土力学与地基基础中的群桩效应及承载力优势

大多数情况，桩成群出现在桩基础中，承台浇注在群桩上（图8.23），一般情况承台与地基土接触，称其为低桩承台或贴地承台，但在近海石油平台的结构中，承台可能在地面以上。前面两节讨论了单桩的承载力，而群桩承载力的确定是一个极其复杂的问题，至今还没有完全弄清楚群桩间的相互影响以及承台承担的竖向荷载。当桩设置得很近时（实际工程中，桩轴心的间距s最小值为2.5d），由于桩侧摩阻力的扩散作用，各桩在桩侧和桩端平面产生的应力重叠，参见图8.24，一方面桩间土向下的位移变大，桩土相对位移变小，影响了侧阻力的发挥；另一方面，增大桩端以下土层的压缩量，使群桩的承载力小于单桩承载力之和，同时群桩沉降量也可能大于单桩的，这就是群桩效应。

图8.23　群桩和承台基础

图8.24　群桩效应

群桩承载力效率可定义为：

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式中　η——群桩效率；

Qg(u)——群桩极限承载力（kN）；

Qu——无群桩效应的单桩极限承载力（kN）。

在砂土中，根据室内试验和工程检测结果，可能η>1，这是因为打桩作业中，桩周土被挤密实。因此对砂土中的打入桩，当s≥3d时，Qg(u)可能等于，包括单桩的桩侧阻力和桩端端阻力；对沙土中的钻孔灌注桩，按常用桩距布置（即s≈3d）的群桩，Qg(u)可取(2/3～3/4)；在黏土中，按常用桩距布置，桩侧阻力往往降低，而桩端端阻力又可能因桩端土中应力的变大而增加。

以上是摩擦型桩的情况，至于端承型桩，由于桩侧阻力可以忽略不计，在坚硬的持力层中（特别是嵌岩桩）各桩的端承力彼此不受影响，故，这种情况下，桩的最小中心距等于s＝d+300mm。

低桩承台相当于浅基础，其底部地基土的承载力分布在承台的净底面积上，即分布在承台底面积减去群桩的总截面积上。由于群桩效应，净底面积上地基土的承载力要比无桩浅基础的地基承载力小，而且承台内区（桩群外包络线以内范围）显著小于外区。现场实测数据表明，承台底部地基承载力的分布型式随桩距、桩长和承台刚度而变化，因此，应结合地区经验考虑桩、土和承台的共同工作，即考虑净底面积上地基土的承载力对桩群承载力的贡献。但在设计中常因下列原因引起承台和地基土脱空，故忽略承台的贡献：① 土的侵蚀或工程使用期限内的开挖；② 受动力荷载的作用；③ 承台下有欠固结土、可液化土、湿陷性土或高灵敏度软土；④ 饱和软土因打桩产生超孔隙水压力和土体隆起，其后，桩间土固结下沉；⑤ 地下水位下降引起地基土沉降。

为了使设计偏于安全，以下的设计方法没有考虑地基对承台的承载作用。