横向承载群桩性状及承载力研究
群桩基础中的一根基桩单独受荷时的承载力和沉降性状
群桩基础中的⼀根基桩单独受荷时的承载⼒和沉降性状读书报告河海⼤学⽜永前⼀．群桩基础效应的读书报告群桩基础中的⼀根基桩单独受荷时的承载⼒和沉降性状，往往与相同地质条件和设置⽅法的独⽴基础有显著差别，这种现象称为群桩应，因此，群桩的基础承载⼒g Q 常常不等于其中各基础的承载⼒之和i Q ∑。
通常⽤群桩效应系数/g iQ Q η=∑来衡量群桩基础中各个桩基的平均承载⼒⽐独⽴单桩降低或提⾼的幅度。
由摩擦⾏桩组成的低承台群桩基础，当其承受竖向荷载⽽沉降时，承台底必然产⽣⼟体反⼒，从⽽分担了⼀部分荷载，使桩基承载⼒随之提⾼，道路⼯程中的桩基础我⼀般以垫层或⼟⼯格栅类似于建筑⼯程中的低承台，低承台底⾯处的⼟所分担的荷载，可占总承载⼒的20%到35%。
当然，群桩基础建成后，可能出现承台底⾯与⼟基开脱情况，此时不⽤考虑承台底阻⼒对桩基承载⼒的影响。
这种情况⼤体有：1. 沉⼊挤⼟桩的庄周⼟体因孔隙⽔压⼒剧增所引起的隆起，于垫层或格栅修筑后孔压继续消散⽽⽽固结下沉。
2. 车辆频繁⾏驶震动。
3. 桩周产⽣负摩阻⼒的各种情况导致的承台底⾯与⼟基的初始接触随时间渐渐松弛⽽脱离。
4. 黄⼟地基湿陷或砂图地震液化所引起的承台与⼟基突然开裂。
端承型群桩基础端承型基桩的桩底持⼒层刚硬，沉降量较⼩，因此承台底⾯⼟反⼒很⼩，端承型群桩基础中各个基桩的⼯作性状接近于单桩，所以η可认为为1。
摩擦型群桩基础（1）不考虑承台效应的影响（即承台地⾯脱落）如上图所⽰，先假设承台底⾯脱离地⾯的群桩基础中各桩均匀受荷，就如独⽴单桩那样，桩顶荷载Q 主要通过桩侧摩阻⼒引起压⼒扩散⾓α范围内庄周桩⼟中的附加应⼒。
各桩在桩端平⾯上的附加压⼒分布⾯积的直径2tan D d l α=+。
当a S实际的群桩效应其实更为复杂，有以下⼏个⽅⾯：（1）承台刚度的影响: 这主要是针对建筑桩基础的刚性承台⽽⾔的，⼤致意思就是指刚性承台会使桩做同步沉降，同时会使各桩的桩顶荷载发⽣由承台向中部向外围转移，所以刚性承台下的桩顶荷载分配⼀般是⾓⾓桩最⼤，中⼼桩最⼩，边桩居中。
群桩与群桩效应分析
群桩与群桩效应分析 群桩基础——由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。
若桩⾝全部埋于⼟中，承台底⾯与⼟体接触，则称为低承台桩基；若桩⾝上部露出地⾯⽽承台底位于地⾯以上，则称为⾼承台桩基。
建筑桩基通常为低承台桩基础。
单桩基础——采⽤⼀根桩（通常为⼤直径桩）以承受和传递上部结构（通常为柱）荷载的独⽴基础。
群桩基础——由2根以上基桩组成的桩基础。
基桩——群桩基础中的单桩。
复合桩基——由桩和承台底地基⼟共同承担荷载的桩基。
复合基桩——包含承台底⼟阻⼒的基桩。
单桩竖向极限承载⼒——单柱在竖向荷载作⽤下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的荷载。
它取决于⼟对桩的⽀承阻⼒和桩⾝材料强度，⼀般由⼟对桩的⽀承阻⼒控制，对于端承桩、超长桩和桩⾝质量有缺陷的桩，可能由桩⾝材料强度控制。
群桩效应——群桩基础受竖向荷载后，由于承台、桩、⼟的相互作⽤使其桩侧阻⼒、桩端阻⼒、沉降等性状发⽣变化⽽与单桩明显不同，承载⼒往往不等于各单桩承载⼒之和，称其为群桩效应。
群桩效应受⼟性、桩距、桩数、桩的长径⽐、桩长与承台宽度⽐、成桩⽅法等多因素的影响⽽变化。
群桩效应系数——⽤以度量构成群桩承载⼒的各个分量因群桩效应⽽降低或提⾼的幅度指标，如侧阻、端阻、承台底⼟阻⼒的群桩效应系数。
桩侧阻⼒群桩效应系数——群桩中的基桩平均极限侧阻与单桩平均极限侧阻之⽐。
桩端阻⼒群桩效应系数——群桩中的基桩平均极限端阻与单桩平均极限端阻之⽐。
桩侧阻端阻综合群桩效应系数——群桩中的基桩平均极限承载⼒与单桩极限承载⼒之⽐。
承台底⼟阻⼒群桩效应系数——群桩承台底平均极限⼟阻⼒与承台底地基⼟极限阻⼒之⽐。
负摩阻⼒——桩⾝周围⼟由于⾃重固结、⾃重湿陷、地⾯附加荷载等原因⽽产⽣⼤于桩⾝的沉降时，⼟对桩侧表⾯所产⽣的向下摩阻⼒。
在桩⾝某⼀深度处的桩⼟位移量相等，该处称为中性点。
中性点是正、负摩阻⼒的分界点。
下拉荷载——对于单桩基础，中性点以上负摩阻⼒的累计值即为下拉荷载。
