北科大现代岩土工程技术作业范例.doc

2015级研究生 《现代岩土工程技术》作业 姓名： 王 辉 学号： 专业： 建筑与土木工程 学院： 土木与环境工程 2016年6月28日 桩基侧摩阻力的研究 前言 桩基础是一种应用广泛的基础形式,桩与土在侧壁及端部均有接触,由于土层性质的多变性及桩土的相互作用,决定了其受力的复杂性桩的承载力包括侧摩阻力和端承力两部分,其中侧摩阻力是一个变化较大的量在工程实践中发现,桩侧摩阻力在土层及桩型一定的情况下,极限值有一个相对固定的取值范围,说明桩土材料特性及桩土界面特性、桩施工工艺等因素是极限侧摩阻力的主要影响因素。现行规范将上述主要影响因素及对应的侧摩阻力取值范围归纳总结成表格以供查找，但在工程实际中发现,随着端部支承条件、桩受力方向、临近土层的性质、土层的深度等具体工程条件不同,侧摩阻力还会有很大变动。由于桩的侧摩阻力随各种工况不同有很大变动,对于摩擦桩或摩擦端承桩,有必要对影响侧摩阻力的各种因素进行研究和总结,从中得出侧摩阻力取值随各种因素的变化规律,用以指导桩的设计和施工,使之达到经济合理的目的。 国内外研究进展与现状 负摩阻力的研究 在一般情况下,承受负摩擦力的桩只是桩身的上部部分桩周土体沉降大于桩身沉降,因而只有一段桩身作用有负摩擦力的。桩周土体的沉降是相对独立的,一般是因为地面堆载、地下水位下降和欠固结土体的固结沉降等原因引起的。负摩阻力作用的长度取决于桩侧土层的欠固结度和欠固结层的厚度、桩底持力层的刚度、沉桩后外部条件的变化、桩的长径比和截面、刚度等。在同一根桩上由负摩擦力过渡到正摩擦力存在一个摩擦力为零的断面,该断面称之为中性点,它是摩擦力、桩土相对位移、桩轴向压力和下拉荷载沿桩身变化的特征点。在桩身的中性点以上,土体的沉降大于桩的位移；在中性点以下,土的下沉小于桩的位移；而在中性点位置,土体和桩的位移相等。因而在中性点以上,桩受向下的负摩擦力作用,桩身轴向压力随深度递增;而在中性点以下,桩受向上的正摩擦力作用,桩轴向压力随深度递减;在该高度处作用于桩的表面摩擦力为零,中性点位置的桩身轴向压力最大。 基桩桩侧出现负摩擦力的环境条件主要有:1当桩身穿过欠固结的土层(河口与海岸的新沉积土层或松散填土)而支承于较硬土层中,桩周土体因固结而产生的沉降大于桩的沉降时；桩设置在受自重作用而完全固结的软粘土地基中,但当桩周地面受到大面积的地面荷载(堆载或码头后方的快速吹填)作用而大量下沉时；2在正常固结粘土或粉土地基中,当桩周土层因抽水或其他原因导致大面积地下水位下降,上覆土自重增大及土中的有效应力增加以致大范围内出现地区性下沉时；3桩设置在易受环境影响(浸水、解冻、动力振动或地震等)而沉陷或重新固结而大量下沉的地层(自重湿陷性黄土、季节性冻土层或可液化土层)的地基中,当受水浸湿!融化或受振液化导致地基土大量下沉时；4在采用打桩法或者振动沉桩的桩基中,由于桩身上段在压力解除后将会产生向上的回弹,此一回弹作用将使桩周土体产生负摩擦力,此一负摩擦力虽可由桩身下段的正摩擦力所抵消而不致引起桩工作状态的异常,但在桩正式承载时将会使桩的承载力有所降低。 早在1948年，Terzaghi和Peck[1]在合作的著作《Soil Mechanics in Engineering Practice》 中,就提出了桩基负摩阻力问题并给出了简单的计算公式。此后60多年间,大批的岩土工程专家学者、从事岩土工程设计施工的人员都积极努力地通过各种方法研究桩基负摩阻力问题。国外研究负摩阻力的全盛时期是20世纪60年代、70年代,70年代后期SL桩(slidelayerpile)的研制投入使用,基本上解决了负摩阻力问题。尽管如此,由于桩一土体系非常复杂,在工程设计中负摩阻力计算仍然是半理论半经验的。所以,国内外学者没有放弃对负摩阻力的深入研究,进一步完善计算理论。 国内外学者对于负摩阻力的研究主要通过三个途径:现场实测、室内试验和理论公式,并且往往将三者结合在一起考虑,以便得到更真实的计算方法。 1965年,JohanessenBerrum[2]提出了利用有效应力计算负摩阻力的方法。这种方法公式简单，便于应用,但是这种方法使用范围有局限性,而且该方法计算的结果往往偏大。这种方法只适用于桩土剪切位移较小的情况,而且负摩阻力问题中另一个重要环节一中性点的位置仍是根据经验确定的。之后经过zeevaert、Birrum、Garlanger、Janbu等专家的发展[3][4],主要考虑了孔隙水压力消散、有效垂直应力、有效内摩擦角、土体侧压力系数以及塑性指数等对负摩阻力的影响。 荷载传递分析法是根据桩身荷载，沉降及桩身摩阻力随深度变化的规律来求解桩顶荷载与沉降曲线。桩