單樁荷載傳遞雙曲線模型的三

單樁荷載傳遞雙曲線模型的研究1引言隨著我國城鄉(xiāng)建設(shè)的發(fā)展,樁基礎(chǔ)作為大型建筑物、構(gòu)筑物中運用最多的一種深基礎(chǔ)形式,其在工程中的運用越來越廣泛。樁基設(shè)計中必須正確合理的估計樁的受力與變形特性。樁在軸向荷載作用下的承載力與沉降計算已成為國內(nèi)外巖土工程學(xué)者共同關(guān)心的課題。但樁土系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng),其工程設(shè)計方法仍處于半理論半經(jīng)驗狀態(tài)。目前,代表性的計算方法主要有:荷載傳遞分析法、彈性理論法、分層總和法、剪切變形傳遞法、有限元分析法等[1,2]。荷載傳遞法因具有概念明確,計算簡單,實用性強的特點,適合工程中的單樁計算。2荷載傳遞法的原理及計算方法荷載傳遞法是用既定的荷載傳遞函數(shù)來分析樁的承載機理。其基本概念是:將樁離散成為一系列樁段(彈性單元),每一樁段與土體之間的聯(lián)系用非線性彈簧來模擬,樁端處土體也用非線性彈簧與樁端聯(lián)系。這些非線性彈簧的應(yīng)力2應(yīng)變關(guān)系,即樁側(cè)摩阻力τ(或樁端阻力σ)與位移s之間的關(guān)系(τ2s或σ2s關(guān)系),這一關(guān)系一般就稱為傳遞函數(shù)(如圖1所示)。利用已知的樁側(cè)(樁底)土的荷載傳遞函數(shù),求解傳遞函數(shù)法的基本微分方程dP/dz=-Uτ(z)ds/dz=-P/ApEp(1)式中:P為樁身軸力;U為樁截面周長;Ap為樁的截面積;Ep為樁的彈性模量;τ(z)為樁側(cè)摩阻力。圖1荷載傳遞法樁2土相互作用模型方程(1)的求解取決于傳遞函數(shù)τ(z)的具體形式。求解主要有以下兩種方法。其一為假定傳遞函數(shù)為線性或易于積分的函數(shù)形式,代入微分方程,利用所給邊界條件直接積分求解;其二為利用實測或試驗的方法得到傳遞函數(shù),一般為非線性,無法直接積分,只能根據(jù)平衡條件和位移協(xié)調(diào)原則,采用數(shù)值解。3荷載傳遞函數(shù)的選取及參數(shù)的確定3.1荷載傳遞函數(shù)的確定用荷載傳遞法分析單樁承載力與沉降的關(guān)鍵在于選擇能真實反映樁2土共同作用機理的傳遞函數(shù)。由于土體的非線性與成層非均質(zhì)性,大量的靜載試驗表明,其應(yīng)力2應(yīng)變關(guān)系與雙曲線相似,故可采用如圖2所示的雙曲線模型作為傳遞函數(shù)。對于淺層土,由于打入土中時的擠土作用,在地表淺部形成隆起,產(chǎn)生徑向裂隙。且打樁會引起側(cè)向振動,樁土之間形成間隙。因此,在地表下15m范圍內(nèi)樁側(cè)摩阻力達(dá)到峰值后有所降低,表現(xiàn)為應(yīng)變軟化的性質(zhì)。故對淺層土,采用改進(jìn)的模型:τ(z)=a1s/b1+s2(2)對于深層的樁周土,樁側(cè)摩阻力采用雙曲線模型:τ(z)=a2s/b2+s(3)樁端土:澇σ眉=a3竿s糖/唱b3+略s(4橋)價三式中叉:倦τ頁(掠z)晶為樁身躬z白截面處的掘樁側(cè)摩阻線力童;s闊為樁身雨(易樁端爛)逗沉降長;社σ混為樁端土咳反力距;ai瀉銀、剩bi(叮i=程1依、停2參、并3)志為土的荷慈載傳遞函蘋數(shù)。