8.7 群桩的承载力
七、群桩的承载力1.群桩的共作原理(1)群桩基础定义: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。
(2)对列情况的桩基竖向抗压承载力为各单桩竖向抗压承载力之总和。
端承桩一一持力层坚硬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，故群桩中各桩的共作和单桩工作一样；同时，由于桩的变形很小，桩间土基本不承载，单桩竖向承载力为各单桩之和；群桩的降量也与单桩基本相同。
●桩数少于9根(s>6根)的摩擦桩基一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土作一样。
●条形基础下桩不超过两排者。
2.桩的平面布置(1)布置的原则宜使桩基承载力合力点与竖向永久荷载的合力作用点相重合，使各桩受力均匀，在纵横交接处宜布桩，避免布置在墙体洞口下。
(2)要求独立桩基的桩：对称布置：如三桩承台、四桩承台、六桩承台等。
柱下条基及墙下条基：桩可采用一排或多排布置。
整片基础下的桩：采用行列式或交叉式布置。
预制桩:s>3d(d为桩径)灌注桩:s>4d扩底灌注桩:s> 1.5d' （d'为扩底直径)。
(3)桩底进入持力层的深度宜为桩身直径的1～3倍。
嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的末风化、微风化、中风化硬质岩体的最小深度，不宜小于0.5m(4)混凝土强度等级＞C30(预制桩)；＞C20(灌注桩)；＞C40(预应力桩)。
(5)桩的主筋应经计算确定。
最小配筋率＞0.8%(打入式预制桩)；＞0.6%(静压式预制桩)；＞0.2%～0.65%(灌注桩);(6)配筋长度：①受水平荷载和弯矩较大的桩，计算确定。
②桩径大于600 mm的灌注桩，构造钢筋的长度不小于桩长的2/3 。
(7)桩顶嵌入承台的长度不小于50mm。
主筋伸入承台内的锚固长度不小于钢筋直径的30倍（I级钢)和35倍（II级钢III级钢)。
3.群桩中单桩桩顶坚向力(1)轴心受压n——桩数——桩基承台自重和承台上的土自重标准值(KN)(2)偏心受压单桩承受的外力为:一一单桩坚向承载力特征值。
横向荷载群桩效应分析
Total 348 No11 Jan1 ,2003
下几种 : ①单桩的极限平衡法推广于群桩 ; ②工程计算中 常采用的简化方法 ,主要有低桩桩台法和高桩桩台法 (等 效嵌固点法) ; ③群桩效率系数法 ,目前有关群桩效率的 确定主要有根据试验资料分析建立相应的经验公式推求 群桩效率η[ 1 ]和根据理论分析导出群桩效率η[2] 、[3] 2 种 方法以及修正的 P - Y曲线法 。P - Y 曲线法能够综合反 映桩周土的非线性 ,桩的刚度和外荷载性质等 ,目前对单 桩 P - Y曲线研究较多 ,已经趋向成熟 。因此 ,以单桩 P Y曲线为基础 ,找出单 、群桩 P - Y 曲线的关系 ,是解决群 桩计算问题的关键 。
1 试验资料整理
1. 1 试验概况
试验的目的是求各级水平荷载作用下各桩身截面处
的位移和土抗力 ,取得试桩 P - Y 曲线蔟 。本试验在求取
试桩 P - Y曲线中选用了实测桩身应变 ,由桩身应变值再
换算成桩身弯矩值 ,通过对弯矩值 2 次数值微分求得沿
桩身的土反力 P ,用 2 次积分求得沿桩身的位移 Y。采用
美国《钻孔桩基础设计与施工规范》以及德国《大口
的变位相同时 ,后桩受到的土抗力与前桩受到的土
径钻孔灌注桩规范》都规定 ,当沿荷载方向的桩距大于 8D
抗力之比 ;
时 ,不考虑群桩效应 ,按单桩设计 。群桩效应还受到桩数
S —桩距 (m) ;
的影响 ,特别是桩距较小时 ,除相邻的桩之间的相互影响
D —桩径 (m) ;
2. 3 群桩效率经验公式 有了 P - Y曲线后 ,就可通过有限差分法求得沿桩身
任意截面处的内力及变位 。
折减系数变小 。 ②在桩身位移相等的情况下 ,桩距越小 , 折减系数越小 ,随着桩距的加大 ,折减系数越来越大 ,当 桩距达到 8D 时 ,折减系数为 1 。
超长群桩的承载性状分析
超长群桩的承载性状分析超长群桩是指长度超过普通桩的数倍，通常用于大型基础工程，如高层建筑、桥梁等的基础处理。
