钻孔桩σy沉降曲线计算法及在工程中的应用广东省.doc

钻孔桩实用沉降计算曲线 摘 要 本文苏通长江大桥17根超长钻孔桩试验数据研究分析 关键词 钻孔桩 沉降计算曲线 应用 §1 问题的提出 钻孔灌注桩在桥梁和建筑工程实践中得到了极广泛的应用，但其沉降量的研究却远不理想。单桩沉降理论研究虽然有不少方法，但由于其计算结果大多数均与钻孔桩实际不相符，所以在《桥规》中钻孔桩承载力仍然与沉降量计算不挂钩，因而在超静定结构中，不能预计桩的沉降对于上部结构的影响。目前公认桩基承载力-沉降曲线最准确的办法是静载试验。但是由于试桩的成本高、时间、人力消耗大，大量应用显然是不现实的。钻孔灌注桩的承载能力受施工工艺技术的影响较大其成孔过程是孔壁水平向有效应力“解除”的过程，此时粉土、粉砂容易造成塌孔，而淤泥质土或软粘土则慢慢向孔内蠕变，造成缩颈。为克服这些不利因素，多采用泥浆护壁。但泥浆会使成桩工艺存在着固有的缺陷(如泥浆比重、桩底沉渣、桩侧泥皮等)，导致桩侧阻力与桩端阻力受泥浆质量影响显著。由于土层特性、桩基施工工艺以及桩径、桩长等异同，使得桩沉降曲线千姿百态，极难统一结构危险性或使钻孔桩承载力存在很大潜力§2 研究背景 荷载-沉降计算通过分析桩土相互作用关系桩的荷载传递机理结合大量的工程实测数据，然后再进行大量的简化。国内外许多专家对此进行了有益的探索提出了许多计算模式。 在7.1竖向承载力条款中明确指出：单桩允许荷载可用(P-S)关系曲线来计算。只要允许桩沉降S，它就能确定承载力P，如果S不受限值，那么大直径钻孔桩一般无极限承载力。在工程中，如果拟定某种沉降量Sg为破坏阶段，其相应的荷载Pg则可视为桩极限荷载。再以安全系数K=1.5~2来除Pg则得到桩的允许承载力[P]））沉降曲线来§3 基本计算图式 研究表明，单桩荷载－沉降曲线其特性可用三阶段的折线来概括：即弹性阶段、摩阻力 (N)极限阶段和桩端刺入产生桩底抗力R阶段，[如图1]所示。横坐标用桩顶应力σ (P/A)表示(即：面积A上的桩顶轴向力P)。竖坐标用桩顶相对沉降y（S/d）表示。式中S为沉降量，d为桩径。与一般轴向力和沉降量为坐标的N-S沉降曲线相比较，消除了桩径(d)不同所产生的影响。每个阶段曲线的垂直角正切值即地基系数C（单位沉降量所需要的轴力）。Ⅰ弹性阶段：桩身材料弹压系数C0=tgα；Ⅱ摩阻力极限阶段：桩整体沉降地基系数CD=tgβ；Ⅲ桩端刺入阶段：桩尖土壤地基系数Cd=tgγ。为简化计算，本文引入土壤地基系数（刚度）计算法新概念。 3.1弹性阶段（0—Ⅰ） 1) 在弹性范围（S≤0.01d）内，桩侧土壤摩阻力主要是桩身弹性压缩所带动，此时桩底反力甚小（假定1：在弹性阶段桩底反力R=0）。 桩身材料弹性系数C0： (1) 桩顶相对弹性沉降量 (2) 式中：P——桩顶轴向力A——桩面积d——桩直径SI——桩顶沉降量即：π ? d ?η? τmax PΙ = P0 = Nmax / 2 (3) 式中：τmax——土壤极限摩阻力η——泥浆对τmax 的影响系数桩顶荷载增大到时，桩顶土壤也达到极限摩阻力，但桩底尚未变形，即可以说在弹性荷载时桩底沉降为零。这时桩侧摩阻力分布是倒三角形(上大下零)通过积分可以求得桩顶荷载作用下桩顶沉降量SΙ＝S0计算如下： E——桩弹性模量h——桩长ζ——桩侧摩阻分布系数ζ=1/3）① 桩顶沉降量CD = SD (4) 式中：——桩按θ角扩散至土体圆锥底大直径D范围内附加应力(KN/m2)； CD——桩底的土壤整体地基系数(KN/m3)； ②Ⅱ在传力过程中产生弹性压缩S△由于桩侧摩阻力τ在桩全长h范围内均匀分布，ζ=1/2。此时QⅡ=Nmax，弹性压缩： (5) ③ 桩底桩顶荷载QⅡ在传递力过程中，桩底沉降Sd= SⅡ- S△ (6) ④ 桩端抗力R = Sd? Cd ? A （7） ⑤ 修正后桩顶轴向力QⅡ = R + Nmax (8) 平均压应力