張廣棟

早期對(duì)群樁的研究，只考慮樁與樁之間通過(guò)樁臺(tái)的相互作用，按樁的剛度來(lái)分配水平力，而忽略了通過(guò)土的相互作用。后來(lái)Poulos等人認(rèn)識(shí)到樁與土相互作用的重要性，在分析方法中應(yīng)用彈性理論考慮了這種作用，但Focht和Koch考慮到了上述彈性方法的缺陷，把Poulos的彈性群樁效應(yīng)和單樁非線(xiàn)性的p—y曲線(xiàn)結(jié)合起來(lái)，在與單樁同樣的土反力p作用下，群樁對(duì)應(yīng)位移值y比單樁的大，利用單樁的p—y曲線(xiàn)，乘以群樁的位移增大系數(shù)來(lái)考慮其影響。但上述方法不但計(jì)算麻煩，而且與各樁的實(shí)測(cè)值不符，這主要是對(duì)群樁在水平力作用下的性狀與破壞機(jī)理研究甚少所致?，F(xiàn)在對(duì)群樁的工作性狀和破壞機(jī)理的研究，按其主要影響因素分析如下。

1 樁距與樁數(shù)的影響

不論砂性土或是粘性土，當(dāng)樁承受的水平力較小，樁間的土尚未達(dá)到塑性狀態(tài)時(shí)，土中應(yīng)力傳播后重疊的影響隨柱距的增加而減少，這也為Mindlin的群樁效率公式所證實(shí)。當(dāng)樁所受荷載較大，樁間土體達(dá)到塑性狀態(tài)時(shí)，由于前后樁間土體的塑性區(qū)的重疊，使樁間土體受到相互干擾，其影響范圍隨樁距的加大而減少。根據(jù)試驗(yàn)得到，群樁的水平承載力與群樁中的一根樁的p—y曲線(xiàn)(樁土的受力變形關(guān)系曲線(xiàn))隨樁距的減少而折減。當(dāng)樁距較大時(shí)則雙排樁及更多排樁接近于單排樁的情況，見(jiàn)圖1。

2 受荷方式的影響

豎向荷載的影響:按慣例，在確定樁的水平承載力時(shí)，一般是不考慮豎向荷載影響的。但實(shí)際工程中樁(雙排樁)既承受水平力同時(shí)也承受豎向荷載。這時(shí)，樁的受力由純彎變?yōu)閴簭潬顟B(tài)和拉彎狀態(tài)，豎向荷載產(chǎn)生的壓應(yīng)力可以抵消一部分樁身受彎產(chǎn)生的拉應(yīng)力，拉彎狀態(tài)則相反。

對(duì)抗滑樁而言，有意義的是若樁臺(tái)有豎向荷載時(shí)，樁的水平承載力會(huì)有所提高，對(duì)于低樁臺(tái)，可以提高20%～40%;對(duì)于高樁臺(tái)可以提高16%左右。

循環(huán)荷載的影響:一般海工建筑物受波浪力作用，具有循環(huán)荷載性質(zhì)。樁受循環(huán)荷載后，使樁周土體松動(dòng)、軟化，承載力降低(見(jiàn)圖2)，土抗力也降低。淺層土降得多，砂性土降得少。土抗力隨循環(huán)次數(shù)的增加而降低，循環(huán)加載的次數(shù)達(dá)4次～5次后，p—y曲線(xiàn)趨于穩(wěn)定。

3 樁頂嵌固的影響

單樁樁頂一般是自由的，樁身剛度較小，彎矩較大，最大彎矩點(diǎn)的位置，土的塑性區(qū)的位置和樁的位移零點(diǎn)位置均較相應(yīng)群樁中任一樁要高。而群樁又有固接和鉸接之分，樁頂帶鋼筋混凝土樁臺(tái)的群樁一般是固接的。從對(duì)單樁、雙樁及三排樁樁頂固接和鉸接的模型的對(duì)比試驗(yàn)可以看出樁頂固接是有利的(見(jiàn)表1)。

表1 單樁、雙樁與雙排樁的固接和鉸接情況對(duì)比

4 排樁中各樁受力的不均勻性

在水平作用力下群樁中各樁所受的力，過(guò)去一般是均勻分配給各樁。假想嵌固點(diǎn)法按樁的剛度分配給各樁。Poulos對(duì)封閉形布置的群樁進(jìn)行分析后指出，群樁外邊緣樁分配到的水平力最大且對(duì)稱(chēng)相等，中間樁分配到的水平力最小。從以前的飽和亞粘土和砂土中的模型試驗(yàn)結(jié)果得知，不論是粘性土還是砂土，樁頭連接不論是鉸接還是固接，總是荷載作用方向的前排樁分配到的水平力最大，后排樁受到的水平力最小(見(jiàn)圖3，圖4)。這一現(xiàn)象也被黃河洛河口鉆孔灌注樁的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所證實(shí)。Holloway在砂土中8根木樁的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，實(shí)測(cè)前后樁的彎矩分布圖的對(duì)比，也證實(shí)了這一結(jié)論，這是有實(shí)際意義的新規(guī)律。這可從理論上作如下的解釋:當(dāng)加荷時(shí)，各樁應(yīng)力傳播疊加于荷載作用方向最遠(yuǎn)的前樁，致使前樁彎矩較大，而提前斷裂。隨著荷載的加大，樁群的上層土體進(jìn)入塑性狀態(tài)，前、后樁的破裂面交叉，使樁間土體松動(dòng)軟化，則引起后樁承載力降低。而前樁土體處于半無(wú)限狀態(tài)，其承載力略等于或大于單樁。

5 結(jié)語(yǔ)

本文認(rèn)為當(dāng)雙排樁的排距大于一定的值后，兩排樁不再相互影響，這一點(diǎn)應(yīng)該是正確的(如果樁頂連梁剛度適當(dāng)大，樁梁間為剛接的話(huà))。

［1］張 敏，蔡海勇.雙排樁基托梁∏形結(jié)構(gòu)計(jì)算理論探討［J］.山西建筑，2010，36(11):100-101.