群樁效應(yīng)

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群樁效應(yīng)(Group Piles effects )在高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)不能不考慮的就是群樁效應(yīng),群樁效應(yīng)就是指群樁基礎(chǔ)受豎向荷載后,由于承臺(tái)、樁、土的相互作用使其樁側(cè)阻力、樁端阻力、沉降等性狀發(fā)生變化而與單樁明顯不同,承載力往往不等于各單樁承載力之和這一現(xiàn)象。
中文名
群樁效應(yīng)
外文名
Group Piles effects 
因    素
群樁自身的幾何特征
學(xué)    科
土木工程
表    現(xiàn)
群樁側(cè)阻力、端阻力、破壞模式等
應(yīng)    用
工程建設(shè)中

群樁效應(yīng)基本信息

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樁效應(yīng)是多根樁受力后通過樁周土體而相互作用引起的與單樁承載力與變形性狀相異的效果。除端承樁基由于樁端面積較小且土(巖)較硬而使各樁引起的應(yīng)力疊加作用較小以外,甚至在諸如群樁承壓、受水平力及抗拔時(shí)均存在群樁效應(yīng)問題。
群樁效應(yīng)主要是由于各樁所引起的地基應(yīng)力的疊加造成的。端承樁樁與樁的相互作用效應(yīng)很小,可忽略不計(jì)。摩擦型樁群樁導(dǎo)致應(yīng)力分布的范圍及強(qiáng)度均較大,應(yīng)力傳遞的深度也將比單樁情況大,因此群樁效應(yīng)明顯。這一原理也適用于群樁抗拔等情況。 [1] 

群樁效應(yīng)影響因素

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影響群樁效應(yīng)的主要因素有兩個(gè):一個(gè)是群樁自身的幾何特征,如承臺(tái)的設(shè)置方式(高、低承臺(tái))、樁間距樁長(zhǎng)L及樁長(zhǎng)與承臺(tái)寬度比L/Bc、樁的排列形式、樁數(shù);另一個(gè)是樁側(cè)及樁端的土性及其分布、成樁工藝。 [1] 

群樁效應(yīng)具體表現(xiàn)

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群樁效應(yīng)具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:群樁的側(cè)阻力、群樁的端阻力、承臺(tái)土反力、樁頂荷載分布、群樁的破壞模式、群樁的沉降及其隨荷載的變化。
群樁抗側(cè)摩阻力
樁側(cè)摩阻力只有在樁土間產(chǎn)生一定相對(duì)λ移的條件下才能充分發(fā)揮出來,并受到樁距、承臺(tái)、樁長(zhǎng)與承臺(tái)寬度比、土性等因素的影響。 [1] 
群樁的樁端阻力
一般情況下樁端阻力隨樁距減少而增大,同時(shí)也受到承臺(tái)、土性與成樁工藝的影響。 [1] 
群樁樁頂荷載的分配
剛性承臺(tái)群樁的樁頂荷載分配的規(guī)律一般是中心樁最小,角樁最大,邊樁次之,其受到樁距、樁數(shù)、承臺(tái)與上部結(jié)構(gòu)綜合剛度、土性的影響。 [1] 
群樁沉降
由于相鄰樁應(yīng)力的重疊導(dǎo)致樁端平面以下的應(yīng)力水平提高和壓縮層加深,因而群樁的沉降量和延續(xù)時(shí)間往往大于單樁,其受到樁數(shù)、樁距和長(zhǎng)徑比的影響。 [1] 
群樁的破壞模式
群樁的破壞模式分為樁群側(cè)阻力的破壞和樁群端阻力的破壞,
  a)樁群側(cè)阻礙力的破壞分為樁土整體破壞和非整體破壞。整體破壞是指樁、土形成整體,如同實(shí)體基礎(chǔ)那樣工作,破壞面受生了樁群外Χ。非整體破壞是指各樁的樁土之間產(chǎn)生相對(duì)λ移,破壞面發(fā)生于各樁側(cè)面。
  b)樁端阻力的破壞可分為整體剪切、局部剪切、沖剪三種模式。 [1] 

