受水平向荷载的群桩,会因桩的相互影响、嵌固影响、承台底面及侧面地基土的影响,使群桩的水平承载力往往与各单桩的水平承载力之和不相等,这即为水平荷载作用下的群桩效应。
因群桩效应的影响,受荷载时的群桩,其水平承载力具有以下特征:水平力在桩群中呈现分配不均匀性,由试验证实,在受荷方向的最前一排桩(离作用力最远的一排)受地基反力最大,也最先断裂破坏(因此,对受荷最大的首排桩及受风载、地震荷载等变向水平荷载桩基的所有边桩,设计时加大配筋率是合理的)。受水平荷载的群桩,其破坏模式也可大体分为整体破坏和非整体破坏。对于整体破坏,其模式是桩与桩间土无相对位移,承台、桩、土呈整体平移和偏转,桩身的破坏表现在位移的反方向桩身配筋的末端断裂或者在桩底处桩土间被拉裂,此时,桩身上部并未出现裂缝。对于非整体破坏,则表现为桩土间产生相对位移,桩身上部出现裂缝,之后在承台以下一定深度处即最大弯矩处断裂。无论哪种破坏模式,因位移量有限,位移方向一侧的地基土一般无明显挤出现象。由于工程桩的桩距均大于2.5d以上,桩径较大,桩净距也大,因此,实际工程中一般不必考虑整体破坏问题。
设计时,对承受水平荷载较大的带地下室的高大建筑物桩基,可考虑承台、桩群、土共同作用。考虑承台(包括地下墙体)、基桩协同工作和土的弹性抗力作用的计算公式及方法,是以线弹性地基反力法为基础的计算方法,所涉及的参数多,表达式较繁杂,具体内容请参阅有关文献。对承受弯矩荷载不大的群桩基础(不含水平力垂直于单排桩基纵向轴线和力矩较大的情况)的基桩,同样应考虑由承台、桩群、土相互作用产生的群桩效应,此时可采用《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)推荐的“分项综合效应系数法”,群桩基础的基桩水平承载力特征值按下式确定:
式中:ηh——群桩效应综合系数;
ηi——桩的相互影响效应系数;
ηr——桩顶约束效应系数(桩顶嵌入承台长度50~100mm时),按表4-26取值;
ηl——承台侧向土抗力效应系数(承台外围回填土为松散状态时取ηl=0);
ηb——承台底摩阻效应系数,考虑地震作用且sa/d≤6时,取ηb=0;
sa/d——沿水平荷载方向的距径比;
n1、n2——分别为沿水平荷载方向与垂直于水平荷载方向每排桩的桩数;
m——承台侧向土水平抗力系数的比例系数,无试验资料时可按表4-23取值;(www.xing528.com)
X0a——桩顶(承台)的水平位移允许值(mm),以位移控制时可取X0a=10mm(对水平位移敏感的结构物取X0a=6mm),以桩身强度控制(低配筋率灌注桩)时可近似按式(4-39e)计算;
hc——承台高度(m);
μ——承台底与地基土间的摩擦系数,可按表4-27取值;
Pc——承台底地基土分担的竖向总荷载标准值(kN),Pc=ηcfak(A-nAps),ηc见表(4-15)。
表4-26 桩顶约束效应系数ηr
当承台底面地基土为可液化土、湿陷性黄土、高灵敏度软土、欠固结土、新填土或者由于震陷、降水、沉桩过程中产生高孔隙水压和土体隆起,会造成承台与底土脱开时,则不应考虑承台底地基土分担竖向荷载,此时,ηc=0,即Pc=0,ηb=0;当承台侧面为可液化土时,则不应考虑承台侧向土抗力,即ηl=0。
表4-27 承台底与地基土间的摩擦系数μ
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