超長(zhǎng)群樁的承載性狀分析

程濤 陳凡

摘要：超長(zhǎng)群樁的工作性能較為復(fù)雜，分析了群樁有效樁長(zhǎng)定義，對(duì)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(zhǎng)的因素進(jìn)行了分析。對(duì)超長(zhǎng)群樁的承載特性進(jìn)行了分析，研究了側(cè)阻力變化規(guī)律、樁端阻力、承臺(tái)分擔(dān)荷載;對(duì)不同群樁效應(yīng)系數(shù)方法的適用性以及特點(diǎn)進(jìn)行了研究，這對(duì)超長(zhǎng)群樁的合理設(shè)計(jì)、理論研究有著重要意義。

關(guān)鍵詞：群樁;有效樁長(zhǎng);承載性狀;群樁效應(yīng)

1、前言

超長(zhǎng)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(duì)超長(zhǎng)群樁理論、試驗(yàn)研究的不斷深入，其承載特性正逐漸為學(xué)術(shù)界和工程界所清晰地認(rèn)識(shí)。然而，由于樁-土及樁-樁相互作用極其復(fù)雜，目前的試驗(yàn)加載設(shè)備水平亦相當(dāng)有限，這使得要全面認(rèn)識(shí)清楚超長(zhǎng)樁的工作機(jī)理具有一定的難度。因此眾多學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)研究了超長(zhǎng)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(jià)值的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而為一定地質(zhì)條件下超長(zhǎng)樁的設(shè)計(jì)提供了一定的參考。到目前為止，人們?nèi)陨胁皇智宄L(zhǎng)群樁的荷載傳遞特性及其影響因素，因此對(duì)超長(zhǎng)群樁承載性狀的深入研究是勢(shì)在必行的。

2、群樁有效樁長(zhǎng)分析

相對(duì)于單樁基礎(chǔ)，群樁基礎(chǔ)的承載機(jī)理與荷載傳遞顯然更為復(fù)雜。除需考慮荷載的豎向傳遞之外，承臺(tái)與樁基之間、各單樁之間均存在相互作用，且對(duì)群樁的沉降產(chǎn)生影響，群樁的沉降變形性狀是樁、承臺(tái)、地基土之間相互影響的綜合結(jié)果。超長(zhǎng)單樁的有效樁長(zhǎng)確定方法歸納起來(lái)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(zhǎng)群樁也存在有效樁長(zhǎng)問(wèn)題，其定義也類(lèi)似于單樁有效樁長(zhǎng)。確定群樁有效樁長(zhǎng)比確定單樁有效樁長(zhǎng)更復(fù)雜[1-2]，影響群樁有效樁長(zhǎng)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(cè)限壓縮模量）、樁徑d、樁間距s及樁頂荷載p等。

3、超長(zhǎng)群樁承載特性

超長(zhǎng)大直徑群樁，由承臺(tái)傳遞給樁頂?shù)暮奢d主要通過(guò)樁側(cè)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(chǎn)生應(yīng)力重疊，由此群樁效應(yīng)使得樁群中任一根基樁的工作性狀較之于獨(dú)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(dú)一根樁的單樁承載力。群樁地基中，側(cè)阻、端阻、承臺(tái)反力、樁頂反力等都隨著群樁的樁距、樁數(shù)、樁長(zhǎng)、承臺(tái)寬度等變化而呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。

3.1側(cè)阻力變化規(guī)律

由于應(yīng)力的疊加，群樁側(cè)阻極限值較單樁有所減小，但群樁中樁的側(cè)阻較單樁早發(fā)揮出來(lái)。群樁中單樁樁身上部的側(cè)阻由于承臺(tái)的存在而受到一定的限制，低承臺(tái)限制了群樁中樁的上部樁土相對(duì)位移，從而使樁上端的側(cè)阻力發(fā)揮值有所降低，即承臺(tái)對(duì)側(cè)阻力的“削弱作用”使得樁上段的側(cè)阻力減小。與單樁相同的是樁側(cè)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(cè)摩阻力的集中分布位置較孤立的單樁更低一些。樁側(cè)摩阻力只有在樁間土產(chǎn)生一定相對(duì)位移的條件下才能充分發(fā)揮出來(lái)，主要因素有：樁間距的變化、承臺(tái)的影響、樁長(zhǎng)與承臺(tái)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(guò)土層及持力層的特性、樁的成樁方法、進(jìn)入持力層深度、樁的尺寸等。在樁頂豎向荷載下，超長(zhǎng)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(tái)分擔(dān)荷載

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

4、群樁效應(yīng)系數(shù)分析

群樁基礎(chǔ)在豎向荷載作用下，群樁各基樁、承臺(tái)、地基土相互作用，使得承載力、沉降、端阻力、樁側(cè)摩阻力等的性狀發(fā)生變化不同于單樁，這種樁-土-承臺(tái)共同作用的結(jié)果稱(chēng)為群樁效應(yīng)。群樁效應(yīng)系數(shù)與群樁的樁距、樁數(shù)、各樁的布置、樁的入土深度和土的性質(zhì)等有關(guān)。群樁效應(yīng)主要表現(xiàn)在以下幾方面：群樁的側(cè)阻力、群樁的端阻力、承臺(tái)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(yīng)的主要因素，一是群樁自身的幾何特征，包括承臺(tái)的設(shè)置方式（高或低承臺(tái)）、樁距、樁長(zhǎng)及樁長(zhǎng)與承臺(tái)寬度比、樁的排列形式、樁數(shù);二是樁側(cè)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(yīng)系數(shù)主要有以下幾種方法[3] ：（1）考慮群樁實(shí)體基礎(chǔ)周邊長(zhǎng)的方法;（2）Seiler-Keeney群樁效應(yīng)系數(shù)公式;（3）Converse-Labrre群樁效應(yīng)系數(shù)公式;（4）考慮應(yīng)力疊加的群樁效應(yīng)系數(shù)公式;（5）考慮承臺(tái)、樁、土相互作用分項(xiàng)群樁效應(yīng)系數(shù)計(jì)算方法;

5、總結(jié)

（1）分析了群樁有效樁長(zhǎng)定義，對(duì)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(zhǎng)的因素進(jìn)行了分析，樁頂荷載大小是影響群樁有效樁長(zhǎng)重要控制因素。

（2）對(duì)超長(zhǎng)群樁的承載特性進(jìn)行了分析，研究了側(cè)阻力變化規(guī)律、樁端阻力、承臺(tái)分擔(dān)荷載。

（3）對(duì)不同群樁效應(yīng)系數(shù)方法的適用性以及特點(diǎn)進(jìn)行了研究，這對(duì)超長(zhǎng)群樁的合理設(shè)計(jì)、理論研究有著重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊明輝，單華峰，張小威.深厚軟土區(qū)超長(zhǎng)群樁有效樁長(zhǎng)確定方法[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2013，26（1）：106-112.

[2] 湯斌，王巍，程濤，等.湛江組結(jié)構(gòu)性黏土樁基群樁效應(yīng)[J].桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，37（3）：525-530.

[3] 湯斌，程濤，沈建華，等.湛江組結(jié)構(gòu)性黏土中群樁豎向承載性狀試驗(yàn)研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，37（7）：69-73.

（作者單位：武漢光谷聯(lián)合集團(tuán)有限公司）