丑圖色2斧樁懲2攝土荷載傳賞遞函數(shù)的劑雙曲線?？仔涂?.2冤腰參數(shù)覽a明、黨b擔(dān)的確定廉用荷載傳悼遞函數(shù)的糊雙曲線?；鹦痛_定傳蘆遞函數(shù)的面關(guān)鍵是要條確定不同踩土層的參舟數(shù)居a景、稻b省。對于淺勞層土專,層對公式旺(壽2)拋求極大值拴,橡得出極限嘆摩阻力煩fu吵=a1械/守,趟此時揚s=莫,外一般構(gòu)s段可取輝2甘～追5mm紗。原點處尋的初始剪膛切剛度狗Ksi誼=澤=-慨。焰對于深層監(jiān)的樁側(cè)土角,弟由新(乘3)燈式可得帶,潛剪切位移催趨于無限稈大時的漸豐進(jìn)剖值欺τ合ult涉=訪=虹a2舊。初始剪爪切剛度勢Ksi隊=盒=般根據(jù)試驗芹研究耳,倦τ面ult石值略大于趙樁土界面爪處的極限門摩阻力附fu世。遇fu卷與遷τ米ult忌之間的關(guān)壺系為普:f艇u=言Rf華τ意ult念。芹Rf農(nóng)為破壞比滿。一般這取離0鎮(zhèn).嘩75肆～躬0裹.慕95票。主極限摩阻鹽力駝f弄u收的取值可暮根據(jù)靜力皆觸探比貫祝入阻力值姥結(jié)合土工而試驗資料怨、土層埋突深與性質(zhì)兼確定。對初地表以下梢6m藥范圍內(nèi)的右淺層土體枝,無取嬌f株u=家15k冰Pa;托對粘性土呢,夸當(dāng)戒p傘s棗≤擺100團(tuán)0kP權(quán)a戲時泛,毅f寫u=級(糟kPa)汪,限p絨s賊≥掘100舌0kP漆a災(zāi)時雀,最f遲u=丸0筍.由025莫p尊s+籮25(億kPa)三;禮對粉土與井砂土柳,售f泡u=倡(冷kPa)掌。勿p乎s淚為各土層鑰比貫入阻摩力平均值臣(瓦kPa)岔乒。隙樁側(cè)土的放初始剪切菊剛度潮K偉si,修乳根據(jù)茅Rand澡olph脆疼等人的研化究痰[5]粱,比K危si=良。式中編,義G原為小應(yīng)變疲時的土的出剪切模量蜓,瞇r萍0扇為樁的半幼徑宜,江r恐m肚為土的剪閱切變形可承忽略的范壽圍仙,廉一般的個,ln饞值的范圍吐為蝕3村～情5監(jiān)。影對于樁端罩土漿,害由公式渾(搖4)珍得蒸,嚼位移趨于淋無窮大時把樁端土反竿力的漸進(jìn)芬值戶σ趨ult茫=傲σ柱=石a拴3驕。同樣勾,抬σ菜ult皂略大于樁券端土極限么承載力值盒q脈u,候σ瓦ult摸=較R涼f萬q采u紐。湯R楚f溉的定義與濁取值可參補照樁側(cè)土俘。由深基離礎(chǔ)極限承訊載力公式骨可得鄭,框q卵u=撓9嘆c捉u,冬c編u沉為樁端處稼土的不排位水剪切強撞度。烘樁端土的射初始壓縮懷剛度愛K務(wù)b=性=鞋,筆而樁底土蓬的抗壓剛侍度系數(shù)可炊由彈性半綠空間上的禾剛性基礎(chǔ)廊解答給出揮估計值紛K誠b=護(hù)。露v趕為土的泊屋松比裹,殘一般可取恨0噸.告35烤。揉這樣沒,百由原位測他試和室內(nèi)轉(zhuǎn)實驗確定共了既f織u(銹q角u)蒼和賤K抓si(親到K酸b)蠻等參數(shù)后守,境即可計算樂得出雙曲某線模型中心的唉a概、偉b溝值。楊4口巖土參佛數(shù)的優(yōu)化某實際工程附中的樁基陽,趕由于受到挖土層、土浮性、樁的瓜施工等因丙素的影響瞎,辰因此劍,調(diào)需要對荷形載傳遞函日數(shù)中的巖驗土參數(shù)進(jìn)付行優(yōu)化。關(guān)首先忘,現(xiàn)根據(jù)工程餡地質(zhì)勘測示報告漏,音確定樁周石各土層與塘樁端土懲a裝、燈b厚參數(shù)得初郊始值與合枕理范圍。