超長鉆孔灌注樁基礎群樁效應分析

陳志平 朱永珠 薛寒冰

近年來，隨著科學技術的發展，樁基礎的設計、施工水平都得到了很大提高，主要體現在:超長、大直徑和大規模三個方面。其應用也越來越廣泛，尤其是在大型橋梁工程中，如有名的東海大橋、杭州灣跨海大橋、蘇通大橋等，都采用了大規模的群樁基礎。對于群樁基礎而言，最突出的問題就是群樁效應問題，而目前關于超長鉆孔灌注樁的群樁效應的研究并不多見，因此，深入研究超長鉆孔灌注樁的群樁效應是必要的。

1 群樁效應的基本概念

群樁基礎受豎向荷載作用后，由于承臺、樁、土的相互作用使其樁側摩阻力、樁端阻力、沉降等性狀發生變化而與單樁明顯不同，這種效應稱之為群樁效應［1，2］。群樁效應的出現，會使中心樁的沉降大于周邊樁的沉降，中心樁的軸力小于周邊樁的軸力。

群樁效應通常采用群樁效應系數［3］來衡量，群樁效應系數是指群樁的極限承載力與群樁中各樁按獨立單樁考慮的極限承載

其中，η為群樁效應系數;Fm為群樁的極限承載力;n為群樁樁數;Fs為單樁極限承載力。

2 群樁效應的數值分析

為了研究超長鉆孔灌注樁的群樁效應，本文以位于長江中下游的某大型跨江大橋為依托，通過有限元法分析超長鉆孔灌注樁群樁效應的影響因素，主要分析樁間距和樁數的影響。

模型幾何尺寸以及參數均參照依托工程。樁長109 m，樁徑2．7 m，基樁采用線彈性本構模型，彈模取33 GPa，泊松比0．168，密度2 400 kg/m3。土體采用鄧—肯張模型［4］，模型參數如表1所示。樁土之間設摩擦接觸。樁距2．4d時的有限元網格見圖1。

表1 土層參數

圖1 有限元網格

圖2 不同樁間距條件下樁頂荷載與沉降P—S曲線

圖3 不同樁距下的極限側阻力值

1)樁間距影響。不同樁間距條件下的樁頂荷載與沉降P—S計算曲線如圖2所示。在相同的軸向荷載作用下，樁間距小的群樁基礎沉降較大。樁間距越大，群樁的平均沉降越小，P—S曲線越平緩，這也表明隨著樁間距增加，群樁基礎的整體穩定性增強了，發生整體破壞的趨勢減弱。不同樁距條件下的極限側阻如圖3所示，從圖3中可以看出，樁距越小，極限側阻越大，這主要是由于，樁距越小，樁間土體受樁的側向擠壓力越大，土體也就越密實，其極限側阻力也就越大。

不同樁間距條件下的群樁效應系數如表2所示。從表中可以看出，隨著樁距的增加，群樁效應系數越來越大，也就是群樁效應越來越弱，當樁徑大于6倍直徑時，群樁效應就基本不存在了。

表2 群樁效應系數表

圖4 不同樁數條件下樁頂荷載與沉降P—S曲線

2)樁數的影響。為研究樁數對群樁效應的影響，分別建立了多個有限元模型，樁數分別為1，4，7，9，16。樁頂荷載與沉降 P—S曲線如圖4所示。從圖4中可以看出，在相同的荷載作用下，樁數越多，其沉降值越大。隨著樁數的增加，荷載—沉降曲線更加平滑，這說明樁數越多，基樁穩定性越強。

由不同樁數條件下的群樁效應系數可以看出，在相同樁距的條件下，樁數越多，也就是群樁基礎的規模越大，群樁效應越明顯。

3 結語

利用有限元法分析了群樁效應的影響因素，主要表現在以下兩方面:1)樁距越小，群樁效應越大，當樁間距大于6倍直徑時，群樁效應基本不存在;2)樁數越多，群樁效應越大。

［1］ Gandhi，Shailesh R．Group effect on driven piles under lateral load［J］．Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，1997，123(8):702-709．

［2］ 劉金礪．豎向荷載下的群樁效應和群樁基礎概念設計若干問題［J］．土木工程學報，2004，37(1):78-83．

［3］ 謝 濤，袁文忠，姚 勇．超大群樁豎向承載群樁效應試驗研究［J］．公路交通科技，2003，20(5):61-63．

［4］ 錢家歡，殷宗澤．土工原理與計算［M］．第2版．北京:中國水力水電出版社，1996．