超长群桩的承载性状分析是非常重要的工作，可以帮助工程师和设计师了解超长群桩的承载能力、变形特性和破坏机制，为工程的安全和稳定提供依据。
本文将从超长群桩的特点、承载性状分析方法和实际工程案例等方面对超长群桩的承载性状分析进行探讨。
一、超长群桩的特点超长群桩相对于普通桩来说，具有以下显著的特点：1. 长度较长：一般情况下，超长群桩的长度要远远超过普通桩，通常为普通桩的数倍甚至十几倍。
2. 承载能力大：由于长度较长，超长群桩的侧摩阻力比普通桩大得多，因此承载能力相对较高。
3. 受力性能复杂：超长群桩在受力性能上具有较为复杂的特点，既受到竖向荷载的作用，又受到横向摩阻力和端阻力的影响。
4. 土体作用范围广：超长群桩的作用范围较宽，能在大范围内传递荷载，适用于大型基础工程。
由于这些特点，超长群桩的承载性状分析需要考虑更多的因素，进行更为复杂的计算和分析。
二、承载性状分析方法1. 静力计算法：静力计算法是最为常用的超长群桩承载性状分析方法之一，根据桩的受力情况，通过传统的静力分析方法计算桩的承载能力和变形特性。
2. 动力计算法：对于超长群桩，由于其受力情况复杂，动力计算法可以更好地考虑土-桩-结构相互作用，通过动力分析方法来研究超长群桩的承载性状。
3. 模型试验法：通过搭建模型和进行试验，可以直接观测超长群桩的承载性状，获取真实的受力情况，对超长群桩进行精确的承载性状分析。
4. 数值分析法：通过有限元分析等数值方法，对超长群桩进行模拟分析，获取桩的受力特性和变形状态。
在进行超长群桩的承载性状分析时，通常会综合运用以上多种方法，以获取更为全面准确的数据和结论。
三、实际工程案例1. 深圳某高层建筑工程在深圳某高层建筑工程中，由于建筑地基土质较差，需要采用超长群桩来进行基础处理。
在设计阶段，工程设计师采用了静力计算法和数值分析法，对超长群桩的承载性状进行了分析。
群桩基础水平承载力影响因素及对策
群桩基础水平承载力影响因素及对策【摘要】：在如今的工业建筑行业中，工程师常常利用群桩结构作为地基机构，因为群桩基础具有很高的刚度以及较强的竖向承载力、水平承载力。
深入分析群桩基础的水平荷载力可知桩基础在横向荷载的作用下，其受力机理和计算模式都有所不同，采用规范法和建模法可对比分析得出群桩基础水平承载力的影响因素，分析了不同的影响因素后，可进一步探讨精确计算水平承载力，研究提升水平承载力的对策。
【关键词】：群桩基础；水平承载力；影响因素1引言随着工业建筑行业的高速发展，涌现出越来越多的工业类大体积建筑，这类建筑对地基的要求很高，一般的浅基础结构难以满足承载力的要求，尤其是在软弱土层区域内建造的工程地基，需要达到更高的承载力标准。
群桩基础具备优异的承载力性能，在实际的工程当中，有很多工程师喜欢利用群桩工艺。
但是群桩工艺会受到诸多因素的影响，因此在一些情况下，群桩基础的水平承载力作为这些因素中的可控部分，起到了重要的作用。
2群桩基础水平承载力影响因素2.1 桩径的变化桩体的直径会直接影响到群桩的基础水平承载力，实验数据表明，采用规范法和建模法对不同的群桩基础进行分析计算，根据所得到的精确计算结果类比分析之后可知，当水平荷载力比较小时，桩径的大小变化对群桩整体水平位移的影响较小，在这种情况下，对水平承载力的影响也比较小，但在群桩所承受的水平荷载力不断增大的情况下，可以发现桩柱的基础水平位移发生了较明显的变化。
当水平荷载力达到特定的荷载力水平时，小幅度减小桩径，会使得水平位移减少。
不管是采用数值分析法还是规范法，在进一步确定水平荷载力的影响力大小时，都能得出相似的结果[1]。
最终结果表明，在实际的工程里，当群桩的线性变化处于承台约束范围之内，桩径越大，桩径水平位移也越小，当群桩的基础承载力超出了承台约束的范围，桩径的大小对水平位移影响不大。
总体呈现出线性分布的规律，随着水平位移的改变，群桩的基础水平承载力也会改变。
横坡段桥梁双桩双柱式结构受力特征与解析模型
第 55 卷第 3 期2024 年 3 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.55 No.3Mar. 2024横坡段桥梁双桩双柱式结构受力特征与解析模型王佳佳，陈效坤，肖莉丽，陈星潮，陈浩，李枝强(长安大学 公路学院，陕西 西安，710000)摘要：山区桥梁基础不可避免地建立在陡坡上，不稳定斜坡变形或破坏将会对上覆桥跨结构安全造成严重威胁，亟需研究高效、可靠的力学模型。
