簡介
群樁基礎的極限承載力,由於承台、樁、土的相互作用要比單樁複雜得多。目前,用於計算群樁極限承載力的方法主要有以下幾種:
1)以單樁極限承載力作為參數的群樁效率係數法;
2)以土強度為參數的極限平衡理論計算法;
3)以樁側阻力、端阻力為參數的經驗計算法;
4)考慮承台、樁、土相互作用的分項群樁效應係數法。
方法1比較簡單直接,關鍵是準確合理地確定群樁效率係數Z,然而樁基的群樁效應的影響因素很多,而且複雜,難以通過承台— 樁— 土相互作用分析的理論方法求解。因而,《建築樁基技術規範》採用方法4,通過試驗手段,根據大量測試結果,經統計分析,以不同的群樁效應係數值來共同反映群樁效率。目前,在我國的建築工程中,一般認為Z可以大於1,也可以小於1,但其值與1比較接近。基於此, 我國《建築地基基礎設計規範》]則不考慮群樁效應,認為群樁承載力等於各單樁承載力之和或把群樁視為實體深基礎時相應的樁端土承載力。
樁基礎是高層建築中最常用的結構形式, 特別沿海地區, 在軟土地基上的建築廣泛使用樁基礎。樁基基礎經常以群樁的形式出現, 即使是單樁單柱結構, 就整個建築物而言也是群樁的一部分。群樁基礎由於承台、樁、土之間的相互作用, 其沉降變形遠比單樁複雜。
儘管單樁與群樁的差別已經有許多研究及不少相應的公式, 但使用不便, 且誤差很大, 因此對其進一步的研究並進行簡化是很有必要的 。
效率係數
經典的群樁效率係數計算必須服從彈性力學假定, 一般的做法是基於兩根樁豎向位移的相互影響(如用Mindlin 解來分析), 採用疊加原理推廣至群樁的沉降計算, 由於其解複雜, 結果均以圖解形式出現, 無顯式解, 因而對分析帶來困難, 而且與試驗結果相比, 計算結果偏差較大，從另外的途徑來推導群樁沉降的效率係數。根據推導,在樁使用荷載下, 樁周土、樁底持力層基本線性態時，
S =Q/ Ke (1)
Ke = η11b1EA (2)
η11 = k 1 +b1EAth(b1 L) b1EA +k 1 +th(b1 L) (3)
b1 = λ1/ EA (4)
Ke 為Q -S 曲線段的初始斜率理論值, k1 為樁端持力層彈性係數, λ1 為樁周土與樁之間的抗剪剛度係數。
在群樁體系下, 必須考慮其他相鄰樁對本樁的影響。不同於傳遞函式以及相互影響係數, 這裡以形狀函式考慮相鄰樁的影響 。
算 例
作為例子, 引用一個試驗數據:粉土中模型, 鑽孔灌注樁, 樁徑d =250 mm , L/ d =18 ,樁間距L =3 d , 以2 ×2 正方形布樁, 實測單樁沉降為3 .2 mm , 群樁承台沉降為5 .4 mm(均以設計荷載時取值)。從式(14)可知群樁與單樁的沉降比:
R s = 1 +2αlnL/ R 1lnR 0/ R 1+αln 2 L/ R 1ln R 0/ R 1(15)
將各項數據代入得R s =1 .602 , 而實測群樁沉降比為R s =1 .688, 兩者十分接近。
對於2 ×3 、3 ×3 等更多樁數時得群樁效率係數這裡不再一一列出, 讀者可自行推導或編一簡單程式即可 。
結 論
通過對樁基在豎向載荷作用下沉降模型的簡化, 推導了群樁沉降與單樁沉降間的關係及群樁效率係數。常用的沉降公式形式簡單明了, 各項參數的意義明確, 數值比較的初步結果表明該公式符合實際情況 。
