4.3.3竖向荷载作用下的群桩效应4.4-4.5解析
48页1、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。,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。,一、 群桩基础工作特点分析,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
2、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n4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)。,(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?,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、
3、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和沉降比表示。,群桩效率系数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=Qg/Q i 。 沉降比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= sn /s。 群桩效率系数越小、沉降比越大,表示群桩效应越强,也就意味着群桩承载力越低、沉降越大 群桩效率系数和沉降比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。,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,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、沉降比可近似取为1。端承型群桩基础无群桩效应。,(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
4、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(34d)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1;而沉降比则除了端承桩=1外,均为1。,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,从百分之十几至百分之五十以上,且承载的比例随桩距的增大而增大。 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载的分担作用。,摩擦型桩下列情况不考虑承
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