首先，对横坡段桥梁双桩双柱式结构划分不同特征段，分析其受力特性；其次，考虑桩土相互作用和桩顶变形协调关系并引入边界条件，建立适用于横坡段桥梁双桩双柱式结构内力及位移的简化模型；第三，综合考虑P −Δ效应及盖/系梁对桩柱受力影响，引入相邻特征段满足的连续条件(即位移、转角、剪力及弯矩连续)，建立挠曲微分方程并以MATLAB 为平台编制相应计算程序，提出横坡段桥梁双桩双柱式结构基础内力及位移的幂级数解；最后，将模型结果与有限元计算结果对比，验证模型的可靠性。
研究结果表明：本文提出的模型将桥墩与桩基础视为整体，对于多道系梁的结构分析该模型同样适用；模型考虑了横向联系对两桩轴向力和弯矩的分配，可获取横向联系中的横向力；模型不需要假设自由段剪力和迭代计算。
随着剩余下滑力增大，结构各特征段前后桩位移和弯矩明显增加；横向联系对桩基位移及内力进行了重新分配，有较强的约束作用，能够较好地改善前后桩受力与变形情况。
关键词：横坡段桥梁；双桩双柱结构；受力特征；幂级数解；有限元分析中图分类号：U441+.5 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2024）03-1092-15Mechanics characteristics and analytical model of double-pile and double-column structure of bridge on steep transverse slopeWANG Jiajia, CHEN Xiaokun, XIAO Lili, CHEN Xingchao, CHEN Hao, LI Zhiqiang(School of Highway, Chang'an University, Xi'an 710000, China)Abstract: The foundation of bridge in mountain area is inevitably built on steep slope, and the deformation or failure of unstable slope will pose a serious threat to the safety of overlying bridge span, so it is urgent to develop an efficient and reliable mechanical model. Firstly, the double pile and double column structure of the bridge was divided into different characteristic sections, and its mechanical characteristics were analyzed. Secondly,considering the coordination relationship between pile-soil interaction and pile top deformation, and introducing收稿日期： 2023 −07 −10； 修回日期： 2023 −09 −23基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(41907237，41907234)；国家重点研发计划项目(2019YFB1600702，2021YFB1600302) (Projects(41907237, 41907234) supported by the National Natural Science Foundation of China; Projects (2019YFB1600702, 2021YFB1600302) supported by the National Key R&D Program of China)通信作者：肖莉丽，博士，副教授，从事公路岩土工程研究；E-mail ：**************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2024.03.022引用格式： 王佳佳, 陈效坤, 肖莉丽, 等. 