群桩效应法

3　群桩效应法

所谓群桩效应实际上是指单、群桩的相互影响关系，它有几种不同含义，主要是在同等条件下，单桩和群桩在某一特定量值上的比值，如：水平力，水平位移，水平地基系数等几种表现形式。

在高桩码头的桩基体系中，桩的布置大多是沿垂直于海（江）岸线的方向排成一排，各排之间的距离一般都超过桩径的十多倍。不同桩距的单排桩内也有不同的群桩效应，竖向荷载与水平荷载情况下，发生群桩效应的临界桩距是不同的，排桩或荷载作用方向的桩列中的各桩横向承载力是不均匀分配的。

经过试验研究，得出了是否考虑群桩效应的部分结果：

（1）德国《大口径钻孔灌注桩规范》^［4］指出：当与力平行方向的桩群轴心间距大于8D（D为桩径），与力垂直方向桩间距大于2.5D时，所有的桩都允许使用单桩的基床系数Ks来计算。如果与力平行方向的桩间距为3D时，只取用0.25 Ks来计算，当大于3D，小于8D时，可采用线性插入法计算取值。

（2）美国混凝土学会1973年推荐的《钻（挖）孔桩基础设计与施工规范》第3、5、6条规定，当沿荷载方向的桩距大于8D，垂直于荷载方向的桩距大于2.5D时，地基土水平反力系数不予折减。

（3）日本的横山幸满所著《桩结构物的计算方法和计算实例》^［5］指出，由试验得知，沿荷载方向不产生群桩效应的临界桩距，桩顶自由时为5.5B（B为桩宽），桩顶完全嵌固时为7.8B。

（4）挪威船级社《近海建筑物的设计、施工和勘察规则》规定，当桩间距大于8倍桩径时，不考虑群桩效应。

上述方法给群桩的设计提供了方便，但当桩距小于规定值时，没有提出具体解决的方法，或不能反映群桩效应的本质。

（1）根据单桩横向承载力计算群桩横向承载力。

①日本的宫本、泽口主要考虑弹性应力传播及桩周塑性区重叠而引起的地基松弛，由玉置等在分析整理大量模型试验结果后得出了群桩效率的计算公式^［6］。玉置公式是从最大为3行×3列的模型试验中得到的，当桩数较多时会得出不太合理的结论。

②山东河务局进行了一系列现场钻孔灌注桩试验，由试验结果统计分析整理出粉土地基中的以桩数n为参数的水平承载力群桩效率公式，文献是在特定条件下试验得出，在推广应用方面有一定局限性。

③日本的宫本、泽口研究认为：对横向抗力群桩效应的主要影响因素：

A：弹性的应力传播；

B：由于桩周围塑性区（被动区及主动区）的重叠而引起地基的松弛（更进一步的塑性化）。

这个影响是随地基条件的不同而不同的，冲积土地基上的桩结构物中，B项因素起主要作用，而仅以岩基为对象的桩基础中，A项起支配作用。

他们的方法是：将直观的地表面予以降低（增大地面以上桩的自由高度h）或降低地基系数k。他们认为：由于承受水平荷载的群桩发生位移，在桩前产生被动滑移面，在桩后产生主动滑移面，当考虑后桩给予前桩的影响时，将后桩前的被动滑移面与前桩相交深度，作为地表面的降低量；当考虑前桩对后桩的影响时，则将前桩主动滑移面与后桩被动滑移面的交点深度，作为地表面的降低量。

（2）理论分析公式

①澳大利亚的H.G.Poulos把桩作为半无限体中的梁，以Mindlin公式为依据，计算土抗力，利用桩土位移相等条件，在各种情况下用有限差分计算两根桩相互作用而引起的附加位移和转角，进行求解。

②美国的D.D.Lion和J.Penzien根据Mindlin解推导出一个单独的水平集中力作用于匀质半无限空间表面下某个深度时水平位移分量，从而求得群桩效率^［7］。

上述方法都假设地基土是均匀、各向同性的半无限弹性体。实际上土是弹塑性体，尤其是桩的侧向位移较大时，土的非弹性十分明显，故上述方法与实测有较大差异。加上计算原理复杂，土的弹模与泊松比很难确定，故没有得到广泛的应用。另外，巴西的B.E.Diaz西班牙的Oteo也进行过群桩的弹性分析。