開然后哪,歉利用樁基源靜載荷試舒驗中實測虎得到的樁禁頂荷載呼2傾沉降曲線匠與樁身軸怕力值你,間對樁周各裙土層及樁吹端土的計倘算參數(shù)進(jìn)竹行優(yōu)化。留具體算法星為盜:飯將注τ啦(脂祖z抹)隔和勿σ叮的具體形縫式代入傳怎遞函數(shù)法攻的基本微跨分方程汽(版1),朵根據(jù)樁頂仔位移值忽s趙0市與樁頂荷彎載筋P夠0,賴采用標(biāo)準(zhǔn)劣的四階住Rung繡e2Ku舊tta張法計算各炎段的軸力到值拆,繩與相應(yīng)位喜置的實測飼軸力值相跌比較撥,勿根據(jù)最小竊二乘法原碎理春,余建立目標(biāo)燭函數(shù)喬:腎f著=得(5)帳式中拆:撓Pij曾為第襖j廉級荷載下讓第孤i偉段實測的踩軸力值則;承P茅′慘ij溫為第妹j桐級荷載下價第竭i腿段計算的刮軸力值。繳當(dāng)目標(biāo)函屋數(shù)劇f京的值達(dá)到觸最小怨f詞min男時罵,嫁待定參數(shù)憶a察、京b下即為優(yōu)化儲值。關(guān)于炒Rung諒e毯-航Kutt敬a舉法和目標(biāo)坦函數(shù)的優(yōu)伏化均已編蝕制程序在符MATL詠AB桿上實現(xiàn)。膀5窗工程實合例包5.1制序工程概喂況拍上海船廠路擬在崇明持基地建造微7標(biāo)萬噸船臺絕,拒廠區(qū)位于糾上海崇明截縣狀,鑄緊靠長江攔南河道北震岸。根據(jù)侄地質(zhì)勘察響報告油,船擬建場區(qū)想土的物理感力學(xué)性質(zhì)償指標(biāo)如表內(nèi)1服。該工程乞采用鋼筋梳混凝土預(yù)熔制方樁基供礎(chǔ)杯,鉛樁徑為裕600拆mm戰(zhàn)×袋800暴mm,滅試驗樁長鎮(zhèn)5311賺m,矩根據(jù)設(shè)計醋方要求銅,肅進(jìn)行單樁槍靜載荷試姨驗。在試咱樁樁身內(nèi)透不同部位躍埋設(shè)測試薄元件證,訓(xùn)量測設(shè)計承樁長的單益樁承載力扮、側(cè)摩阻洪力和樁端夾阻力。鑄表意1幻試驗場詢地地層物吐理力學(xué)性牢質(zhì)指標(biāo)碗層序預(yù)土層名稱拼一般層面巡標(biāo)高觀(關(guān)m)迅C各(同kPa)區(qū)Φ洲(指°什)月a獅0燦.1-0說.2檔(桿MPa)庭E改S0軌.甲1倍-誕0觸.貧2俘(工MPa)煉Q丙u那(針kPa)捐P蝶s漁(懷MPa)慮①邁1結(jié)填土競4末.濤67重-胞6.99粉12陰24.0昌0.26火7.32給0.98討①墾2鞠粘質(zhì)粉土雨與淤泥質(zhì)果粘土互層場3.16訂～挪7.30驅(qū)11鍵17.5掀0.46農(nóng)4.54料0.67儉②閃1逼粉質(zhì)粘土蹄2.21恥～吹3.66瓣19替19.5纏0.35皺5.43專0.89廢②跳2提粘質(zhì)粉土汁-4.9秒5型～盈2.56份10撤24.5滴0.25閥7.78隸1.48攝②漠3融砂質(zhì)粉土焰-8.8倡0李～地5.38移7跨28.5表0.21絮9.00墾3.44泰④夜淤泥質(zhì)粘搖土斧-13.倡60巴11晶11.5離0.93哄2.60茂44殘0.83捧⑤索1據(jù)淤泥質(zhì)粘促土蔥-21.筋70施12呆12.0距0.81恭2.87占51傻1.00峰⑤凈2緩粉質(zhì)粘土嚇-27.續(xù)85北16酷19.5因0.39繞5.19屋70拋3.40咬⑤冊3真.鞭1尖粉質(zhì)粘土愈與砂質(zhì)粉蔥土互層鞋-38.鍵40匪16肺21.5肺0.29指6.70庸69豪5.44左⑤賢3端.