群樁豎向極限承載力

群樁是指多根樁柱共同工作的一種 樁基結(jié)構(gòu)。多用于橋梁和碼頭結(jié)構(gòu)中。群樁在地基土中和在波浪場(chǎng)中，由于樁距、樁數(shù)、樁徑等因素影響，其承載力、沉降和所承受的水平波浪力都 與單樁有所不同。支承群樁的樁頂荷載均由樁直接傳到樁端硬層上，樁間土不參與工作，故群樁的承載力為各單樁承載力之和，其沉降也與單樁接近。摩擦群樁的樁頂荷載一部分由樁傳遞到樁端土層上，另一部分則由樁側(cè)摩擦力承擔(dān)，并通過(guò)樁周土擴(kuò)散到樁端土層上，因此樁端的土中應(yīng)力，群樁較單樁大得多，同時(shí)其傳遞范圍也廣，影響深度也大，所以群樁樁端以下土層產(chǎn)生的壓縮變形也較單樁大得多。通過(guò)試驗(yàn)，規(guī)范規(guī)定的原則是： 對(duì)于樁數(shù)少于9根的摩擦樁以及樁不超過(guò)兩排的條形樁基，可按支承群樁計(jì)算其承載力;對(duì)于樁距小于6倍樁徑，而樁數(shù)超過(guò)9根(含9根)的摩擦群樁，便可將樁與樁間土體一起視為一假想的實(shí)體深基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算其承載力。群樁在波浪場(chǎng)中，由于波浪傳播過(guò)程中的差異，各個(gè)樁所受波浪力極值的出現(xiàn)也有所不同，因此群樁整體所受的最大波浪力也應(yīng)計(jì)及這一相差。另外群樁在波浪場(chǎng)中還產(chǎn)生柱間形成的實(shí)體性及遮簾性的影響和多柱情況下水流分離及渦釋現(xiàn)象。因此規(guī)范規(guī)定：對(duì)于群樁應(yīng)根據(jù)波浪的計(jì)算剖面來(lái)確定同一時(shí)刻各柱體上的水平總波浪力;當(dāng)樁距小于4倍樁徑時(shí)，應(yīng)乘以群樁系數(shù)值。

單樁豎向承載力，是指單樁在外荷載作用下，不喪失穩(wěn)定，不產(chǎn)生過(guò)大變形所能承受的最大荷載。單樁豎向承載力的確定：

(1)對(duì)于一級(jí)建筑物，單樁的豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)靜荷載試驗(yàn)確定。在同一 條件下的試樁數(shù)量，不宜少于總樁數(shù)的1%，并不應(yīng)少于3根。這種確定承載力的方法最為可靠。

1) 載荷試驗(yàn)開始時(shí)間的規(guī)定：

a. 對(duì)于預(yù)制樁：在砂土中入土7d后;粘性土中應(yīng)視土的強(qiáng)度恢復(fù)而定，一般不得少于 15d; 飽和軟粘土不得小于25d。

b. 灌注樁應(yīng)在樁身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值后才能試驗(yàn)。

2) 單樁豎向靜載荷試驗(yàn)要點(diǎn)：

a. 荷載分級(jí)： 每級(jí)荷載值約為單樁承載力設(shè)計(jì)值的1/5～1/8。

b.測(cè)讀樁沉降量的間隔時(shí)間：每級(jí)加載后，隔5、10、15min各測(cè)讀一次，以后每隔15min 讀一次，累計(jì)1h后每隔0.5h讀一次。

c. 穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)： 在每級(jí)荷載作用下，樁的沉降量在每小時(shí)內(nèi)小于0.1mm。

