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关于实体深基础法计算群桩承载力的探讨王向余,王成华,李绍飞(天津大学建筑工程学院,天津300072)摘要:从理论公式出发,运用实体深基础法计算群桩极限承载力,按静力法计算单桩极限承载力,反算出了不同影响因素下的群桩效率系数,通过对其分析研究后,对实体深基础法的适用性进行探讨,针对桩基工程设计中存在的一些原则性问题提出了新的认识和见解。关键词:实体深基础;群桩效率系数;摩擦型群桩基础;桩侧阻力;桩端阻力中图分类号:文献标识码:A文章编号:1004-9592(2003)04-0042-04TU473.11概述群桩基础的极限承载力,由于承台、桩、土的相互作用要比单桩复杂得多。目前,用于计算群桩极限承载力的方法主要有以下几种:1)以单桩极限承载力作为参数的群桩效率系数法;2)以土强度为参数的极限平衡理论计算法;3)以桩侧阻力、端阻力为参数的经验计算法;4)考虑承台、桩、土相互作用的分项群桩效应系数法。方法1比较简单直接,关键是准确合理地确定群桩效率系数Γ,然而桩基的群桩效应的影响因素很多,而且复杂,难以通过承台—桩—土相互作用分析的理论方法求解。因而,《建筑桩基技术规范》1采用方法4,通过试验手段,根据大量测试结果,经统计分析,以不同的群桩效应系数值来共同反映群桩效率。目前,在我国的建筑工程中,一般认为Γ可以大于1,也可以小于1,但其值与1比较接近。基于此,我国《建筑地基基础设计规范》23则不考虑群桩效应,认为群桩承载力等于各单桩承载力之和或把群桩视为实体深基础时相应的桩端土承载力。方法2假定呈桩土整体破坏的群桩基础为一实体深基础,群桩极限承载力等于此实体深基总侧阻与总端阻之和,极限侧阻力采用静力法计算单桩时所用的Α法或Β法,极限端阻力根据Terzaghi极限平衡理论计算;对于桩土呈非整体破坏时,根据Terzaghi建议对土的强度参数进行折减来处理。于桩距不超过6倍桩径,而桩数不少于9根的摩擦桩基可视为假想的实体深基础验算群桩承载力。因此,本文运用方法2从理论上用实体深基法推导单一均匀土层中无台群桩基础在s≤6d时的群桩基础的极限承载力,同时根据静力法计算得到相应的单桩承载力,反算出了群桩效率系数Γ值,然后根据Γ是否合理对实体深基础法的适用性进行探讨,并对工程实践中所存在的问题提出了自己的看法。1单桩和群桩极限承载力的计算方法22.1群桩效率系数的定义在群桩基础中,由于桩与桩之间的相互影响,通常群桩基础的承载力不等于相同桩数单桩承载力的简单加和,产生所谓的群桩效应。因此引用群桩效率系数Γ来表征二者的比值,即:Γ=Qug/(nQu)(1)式中:Qu为单桩竖向极限承载力;Qug为群桩竖向极限承载力;n为群桩中的桩数。2.2单桩极限承载力计算方法计算单桩极限承载力时采用了静力法,其中,对于饱和粘性土,采用Α法(Tomlinson法);对于非饱和粘性土、粉土、无粘性土,采用Β法(Chandler法)4。其基本表达式为:Qu=UqsuL+qpuAp(2)式中:U、Ap分别为桩的横载面周长与桩端断面面积;L为桩长;qsu为桩侧土层的极限侧阻力(kPa);qpu为桩端土极限端阻力(kPa)。2.3群桩极限承载力计算方法群桩极限承载力采用实体深基础法计算,计算模式如图1所示。实体深基础法也可以采用从桩顶《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-89)规定对收稿日期:2003-06-202003年12月No.4港工技术·43·至桩端平面应力扩散角的计算模式,但这样会使桩端反力作用面增大很多,从而计算得到过大的群桩桩端反力,故不予采用。群桩极限承载力Qug为实体深基础总侧阻Qsug与总端阻Qpug之和即:其中:Χ1、Χ2分别为基底以上土和基底以下基宽深度范围内土的有效重度(kN/m3);B、h为基底宽度和埋深(m);Nc、Np、NΧ、为Terzaghi承载力系数(Terzaghi,1943),均为土的内摩擦角Υ的函数。对于矩形基础,可由宽长比进行内差计算。由于基底宽度B较大时,qpu的计算值与实际不符,因此,当B≥6m时,按6m计算。对于桩端持力层比较松软时,基底地基由于土的体积压缩影响一般不致出现整体剪切破坏,而呈局部剪切、冲剪破坏。此时,按Terzaghi建议,对c、Υ折减,可取:c′=2/3c;Υ′=tan-1(2/3tanΥ)。Qug=Qsug+Qpug=2(A+B)qsuL+ABqpu(3)式中:qsu为群桩外围桩侧土的极限侧阻力(kPa),计算方法同单桩;A、B分别为实体深基础底面的长度和宽度(m),A=(m-1)s+d、B=(n-1)s+d,其中:m、n分别为桩的列数和行数,s为桩距,d为桩径;qpu为实体深基底面极限承载力(kPa)。计算结果分析笔者根据上面的单桩与群桩极限承载力理论计算公式,编制了群桩效率系数的计算程序,反算出了不同工况下的群