群桩基础沉降计算相关问题研究

王斌

[摘要]桩基础沉降变形与地基土形状、上部建筑结构之间联系紧密，这也使得群桩基础计算成为一个棘手的问题。本文在深入分析群桩基础变形机理基础上，探讨了群桩基础计算的关键性问题，以期能够给实际应用带来参考。

[关键词]群桩基础；沉降计算；应力分析

群桩基础沉降计算的目的是控制桩基沉降变形在合理范围内。在实际应用过程中，桩基沉降计算主要受到三个因素的影响：一是桩基沉降计算影响因素众多，在实际计算过程中会对次要因素进行简化处理；二是线弹性连续介质理论与实际地基存在差异；三是勘察地基土变形参数确定较为模糊。在这些因素的影响下，计算结果难免会出现偏差。因此，研究群桩基础沉降计算方法，提高群桩基础沉降的精确度和可操作性，具有非常重要的实际意义。

1群桩沉降变形的特征

群桩基础沉降变形特征主要表现在两个方面：一是群桩基础沉降变形需要经历一定的时间，一般来说在竣工若干年后才会出现较为明显的沉降。而沉降变形的时间主要与所在地的工程地质情况存在关系，沉降突出变形为固结变形和土体的流变。二是刺入变形，群桩基础所出现的桩身变形是大多数材料的弹性压缩，当出现变形的时候，桩间土体质点向下的位移会非常大。而位移所产生的摩擦阻力会越来越小，甚至有可能产生负摩擦阻力，为了平衡桩基周边土体反力和桩顶的荷载，这个过程中会产生新的沉降量，增加桩土相对位移来增加土反力，在这一系列变化过程中即会发生刺入变形。总的来说，变形过程中，桩上部的摩擦阻力会越来越小，桩下部的摩擦阻力和桩端支撑力不断增加。群桩基础中桩数量很多，布桩密集，桩间土体的反应力会变大，桩上部可能会出现负摩擦阻力。

2群桩沉降变形机理

群桩基础的桩间、压缩变形特性会受到地层土性、桩基础布置形式、桩长等因素的影响，而实际导致的群桩基础变形，主要由桩端平面以下地基土的整体压缩变形和桩间土体的压缩变形所引起。实际群桩基础应用中，若桩长较短则桩端荷载会产生塑性刺入；对于土层较好的非软土地区，桩长较长的群桩基础桩间土的变形压缩则主要来自于自身的弹性压缩；基础承台以下土的竖向压缩所引起的桩基变形，群桩基础的沉降压缩变形则可以由以下公式表示：

3群桩沉降计算方法

本文群桩沉降计算根据叠加原理，在计算出群桩桩端平面下的附加应力的基础上，按分层总和法计算群桩变形沉降。在计算过程中，将分布压力简化为分布于桩轴线的集中力，并以此计算得出土中任一点竖向应力，如下所示：

基于叠加原理的群桩基础沉降计算方法，有四个鲜明的特点：一是在计算群桩基础沉降变形应力的过程中，对于实际群桩基础所受到的“加筋效应”和“遮帘效应”是很难兼顾的，换而言之，在考虑桩与桩相互作用的过程中，只对群桩基础的应力和变形进行叠加，而桩基础自身所带来的影响却被忽视，这样得出的计算结果势必会存在一定的偏差，导致计算值偏大。二是该方法在计算过程中，没有完全考虑到桩直径这一因素，根据上述公式计算可以得出相应的竖向应力系数，但是该系数比实际所受到的桩端应力和桩侧剪应力要高，而且伴随桩长其偏离的程度会越来越大。三是通过此方法计算的过程中，不同桩距、布桩形式、桩长等因素能够在计算中得到反映，能够减少由此所带来的偏差。四是在计算过程中，需要不断进行叠加计算，最终得到的竖向应力过程较为繁琐。

本文所介绍的群桩基础平均竖向应力计算方法，其基本思路是桩端下同一土层平面上的应力分布与布桩的间距联系密切，桩距越来越小则应力分布就会越平均。由此可以认为，群桩基础在实际应用过程中，缩小桩距能够有效平均应力分布，在得出桩端下不同深度土层的平均附加应力，可以采用其他方法得出最终的沉降变形量。群桩基础沉降不是单纯的桩端部土体压缩下移，桩间土的压缩量也不容忽视，在上部荷载的作用下，其沉降量会达到80%以上，如果沉降计算模式中没有兼顾到桩身的压缩沉降这一因素，显然与实际的群桩基础沉降变形情况相悖。以目前所常用的施工工艺，在桩基施工之前土体都进行了很好的处理，尤其是对于长桩、超长桩基础来说，在工作荷载的条件下，所承受的荷载比例相对较小，此时所产生的压缩变形可以认定为桩身的压缩变形。

4结语

本文深入分析探讨群桩基础沉降计算相关问题，得出以下结论：（1）群桩沉降变形会随着时间的推移不断发生变化，与实际的工程地质存在关系，并有刺入变形的发展趋势。（2）群桩基础的桩间、压缩变形特性会受到地层土性、桩基础布置形式、桩长等因素的影响，并用公式计算进行描述。（3）根据叠加原理提出群桩基础的计算思路和公式，将分布压力简化视为分布于桩轴线的集中力，并以此计算得出土中任一点竖向应力。总结出计算过程的优点以及不足之处，在实际应用过程中需要多家考量。