群桩效应

百科 2024-11-17 00:00 福建

制约群桩效应的主要因素，一是群桩自身的几何特征，包括承台的设置方式(高或低承台)、桩距S、桩长L及桩长勺承台宽度比L/B、桩的排列形式、桩数n；二是桩侧与桩端的土性、土层分布和成桩工艺(挤土或非挤土)。

群桩效应具体反映于以下几方面：群桩的侧阻力、群桩的端阻力、承台土反力，桩顶荷载分布、群桩沉降及其随荷载的变化、群桩的破坏模式。现就其变化的一般规律分述如下。

一、桩侧阻力的群桩效应

桩侧阻力只有在桩土间产生定相对位移的条件下才能发挥出来，其发挥值与土性，应力状态有关。桩侧阻力主要随下列因素影响而变化。

1、桩距影响

桩间土竖向位移受相邻桩影响而增大，桩士相对位移随之减小，如图2.10-1a所示。这使得在相等沉降条件下，群桩侧阻力发挥值小于单桩，在桩距很小条件下，即使发生很大沉降，群桩中各基桩的侧阻力也不能得到允分发挥，如图2.10-1a所示。

由于桩周土的应力、变形状态受邻桩影响而变化，因此桩距的大小不仅制约桩士相对位移，影响发挥侧阻所需群桩沉降量，而且影响侧阻的破坏性状与破坏值。

2、承台影响

贴地的低承台限制了桩群上部的桩土相对位移，从而使基桩上段的侧阻力发挥值降低，即对侧阻力起“削弱效应”，如图2.10-1b所示。侧阻力的承台效应随承台底土体压缩性提高而降低。

承台对桩群上部桩土相对位移的制约，还影响桩身荷载的传递性状，侧阻力的发挥不像单桩那样开始于桩顶，而是开始于桩身下部(对于短桩)或桩身中部(对于中、长桩)。

3、桩长与承台宽度比的影响

当桩长较小时，桩侧阻力受承台的削弱效应而降幅较大；当承台底地基土质较好，桩长与承台宽度比L/B≤1~1.2时，承台土反力形成的压力泡包围了整个桩群，桩间土和桩端平面以下土因受竖向压应力而位移，导致桩侧剪应力松弛面使侧阻力降低，见图2.10-1c。当承台底地基土压缩性较高时，侧阻随桩长与承台宽度比的变化将显著减小。

二、端阻力的群桩效应

群桩的端阻力不仅与桩端持力层强度与变形性质有关，而且因承台、邻桩的相互作用而变化。端阻力主要受以下因素的影响。

1、桩距影响

一般情况下，端阻力随桩距减小而增大，这是由于邻桩的桩侧剪应力在桩端平面上重叠，导致桩端平面的主应力差减小，以及桩端土的侧向变形受到邻桩逆向变形的制约而减小所致。

持力土层性质和成桩工艺的不同，桩距对端阻力的影响程度也不同。在相同成桩工艺条件下，群桩端阻力受桩距的影响，粘性土较非粘性土大、密实土较非密实土大。就成桩工艺而言，非饱和土与非粘性土中的挤土桩，其群桩端阻力因挤土效应而提高，提高幅度随桩距增大而减小。

2、承台影响

对于低承台，当桩长与承台宽度比L/B≤2时，承台土反力传布到桩端平面使主应力差(σ₁-σ₃) 减小，承台还具有限制桩土相对位移、减小桩端贯入变形的作用，从而导致桩端阻力提高。这一点从高低承台群桩的对比试验中表现得很明显。承台底地基土愈软，承台效应愈小。

三、群桩沉降

在常用桩距条件下，由于相邻桩应力的重叠导致桩端平面以下应力水平提高和压缩层加深(如图 2.10-1a所示)，因而使群桩的沉降量和延续时间往往大于单桩。桩基沉降的群桩效应，可用相同桩顶荷载下的群桩沉降量So与单桩沉降量S¡之比即沉降比 R。来度量:

群桩沉降比随下列因素而变化:

1、桩数影响

群桩中的桩数是影响沉降比的主要因素。在常用桩距和非条形排列条件下，沉降比随桩数增加而增大。

2、桩距影响

当桩距大于常用桩距时，沉降比随桩距增大而减小。

3、长径比影响

沉降比随桩的长径比L/d增大而增大。

四、群桩的破坏模式

群桩的极限承载力是根据群桩破坏模式来确定其计算模式的。破坏模式的判定失当，往往引起计算结果出入很大。分析群桩的破坏模式应涉及到两个方面，即群桩侧阻的破坏和端阻的破坏。

1、群桩侧阻的破坏

传统的破坏模式划分方法是将群桩的破坏划分为：桩土整体破坏(块体破坏，Block Failure)和非整体破坏(单独破坏，Individual Failurc)。

整体破坏是指桩、土形成整体，如同实体基础那样承载和变形，桩侧阻力的破坏面发生于桩群外围(如图2.10-2.a)；非整体破坏是指各桩的桩、土间产生相对位移，各桩的侧阻力剪切破坏发生于各桩桩周上体中或桩上界面(硬土)如图2.10-2b。这种破坏模式的分析实际上仅是桩侧阻力破坏模式的划分。

在发生所谓整体破坏之前，桩身侧阻已由于桩土间较大的相对位移而破坏(靠近承台的桩段除外)，只是因承台的限制，在桩的贯入变形不断增大的情况下桩间土不断压缩而使桩土形成整体而已，况且，如此大沉降下的承载力在实际工程中也是无法利用的。

对于呈非整体破坏的群桩误判为整体破坏，会导致总侧阻力计算偏低(桩数较少时除外)，总端阻力计算偏高，其总承载力，当桩端持力层较好且桩不很长时，则会计算偏高，趋于不安全。

2、群桩端阻的破坏

单桩端阻力的破坏分为整体剪切、局部剪切、刺入剪切三种破坏模式，对于群桩端阻的破坏也包括这三种模式。不过，群桩端阻的破坏与侧阻的破坏模式有关。在侧阻呈桩土整体破坏的情况下，桩端演变成底面积与桩群投影面积相等的单独实体墩基(图 2.10-3，a)。由于基底面积大，埋深大，一般不发生整体剪切破坏。只有当桩很短且持力层为密实土层时才可能出现整体剪切破坏(图2.10-3，b)。当存在软卧层时，可能由于软卧层产生侧向挤出而引起群桩整体失稳。

当群桩侧阻呈单独破坏时，各桩端阻的破坏与单桩相似，但因桩侧剪应力的重叠效应、相邻桩桩端土逆向变形的制约效应和承台的增强效应而使破坏承载力提高(图2.10-3，b)。

参考文献：

1、《桩基工程手册》

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkxMjY5MjQ2MA==&mid=2247487139&idx=1&sn=7e50268243846f11bba5b6d3ca6aa8d9

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