横坡段桥梁双桩双柱式结构受力特征与解析模型[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2024, 55(3): 1092−1106.Citation: WANG Jiajia, CHEN Xiaokun, XIAO Lili, et al. Mechanics characteristics and analytical model of double-pile and double-column structure of bridge on steep transverse slope[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2024, 55(3): 1092−1106.第 3 期王佳佳，等：横坡段桥梁双桩双柱式结构受力特征与解析模型boundary conditions, a simplified model for the internal force and displacement of double-pile and double-column structure of bridge on cross slope section was established. Thirdly, considering the influence of P−Δ effect and cap/ tie beam on the force of pile, the continuous conditions (i.e., continuity of displacement, rotation angle, shear force and bending moment) satisfied by adjacent feature sections were introduced, the flexure differential equation was established, and the corresponding calculation program was compiled on the MATLAB platform. The power series solution of the internal force and displacement of the foundation of the double-pile and double-column structure of the bridge on the cross slope section was proposed. Finally, the reliability of the model was verified by comparing the model results with the finite element calculation results. The results show that the proposed model regards pier and pile foundation as a whole, and the model is also applicable to the structural analysis of multi-channel beams.The model takes into account the distribution of axial force and bending moment of the two piles in the transverse connection, and obtains the transverse force in the transverse connection. In addition, the model does not need to assume free section shear forces and iterative calculations. With the increase of residual glide force, the