4.3.3竖向荷载作用下的群桩效应4.4-4.5解析

由此可见，桩端处：z群＞z单 则：S群＞S单 若需 S群=S单 必降低R群。 模型及载荷试验表明：
1、桩距增大时，提高；
2、桩距相同时，桩数越多，越低；
3、桩距增大至一定值后，增加不显著；
3．承台底面土对荷载的分担作用
• 低承台群桩基础受荷后是否考虑承台底面土对 荷载的分担作用是桩基础设计中的一个重要问题。 传统的方法认为，荷载全部由桩承担，承台下的 地基土不分担荷载，这种考虑无疑是偏于安全的。 近二十多年来的大量室内研究和现场实测表明，许 多建筑物的低桩承台不同程度地起到分担外荷载的 作用，承载的比例随着桩群的几何特征和承台下土 性的差异而有较大幅度的变化，从百分之十几至百 对于摩擦型桩，除下列情况不能考虑承台下土 体对荷载的分担作用外，均应考虑承台底面土对荷
s
Q Q
s
Q
s
Q Q
h=(s-d)/(2tan )
s
d
d
D (a) (b)
图4－14 端承型 群桩基础
图4-15 摩擦型桩的桩顶荷载通过侧阻 扩散形成的桩端平面压力分布
(a)单桩；(b)群桩
l
• 2．摩擦群桩的工作特点（有两种情况）
（1） 摩擦群桩与端承群桩相反，作用其上的荷载主 要是通过每根桩侧面的摩阻力传布到桩周及桩端的土层中 去。一般假定，桩侧摩阻力在土中引起的附加应力按照一 定的角度沿桩长向下扩散分布，至桩端平面处，压力分布 如图4-15中的阴影部分所示。 当桩数少n＜4根），桩距Sa较大时，例如Sa ＞6d（d 为桩径），这时群桩中各基桩的工作情况仍和单桩的工作 状况相似，故群桩中基桩的承载力也近似等于单桩承载力 （如前图（a））。
但对于那些建在一般土层上，桩长较短而桩距 较大，或承台外区面积较大的桩基，承台下桩间土 对荷载的分担效应较显著，故应考虑承台底土反力 效应。承台底土抗力的大小和分布形式，随桩距、 桩长、承台刚度等因素而变化。 • 总的规律是： （1）刚性承台底面土反力呈马鞍形分布，随着 桩距的增大，土抗力增加； （2）承台内区（群桩外包络线以内范围）土 抗力显著小于承台外区的土抗力，且内区土反力比 外区土反力较均匀；并当加大桩距时承台内外区土 的反力差明显降低。 故在实际工作中可以通过加大外区和内区的面 积比来提高承台分担荷载的份额。 •
分之五十以上，且承载的比例随桩距的增大而增大。
•
载的分担作用。
• 摩擦型桩下列情况不考虑承台下土体对荷 载的分担作用：
• ①当有经常出现的动力荷载作用时，如铁路 桥梁的桩基； • ②承台下存在可能产生负摩阻力的土层，如 湿陷性黄土、欠固结土、新近填土、高灵敏度软 土及可液化土，或因水位下降而引起地基土与承 台脱开； • ③在饱和软土中沉人密集桩群，引起超静孔 隙水压力和土体隆起，随着时间推移，桩间土逐 渐固结下沉而与承台脱离。
• 群桩效应的基本概念：
群桩在竖向荷载作用下，由于承台、桩、土之 间相互影响和共同作用，群桩的工作性状趋于复杂， 桩群中任一根桩的工作性状都不同于孤立的单桩， 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，即是群桩效应。 • 群桩效应受土性、桩距、桩数、桩的长径比、 桩长与承台宽度比、成桩类型和排列方式等多个因 素的影响而变化。 • 群桩效应可用群桩效率系数η和沉降比ζ表示。
