长短桩复合地基沉降计算方法探讨_杨军龙

力 R0 用下式计算:
R0 = P / A - Rcz0
( 3)
式中: A 为箱 或筏基 的底面积; Rcz0为 箱或筏 基底面处 土的自重应力( 见图 2) 。
土中的 附加 应 力可 按 扩展 基 础的 附 加应 力 系数
( Boussinesq 解) 计算的有 关 表格 确定。 当然 为了 提高
对于分层土, 上式可改写为:
Szi = Rczi tg Ui + ci
( 15)
这样, 总抗剪力 T 为:
nh
nh
EQ EQ T = U
i Szi dz = U
i
(
Rczi
tg
Ui
+
ci ) dz
( 16)
i= 1 0
i= 1 0
对于各层土而言, Rczi是线性分布的, 上式可简化为:
n
E T = U ( Rczi tg Ui + ci ) hi
( 4a)
E cs2 = m 2E p + ( 1 - m 2) E s2
( 4b)
式中: m 1, m2 分 别为 1, 2 区复 合地基 面积 置换 率; Ep 为桩体的压缩模量; Es1, Es2分别为 1, 2 区土 体的压缩 模量。
采用分层总和法计算各层的沉降:
E s1 =
n j=1
Rzj E cs1j
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
Q T = U L1 Szd z 0
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。
( 10)
式中 c, U为直剪试验的两个强度参数, R 为正应力。
9
图 3 P > T 情况 计算模式
图 4 抗剪强度与 自重应力的关系
图 4 表 示 抗 剪强 度 与 自 重 应 力的 关 系, 利用 式
( 10) 可得:
Sz = Rcx tg U+ c = Rcytg U+ c
( 11)
式中: Rcx, Rcy分别为 x , y 方向土的自重应力。
Ec = LmE p+ ( 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。
对于横向各向同性土:
Rcx = Rcy = K 0 Rcz
( 12)
式中 K 0 为土的静止侧压力 系数, 为 了计算 方便, 假定 土的静止侧压力系数 K 0= 1, 则有:
Rcx = Rcy = Rcz
( 13)
将式( 13) 代入式( 11) , 则有:
Sz = Rcztg U+ c
( 14)
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
Based on researching the bearing mechanism of the long-shor-t pile composite foundation, the model and m ethods of settlement calculation have been proposed. T he settlement analysis of a tall dw elling house has been done w ith this methods. T his m ethods is convenient w hen it is put into practice. Keywords:long-shor-t pile com posite foundation; additional stresses; design optim izat ion; settlement
( 17)
i= 1
式中 Rczi 为基础底 面到短 桩桩 尖范围 内第 i 层土 的平
均自重应力, h i 为第 i 层土的厚度。
以上两种模 式应用 于实 际工作 时, 应 考虑乘 以沉
降计算经验系数 Ws。 Ws 为计算 值和实测值 的比值, 因 此是随实测数据 的增加 而逐渐合 理。 Ws 可以 参照5建 筑地基基础 设计规 范6( GB50007 ) 2002 ) 中的 取值, 具
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
图 1 复合地基受力机理图
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
杨军龙 龚晓南
孙邦臣
( 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
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, L 1 为短桩长 度, L 1+ L 2 为长桩长度。在 1 区长短桩间隔 布置, 桩距为 3 d ~ 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
力; Rcz0为在短桩桩尖平面处土的自重应力。 ( 3) 复合地 基的最 终沉降 量计 算系从 短桩 桩尖平
面算起, 采用分层总和法:
s = s2 + s3
( 9)
( 4) s2 的算法 同式 ( 6) , 其中 复合 压缩模 量 E cs2应 用式( 1c) 的复合模量法求解;
( 5) 计算 s 3 时压缩 层厚 度有 别于 P [ T 的 情况, 在软土地区, 压缩层厚度自短桩桩尖算起, 算到附加应
( 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
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 + s 2) / ss] Ep + ( 1 - m) Es ( 1b)
式中: s1, s 2 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:
计算精度, 最好按 M indlin 解确定。文[ 7] 认为, 当用以
计算沉降 的 其它 条件 相 同时, 用 Boussinesq 公 式 算得
的值要比实测值大 1/ 2 至 1/ 3, 而 用 M indlin 应力分布
求得的最终沉 降与实 测推 算结果 较为接 近, 并 且给出
了实用应力 计算 公式及 附加应 力系 数表格。 同时, 附
区的压缩模量 E cs2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 =
P+ GA
T-
Rcz0
( 8)
式中: G 为包括桩间土在内的 1 区 群桩实体的 重量; T
为 1 区基础 沿长、宽周 边深度 方向桩长 范围的 总抗剪