displacement and bending moment of piles in front and back of each characteristic section of the structure increase obviously. The lateral connection redistributes the displacement and internal force of pile foundation and has a strong constraint effect, which can better improve the load and deformation of front and rear piles.Key words: bridge on transverse slope; double pile and double column structure; mechanics characteristic; power series solution; finite element analysis山区高速公路通常采用桥梁来跨越地形障碍，以避免“大填大挖”，减少对生态环境的破坏[1−2]。
桩承载力总结、群桩效应、减沉桩
S＞D
一般大于6d 一般大于6d
> 6d
承载力： R 群 承载力： 沉降： 沉降：
= nR 单
α
l
S群 = S 单
群桩效应系数： 群桩效应系数：
η =1
D = d + 2l ⋅ tan α
（2）承台底面贴地的情况（复合桩基） 承台底面贴地的情况（复合桩基）
复合基桩：桩基在荷载作用下， 复合基桩：桩基在荷载作用下，由桩和 承台底地基土共同承担荷载， 承台底地基土共同承担荷载，构成复合 桩基。 桩基。复合桩基中基桩的承载力含有承 台底的土阻力。称之为复合基桩。 台底的土阻力。称之为复合基桩。 复合基桩 影响因素：桩顶荷载、 、土质、 影响因素：桩顶荷载、l/d、土质、承台 刚度、及桩群的几何特征。 刚度、及桩群的几何特征。
4.3.3 竖向荷载下的群桩效应
问题
单桩承载力加 起来等于群桩 承载力？ 承载力？
群桩基础中桩的极限承载力确定极为复杂，与桩的间距、 群桩基础中桩的极限承载力确定极为复杂，与桩的间距、 土质、桩数、桩径、 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。 素有关。
群桩效应概念： 群桩效应概念：
的影响： 主要影响因素 ③桩距s的影响：→主要影响因素 桩距 的影响 s=3~4d
η ≥1
桩侧土应力叠加，提高侧阻。 桩侧土应力叠加，提高侧阻。 桩端土应力叠加,提高端阻; 桩端土应力叠加,提高端阻;但总 的沉降增加。 的沉降增加。
η p1 桩侧土应力叠加严重， 桩侧土应力叠加严重，桩侧土 下移，降低侧阻。 下移，降低侧阻。 桩端土应力叠加严重,降低端阻; 桩端土应力叠加严重,降低端阻; 总的沉降加剧。 总的沉降加剧。
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随着港口建设事业的发展 ,外海开敞式码头和海上采油平台的不断兴建 ,水平荷载成为其控 制荷载。过去一般通过设置叉桩或半叉桩来承受水平荷载。工程实践表明 ,打斜桩的施工费用 比打直桩的要高出 20 %～22 % ,且桩的抗弯性能也得不到充分发挥。目前 ,国内外对横向承载桩 群的研究资料甚少 ,而工程建设的需要使得对横向承载桩工作性状的研究日趋迫切。由于群桩 的原型试验不仅比单桩困难很多 ,而且所需费用非常高。为了研究在单向循环荷载作用下 ,横向 承载桩 (群) 工作性状、破坏机理、群桩效应、水平力在各桩中的分配规律、桩的 P - Y 曲线等 ,结 合修订《高桩码头》规范 ,我们进行了模拟试验 ,在此基础上进行了分析研究。试验条件 :模型桩 为直径 60mm ,壁厚 317mm ,长 3m(其中入土深度 211m) 的铝合金管 ,弹性模量为 7MPa ,模型土为 中细砂 ,比重 2618kN/ m3 ,重度 18kN/ m3 ,内摩擦角 36°,含水量 5 % ,砂土处于中密偏松状态。加 载方式 :侧向常规循环加载 (每级荷载循环 5 次) ,侧向多次循环加载 (每级荷载循环 50 次) 。
