群桩工作性状与单桩明显不同，群桩效应及破坏模式

在受到竖向荷载作用时，群桩的工作性状与单独工作的单桩明显不同，而端承型群桩的工作性状与摩擦型群桩也有明显差异，现分别进行介绍。

（一）端承型群桩

当基桩为端承型桩，群桩基础受荷载时，通过承台分配到各桩顶的荷载大部分或全部由桩身直接传递到桩端，由于桩端持力层较刚硬，压缩性低，各桩的贯入变形小，即桩基沉降量小，承台底土反力也较小，此时可以不考虑承台分担荷载的作用。

由于大部分或全部靠桩端阻力的发挥来提供桩承载力，桩侧阻力的发挥值很小，即通过桩侧摩阻力传递到土层中的应力不大，桩群中各桩的相互影响也较小，应力重叠只发生在持力层深部，即桩端以下深度大于t处，如图4-19所示。因持力层坚硬，由应力重叠产生的附加变形并不明显，可以认为，此时各桩的工作性状与单独工作时的单桩相似，在桩端持力层下无软弱下卧层时，端承型群桩的承载力可近似地取各单桩承载力之和，即

图4-19　端承型桩

式中：n——群桩中的桩数；

Qu、Pu——分别为单桩及群桩的极限承载力（kN）；

η——群桩效率系数。

按端承型群桩的工作性状，可认为当各桩荷载相同时，各桩的沉降量也近似相等，即在桩距sa不很小（sa≥3d）的情况下，群桩的沉降约等于单桩的沉降。因持力层刚度大，端承型群桩的沉降不致因桩端应力的重叠效应而明显增大。所以，当有可靠地区经验时，地质条件不复杂、荷载均匀、对沉降无特殊要求的端承桩基，可不进行沉降验算。

但是，当硬持力层下存在软弱下卧层时，则需验算单桩对下卧层的冲剪、群桩对下卧层的整体冲剪及群桩的沉降量。

（二）摩擦型群桩

当基桩为摩擦型桩，在桩基础的整个工作过程中承台与桩间土不脱开，桩基础受竖向荷载时，承台底面地基土、桩间土及桩端以下地基土都得参与工作，承台、桩、土会相互影响共同作用，使摩擦型群桩的工作性状变得复杂。

因受荷载的基桩主要通过桩侧阻力将桩顶荷载传布到桩周及桩端土层中，又由于应力的扩散作用，各桩传布的应力会产生重叠现象，群桩桩尖处土受的压力比单独工作的单桩大，应力传布范围也比单桩深，应力影响深度及压缩层厚度会成倍增加，如图4-20所示。因此，群桩的承载力已不是各单桩承载力之和，即nQu≠Pu。根据地基土性质及成桩工艺的不同，群桩效率系数η可能小于1，也可能大于1，群桩沉降量也明显超过独立工作的单桩。

图4-20　桩侧摩阻力的扩散作用与桩端平面上的压力分布

（a）单桩；（b）群桩(www.xing528.com)

当承台底面与地基土保持接触状态时，承台底面土所受压力也传布到承台以下一定范围的土层中，从而使桩侧阻力及端阻力受到干扰，可见摩擦型群桩中的单桩工作性状与独立工作的单桩明显不同。

群桩基础受竖向荷载后，由于承台、桩、土的相互作用使各基桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同，群桩承载力往往不等于各单桩承载力之和，工程中称这一特征为群桩效应。可见，群桩效应只是摩擦型群桩才具有的特征。

工程实践揭示的摩擦型群桩基础中侧阻力和端阻力的群桩效应总的变化规律如下：

（1）非挤土桩在黏性土中及常用桩距条件下，侧阻力因群桩效应而削弱，在非密实的粉土、砂土中侧阻力因群桩效应产生沉降硬化而增强。

（2）在黏性土和非黏性土中，端阻力均因相邻桩的桩端土互逆的侧向变形而增强。

（3）在非单一黏性土中，侧阻力、端阻力的综合群桩效应系数大于1；在单一黏性土中（桩距为3d～4d时），侧阻力、端阻力的综合群桩效应系数略小于1。

（4）当计入承台底土抗力，侧阻力、端阻力的综合群桩效应系数略大于1，且非黏性土中群桩的综合系数大于黏性土中群桩的综合系数。

由于多数情况下群桩的最小桩距均不小于3d（排数少于3排且桩数少于9根的非挤土端承型群桩除外）。为了方便设计，现行规范忽略了群桩基础侧阻力和端阻力的群桩效应，使多数情况下的工程留有更多的安全储备。对于单一黏性土中的小桩距低承台桩基则不应另行计入承台效应，但其他情况下承台效应对桩基承载力的影响必须考虑。

（三）群桩基础的荷载分配特征及群桩的破坏模式

1.群桩基础的荷载分配特征

实测资料表明，当处于常用桩距（sa=3d～4d）时，在中心荷载作用下，刚性承台群桩的桩顶荷载分配规律一般是中心桩承担荷载最小，边桩次之，角桩最大，这与线弹性理论分析结果的总趋势是一致的。当桩距增大至超过常用桩距后，群桩桩顶的荷载分配差异随桩距增大而减小。荷载分配还与承台及上部结构的综合刚度有关，如桩筏基础、桩箱基础等，桩顶荷载差会随承台及上部结构综合刚度的增大而增大；若承台为柔性的，则桩顶荷载会趋于均匀分配。在非密实的粉土、砂土地基土中的打入桩，在常用桩距条件下，群桩侧阻力因桩沉降过程中桩土相互作用而提高，而提高幅度最大的则是中间桩，边桩、角桩次之，从而使荷载差异相应减小。

2.群桩的破坏模式

群桩的破坏模式可分为桩土整体破坏和非整体破坏两种。前者是指桩土形成整体，如同实体基础那样工作，破坏时，桩侧阻力的破坏面发生在桩群的外围，而桩端下地基土发生整体剪切；后者也称单独破坏，是指各桩的桩土之间产生相对剪切位移，侧阻的破坏面发生在各桩的侧面，桩端下地基土发生局部剪切或冲剪破坏。

群桩的破坏模式可从端阻力破坏及摩阻力破坏两方面具体体现出来。群桩端阻力的破坏可分为整体剪切、局部剪切、冲剪三种模式，由于桩的埋深较大，地基土具有压缩性，多数情况下，群桩受荷载作用时各桩与桩周土之间发生剪切变形，桩端贯入土中，此时桩端下土层压缩变形，呈局部剪切和冲剪破坏。只有在密实土层中的短桩，或者是密实土层上覆盖超软土层的小桩距群桩，才可能因群桩贯入地基土中而产生整体剪切破坏，但这种情况很少出现。即使群桩侧阻力呈整体破坏时，群桩的桩端地基土也不一定呈整体剪切破坏，需具体分析，否则会出现计算结果远大于实际情况的现象。群桩的侧阻力破坏模式主要受土性、桩距、承台设置方式的影响。如砂土、粉土中的打入式群桩，在桩距较小、低承台的条件下，一般呈整体破坏；对无挤土效应的群桩，一般呈非整体破坏。