被动桩计算模式和考虑土拱效应的计算方法.pdf

被动桩计算模式及考虑土拱效应的计算方法* ** 李忠诚 ，杨 敏 （同济大学地下建筑与工程系，上海，200092 ） 摘要：建立了地面堆载条件下对邻近桩基影响的实用计算模式，将被动桩分为受土体位移作 用的被动部分和受土体抗力作用的主动部分分别考虑，以T.Itos 土压力为依据，考虑土体的 实际分层和被动区侧移土体成拱效应，计算被动部分桩侧土压力，主动侧作用于桩身上的土 体抗力与桩的变形成正比。通过桩的平衡建立位移协调方程，采用有限差分法求解建立的微 分方程，并编制了VBA 电子表格有限差分程序。最后通过一个工程实例对本文提出的被动 桩的实用计算方法进行了验证。 关键词：土拱效应；被动桩，土压力，侧向变形 引 言 对于侧向受荷桩基来说，根据桩与周围土体相互作用的特性，可以分为两类De Beer[1][2] （1977 ）：第一类桩基直接承受外荷载并主动向土中传递应力，称为“主动桩”；第二类桩基 并不直接承受外荷载，只是由于桩周围土体在自重和外荷作用下产生水平运动而受到影响， 称为“被动桩”。在主动桩中，桩顶荷载使桩在土体中移动，桩上荷载是因，桩相对于土体 的变形效应是果；而在被动桩中，侧移土体对桩产生土压力，土体相对于桩的移动是因，它 在桩身上引起的荷载是果。由于被动桩因土体移动产生的桩侧荷载难以确定，引起桩土相互 作用的土体位移不仅与土体本身的性质、桩的形状、数量和布置等因素有关，而且还与产生 土体位移的成因（如堆载、开挖、打桩）有关，因此，被动桩的问题要比主动桩复杂得多， 如果设计不当，会产生严重的工程问题。在软土地基中，堆载或开挖引起的土体水平位移可 达到堆载高度或开挖深度的 1％～2 ％甚至更大。如此大的侧向位移引起的作用于桩上的侧 [1] [3] 向压力会很大，足以使大尺寸的桩产生变形甚至破坏 。 在工业厂房、港口码头、边坡加固等工程中，桩基不仅直接承担作用于桩顶的主动荷载， 而更重要的是抵抗土体在自重或者外荷载作用下土体的侧向变形，这些工程中的桩是比较典 型的被动桩。对于被动桩的研究，由于桩土相互作用和桩受力的不确定性，数值分析是一种 比较理想的方法，但相对于竖向受荷主动桩的研究，仍欠缺一套系统的理论方法。本文将在 被动桩土体双层滑移模式基础上，基于侧移土体在桩前的成拱效应，建立邻近堆载条件下被 动桩实用计算方法，最后结合一工程实例验证本文理论方法的有效性。 1 侧移土体的成拱效应 土体在荷载的作用下产生侧向运动，当侧移土体受到邻近桩基的遮栏作用时，在桩基附 近产生土拱效应，将土压力由桩向土体传递。Terzaghi （1943 ）最先解释了土拱现象，认为 土拱形成的原因是压力从已经屈服的土向附近刚性桩的传递过程，也有一些学者认为是应力 *基金项目：上海市科委重点基础研究项目资助 （02DJ14062 ）；高等学校博士学科点专项科研基金资助 （20020247003 ）. **通讯联系人：李忠诚，男，博士生，主要从事桩基础理论研究和岩土工程数值分析。Email ：lzenc@163.com 1 从已经屈服的土向没有屈服或约束土体的传递过程。Chen （1997）进行了一系列的室内模 型试验，对承受土层水平侧移的钻孔桩的性状进行了研究。试验表明：当桩间距等于或大于 八倍桩径时，桩后土体就没有土拱效应的现象，即群桩中桩的性状与单桩性状无异。 土拱 d s 土层位移方向 图1 桩周土拱示意图 图2 侧移土体成拱效应 Fig.1 soil arching around piles Fig.2 arching effect of l