劉選民 顧彥峰

群樁基礎受豎向荷載后，承臺、樁群、土形成一個相互作用，共同工作的體系，其變形和承載力，受相互作用的影響和制約，因此，它的荷載傳遞模式比單樁復雜得多，主要有以下幾個特點。

1 荷載傳遞模式不統(tǒng)一

高層建筑樁基通常為低承臺式，承臺在地基土上澆筑，因此在建造初期，荷載經由樁體和承臺底面兩條路徑傳給地基土;在長期荷載下的傳遞路徑則與多種因素有關，諸如樁周土的壓縮性，持力層的剛度，應力歷史以及荷載水平等，或者保持原來的傳遞路徑，或者可僅由樁傳遞。當樁頂(承臺)下沉量小于承臺底面土的下沉量(例如由于打樁的超孔隙水壓力消散土體固結，樁周為欠固結土地下水位下降、自重濕陷性黃土浸水下沉等)時，土與承臺脫開，荷載將全部由樁傳給地基土;如果提高設計荷載，迫使樁產生足夠的刺入變形，即使樁周土比較軟弱，仍可使承臺底面保持與土接觸并傳遞荷載。但是，對于端承樁基礎來說，由于持力層剛硬，樁不可能發(fā)生刺入變形，樁頂沉降僅為樁身與持力層的彈性壓縮，其數(shù)值遠小于樁間土得以發(fā)揮承載作用所需的壓縮量，故地基不能與承臺保持緊密接觸，荷載將全部通過樁傳遞。同時，由于持力層實際上不可壓縮(微小的彈性壓縮也是“瞬時”完成的)，即不存在沉降問題，這意味著端承樁之間的相互影響已失去意義，因此，端承樁群中各樁的荷載傳遞和工作性狀基本上與單樁相同，群樁的承載力由單樁承載力疊加，而沉降則等同于單樁。所以，以下關于群樁效應的討論單指非端承樁。

2 地基土的應力狀態(tài)

群樁基礎的地基包括樁間土樁群外一定范圍內的土體及樁端以下對樁基承載力和變形有影響的土體。群樁地基中的應力包含三部分:自重應力，附加應力和施工應力。

施工應力指擠土樁沉樁過程引起的擠壓應力和超靜水孔壓，擠壓應力將隨著土體的松弛而消失，孔隙水壓力會隨著固結過程而消散。施工應力是暫時的，但它對群樁的工作性狀都有一定的影響;孔壓的消散使有效應力增大，從而使樁的承載力增大，但樁間土固結下沉又使承臺底面脫空，并對樁產生負摩阻力。

附加應力來自承臺底面接觸壓力和樁側摩阻力以及樁底壓力，在常規(guī)樁距(3d～4d)下，應力互相疊加，從而使樁周土和樁底土中的應力都大大超過單樁，其影響深度和壓縮層厚度均成倍乃至十幾倍地增加，從而使群樁承載力降低，沉降加劇。

群樁的地基應力有以下特點:

1)群樁樁端平面的應力可分為兩部分;樁間區(qū)域的應力系由樁側摩阻力的影響疊加而來，在樁長、樁距不變的條件下，其值隨樁數(shù)增加而增大;樁底應力應在上述樁間應力上再疊加一項單樁的樁底應力。2)群樁的影響深度大，超過單樁，樁群的平面尺寸越大，影響深度亦越大，而且應力隨著深度而收斂得越慢。3)樁間土的應力情況比較復雜。單樁的周圍有輕微的附加拉應力;樁數(shù)不很多的樁群在樁間土的上部和中部仍存在一些附加拉應力，但比土自重應力小得多，故實際上不會造成土體的拉應力狀態(tài)，大群樁的樁間土中則不再出現(xiàn)拉應力。4)樁群的影響寬度亦大大超過單樁，而且樁數(shù)越多，擴散角 β也越大，即影響寬度也越大。5)樁群的影響深度隨樁數(shù)增加而增加。

樁身摩阻力與樁端阻力的分配:由于應力迭加的影響，群樁樁端平面的豎向應力比單樁的要增加很多，故群樁中每根樁的單樁端阻力也較單樁增大。此外，由于摩阻力的削弱，使得群樁中端阻力占樁頂總荷載的比例亦高于單樁，樁越短，這種情況越顯著。

3 群樁豎向承載力計算

群樁的豎向承載力實際上包含了兩種意義。首先，是指將群樁和一定范圍內的土體看作整體時所能承受的豎向總荷載;當樁下存在軟弱下臥層時應校核其強度;群樁中各樁均應正常工作，即對單樁承載力進行校核。其次，是指其所產生的沉降量應小于允許的沉降量。所以對于它的承載力計算有以下幾種方法:

1)單樁承載力的簡單累加法:這是最簡單的計算方法，是將單樁承載力之和視為群樁的承載力，但僅適用于端承樁和符合如下條件的摩擦樁:

a.樁數(shù)n＜9;b.條形基礎下的樁不超過兩排。

從以上兩條件可看出，大多數(shù)高層摩擦樁基不能采用簡單累加法。

2)群樁效率系數(shù)法(規(guī)范法):樁基或復合基樁的側阻力、端阻力、承臺土阻力各具特定的群樁效應，故分別以側阻群樁效應系數(shù)ηs，端阻群樁效應系數(shù) ηp，承臺土阻力群樁效應系數(shù) ηc表征;另外，同一種方法的樁基，其側阻、端阻、承臺土阻力又各自具有一定的變異性，故分別以側阻分項系數(shù)Rs，端阻分項系數(shù)Rp，承臺土阻力分項系數(shù)Rc表征，因此，其樁或復合基樁承載力設計值的統(tǒng)一表達式為:

規(guī)范根據(jù)樁型、樁數(shù)、土層和作用的變化，以及單樁承載力的確定方法的變化，分別給出了不同的計算式，詳見樁基規(guī)范5.2.2-1～5.2.2-4。

3)實體深基礎計算方法。這是將樁群連同周圍土體視為一個整體，作為一個實體深基礎來分析的方法，其計算模式有兩種，一種認為實體深基礎的極限承載力 Qn由樁群周邊上的極限承載力組成，另一種考慮了ψ/4的護散角(ψ為樁間土層的內摩擦角)，將樁端平面上擴大了的面積上的極限承載力稱作 Qu。與這兩種模式對應的計算公式分別為:

其中，N為上部結構傳來的豎向荷載;P為樁承臺及其上覆土的重量(常年地下水位以下按有效重度);G為樁及樁間土的總重(常年地下水位以下取有效重度);K為安全系數(shù)，取2～3，視Tu和Pu的取值可靠而定;Tu為樁身穿過土平均單位不排水抗剪強度;Pu為樁端處土層的單位極限承載力;A，B分別為群樁外圍的長度和寬度;A1，B1分別為考慮擴散有 ψ/4后在樁端平面上的實體基礎底面尺度;L為自承臺起至樁端的長度。

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