超长群桩的承载性状分析

程涛 陈凡

摘要：超长群桩的工作性能较为复杂，分析了群桩有效桩长定义，对主要包括：桩土刚度比、桩径、桩间距及桩顶荷载等影响群桩有效桩长的因素进行了分析。对超长群桩的承载特性进行了分析，研究了侧阻力变化规律、桩端阻力、承台分担荷载;对不同群桩效应系数方法的适用性以及特点进行了研究，这对超长群桩的合理设计、理论研究有着重要意义。

关键词：群桩;有效桩长;承载性状;群桩效应

1、前言

超长群桩作为桩基的一种主要形式，其受力变形特性的研究一直受到人们的重视。随着对超长群桩理论、试验研究的不断深入，其承载特性正逐渐为学术界和工程界所清晰地认识。然而，由于桩-土及桩-桩相互作用极其复杂，目前的试验加载设备水平亦相当有限，这使得要全面认识清楚超长桩的工作机理具有一定的难度。因此众多学者通过试验研究了超长群桩的荷载传递性状及承载变形特性，并获得了许多具有重要价值的试验数据，从而为一定地质条件下超长桩的设计提供了一定的参考。到目前为止，人们仍尚不十分清楚超长群桩的荷载传递特性及其影响因素，因此对超长群桩承载性状的深入研究是势在必行的。

2、群桩有效桩长分析

相对于单桩基础，群桩基础的承载机理与荷载传递显然更为复杂。除需考虑荷载的竖向传递之外，承台与桩基之间、各单桩之间均存在相互作用，且对群桩的沉降产生影响，群桩的沉降变形性状是桩、承台、地基土之间相互影响的综合结果。超长单桩的有效桩长确定方法归纳起来主要有极限承载力控制法、桩顶沉降控制法及基桩刚度控制法等几种。超长群桩也存在有效桩长问题，其定义也类似于单桩有效桩长。确定群桩有效桩长比确定单桩有效桩长更复杂[1-2]，影响群桩有效桩长的因素主要包括：桩顶荷载、桩土刚度比 Ep/Es（Es为桩周土体的侧限压缩模量）、桩径d、桩间距s及桩顶荷载p等。

3、超长群桩承载特性

超长大直径群桩，由承台传递给桩顶的荷载主要通过桩侧摩阻力传给桩周十和桩端土层，小部分由桩端传递，在常用桩距的情况下将产生应力重叠，由此群桩效应使得桩群中任一根基桩的工作性状较之于独立单桩而明显不同。群桩竖向承载力将不等于各单桩竖向承载力之和;群桩中的平均单桩承载力不等于单独一根桩的单桩承载力。群桩地基中，侧阻、端阻、承台反力、桩顶反力等都随着群桩的桩距、桩数、桩长、承台宽度等变化而呈现出一定的变化规律。

3.1侧阻力变化规律

由于应力的叠加，群桩侧阻极限值较单桩有所减小，但群桩中桩的侧阻较单桩早发挥出来。群桩中单桩桩身上部的侧阻由于承台的存在而受到一定的限制，低承台限制了群桩中桩的上部桩土相对位移，从而使桩上端的侧阻力发挥值有所降低，即承台对侧阻力的“削弱作用”使得桩上段的侧阻力减小。与单桩相同的是桩侧摩阻力的分布基本上是集中在桩的中下部，但群桩中单桩的桩侧摩阻力的集中分布位置较孤立的单桩更低一些。桩侧摩阻力只有在桩间土产生一定相对位移的条件下才能充分发挥出来，主要因素有：桩间距的变化、承台的影响、桩长与承台宽度比的影响、土性的影响。

3.2群桩桩端阻力

影响桩端阻力的主要因素有：穿过土层及持力层的特性、桩的成桩方法、进入持力层深度、桩的尺寸等。在桩顶竖向荷载下，超长群桩的桩身轴力沿深度逐渐递减，桩端处轴力最小，甚至接近于0。

3.3承臺分担荷载

承台土反力主要是由于桩端产生贯入变形，桩土间产生相对位移而产生。桩身弹性压缩也引起少量桩土相对位移而出现一部分承台土反力。承台土反力的大小及其分担荷载的作用随下列因素而变化：桩端持力层性质、承台底土层性质、桩距大小等。

4、群桩效应系数分析

群桩基础在竖向荷载作用下，群桩各基桩、承台、地基土相互作用，使得承载力、沉降、端阻力、桩侧摩阻力等的性状发生变化不同于单桩，这种桩-土-承台共同作用的结果称为群桩效应。群桩效应系数与群桩的桩距、桩数、各桩的布置、桩的入土深度和土的性质等有关。群桩效应主要表现在以下几方面：群桩的侧阻力、群桩的端阻力、承台土反力、桩顶荷载分布、群桩沉降及其随荷载的变化、群桩的破坏模式等。制约群桩效应的主要因素，一是群桩自身的几何特征，包括承台的设置方式（高或低承台）、桩距、桩长及桩长与承台宽度比、桩的排列形式、桩数;二是桩侧与桩端的土性、土层分布和成桩工艺（挤土或非挤土）等。目前，确定群桩效应系数主要有以下几种方法[3] ：（1）考虑群桩实体基础周边长的方法;（2）Seiler-Keeney群桩效应系数公式;（3）Converse-Labrre群桩效应系数公式;（4）考虑应力叠加的群桩效应系数公式;（5）考虑承台、桩、土相互作用分项群桩效应系数计算方法;

5、总结

（1）分析了群桩有效桩长定义，对主要包括：桩土刚度比、桩径、桩间距及桩顶荷载等影响群桩有效桩长的因素进行了分析，桩顶荷载大小是影响群桩有效桩长重要控制因素。

（2）对超长群桩的承载特性进行了分析，研究了侧阻力变化规律、桩端阻力、承台分担荷载。

（3）对不同群桩效应系数方法的适用性以及特点进行了研究，这对超长群桩的合理设计、理论研究有着重要意义。

参考文献：

[1] 杨明辉，单华峰，张小威.深厚软土区超长群桩有效桩长确定方法[J].中国公路学报，2013，26（1）：106-112.

[2] 汤斌，王巍，程涛，等.湛江组结构性黏土桩基群桩效应[J].桂林理工大学学报，2017，37（3）：525-530.

[3] 汤斌，程涛，沈建华，等.湛江组结构性黏土中群桩竖向承载性状试验研究[J].武汉理工大学学报，2015，37（7）：69-73.

（作者单位：武汉光谷联合集团有限公司）