群桩效应1.doc
(3)桩与群桩
qck Ac Qck = n
承台底平均极限土抗力 ηc = 承台底地基土极限承载 力标准值 ηs γs η p 群桩效应系数 γ p 抗力分项系数 ηc γc
其它情况的群桩效应
水平受力桩 抗拔桩
2 关于承台承载力问题
承台下土发挥的抗力比浅基础低 承台内反力小于外围,双曲线分布 在动力荷载下(铁路桥梁);负摩擦力(地面 下沉);端承桩情况下不考虑承台承载力
Q s 桩侧摩阻力 skin , shaft friction Q p 桩端阻力 端承力 end , po int resis tan ce
摩阻力所需位移很小 端阻力需要较大位移; 不同阶段二者分担比 不同
Q/kN Q Qs Qp S/mm
2 桩侧摩阻力 (1) 摩阻力的分布
S0 S0 Q
qs
qsk.
ps
对于不同的土质( A,B,C,D线),从比贯入阻力 确定极限侧阻力
2,双桥法静力触探
Quk = u ∑ li β if si + αqc A p
α,β:修正系数 qc, fsi :探头的端阻与侧阻
α:粘土,粉土-2/3;饱和砂土-1/2 β:粘土,粉土:
β i = 10.04( f )
剪破坏(桩端虚土及竖向抗拔)
桩身强度:材料屈服(压曲)
单桩竖向承载力的概念
1,桩土间破坏,桩身材料破坏,过大变形 2,极限承载力,承载力设计值
(二)单桩竖直向承载力的方法
1,桩身材料 2,静力载荷试验 拟静力法 Osterberg法 3, 静力触探 4,经验计算法:经验公式
1混凝土强度
R= fc Ap
钻扩桩
钻扩桩
挤扩桩 (支盘桩)
夯扩桩示意图
干硬混凝土
群桩效应对多井隔水导管锤入阻力的影响
文章编号：1000 − 7393(2023)03 − 0269 − 06 DOI: 10.13639/j.odpt.202212012群桩效应对多井隔水导管锤入阻力的影响胡南丁 杨进 王佳康 丁意达中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院引用格式：胡南丁，杨进，王佳康，丁意达. 群桩效应对多井隔水导管锤入阻力的影响［J ］. 石油钻采工艺，2023，45（3）：269-274.摘要：群桩效应使多井隔水导管的锤入阻力增加、从而导致拒锤等复杂事故，严重影响隔水导管安装作业效率。
针对群桩效应影响多井隔水导管锤入阻力的问题，通过单根隔水导管锤入模拟实验，探索了隔水导管锤入对周围土体的影响情况；通过多根隔水导管锤入模拟实验，研究了群桩效应对多根隔水导管锤入阻力的影响规律。
结果表明，随着单桩隔水导管锤入深度的增加，隔水导管周围径向应力呈现先增大后减小的趋势；锤入完成后，随着静置时间的增加径向应力持续上升，静置24 h 后径向应力逐渐趋于稳定。
在粉土层中，随着多井隔水导管水平距离的增加，径向应力增量呈现减小趋势；当水平距离小于3.0 m(4.9倍桩径)时径向应力增量较大，群桩效应显著，而水平距离大于3.0 m 时径向应力增量较小，群桩效应对锤入阻力的影响可忽略。
对比不同位置隔水导管锤击数发现，中心桩隔水导管的锤入阻力为单桩的2.47倍，边桩和角桩的锤击数分别为单桩的1.66倍和1.69倍，多井隔水导管的锤入顺序设计时应将中心桩位置的隔水导管先锤入，避免中心桩在群桩效应的影响下锤入阻力过大而导致的拒锤等情况。
关键词：海上钻井；隔水导管；群桩效应；锤入阻力；贯入度中图分类号：TE52 文献标识码： AInfluence of group pile effect on hammering resistance of multi-well risersHU Nanding, YANG Jin, WANG Jiakang, DING YidaSchool of Safety and Ocean Engineering , China University of Petroleum (Beijing ), Beijing 102249, ChinaCitation: HU Nanding, YANG Jin, WANG Jiakang, DING Yida. Influence of group pile effect on hammering resistance of multi-well risers ［J ］. Oil Drilling & Production Technology, 2023, 45(3): 269-274.Abstract: The group pile effect increases the hammering resistance of multiple well risers, leading to complex issues like repelling hammering, which severely affects the efficiency of installing the risers. To address the impact of the group pile effect on the hammering resistance of multiple well risers, a simulation experiment was conducted using a single well riser to explore its influence on the surrounding soil. In addition, a simulation experiment involving multiple well risers was performed to study the influence of the group pile effect on the hammering resistance of multiple well risers. The results show that with increasing hammering depth of single well riser, the radial stress around the riser initially increases and then decreases. After the hammering is completed, the radial stress continues to rise with the increase of the standing time, and the radial stress gradually stabilizes after standing for 24 h. In the silt layer,with the increase of the horizontal distance of the multi-well risers, the radial stress increment shows a decreasing trend. When the horizontal distance is less than 3.0 meters (4.9 times the pile diameter), there is a significant increase in the radial stress increment due to a prominent group pile effect. However, when the horizontal distance exceeds 3.0 meters, the increment of radial stress is relatively small,and the impact of the group pile effect on the hammering resistance can be ignored. Comparing the number of hammer strikes at different基金项目: 国家重点研发计划 (编号：2022YFC2806100)；国家自然科学基金企业创新发展联合基金重点支持项目(编号：U22B20126)。