的重迭 ,使桩间土体受到扰动 ,其影响范围随桩距的加大而减小 。由试验分析可知 , 群桩水平
承载力和群桩中“后桩”的 P - Y 曲线 , 随桩距的减小而降低 。当桩距大于 8 倍桩径时 , 接近
于单桩 ,见图 1 ,2 。
桩与桩的相互影响 ,主要通过土介质传递 , 表现为桩侧土反力系数的降低 。桩距愈小 , 桩
(2)
式中 φ( n) 为加载方式影响系数 ,对常规试验φ( n) = 0 ,对单向多循环试验 ,单桩 φ( n) = 01115 ,双
桩 φ( n) = 01062 ,对双向多循环试验 ,φ( n) = 01198e - 015 n ( n 为桩数) 。ηm ,ηm - 1为第 m 根桩前或第
m - 1 根桩前的各桩平均效]计算。
40
岩 土 工 程 学 报
1996 年
体降低较少 ,试验表明 :在每级荷载下 ,随着循环次数的增加 ,水平位移都有所增加。在小荷载作
用下 ,位移增量较小 ,而在较大荷载下 ,位移增量较大。尤其是最初的 10 次循环中 ,位移增量尤
其明显。位移量随循环次数的增加而增加 ,但位移增量相对减小 ,当循环次数达到 40～50 次时 ,
3 横向荷载在群桩中的分配
横向荷载在群桩中如何分配 ,是工程设计中的实际问题 。由于横向承载桩受承台 、桩 、土
相互作用的影响而变得比较复杂 。加之原型试验资料有限 , 对其工作性状和破坏机理尚不很
清楚 ,有关计算方法不够完善 。本文从试验入手 , 进行有关分析 , 提出横向承载桩排中各桩的
承载力的计算方法 。正如前述 ,排桩或荷载作用方向的桩列中的各桩横向承载力是不均匀分
文 摘 本文在调查研究和模型试验的基础上 ,对群桩的工作性状与破坏机理 、单桩与群桩的应 力应变关系进行分析研究 。提出了群桩承载力分配不均匀的效率系数公式和把排桩中“后桩”修 正为单桩计算的土反力折减系数公式 ,并得到工程实例的验证 。 关键词 多循环 ,加载方式 ,承载力效率系数 ,土反力折减系数 。
第 18 卷 第 6 期 1996 年 11 月
岩 土 工 程 学 报
Chinese Journal of Geotechnical Engineering
Vol. 18 No. 6 Nov. , 1996
横向承载群桩性状及承载力研究
谢 耀 峰
(南京交通高等专科学校 ,210018)
配的 。排桩中 ,在荷载方向的前面第一根桩 (即前桩) 的性状与单桩接近 。现定义排桩中各桩
承载力效率系数为排桩中各桩承载力与常规试验单桩承载力之比 。在荷载作用方向第 m 根
桩的承载力效率系数ηm 可按下式计算 :
η1 = 1 - φ( n)
ηm = [ 1 - φ( n) ] [ m ·果η表m2( m - 1)ηm - 1 ] ( m ≥2)
夯实 ,以提高桩侧地基土的水平反力系数 。 (2) 对泥面以下 1 D 之内浇注素混凝土于桩身周围 (套圈) 。桩基受荷时 , 套圈这种混凝土
地坪将与桩基共同作用而分担一部分横向荷载 。 试验结果表明 ,对桩基采取的这些工程措施 ,确能提高桩的横向承载力 。如套圈可使桩的
临界承载力提高 40 % ,极限承载力提高 30 % ,研究结果与文献[1 ]的结果相近 。 218 试验中的桩土特性
2 工作性状
211 受荷方式的影响 在实际工程中 ,桩的受力常常是多种多样的 。一般说来 , 桩在承受横向荷载的同时 , 也承
受垂直荷载 。垂直荷载对桩顶横向承载力的影响 , 主要取决于横向荷载下桩的破坏机理 。对 于桩身强度较高的钢管桩 、预应力钢筋混凝土桩而言 ,由于这类桩在横向荷载作用下的承载能 力往往是由桩的水平位移来控制 ,因而垂直荷载对这类桩的影响一般可以忽略 。而对于桩的 横向承载力以桩身强度进行控制的低标号桩 ,如配筋率较低的灌注桩 ,垂直荷载的影响比较明 显 。此时桩由纯弯状态变为压弯状态 。垂直压载产生的压应力可以抵消很大一部分桩身受弯 的拉应力 ,从而使横向承载力得以提高 ,对于低桩台 ,一般可以提高 20 %～40 %左右 。 212 循环方式的影响
在桩土体系中 ,水平荷载在开始时主要由靠近地表面的土承担 。荷载较小时 ,地基土处于 弹性压缩阶段 ,压力从桩上部传递到较深的土中 。再继续加载 , 土产生塑性屈服 , 且它还将所 受到的荷载传递到更大的深度 。由于桩的刚度影响着桩的挠度 , 因而桩的刚度也成为桩侧向 承载力的一个主要因素 。