d. 終止加載條件： 當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即可終止加載：

①當(dāng)荷載-沉降 (Q-s) 曲線上有可判定極限承載力的陡降段，且樁頂總沉降量超過(guò) 40mm，見圖1；

②樁頂總沉降量達(dá)到40mm后，繼續(xù)增加二級(jí)或二級(jí)以上荷載仍無(wú)陡降段。如果樁底支 承在堅(jiān)硬巖 (土) 層上，樁的沉降量很小時(shí)，最大加載量應(yīng)不小于設(shè)計(jì)荷載的兩倍。

e.卸載觀測(cè)的規(guī)定：每級(jí)卸載值為加載值的兩倍。卸載后每隔15min測(cè)讀一次，讀兩次 后，隔0.5h再讀一次，即可卸下一級(jí)荷載。全部卸載后，隔3～4h再測(cè)讀一次。

3) 單樁極限承載力的確定方法： 作荷載-沉降 (Q-s) 曲線圖，圖中應(yīng)標(biāo)明試樁的構(gòu) 造尺寸和地質(zhì)剖面以及各層土的物理力學(xué)指標(biāo)。根據(jù)Q-s曲線確定單樁垂直承載力?！兑?guī)范》法： 當(dāng)陡降段明顯時(shí)，采用相應(yīng)于陡降段起點(diǎn)的荷載值為極限荷載；對(duì)于直徑或樁寬在550mm以下的預(yù)制樁，當(dāng)某級(jí)荷載Q_{i 1}作用下，其沉降增量與相應(yīng) 荷載增量的比值(ΔS_{i 1}/ΔQ_{i 1})≥0.1mm/kN時(shí)，取前一級(jí)荷載Q_i為極限荷載。當(dāng)樁頂總沉降量達(dá)到40mm后，繼續(xù)增加二級(jí)或二級(jí)以上荷載仍無(wú)陡降時(shí)，在Q-s曲 線上取樁頂總沉降量s為40mm時(shí)的相應(yīng)荷載作為極限荷載。最后，參加統(tǒng)計(jì)的試樁，當(dāng)滿足其極差不超過(guò)平均值的30%時(shí)，可取其平均值作為單 樁豎向極限承載力。當(dāng)極差超過(guò)時(shí)，應(yīng)查明原因，必要時(shí)宜增加試樁數(shù)。將單樁豎向極限承載力除以安全系數(shù)2，即得單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值R_k，而單樁豎向承 載力設(shè)計(jì)值取R=1.2R_k。2100433B

極限承載力是指結(jié)構(gòu)完全崩潰前所能承受外荷載的最大能力。其大小與以下因素有關(guān)：材料特性：極限強(qiáng)度、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系等；結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的剛度及幾何尺寸：面積、慣矩等；結(jié)構(gòu)所處的狀態(tài)：施工階段、運(yùn)營(yíng)階段等；結(jié)構(gòu)承受的荷載形式：恒載、組合荷載等；荷載的加載路徑。也就是說(shuō)，不同施工方法、不同荷載形式和加載路徑，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)極限承載力不同，即極限承載力不是一個(gè)定值。極限承載力狀態(tài)是指對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載力，出現(xiàn)疲勞破壞或不適應(yīng)于繼續(xù)承載的變形。

群樁豎向極限承載力是指在荷載作用下，各單樁豎向極限承載力的總和。群樁豎向極限承載力與很多因素有關(guān)，如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。