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（2）但当桩距较小， Sa ≤6d，桩数较多（n ≥ 4根）时，桩端处地基中各桩传来的压力就会 相互重叠（图4-15（b）），使得桩端处压力要 比单桩时增大许多，桩端以下压缩土层的厚度也 要比单桩深很多。这样，群桩中各桩的工作状态 就与单桩时截然不同，群桩中的基桩承载力并不 等于单桩单独工作时的承载力，沉降量也大于单 桩的沉降量，这就叫群桩效应。 思考：在桩基中产生群桩效应是有利还是有弊？
4.3.3 竖向荷载作用下的群桩效应
• 实际工程中的桩基础既有一柱一桩形式、也 有一柱多桩的形式，即既有单桩基础，又有由若 干根基桩组成，并在桩顶用承台连接成一个整体 的群桩基础。 群桩中的基桩与前面介绍的独立单桩的工作 性状是否相同？ 群桩的承载力是否等于相应根数的单桩承载 力之和？ 群桩基础的沉降量是否与独立单桩相同？ 什么是群桩效应？ 回答这些问题需要探讨群桩基础在地基中的工 作特点，即承台、桩群、地基土体的共同作用机 理。
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一、 群桩基础工作特点分析
• 群桩基础在外荷载作用下，由于桩基的承载 类型和几何形式不同，其工作特点也不同。 • 1．端承型群桩的工作特点 • 对于端承群桩，由于桩端处持力层为岩层或 坚硬土层，桩端的沉降很小，桩侧摩阻力不易发 挥，上部荷载通过桩身直接传至桩端土层中，桩 端地基土所受压力仅局限于桩底面积范围内，各 桩端的压力彼此相互影响小，如图4-14所示。在 这种情况下，可认为端承群桩中的各基桩的工作 性状与独立单桩相同，因此端承群桩的承载力等 于相应根数的单桩承载力之和，其沉降量也与单 桩沉降量相同。
（2）摩擦型群桩基础
由摩擦桩组成的群桩，桩顶荷载主要通过桩侧摩阻力传布
到桩周和桩端土层中， 在桩端平面处将产生应力重叠。承台 土的反力也传递到承台以下一定范围内的土层中，从而使桩 侧阻力和桩端阻力受到干扰。 除以上一、 2． 摩擦群桩的工作特点（两种情况）之（1） 种摩擦形群桩情况无群桩效应外 。就一般情况下，在常规桩 距 (3~4d) 下，粘性土中的群桩，随着桩数的增加， 群桩效率 系数明显下降，且η <1，同时沉降比迅速增大，ζ 可以从2增 大到10以上；注意：砂土中的挤土桩群，因挤密效应，有可 能出现η>1；而沉降比则除了端承桩ζ=1外，均为ζ>1。
各类型群桩基础特点归纳
（1）端承型群桩基础 由端承桩组成的群桩Fra Baidu bibliotek通过承台分配到各桩桩 顶的荷载，其大部或全部由桩身直接传递到桩端。 通过承台土反力、桩侧摩阻力传递到土层中的应力 较小，桩群中各桩之间，承台、桩、土之间的相互 影响较小，其工作性状与独立单桩相近。因而端承 型群桩的承载力可近似取为各单桩承载力之和，即 群桩效率系数η 、沉降比ζ 可近似取为1。端承型群 桩基础无群桩效应。
群桩效率系数η是指群桩竖向极限承载力Qg与群 桩中所有桩的单桩竖向极限承载力Qi总和之比，即 η =Qg/∑Q i 。 沉降比ζ是指在每根桩承担相同荷载条件下，群桩 沉降量sn与单桩沉降量s之比，即ζ= sn /s。
群桩效率系数η越小、沉降比ζ越大，表示群桩效 应越强，也就意味着群桩承载力越低、沉降越大 群桩效率系数η和沉降比ζ主要取决于桩距和桩数 ，其次与土质和土层构造、桩径、桩的类型及排列方 式等因素有关。