群樁豎向極限承載力

群樁是指當建築物上部荷載遠遠大於單樁豎向承載力時，由多根樁共同承受上部荷載的樁基結構。群樁豎向極限承載力是指各單樁豎向抗壓承載力的總和，在不考慮群樁效應的情況下，群樁豎向極限承載力等於各單樁豎向抗壓承載力之和；考慮群樁效應，則小於承載力之和。

基本介紹

• 中文名：群樁豎向極限承載力
• 外文名：vertical ultimate load capacity of pile groups
• 學科：土木工程
• 定義：各單樁豎向抗壓承載力的總和
• 有關術語：群樁
• 領域：基礎工程

簡介

極限承載力是指結構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：材料特性：極限強度、應力應變關係等；結構和構件的剛度及幾何尺寸：面積、慣矩等；結構所處的狀態：施工階段、運營階段等；結構承受的荷載形式：恆載、組合荷載等；荷載的載入路徑。也就是說，不同施工方法、不同荷載形式和載入路徑，結構結構極限承載力不同，即極限承載力不是一個定值。極限承載力狀態是指對應於結構或結構構件達到最大承載力，出現疲勞破壞或不適應於繼續承載的變形。

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，如群樁自身的幾何特徵，如承台的設定方式（高、低承台）、樁間距樁長L及樁長與承台寬度比L/Bc、樁的排列形式、樁數；另一個是樁側及樁端的土性及其分布、成樁工藝。

群樁

群樁是指多根樁柱共同工作的一種 樁基結構。多用於橋樑和碼頭結構中。群樁在地基土中和在波浪場中，由於樁距、樁數、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，另一部分則由樁側摩擦力承擔，並通過樁周土擴散到樁端土層上，因此樁端的土中應力，群樁較單樁大得多，同時其傳遞範圍也廣，影響深度也大，所以群樁樁端以下土層產生的壓縮變形也較單樁大得多。通過試驗，規範規定的原則是： 對於樁數少於9根的摩擦樁以及樁不超過兩排的條形樁基，可按支承群樁計算其承載力;對於樁距小於6倍樁徑，而樁數超過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體深基礎來計算其承載力。群樁在波浪場中，由於波浪傳播過程中的差異，各個樁所受波浪力極值的出現也有所不同，因此群樁整體所受的最大波浪力也應計及這一相差。另外群樁在波浪場中還產生柱間形成的實體性及遮簾性的影響和多柱情況下水流分離及渦釋現象。因此規範規定：對於群樁應根據波浪的計算剖面來確定同一時刻各柱體上的水平總波浪力;當樁距小於4倍樁徑時，應乘以群樁係數值。

群樁效應

豎向荷載作用下的群樁基礎，由於承台、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條件下設定方法相同的單樁有顯著差別，這種現象稱為群樁效應。群樁基礎的承載力並不常等於各單樁承載力之和。群樁效應具體表現以下幾個方面：群樁的側阻力、群樁的端阻力、承台土反力、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， 由於群樁效應的影響， 群樁中各樁基的承載力相比單樁要小的多， 並且由於邊緣效應和影子效應的影響範圍不同， 前排樁(載入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，而其餘各排樁水平承載力相比單樁來說下降更多。因此， 想要正確模擬群樁基礎的樁土相互作用，就不能簡單的認為土體對群樁基礎中各單樁的作用與獨立的單樁相同。對於地震荷載作用下的群樁效應，很多學者基於 p- y 曲線進行了深入研究，主要涉及到三個方面：①群樁效應的計算。對於群樁效應的計算， 大部分的處理方法是將群樁基礎中單樁的 p- y 曲線與獨立的單樁 p- y 曲線建立某種關係， 最直接的方法是將單樁的 p- y 曲線乘上某個修正係數因子， 得到群樁的 p- y 曲線，考慮此修正係數因子的方法主要有 y 修正係數、 P 修正係數和模數修正法， 其中又以 P 修正係數套用的最為廣泛；②群樁效應對樁基地震反應的影響。Makris 等通過解析方法分別分析了 1 × 2 群樁基礎在樁頂諧波激勵(主要為慣性相互作用)和豎直傳播的 S 波激勵(主要為幾何相互作用)下群樁效應對地震反應的影響， 結果表明， 慣性相互作用下， 群樁效應的影響更大。群樁效應的影響因素。群樁效應受多種因素影響， 包括樁距與樁數、 樁徑、 土質、 樁頂是否嵌固、 荷載作用方式等。對群樁效應和承台抗力進行了研究， 指出樁基間距是影響群樁效應和樁基地震反應的最主要因素， 土體類型和密度對群樁效應及群樁地震反應基本無影響。

單樁豎向承載力

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

(1)對於一級建築物，單樁的豎向承載力標準值，應通過現場靜荷載試驗確定。在同一 條件下的試樁數量，不宜少於總樁數的1%，並不應少於3根。這種確定承載力的方法最為可靠。

1) 載荷試驗開始時間的規定：

a. 對於預製樁：在砂土中入土7d後;粘性土中應視土的強度恢復而定，一般不得少於 15d; 飽和軟粘土不得小於25d。

b. 灌注樁應在樁身混凝土強度達到設計值後才能試驗。

2) 單樁豎向靜載荷試驗要點：

a. 荷載分級： 每級荷載值約為單樁承載力設計值的1/5～1/8。

b.測讀樁沉降量的間隔時間：每級載入後，隔5、10、15min各測讀一次，以後每隔15min 讀一次，累計1h後每隔0.5h讀一次。

c. 穩定標準： 在每級荷載作用下，樁的沉降量在每小時內小於0.1mm。

d. 終止載入條件： 當出現下列情況之一時，即可終止載入：

①當荷載-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 40mm，見圖1；

Q-s曲線例圖

②樁頂總沉降量達到40mm後，繼續增加二級或二級以上荷載仍無陡降段。如果樁底支 承在堅硬岩 (土) 層上，樁的沉降量很小時，最大載入量應不小於設計荷載的兩倍。

e.卸載觀測的規定：每級卸載值為載入值的兩倍。卸載後每隔15min測讀一次，讀兩次 後，隔0.5h再讀一次，即可卸下一級荷載。全部卸載後，隔3～4h再測讀一次。

3) 單樁極限承載力的確定方法： 作荷載-沉降 (Q-s) 曲線圖，圖中應標明試樁的構 造尺寸和地質剖面以及各層土的物理力學指標。根據Q-s曲線確定單樁垂直承載力。《規範》法： 當陡降段明顯時，採用相應於陡降段起點的荷載值為極限荷載；對於直徑或樁寬在550mm以下的預製樁，當某級荷載Q_i+1作用下，其沉降增量與相應 荷載增量的比值(ΔS_i+1/ΔQ_i+1)≥0.1mm/kN時，取前一級荷載Q_i為極限荷載。當樁頂總沉降量達到40mm後，繼續增加二級或二級以上荷載仍無陡降時，在Q-s曲 線上取樁頂總沉降量s為40mm時的相應荷載作為極限荷載。最後，參加統計的試樁，當滿足其極差不超過平均值的30%時，可取其平均值作為單 樁豎向極限承載力。當極差超過時，應查明原因，必要時宜增加試樁數。將單樁豎向極限承載力除以安全係數2，即得單樁豎向承載力標準值R_k，而單樁豎向承 載力設計值取R=1.2R_k。