群樁基礎(chǔ)沉降計算相關(guān)問題研究

王斌

[摘要]樁基礎(chǔ)沉降變形與地基土形狀、上部建筑結(jié)構(gòu)之間聯(lián)系緊密，這也使得群樁基礎(chǔ)計算成為一個棘手的問題。本文在深入分析群樁基礎(chǔ)變形機(jī)理基礎(chǔ)上，探討了群樁基礎(chǔ)計算的關(guān)鍵性問題，以期能夠給實(shí)際應(yīng)用帶來參考。

[關(guān)鍵詞]群樁基礎(chǔ)；沉降計算；應(yīng)力分析

群樁基礎(chǔ)沉降計算的目的是控制樁基沉降變形在合理范圍內(nèi)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，樁基沉降計算主要受到三個因素的影響：一是樁基沉降計算影響因素眾多，在實(shí)際計算過程中會對次要因素進(jìn)行簡化處理；二是線彈性連續(xù)介質(zhì)理論與實(shí)際地基存在差異；三是勘察地基土變形參數(shù)確定較為模糊。在這些因素的影響下，計算結(jié)果難免會出現(xiàn)偏差。因此，研究群樁基礎(chǔ)沉降計算方法，提高群樁基礎(chǔ)沉降的精確度和可操作性，具有非常重要的實(shí)際意義。

1群樁沉降變形的特征

群樁基礎(chǔ)沉降變形特征主要表現(xiàn)在兩個方面：一是群樁基礎(chǔ)沉降變形需要經(jīng)歷一定的時間，一般來說在竣工若干年后才會出現(xiàn)較為明顯的沉降。而沉降變形的時間主要與所在地的工程地質(zhì)情況存在關(guān)系，沉降突出變形為固結(jié)變形和土體的流變。二是刺入變形，群樁基礎(chǔ)所出現(xiàn)的樁身變形是大多數(shù)材料的彈性壓縮，當(dāng)出現(xiàn)變形的時候，樁間土體質(zhì)點(diǎn)向下的位移會非常大。而位移所產(chǎn)生的摩擦阻力會越來越小，甚至有可能產(chǎn)生負(fù)摩擦阻力，為了平衡樁基周邊土體反力和樁頂?shù)暮奢d，這個過程中會產(chǎn)生新的沉降量，增加樁土相對位移來增加土反力，在這一系列變化過程中即會發(fā)生刺入變形?？偟膩碚f，變形過程中，樁上部的摩擦阻力會越來越小，樁下部的摩擦阻力和樁端支撐力不斷增加。群樁基礎(chǔ)中樁數(shù)量很多，布樁密集，樁間土體的反應(yīng)力會變大，樁上部可能會出現(xiàn)負(fù)摩擦阻力。

2群樁沉降變形機(jī)理

群樁基礎(chǔ)的樁間、壓縮變形特性會受到地層土性、樁基礎(chǔ)布置形式、樁長等因素的影響，而實(shí)際導(dǎo)致的群樁基礎(chǔ)變形，主要由樁端平面以下地基土的整體壓縮變形和樁間土體的壓縮變形所引起。實(shí)際群樁基礎(chǔ)應(yīng)用中，若樁長較短則樁端荷載會產(chǎn)生塑性刺入；對于土層較好的非軟土地區(qū)，樁長較長的群樁基礎(chǔ)樁間土的變形壓縮則主要來自于自身的彈性壓縮；基礎(chǔ)承臺以下土的豎向壓縮所引起的樁基變形，群樁基礎(chǔ)的沉降壓縮變形則可以由以下公式表示：

3群樁沉降計算方法

本文群樁沉降計算根據(jù)疊加原理，在計算出群樁樁端平面下的附加應(yīng)力的基礎(chǔ)上，按分層總和法計算群樁變形沉降。在計算過程中，將分布壓力簡化為分布于樁軸線的集中力，并以此計算得出土中任一點(diǎn)豎向應(yīng)力，如下所示：

基于疊加原理的群樁基礎(chǔ)沉降計算方法，有四個鮮明的特點(diǎn)：一是在計算群樁基礎(chǔ)沉降變形應(yīng)力的過程中，對于實(shí)際群樁基礎(chǔ)所受到的“加筋效應(yīng)”和“遮簾效應(yīng)”是很難兼顧的，換而言之，在考慮樁與樁相互作用的過程中，只對群樁基礎(chǔ)的應(yīng)力和變形進(jìn)行疊加，而樁基礎(chǔ)自身所帶來的影響卻被忽視，這樣得出的計算結(jié)果勢必會存在一定的偏差，導(dǎo)致計算值偏大。二是該方法在計算過程中，沒有完全考慮到樁直徑這一因素，根據(jù)上述公式計算可以得出相應(yīng)的豎向應(yīng)力系數(shù)，但是該系數(shù)比實(shí)際所受到的樁端應(yīng)力和樁側(cè)剪應(yīng)力要高，而且伴隨樁長其偏離的程度會越來越大。三是通過此方法計算的過程中，不同樁距、布樁形式、樁長等因素能夠在計算中得到反映，能夠減少由此所帶來的偏差。四是在計算過程中，需要不斷進(jìn)行疊加計算，最終得到的豎向應(yīng)力過程較為繁瑣。

本文所介紹的群樁基礎(chǔ)平均豎向應(yīng)力計算方法，其基本思路是樁端下同一土層平面上的應(yīng)力分布與布樁的間距聯(lián)系密切，樁距越來越小則應(yīng)力分布就會越平均。由此可以認(rèn)為，群樁基礎(chǔ)在實(shí)際應(yīng)用過程中，縮小樁距能夠有效平均應(yīng)力分布，在得出樁端下不同深度土層的平均附加應(yīng)力，可以采用其他方法得出最終的沉降變形量。群樁基礎(chǔ)沉降不是單純的樁端部土體壓縮下移，樁間土的壓縮量也不容忽視，在上部荷載的作用下，其沉降量會達(dá)到80%以上，如果沉降計算模式中沒有兼顧到樁身的壓縮沉降這一因素，顯然與實(shí)際的群樁基礎(chǔ)沉降變形情況相悖。以目前所常用的施工工藝，在樁基施工之前土體都進(jìn)行了很好的處理，尤其是對于長樁、超長樁基礎(chǔ)來說，在工作荷載的條件下，所承受的荷載比例相對較小，此時所產(chǎn)生的壓縮變形可以認(rèn)定為樁身的壓縮變形。

4結(jié)語

本文深入分析探討群樁基礎(chǔ)沉降計算相關(guān)問題，得出以下結(jié)論：（1）群樁沉降變形會隨著時間的推移不斷發(fā)生變化，與實(shí)際的工程地質(zhì)存在關(guān)系，并有刺入變形的發(fā)展趨勢。（2）群樁基礎(chǔ)的樁間、壓縮變形特性會受到地層土性、樁基礎(chǔ)布置形式、樁長等因素的影響，并用公式計算進(jìn)行描述。（3）根據(jù)疊加原理提出群樁基礎(chǔ)的計算思路和公式，將分布壓力簡化視為分布于樁軸線的集中力，并以此計算得出土中任一點(diǎn)豎向應(yīng)力?？偨Y(jié)出計算過程的優(yōu)點(diǎn)以及不足之處，在實(shí)際應(yīng)用過程中需要多家考量。