子2遵砂質(zhì)鑰粉土與粉額質(zhì)粘土互畢層尸-42.躁85洞10詞30.0浙0.16姨11.4耕0闖8.80牛⑦殿1樹粉質(zhì)粘土它-46.盆15袋8社31.5添0.14泰13.4果4亞10.3梳8廣⑦抽2拋粉砂支-49.爐40找5辦34.0壁0.10鑰17.5暑9吩15.8注2盾⑨秩含礫粉砂戰(zhàn)-60.包65噸4原35.5牲0.08享20.6坦7螞17.1念5中5.2顆裁傳遞函傲數(shù)的選取墊根據(jù)表損1渠所示的各功土層物理協(xié)力學(xué)性質(zhì)每,倉采用本文模提出的雙裁曲線模型府,欲首先確定泥各土層計軍算參數(shù)摘a脂、扣b核的初始值政,由再進(jìn)行優(yōu)蘆化緩,怒優(yōu)化后的傾傳遞函數(shù)庭,乎如表錢2夕所示。屯表晌2袍樁恩2痛土荷載傳蛛遞函數(shù)蒼深度鞠(斬m)君荷載傳遞饞函數(shù)敏0犧～疼4.25龜τ樸(最z)=8戴1.06烤s鳴/條8.65撿+s2服4.25捎～盾12.2掛5便τ就(倚z)=2選75.1寸7s扶/頌57.7襯8+s2旗12.2減5的～石20.1維5并τ廁(騎z)=4腫37.2景0s話/鑒62.9洞3+s2膛20.1尖5鏡～溫32.9揪5壤τ臘(箏z)=5方0.04拖s幼/陶3.56對+s茅32.9聲5揉～您49.2雙5銅τ翁(煎z)=7鬼3.23題s邊/稀4.02堵+s哄49.2累5蠅～繭53.1蒙τ李(掌z)=1益21.3級7s芬/獸4.53鳳+s類樁端演σ靜(給z)=8鄉(xiāng)179.赴2s征/先1.85泉+s焦5.3誼賞計算結(jié)宋果分析勿由圖永3反、圖握4支可看出畏,密用荷載傳霞遞函數(shù)法上能較好的露反映樁的詢承載機且理。按計峽算得到的鑒荷載食2彎位移曲線傘和樁身軸康力變化線春與實測值昆非常接近害,賊其精度完口全能夠滿顧足工程應(yīng)黨用需要。捐圖范3梅滾樁頂荷載服2駁位移曲線搭實測值與喘計算值比芒較原姿扛杰圖仗4鞠樁身軸斯力實值與雖計算值比券較滴6丑結(jié)論肯a)腫用傳遞函莊數(shù)的雙曲甲線模型分悼析樁的家Q照2兵s盈曲線塑,既只要土參腔數(shù)選取適紫當(dāng)那,升實測值與阻計算值就五能較為吻晌合足,差能達(dá)到令賣人滿意的貌效果。巴b)寺針對淺層肌土的應(yīng)變霜軟化性質(zhì)她,菠在由通用辜的雙曲線攝模型建立監(jiān)荷載傳遞檢關(guān)系時李,倚需進(jìn)行必飄要的改進(jìn)解。錫c)秒由原位測框試與室內(nèi)中土工試驗支確定荷載再傳遞雙曲宿線模型的霧計算參數(shù)別,際再利用樁蛛基靜載荷拌試驗資料申優(yōu)化荷載少傳遞函數(shù)刊,乳更為符合總工程實際踢。參考文獻(xiàn)厭1酸樁基工奸程手冊編幫寫委員會欲.耕樁基工程息手冊處[M]怕.江北京啦:苦中國建筑垂工業(yè)出版脂社捎,199薦5,1挨3921除44念2鉛林天健突,倒熊厚金寧,躍王利群民.淘樁基礎(chǔ)設(shè)饞計指南鴉[M]嫩.敗北京購:燭中國建筑他工業(yè)出版扎社妙,199劣9,2也9623釣04攻3粱潘時聲讓.裹樁基礎(chǔ)分規(guī)層位移迭光代法計算職理論及其球應(yīng)用輛[D]誓.廉上海坡:麻同濟(jì)大學(xué)已,199漠3讓4柳何思明暮.螺樁豎向荷誰載鳴2殲沉降特性股的傳遞函才數(shù)法綜述伴[J]嗽.明地基處理娃.199足7,8族(12昨)埋5Ra事ndol屆phM見F,克W