群桩的沉降量也与单桩基本相同。


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对于摩擦型群桩,主要是通过每根桩的侧摩阻力将上部荷载传到桩周及桩端的土层中去。一般假定,桩侧摩阻力在土中引起的附加应力σ按某一角度α沿桩长向下扩散分布,至桩端平面处,压力分布如图2.4.2中的阴影部分所示。当桩数少,桩距s较大时,例如s>6d(d为桩径),桩端平面处各桩传来的压力互不重叠或重叠不多,这时群桩中各桩的工作情况仍和单桩单独工作一样,故群桩的承载力等于各单桩承载力之和。但当桩距较小,例如=(3~4)d、桩数较多时,桩端处地基中各桩传来的压力就会相互重叠,使得桩端处压力要比单桩时增大许多,群桩中各桩的工作状态与单桩的不同,群桩的承载力并不等于各单桩之总和,沉降量也大于单桩的沉降量。国内外大量工程实验和试验研究结果表明,用单一的群桩效应系数不能正确反映群桩基础的工作状况,而且往往低估了群桩基础的承载能力。其原因是∶①群桩基础的沉降量只是满足建筑物桩基变形允许值的要求,无需按单桩的沉降量控制。②群桩基础中的一根桩与单桩的工作条件不同,其极限承载力也不一样。首先分析极限侧摩阻力,群桩由于成桩时桩侧土体受挤密的程度高,潜在的侧阻力大,但是由于桩间土承载以及摩阻力的扩散作用,群桩基础间土的竖向变形量比单根桩时桩周土的竖向变形量大,其结果使得桩与土的相对位移减小,影响侧阻力的发挥。综合的结果是∶对于砂土和粉土中的桩基础,群桩效应使桩的侧阻力提高;而对于粘性土中的桩基础,在常见桩距下,群桩效应往往使侧阻力有所降低。再分析极限桩端阻力,考虑群桩效应后,每根桩的桩端平面处压应力增加很多,极限桩端阻力也会相应提高。综合上述两个因素可知,群桩基础中,桩的极限承载力是一个很复杂的问题,它首先与桩距有关,其次与土质、桩数、桩径、入土深度以及桩的类型和排列方式等因素有关。


目前工程上考虑群桩效应的方法有两种∶一种是以概率极限设计为指导,通过实测资料的统计分析对群桩内每根桩的侧阻力和端阻力分别乘以群桩效应系数;另一种是把承台、桩和桩间土当成一个整体,按埋置于桩端平面深度处的深基础,进行地基承载力和变形验算。这两种方法,后面将作进一步讲述。