群樁效應(yīng)相關(guān)名詞

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群樁基礎(chǔ)——由基樁和連接于樁頂?shù)某信_(tái)共同組成。若樁身全部埋于土中,承臺(tái)底面與土體接觸,則稱為低承臺(tái)樁基;若樁身上部露出地面而承臺(tái)底位于地面以上,則稱為高承臺(tái)樁基。建筑樁基通常為低承臺(tái)樁基礎(chǔ)。
單樁基礎(chǔ)——采用一根樁(通常為大直徑樁)以承受和傳遞上部結(jié)構(gòu)(通常為柱)荷載的獨(dú)立基礎(chǔ)。
群樁基礎(chǔ)——由2根以上基樁組成的樁基礎(chǔ)。
基樁——群樁基礎(chǔ)中的單樁。
復(fù)合樁基——由樁和承臺(tái)底地基土共同承擔(dān)荷載的樁基。
復(fù)合基樁——包含承臺(tái)底土阻力的基樁。
單樁豎向極限承載力——單樁在豎向荷載作用下到達(dá)破壞狀態(tài)前或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的最大荷載。它取決于土對(duì)樁的支承阻力和樁身材料強(qiáng)度,一般由土對(duì)樁的支承阻力控制,對(duì)于端承樁、超長(zhǎng)樁和樁身質(zhì)量有缺陷的樁,可能由樁身材料強(qiáng)度控制。
群樁效應(yīng)——群樁基礎(chǔ)受豎向荷載后,由于承臺(tái)、樁、土的相互作用使其樁側(cè)阻力、樁端阻力、沉降等性狀發(fā)生變化而與單樁明顯不同,承載力往往不等于各單樁承載力之和,稱其為群樁效應(yīng)。群樁效應(yīng)受土性、樁距、樁數(shù)、樁的長(zhǎng)徑比、樁長(zhǎng)與承臺(tái)寬度比、成樁方法等多因素的影響而變化。
群樁效應(yīng)系數(shù)——用以度量構(gòu)成群樁承載力的各個(gè)分量因群樁效應(yīng)而降低或提高的幅度指標(biāo),如側(cè)阻、端阻、承臺(tái)底土阻力的群樁效應(yīng)系數(shù)。
樁側(cè)阻力群樁效應(yīng)系數(shù)——群樁中的基樁平均極限側(cè)阻與單樁平均極限側(cè)阻之比。
樁端阻力群樁效應(yīng)系數(shù)——群樁中的基樁平均極限端阻與單樁平均極限端阻之比。
樁側(cè)阻端阻綜合群樁效應(yīng)系數(shù)——群樁中的基樁平均極限承載力與單樁極限承載力之比。
承臺(tái)底土阻力群樁效應(yīng)系數(shù)——群樁承臺(tái)底平均極限土阻力與承臺(tái)底地基土極限阻力之比。
負(fù)摩阻力——樁身周圍土由于自重固結(jié)、自重濕陷、地面附加荷載等原因而產(chǎn)生大于樁身的沉降時(shí),土對(duì)樁側(cè)表面所產(chǎn)生的向下摩阻力。在樁身某一深度處的樁土位移量相等,該處稱為中性點(diǎn)。中性點(diǎn)是正、負(fù)摩阻力的分界點(diǎn)。
下拉荷載——對(duì)于單樁基礎(chǔ),中性點(diǎn)以上負(fù)摩阻力的累計(jì)值即為下拉荷載。對(duì)于群樁基礎(chǔ)中的基樁,尚需考慮負(fù)摩阻力的群樁效應(yīng),即其下拉荷載尚應(yīng)將單樁下拉荷載乘以相應(yīng)的負(fù)摩阻力群樁效應(yīng)系數(shù)予以折減。
閉塞效應(yīng)——開口管樁沉入過程,樁端土一部分被擠向外圍,一部分涌入管內(nèi)形成“土塞”。土塞受到管壁摩阻力作用將產(chǎn)生一定壓縮,土塞高度及其閉塞程度與土性、管徑、壁厚及進(jìn)入持力層的深度等諸多因素有關(guān)。閉塞程度直接影響端阻發(fā)揮與破壞性狀及樁的承載力。稱此為“閉塞效應(yīng)”。 [2] 
參考資料
  • 1.    張寧川,俞聿修. 不規(guī)則波作用下的群樁效應(yīng)[J]. 海洋通報(bào),1993,(03):95-101.
  • 2.    赫中營(yíng),葉愛君. 群樁效應(yīng)對(duì)砂土地基中高樁承臺(tái)群樁基礎(chǔ)抗震性能的影響[J]. 土木工程學(xué)報(bào),2014,(01):117-126.
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