豎向荷載作用下的群樁基礎(chǔ)，由于承臺(tái)、樁、土相互作用，其基樁的承載力和沉降性狀往往與相同地質(zhì)條件下設(shè)置方法相同的單樁有顯著差別，這種現(xiàn)象稱為群樁效應(yīng)。群樁基礎(chǔ)的承載力并不常等于各單樁承載力之和。群樁效應(yīng)具體表現(xiàn)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。例如地震荷載作用下，樁基承受較大的水平荷載， 由于群樁效應(yīng)的影響， 群樁中各樁基的承載力相比單樁要小的多， 并且由于邊緣效應(yīng)和影子效應(yīng)的影響范圍不同， 前排樁(加載方向前的第一排樁基)水平承載力相比其他各排樁是最大的，而其余各排樁水平承載力相比單樁來(lái)說(shuō)下降更多。因此， 想要正確模擬群樁基礎(chǔ)的樁土相互作用，就不能簡(jiǎn)單的認(rèn)為土體對(duì)群樁基礎(chǔ)中各單樁的作用與獨(dú)立的單樁相同。對(duì)于地震荷載作用下的群樁效應(yīng)，很多學(xué)者基于 p- y 曲線進(jìn)行了深入研究，主要涉及到三個(gè)方面：①群樁效應(yīng)的計(jì)算。對(duì)于群樁效應(yīng)的計(jì)算， 大部分的處理方法是將群樁基礎(chǔ)中單樁的 p- y 曲線與獨(dú)立的單樁 p- y 曲線建立某種關(guān)系， 最直接的方法是將單樁的 p- y 曲線乘上某個(gè)修正系數(shù)因子， 得到群樁的 p- y 曲線，考慮此修正系數(shù)因子的方法主要有 y 修正系數(shù)、 P 修正系數(shù)和模數(shù)修正法， 其中又以 P 修正系數(shù)應(yīng)用的最為廣泛；②群樁效應(yīng)對(duì)樁基地震反應(yīng)的影響。Makris 等通過(guò)解析方法分別分析了 1 × 2 群樁基礎(chǔ)在樁頂諧波激勵(lì)(主要為慣性相互作用)和豎直傳播的 S 波激勵(lì)(主要為幾何相互作用)下群樁效應(yīng)對(duì)地震反應(yīng)的影響， 結(jié)果表明， 慣性相互作用下， 群樁效應(yīng)的影響更大。群樁效應(yīng)的影響因素。群樁效應(yīng)受多種因素影響， 包括樁距與樁數(shù)、 樁徑、 土質(zhì)、 樁頂是否嵌固、 荷載作用方式等。對(duì)群樁效應(yīng)和承臺(tái)抗力進(jìn)行了研究， 指出樁基間距是影響群樁效應(yīng)和樁基地震反應(yīng)的最主要因素， 土體類型和密度對(duì)群樁效應(yīng)及群樁地震反應(yīng)基本無(wú)影響 。

極限承載力是指結(jié)構(gòu)完全崩潰前所能承受外荷載的最大能力。其大小與以下因素有關(guān)：材料特性：極限強(qiáng)度、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系等；結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的剛度及幾何尺寸：面積、慣矩等；結(jié)構(gòu)所處的狀態(tài)：施工階段、運(yùn)營(yíng)階段等；結(jié)構(gòu)承受的荷載形式：恒載、組合荷載等；荷載的加載路徑。也就是說(shuō)，不同施工方法、不同荷載形式和加載路徑，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)極限承載力不同，即極限承載力不是一個(gè)定值。極限承載力狀態(tài)是指對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載力，出現(xiàn)疲勞破壞或不適應(yīng)于繼續(xù)承載的變形。群樁豎向極限承載力是指各單樁豎向抗壓承載力的總和，在不考慮群樁效應(yīng)的情況下，群樁豎向極限承載力等于各單樁豎向抗壓承載力之和；考慮群樁效應(yīng)，則小于承載力之和。

單樁豎向抗拔檢測(cè)的現(xiàn)狀并不樂(lè)觀，極限承載力的取得及其重要意義并未真正被廣泛重視；自平衡法的可靠性和優(yōu)越性還處于理想的想象狀態(tài)，“特定”的樣品檢測(cè)，不宜驗(yàn)收應(yīng)用，其他分析推算方法的受限性，不便推廣使用；依公式估算的特征值與實(shí)測(cè)值差異相當(dāng)大；傳統(tǒng)的最直觀、可靠的單樁豎向抗拔靜載試驗(yàn)的重要作用不可替代，其耗時(shí)長(zhǎng)、費(fèi)用高只是誤認(rèn)和“偏見” 。