超長群樁的承載性狀分析

程濤 陳凡

摘要：超長群樁的工作性能較為復雜，分析了群樁有效樁長定義，對主要包括：樁土剛度比、樁徑、樁間距及樁頂荷載等影響群樁有效樁長的因素進行了分析。對超長群樁的承載特性進行了分析，研究了側阻力變化規律、樁端阻力、承臺分擔荷載;對不同群樁效應系數方法的適用性以及特點進行了研究，這對超長群樁的合理設計、理論研究有著重要意義。

關鍵詞：群樁;有效樁長;承載性狀;群樁效應

1、前言

超長群樁作為樁基的一種主要形式，其受力變形特性的研究一直受到人們的重視。隨著對超長群樁理論、試驗研究的不斷深入，其承載特性正逐漸為學術界和工程界所清晰地認識。然而，由于樁-土及樁-樁相互作用極其復雜，目前的試驗加載設備水平亦相當有限，這使得要全面認識清楚超長樁的工作機理具有一定的難度。因此眾多學者通過試驗研究了超長群樁的荷載傳遞性狀及承載變形特性，并獲得了許多具有重要價值的試驗數據，從而為一定地質條件下超長樁的設計提供了一定的參考。到目前為止，人們仍尚不十分清楚超長群樁的荷載傳遞特性及其影響因素，因此對超長群樁承載性狀的深入研究是勢在必行的。

2、群樁有效樁長分析

相對于單樁基礎，群樁基礎的承載機理與荷載傳遞顯然更為復雜。除需考慮荷載的豎向傳遞之外，承臺與樁基之間、各單樁之間均存在相互作用，且對群樁的沉降產生影響，群樁的沉降變形性狀是樁、承臺、地基土之間相互影響的綜合結果。超長單樁的有效樁長確定方法歸納起來主要有極限承載力控制法、樁頂沉降控制法及基樁剛度控制法等幾種。超長群樁也存在有效樁長問題，其定義也類似于單樁有效樁長。確定群樁有效樁長比確定單樁有效樁長更復雜[1-2]，影響群樁有效樁長的因素主要包括：樁頂荷載、樁土剛度比 Ep/Es（Es為樁周土體的側限壓縮模量）、樁徑d、樁間距s及樁頂荷載p等。

3、超長群樁承載特性

超長大直徑群樁，由承臺傳遞給樁頂的荷載主要通過樁側摩阻力傳給樁周十和樁端土層，小部分由樁端傳遞，在常用樁距的情況下將產生應力重疊，由此群樁效應使得樁群中任一根基樁的工作性狀較之于獨立單樁而明顯不同。群樁豎向承載力將不等于各單樁豎向承載力之和;群樁中的平均單樁承載力不等于單獨一根樁的單樁承載力。群樁地基中，側阻、端阻、承臺反力、樁頂反力等都隨著群樁的樁距、樁數、樁長、承臺寬度等變化而呈現出一定的變化規律。

3.1側阻力變化規律

由于應力的疊加，群樁側阻極限值較單樁有所減小，但群樁中樁的側阻較單樁早發揮出來。群樁中單樁樁身上部的側阻由于承臺的存在而受到一定的限制，低承臺限制了群樁中樁的上部樁土相對位移，從而使樁上端的側阻力發揮值有所降低，即承臺對側阻力的“削弱作用”使得樁上段的側阻力減小。與單樁相同的是樁側摩阻力的分布基本上是集中在樁的中下部，但群樁中單樁的樁側摩阻力的集中分布位置較孤立的單樁更低一些。樁側摩阻力只有在樁間土產生一定相對位移的條件下才能充分發揮出來，主要因素有：樁間距的變化、承臺的影響、樁長與承臺寬度比的影響、土性的影響。

3.2群樁樁端阻力

影響樁端阻力的主要因素有：穿過土層及持力層的特性、樁的成樁方法、進入持力層深度、樁的尺寸等。在樁頂豎向荷載下，超長群樁的樁身軸力沿深度逐漸遞減，樁端處軸力最小，甚至接近于0。

3.3承臺分擔荷載

承臺土反力主要是由于樁端產生貫入變形，樁土間產生相對位移而產生。樁身彈性壓縮也引起少量樁土相對位移而出現一部分承臺土反力。承臺土反力的大小及其分擔荷載的作用隨下列因素而變化：樁端持力層性質、承臺底土層性質、樁距大小等。

4、群樁效應系數分析

群樁基礎在豎向荷載作用下，群樁各基樁、承臺、地基土相互作用，使得承載力、沉降、端阻力、樁側摩阻力等的性狀發生變化不同于單樁，這種樁-土-承臺共同作用的結果稱為群樁效應。群樁效應系數與群樁的樁距、樁數、各樁的布置、樁的入土深度和土的性質等有關。群樁效應主要表現在以下幾方面：群樁的側阻力、群樁的端阻力、承臺土反力、樁頂荷載分布、群樁沉降及其隨荷載的變化、群樁的破壞模式等。制約群樁效應的主要因素，一是群樁自身的幾何特征，包括承臺的設置方式（高或低承臺）、樁距、樁長及樁長與承臺寬度比、樁的排列形式、樁數;二是樁側與樁端的土性、土層分布和成樁工藝（擠土或非擠土）等。目前，確定群樁效應系數主要有以下幾種方法[3] ：（1）考慮群樁實體基礎周邊長的方法;（2）Seiler-Keeney群樁效應系數公式;（3）Converse-Labrre群樁效應系數公式;（4）考慮應力疊加的群樁效應系數公式;（5）考慮承臺、樁、土相互作用分項群樁效應系數計算方法;

5、總結

（1）分析了群樁有效樁長定義，對主要包括：樁土剛度比、樁徑、樁間距及樁頂荷載等影響群樁有效樁長的因素進行了分析，樁頂荷載大小是影響群樁有效樁長重要控制因素。

（2）對超長群樁的承載特性進行了分析，研究了側阻力變化規律、樁端阻力、承臺分擔荷載。

（3）對不同群樁效應系數方法的適用性以及特點進行了研究，這對超長群樁的合理設計、理論研究有著重要意義。

參考文獻：

[1] 楊明輝，單華峰，張小威.深厚軟土區超長群樁有效樁長確定方法[J].中國公路學報，2013，26（1）：106-112.

[2] 湯斌，王巍，程濤，等.湛江組結構性黏土樁基群樁效應[J].桂林理工大學學報，2017，37（3）：525-530.

[3] 湯斌，程濤，沈建華，等.湛江組結構性黏土中群樁豎向承載性狀試驗研究[J].武漢理工大學學報，2015，37（7）：69-73.

（作者單位：武漢光谷聯合集團有限公司）