桩在土中的刚度 ,已不是桩在无介质情况下的刚度 , 而是在特定荷载大小和比值及桩 、土 的物理 、几何特征下 ,反映桩 - 土共同作用的一个综合刚度[2 ] 。
响也是很小的[1 ]) ,桩前的土体处于半无限体状态 , 与单桩所处的状态相近 , 其分配的水平力
最大 ,且与单桩承载力相近 ,见图 3 。试验结果表明 :前后桩距愈小 , 后桩土反力系数因相互影
响而降低就愈大 ,水平力分配的不均匀性就愈明显 , 见图 2 , 3 , 4 。当桩距由小变大时 , 后桩的
谢耀峰 1 横向承载群桩性状及承载力研究
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置和位移零点的位置下移 , 见表 1 。土 表 1 位移零点
的塑性区向深层发展 , 能充分发展深层 土的抗力 , 从而提高了桩顶固接群桩的 水平承载力 , 减小了水平位移 。模型试 验表明 ,桩泥面处位移为 5mm 与 10mm 时的承载力分别提高为 42 %与 25 % 。
ηm = 1 - 5 [ 1 - (016 - 0125 k) d (013 +012 k) ] (1 - m - 0122)
(3)
式中 k 为桩头固接度 , 桩顶完全嵌固 , k = 1 , 桩顶自由时 k = 0 ; d 为桩间距与桩径之比 , 即
S / D 。用 m 与 ( m - 1) 分别代入式 (3) 中的 m ,即可得ηm 与ηm - 1
在循环荷载作用下 ,当荷载较小 ,桩前土体处于弹性范围时 ,循环对桩土的影响可以忽略 。 当荷载较大 , 土开始产生塑性变形时 , 其影响便不容忽略 。群桩的桩间土受到的扰动较单桩
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岩 土 工 程 学 报
1996 年
大 ,土抗力降低较多 。各级荷载下 ,最大位移往往发生在施加循环的前 10 次 ,水平位移增量均 随着循环次数的增加而减小 ,最大弯矩位置下移 ,但桩身弯矩仍有所增加 。由于试验用砂的状 态 ,处于中密偏松 ,当受到扰动后 ,又以更加密实的形式排列 , 表现为硬化特征 , 侧向土压力相 对得到提高 ,桩的侧向位移相对减少 。试验结束时 ,泥面处桩前部留下的砂坑亦可表明桩前土 体的密度已得到提高 。
位移趋于稳定。常规试验仅循环 5 次 ,单向多循环试验为 50 次 ,两者比较 ,常规试验得出的横向
荷载特征值和地基土反力系数偏高 ,而单向多循环试验使桩周土体受到扰动较大 ,土抗力降低较
多。常规试验与单向多循环试验得出的屈服荷载和极限荷载比较 , 对单桩分别高 1115 %与
1215 % ,对双桩分别高 612 %与 811 %。桩在单向多循环与常规循环下的承载力有如下关系 :
数愈多 ,桩与桩的相互干涉影响愈显著 ,沿荷载方向的影响远大于垂直荷载方向的影响 。
图 1 不同桩距对双桩承载力的影响 图 2 桩距对 P - Y 曲线的影响
214 桩在泥面下深度的影响 由桩身的变形产生土的反力 ,群桩中各桩的土反力 , 前后桩相差较大 , 并发生在泥面下的
浅土层 。前桩的浅层 P - Y 曲线较后桩的要大 , 其受后桩的影响极小 , 与单桩的相近 。这主 要是由于桩的变形和群桩之间土体的塑性区的交叉重迭主要在桩入土的上部发生 。根据分 析 ,群桩泥面以下 ,桩土应力应变互有影响的范围为 x < 10 D ( D 为桩径) 。前桩之前的土体处 于半无限体状态 ,与单桩所处的状态相似 ,故其所受到的侧土抗力接近于单桩 , 而后桩由于其 桩前土体破裂面交叉而导致土棱体的松弛 ,桩所受到的侧土抗力减小 ,使后桩承载力降低 。 215 桩顶嵌固的影响
极限荷载时
最大弯矩 (N·m) 最大弯矩位置 (cm)
位移零点 (cm)
单桩 752198
24 70
双桩
( 铰) ( S = 4 d)
双桩
( 固) ( S = 4 d)
712188 25 68
68153 28 69
790100 24 70
531606 37 82
216 排桩中各桩受力的不均匀性
根据桩身内力的实测结果分析 ,水平力在桩群中的分配是不均匀的 。这是由于桩土间的