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 。
桩承载力总结、群桩效应、减沉桩精编版
取决于两个方面： 桩身材料强度 地层支承力
极限承载力： Qu Qsu Qbu
承载力特征值： Ra Qu / K Qsu / K s Qbu / K p 安全系数K=2
单桩竖向承载力总结 单桩竖向承载力特征值确定方法: 静载荷试验 按土的抗剪强度指标确定 按经验公式确定
①一级建筑桩基应采用现场静载荷试验，并结合静力触探、 标准贯入试验等原位测试方法综合确定；
②二级建筑桩基应根据静力触探、标准贯入试验、经验参数 等估算，并参照地质条件相同的试桩资料综合确定。无可参 照的试桩资料或地质条件复杂时，应由现场静载荷试验确定；
③三级建筑桩基，如无原位测试资料，可利用承载力经验公 式。
1. 静载荷试验
获得单桩承载力最可靠的方法
主梁
千斤顶 百分表
次梁
锚筋 锚桩
基准柱
2. 按土的抗剪强度指标确定
公式： Qu up cai li cu Nc Ap
3. 按经验公式确定 见《地基基础规范》、《桩基规范》规定。
《地基基础规范》规定
《地基基础规范》指出：单桩竖向承载力特征值的确定应符合 下列规定：
公式： Quk Qsk Qpk up si qsik lsi pq pk Ap
（3）嵌岩桩
嵌岩单桩的极限承载力标准值Quk 是由桩周土总侧阻力 Qsk 、嵌
岩段总侧阻力 Qrk和总端阻力Q pk 三部分组成。
公式：
Quk Qsk Qrk Qpk up si qsik li upr frc hr p frc Ap
补充： 按静力触探法确定
公式： Quk aqc Ap up lii fai
式中：qc 桩端平面上、下探头阻力（KPa），取桩端平面以上4d范围内
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。
群桩基础的竖向承载能力及群桩效应的三维数值计算
（） ２
对于局部 非 协调 网格 ， 位移 列 阵 ｕ中 只包 含基 本变 量 集， 因此在将包 含从 变量 的单 元刚度 矩 阵、 单元荷 载列 阵经 过转换叠加到总体刚度矩 阵和 总体荷 载列阵 中得 到 ： 某单 设 元 ｉ的位移列 阵为 Ｍ＝ ｛ “ ， “ 皿， Ⅱ ， Ａ， Ａ， ｝ｎ为单元
收稿日期： ｌ一 － ２ １ ４２ ｏ Ｄ ８
作者简介 ： 王凤恩 ， ， 男 辽宁朝 阳人 ， 主要从事水和工程 咨询、 设计工作 。
３ ６
图 １ 计算模型（ ４ ４ｘ ）
式 中
—— 整体劲度 矩 阵；—— 位 移列阵 ； “ —— 荷载
列阵 。
＝
∑ 一 ．
，＝∑ 一 ．
得结果与《 规范》 中统计结果进行 了比较 ， 了计算 的合理 验证
性， 为模 型试验提供 了理论依据 。
１ 桩 一土 相 互 作 用 的 数值 模 拟
数 。所建计算模 型 １ ６根 （ ４×４ 桩情 况见 图 １ 桩及 其 周 围 ） ，
土局 部加 密见图 ２ 。
岩土工程的数值分析用于桩基 的承载特性分析 从 ２ ０世
２ 有限元计算模型及计算参数选取 ：
计 算 模 型 一 ： 台采 用 矩 形 承 台 ， 中 心 距 承 台 边 缘 距 承 桩
果在其他地方未必能用 。采用有 限元数值模 拟 ， 够方便 的 能
改变桩径 、 桩长 、 桩距及 土体 的物理 参数 ， 具有缩短 研究 时间
等优点 ， 因此数值模拟方法 已经渐渐成 为分析基桩 的有效方 法 。 目前 的有 限元计算多采用 常规 完全协调 网格 ， 这种 网格 在对桩及距桩较 近的 土体加 密时 ， 精度 要求 不高 ， 并且 对距
【最新精选】群桩的定义
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最大荷载。
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。
对于群桩基础中的基桩，尚需考虑负摩阻力的群桩效应，即其下拉荷载尚应将单桩下拉荷载乘以相应的负摩阻力群桩效应系数予以折减。
浅谈桩基设计中的群桩效应
浅谈桩基设计中的群桩效应其承台底面土、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。
非整体破坏是指各桩的桩土之间产生相对移，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不排水抗剪强度，kPa；Pu——桩尖处土层的单，kPa：a，b——群桩外的长度和宽度，m：l——自承台底面算起的桩有效长度.m。
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群桩效应（Group Piles effects ）在高层建筑基础设计时不能不考虑的就是群桩效应，群桩效应就是指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这一现象。
影响群桩效应的主要因素有两个：一个是群桩自身的几何特征，如承台的设置方式（高、低承台）、桩间距桩长L及桩长与承台宽度比L/Bc、桩的排列形式、桩数；另一个是桩侧及桩端的土性及其分布、成桩工艺。
群桩效应具体反映在以下几个方面：群桩的侧阻力、群桩的端阻力、承台土反力、桩顶荷载分布、群桩的破坏模式、群桩的沉降及其随荷载的变化。
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最大荷载。
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。
对于群桩基础中的基桩，尚需考虑负摩阻力的群桩效应，即其下拉荷载尚应将单桩下拉荷载乘以相应的负摩阻力群桩效应系数予以折减。
闭塞效应——开口管桩沉入过程，桩端土一部分被挤向外围，一部分涌入管内形成“土塞”。
土塞受到管壁摩阻力作用将产生一定压缩，土塞高度及其闭塞程度与土性、管径、壁厚及进入持力层的深度等诸多因素有关。
闭塞程度直接影响端阻发挥与破坏性状及桩的承载力。
称此为“闭塞效应”。