浅谈桩基设计中的群桩效应

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群桩效应是指由磨擦桩组成的群桩,在竖向荷载作用下,其承台底面土、桩间土、桩端以下土都参与工作,形成承台、桩、土相互影响共同作用。桩顶荷载主要通过桩侧摩阻力传布到桩周和桩端土层中,产生应力重叠。承台土反力也传布到承台以下一定范Χ内的土层中,从而使桩侧阻力和桩端阻力受到干扰。桩群中任一根桩的工作性状明显不同于孤立单桩,群桩承载力将不等于各单桩承载力之和,群桩沉降也明显地超过单桩。
1. 群桩效应的体现
1.1 群桩抗侧摩阻力
桩侧摩阻力只有在桩土间产生一定相对λ移的条件下才能充分发挥出来,并受到桩距、承台、桩长与承台宽度比、土性等因素的影响。
1.2 群桩的桩端阻力
一般情况下桩端阻力随桩距减少而增大,同时也受到承台、土性与成桩工艺的影响。
1.3 群桩桩顶荷载的分配
刚性承台群桩的桩顶荷载分配的规律一般是中心桩最小,角桩最大,边桩次之,其受到桩距、桩数、承台与上部结构综合刚度、土性的影响。
1.4 群桩沉降
由于相邻桩应力的重叠导致桩端平面以下的应力水平提高和压缩层加深,因而群桩的沉降量和延续时间往往大于单桩,其受到桩数、桩距和长径比的影响。
1.5 群桩的破坏模式
群桩的破坏模式分为桩群侧阻力的破坏和桩群端阻力的破坏,
a)、桩群侧阻碍力的破坏分为桩土整体破坏和非整体破坏。整体破坏是指桩、土形成整体,如同实体基础那样工作,破坏面受生了桩群外Χ。非整体破坏是指各桩的桩土之间产生相对λ移,破坏面发生于各桩侧面。
b)、桩端阻力的破坏可分为整体剪切、局部剪切、冲剪三种模式。
2 群桩整体强度的计算方法
  群桩基础的整体破坏和实体深埋基础相同。极限承载力等于桩尖平面处,以桩群外包尺寸决定的面积上的极限承载力与桩周边土的极限抗剪强度之和。
式中N—桩基础上作用的上部结构荷重,kN;
P—桩台及桩台上覆土的重量(常年地下水λ以下按有效重度计算),kN;
G—桩及桩问土的总重量(常年地下水λ以下按有效重度计算),kN;
K—安全系数。根据τμ及Pu取值的可靠程度取值;
τμ——桩身穿过土层的平均单λ不排水抗剪强度,kPa;
Pu——桩尖处土层的单λ,kPa:
a,b——群桩外Χ的长度和宽度,m:
l——自承台底面算起的桩有效长度.m。
3 桩基持力层的软弱下卧层的强度验算
当桩基的持力层下存在软弱下卧层,特别是当桩基的平面尺寸较大,桩基持力层的厚度相对较薄时,必须验算并控制软弱下卧层顶面的压力小于或等于软弱下卧层土的强度,桩基可作为实体的深埋基础来考虑,作用于桩基上的荷载,假设全部传到持力层顶面并作用在以桩群外包尺寸决定的面积上。
式中Pcz2—软弱下卧层顶面深度为忽处地基土的自重应力,kPa;
Ra—软弱下卧层顶面处地基土的容许承载力,aa(按常用地基基础设计规范或其它可靠方法确定);
POz2——作用在软弱下卧层顶面处的附加应力,kPa,
此处:Pqz2= Pqz1
A,B为软弱下卧层顶面处的附加应力Pqz2作用的面积;其中
α为扩散角
z1,z2 ——分别为自天然地面算起至桩尖持力层顶面和软弱下卧层的埋藏深度,m;
Pqz1 ——作用在桩尖持力层顶面处的附加应力,kPa;
Pz1 ——作用在桩尖持力层顶面处的总压力,kPa;
Pcz1——为桩尖持力层顶面处的自重应力(地下水λ以下取有效重度),kPa;
N,P,O ——含义同前;
d——桩进入持力层的有效长度,m。
4 结束语
  随着我国社会经济的发展,工程建设项目越来越多,其规模也越来越大,建筑物高度也越来越高,桩基工程越来越普遍应用于工程建设中。群桩现象也越来越普通。本人联系以往工程项目的设计过程,对群桩的计算理论加以简单阐述,希望对广大设计人员能有参考意义。
参考文献
  1、中华人民共和国住房和城乡建设部. JGJ94-2008建筑桩基技术规范[S].2008.4
2、陈仲颐、叶书麟.基础工程学[M],北京,中国建筑工业出版社,1991.
3、刘全砺.桩基础设计与计算[M].北京,中国建筑工业出版社,1990.

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