[科普中国]-竖直群桩横向极限承载力

群桩在水平荷载作用下，由于桩与桩距离较近，桩—土一桩之间产生的相互作用使得群桩的受力机理不同于单桩。相同的水平荷载作用下，群桩中任意一根桩产生的挠度比单桩的大，群桩桩身上产生的最大弯矩值比单桩的大。竖直群桩横向极限承载力是指群桩中单桩能承受的极限水平荷载。

简介群桩是多根桩柱共同工作的一种桩基结构。群桩往往是与承台一起作为一个整体来共同工作的，尤其是埋置于土中的低承台，事实上是可以分担一定程度的水平荷载的。但是从上部结构传来的荷载如何在各桩中分配，即如何确定桩顶非线性刚度，一直没有得到合理的解决。竖直群桩横向极限承载力即群桩水平荷载和力矩的作用下受弯，桩身产生水平变位和弯曲应力，群桩达到横向极限承载力。国内外水平力作用下群桩的分析方法大致有以下几种： ①单桩的极限平衡法推广于群桩； ②工程计算中常采用的简化方法，主要有低桩桩台法和高桩桩台法(等效嵌固点法)；③群桩效率系数法。

水平受载群桩的破坏机理水平承载桩的工作性能是桩一土相互作用的问题。不论是完全埋置桩或是部分埋置桩(桩的上段露出地面以上)都是利用桩周土的抗力来承担水平荷载，桩在水平荷载和力矩的作用下受弯，桩身产生水平变位和弯曲应力。外力的一部分由桩本身承担，另一部分通过桩传给土体，促使桩周土发生相应的变形而产生抗力，这一抗力阻止了桩变形的进一步发展。

当水平荷载较小时，这一抗力是由靠近地面的土提供的，而且土的变形主要为弹性的，即桩周土处于弹性压缩阶段，随着水平荷载的增大，桩的变形加大；表层土逐渐产生塑性屈服，从而使水平荷载向更深处的土层传递，当变形增大到桩所不能容许的程度或桩周土失去稳定时，桩-土体系便趋于破坏。群桩基础的破坏有整体破坏和非整体破坏两种形态。群桩基础随地基滑移而破坏和群桩承台因变位增大而影响使用功能(例如使上部结构遭受不可允许的变形和使支座位移而导致桥孔坍移等)，均属整体破坏范围。在整体破坏时，桩与桩之间没有相对位移，桩间土无松动且承台板底面同土一般不脱离，桩上段一般也无断裂，横向荷载作用方向的最前方地面有开裂。非整体破坏表现为桩身或承台板或两者的联结处发生断裂。这种破坏的最常见原因是承台和桩在承载而变形的过程中，伴随有桩前地基土的屈服，使桩一土体系的塑性变形不断发展。群桩基础还由于各桩相邻的缘故，使桩在承担外荷载后相互影响，土的承载力下降，这种效应(通常称为群桩效应)将随着外荷载的增大而发展到使土体产生剪切破坏。但是当桩距大到一定程度，群桩效应将消失1。

水平荷载类型桩承受的水平荷载可分为四种类型：短期荷载、重复荷载、长期持续荷载、以及地震或动力荷载。不同的荷载类型下，体现桩土相互作用的p-y曲线也不同。水平荷载作用下单桩的分析方法：水平荷载作用下，桩基础的设计，必须满足如下三个条件：桩作用于土体的侧向压力小于土的极限承载力；桩挠度在可接受的范围内；桩的结构完整性必须保证。预测单桩的水平位移、转角和应力的分析方法有如下四大类：iWnkler地基梁法；p一y曲线法；弹性理论法；有限元法。Winkler地基梁法，又称为基床反力法。Hetenyi(1946)首先引入弹性地基梁的概念，忽略土介质的连续性，认为作用在某一深度的压力p依赖于该处产生的挠度y，而且假定p与y是通过基床反力模量联系在一起的。Mcclenand和Focht(1958)可以说是最早研究该方法的，他们假定土体的抗力与水平位移呈非线性变化。这种方法是对winkler地基梁法(基床反力法)的一种延伸。弹性理论法是基于求解点荷载作用于半无限体的Minidin(1936)闭合解而得，解的准确度与土的杨氏弹性模量和其他弹性参数直接相关。Poulos系统地提出用弹性理论分析桩和群桩承受水平荷载下受力机理的方法，该方法视土为弹性的连续体，可用于分析斜桩、任意几何形状和尺寸的桩群、分层土质和土模量随深度变化土质的情形。有限元法可以计算轴力、扭矩或其它水平荷载任意组合的工况;也可以考虑结构和土之间的非线性关系，模拟桩一土分离现象，模拟桩一土一桩一上部结构之间相互作用；可以计算时间相关的变化结果(如固结或蠕变)；也可以模拟相当复杂的条件，如斜桩、边坡、开挖、拉杆以及施工过程2。

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学