长短桩复合地基沉降计算方法探讨_杨军龙

第32卷第7期建 筑 结 构2002年7月

长短桩复合地基沉降计算方法探讨

(浙江大学建筑工程学院 杭州310027) (核工业第七研究设计院宁波分院 宁波315040)

[提要] 通过研究长短桩复合地基的受力机理,提出了长短桩复合地基的沉降计算模式和实用的计算方法;应用该方法作了某高层住宅设计的沉降算例分析,证明该方法可以很方便地应用于工程实践。[关键词] 长短桩复合地基 附加应力 优化设计 沉降

Basedonresearchingthebearingmechanismofthelong-shor-tpilecompositefoundation,themodelandmethodsofsettlementcalculationhavebeenproposed.Thesettlementanalysisofatalldwellinghousehasbeendonewiththismethods.Thismethodsisconvenientwhenitisputintopractice.

Keywords:long-shor-tpilecompositefoundation;additionalstresses;designoptimization;settlement

杨军龙 龚晓南孙邦臣

长短桩复合地基的设计理论目前仍处于研究阶段,现行规范中尚没有其沉降计算的具体方法。有鉴于此,拟从长短桩复合地基的受力机理及其沉降规律入手,探讨其沉降的计算模式和实用算法。

一、长短桩复合地基沉降计算方法探讨(一)基本原理

图1为长短桩复合地基的受力机理图。图中D为基础埋深,L1为短桩长度,L1+L2为长桩长度。在1区长短桩间隔布置,桩距为3d~4d,由于刚性桩体的/挟持0和/遮拦0效应,桩间土体和桩体共同沉降,形成类似实体的等代墩基。这个实体基础的沉降首先必须克服该基础沿着长、宽边深度方向土体的抵抗,对匀质土层设该单位抵抗力为Sz,则周边土层中的总抗剪力为

T=U

在工程界普遍采用的方法,如下式所示:

Ec=mEp+(1-m)Es

(1a)

复合模量法适用于散体桩或柔度较大的桩,对于半刚性桩和刚性桩,以及桩距较大、桩长较短的柔性桩,桩常常刺入土中(塑性变形),桩无法在抵抗变形中完全贡献自己的刚度,严格来说这种方法并不适用。有鉴于此,文[8]提出对于桩土模量相差较大的桩,计

算模型应有所不同。考虑这一因素,复合模量的计算公式应为:

Ec=m[1-(s1+s2)/ss]Ep+(1-m)Es

(1b)

式中:s1,s2分别为桩的上、下刺入量;ss为桩长范围内土层的压缩量。将1-(s1+s2)/ss定义为L,称为模量发挥系数或模量发挥度,于是有:

Ec=LmEp+(1-m)Es

(1c)

文[8]也给出了一种刺入变形量的计算方法,虽然是基于几个假设之上,但是以此思路进行优化方案设计应当说是可以的,而且在选用了合适的L值时,该方法应该可以用于工程实践。在以上论述的基础上,可以分析长短桩复合地基的沉降计算模式。

11第一种模式,P[T,全复合地基模式

如果P[T,将短桩范围内的群桩仅考虑为实体深基础是不合适的,这势必导致桩越长,桩与桩间土的组合重量G越大,基础的计算沉降越大的不合理结果。群桩周围土体显然是可以减小基础沉降的,因为此刻周围土体和桩间土是一个整体,外荷载P并未破坏这个整体,群桩桩长范围外的周围土体具备抵抗外荷载的能力,使基础的沉降受到约束。由此可以认为,附加应力作用平面为箱或筏基的底平面,将长短桩均看作对桩长范围土体的加固。由于桩的存在,桩间土的变形必须与桩的压缩变形协调,桩基的材料系由混

Q

L1

Szdz

式中:U为基础平面的周长。

与1区不同的是,在2区仅有长桩的桩体,其中土体和桩体不可能共同沉降,长桩桩尖必然伴有刺入下卧层土体的相当的刺入量。在1区实体基础及2区桩体桩身摩阻力的作用下,2区土体受到压缩。因此,将2区视为刚性桩体加固的复合地基,应采用复合地基的沉降计算方法进行沉降计算。

(二)复合地基沉降计算

复合地基沉降计算的关键在于分析土中附加应力的分布及复合地基复合模量的计算。在这里,通过比较外荷载P和总抗剪力T的大小,分析其破坏模式,以此为基础给出长短桩复合地基的沉降计算模式,分别予以计算。

文[10]给出了/复合模量法0的准确定义,并提出

为1,2区第j层的桩土复合压缩模量;Esj为3区土的第j层的压缩模量;hj为第j层土的厚度; Rzj为第j层土的平均附加应力。

将式(5)~(7)代入式(2)即可得复合地基的最终沉降s。

21第二种模式,P>T,等代实体加复合地基模式与第一种模式相对应,如果外荷载P大于总抗剪力T,基础沿长、宽周边深度的剪力抵抗不住外荷载的

图1 复合地基受力机理图

图2P[T情况计算模式

作用,这样1区四周土体产生很大的剪切应变,此刻1区范围外的周围土体和短桩长度范围内的桩间土的整体性受到破坏,但仍有联系。在这种状态下,1区长短桩结合的群桩可以采用等代实体深基础模式,其周围土体仍有残余抵抗力在抵抗基础的下沉,故假定土的剪应力与剪应变符合刚塑性应力-应变关系。这个抵抗力的合力即为总抗剪力T。

在2区,由于桩比较稀疏,所以桩长范围内外的土体并没有受到破坏,因此仍然可以视为复合地基。但是此时基础的荷载水平相对较高,桩尖发生的刺入变形较大,因此不可以忽略桩尖的刺入作用。在1区,变形主要为桩体的压缩,因为本文讨论的是刚性桩复合地基,相对于2区及下卧层,1区的变形可以忽略。2区的压缩模量Ecs2应用式(1c)的复合模量法求解。这样,具体的计算如下:

(1)自重应力从地面算起(见图3);(2)附加压力R0作用平面为短桩桩尖平面

R0=

-Rcz0

A

(8)

凝土或钢材组成,它们的弹性模量远大于土体的压缩模量,桩的设置 …… 此处隐藏：5336字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……