水平荷載下雙排抗滑樁的排距對受力的影響

張廣棟

早期對群樁的研究，只考慮樁與樁之間通過樁臺的相互作用，按樁的剛度來分配水平力，而忽略了通過土的相互作用。后來Poulos等人認識到樁與土相互作用的重要性，在分析方法中應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的彈性群樁效應和單樁非線性的p—y曲線結合起來，在與單樁同樣的土反力p作用下，群樁對應位移值y比單樁的大，利用單樁的p—y曲線，乘以群樁的位移增大系數(shù)來考慮其影響。但上述方法不但計算麻煩，而且與各樁的實測值不符，這主要是對群樁在水平力作用下的性狀與破壞機理研究甚少所致?，F(xiàn)在對群樁的工作性狀和破壞機理的研究，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，當樁承受的水平力較小，樁間的土尚未達到塑性狀態(tài)時，土中應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。當樁所受荷載較大，樁間土體達到塑性狀態(tài)時，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)試驗得到，群樁的水平承載力與群樁中的一根樁的p—y曲線(樁土的受力變形關系曲線)隨樁距的減少而折減。當樁距較大時則雙排樁及更多排樁接近于單排樁的情況，見圖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，一般是不考慮豎向荷載影響的。但實際工程中樁(雙排樁)既承受水平力同時也承受豎向荷載。這時，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)生的壓應力可以抵消一部分樁身受彎產(chǎn)生的拉應力，拉彎狀態(tài)則相反。

對抗滑樁而言，有意義的是若樁臺有豎向荷載時，樁的水平承載力會有所提高，對于低樁臺，可以提高20%～40%;對于高樁臺可以提高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。樁受循環(huán)荷載后，使樁周土體松動、軟化，承載力降低(見圖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4次～5次后，p—y曲線趨于穩(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，最大彎矩點的位置，土的塑性區(qū)的位置和樁的位移零點位置均較相應群樁中任一樁要高。而群樁又有固接和鉸接之分，樁頂帶鋼筋混凝土樁臺的群樁一般是固接的。從對單樁、雙樁及三排樁樁頂固接和鉸接的模型的對比試驗可以看出樁頂固接是有利的(見表1)。

表1 單樁、雙樁與雙排樁的固接和鉸接情況對比

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，過去一般是均勻分配給各樁。假想嵌固點法按樁的剛度分配給各樁。Poulos對封閉形布置的群樁進行分析后指出，群樁外邊緣樁分配到的水平力最大且對稱相等，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結果得知，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)場試驗所證實。Holloway在砂土中8根木樁的現(xiàn)場試驗中，實測前后樁的彎矩分布圖的對比，也證實了這一結論，這是有實際意義的新規(guī)律。這可從理論上作如下的解釋:當加荷時，各樁應力傳播疊加于荷載作用方向最遠的前樁，致使前樁彎矩較大，而提前斷裂。隨著荷載的加大，樁群的上層土體進入塑性狀態(tài)，前、后樁的破裂面交叉，使樁間土體松動軟化，則引起后樁承載力降低。而前樁土體處于半無限狀態(tài)，其承載力略等于或大于單樁。

5 結語

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

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