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基于南宁地层组合的工程短桩承载力计算及实例分析 摘要 本文首先由南宁市工程实践中所遇到的短桩问题，在总结了浅基础、 深基础以及桩基础在承受竖向荷载作用时的地基极限承载力的计算方法如 有普朗德尔法、太沙基法、梅耶霍夫、魏西克法等的基础上，通过维西可 刚度理论、不同桩长试验结果分析、长细比以及深基础浅基础等基础形式 的定义和承载力机理和计算公式分析等方面考虑，定义了和界定了所要研 究的南宁地层组合模型下的工程短桩；然后在深入分析短桩受力特点的基 础上，参考别列赞策夫桩基承载力计算模型和短桩的承载特点，分析侧摩 阻力和桩端阻力以及桩周围土体与外围土体之间剪力大小及相互关系，建 立其竖向荷载作用下的力学模型，并由此导出竖向荷载下短桩的极限承载 力计算模式。 最后结合相关工程实例验证前面提出的计算公式合理性，再应用大型 有限元软件a b a q u s 模拟实际工程短桩基础。对短桩单桩竖向荷载力模拟分 析，得出模拟的p $ 曲线，综合实测值、计算值、模拟值三者的关系，分析 短桩极限承载力计算公式的合理性和实用性以及在应用中应注意的问题。 关键词：南宁地层组合短桩竖向荷载有限元极限承载力 a n a l y s i sa n dc 0 【p u t e rs i m u l a t i o nf o ru i i m a t e b e a r 烈gc a p a c i t yo fs h 0 r ，rp i l ei ne n g i n e e r i n g b a s e do ns t ra r ac o m b i n a t i o ni nn a n n i n g a bs t r a c t b a s e do ns h o r tp i l ep r o b l e m si ne n g i n e e r i n gp r a c t i c ei nn a n n i n ga n d g r o u n du l t i m a t eb e a r i n gc a p a c i t yc a l c u l a t i o nt h e o r yo fs h a l l o wf o u d a t i o n ，d e e p f o u n d a t i o n ，p i l ef o u n d a t i o nb e a r i n gv e r t i c a ll o a d s ( s u c ha sp r a n d t ll ，t e r z a g h i , m e y e r h o fm o d e la n dv e s i c su l t i m a t eb e a r i n gc a p a c i t yo fs h a l l o wf o u n d a t i o n ) ， t h r o u g hv e s i cr i g i d i t yt h e o r y , a n a l y s i so f t e s tr e s u l t so fd i f f e r e n tp i l el e n g t h s ， r a t i oo fs l e n d e r n e s sa sw e l la s a n a l y s i s o fd e f i n i t i o n ，b e a r i n g c a p a c i t y m e c h a n i s ma n dc a l c u l a t i o nf o r m u l a e ，t od e f i n ee n g i n e e r i n gs h o r tp i l e st ob e s t u d i e db a s e do ns t r a t ac o m b i n a t i o ni nn a n n i n gc i t y a n dt h e nb a s e do n p r o f o u n da n a l y s i so fb e a r i n gb e h a v i o ro fs h o r tp i l e s ，r e f e r r i n gt ob e p e z a n c a i f s c a l c u l a t i o nm o d e lo fp i l ef o u n d a t i o na n db e a r i n gb e h a v i o ro fs h o r tp i l e ，t o a n a l y z et h em a g n i t u d ea n dr e l a t i o n so fs i d er e s i s t a n c ea n de n dr e s i s t a n c e ，a n do f s h e a ro fs o i la r o u n dp i l ea n ds o i lo f f - l y i n g ，t oe s t a b l i s hm e c h a n i c a lm o d e lo f s h o r tp i l eb e a r i n gv e r t i c a ll o a d ，a n db a s e do nw h i c ht oi n d u c et h ec a l c u l a t i o n m o d e lo fu l t i m a t eb e a r i n gc a p a c i t yo fs h o r tp i l e i nt h el a s tp a r t ，t oe x a m i n et h er a t i o n a l i t yo fc a l c u l a t i o nm o d e lp r e s e n t e d a b o v ea n dt os i m u l a t es h o r tp i l ei np r a c t i c eu s i n gf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s s o f t w a r e - - a b a q u s t h r o u g hs i m u l a t i o n a n da n a l y s i so fv e r t i c a l b e a r i n g c a p a c i t yo fs i n g l es h o r tp i l e ，t of i n dq - sc u r v es i l u l a t e d s u m m i n gu pt h e r e l a t i o n s h i p sb e t w e e nm e a s u r e dv a l u e ，c a l c u l a t e dv a l u ea n ds i m u l a t e dv a l u e ，t o a n a l y z et h er a t i o n a l i t ya n dp r a c t i c a b i l i t yo fu l t i m a t eb e a r i n gc a p a c i t yo fs h o r t p i l ea n dp r o b l e m st h a ts h o u l dp a ya t t e n t i o nt oi np r a c t i c e t i k e y w o r d s ：s t r a t ac o m b i n a t i o ni nn a n n i n g ；s h o r tp i l e ；v e r t i c a ll o a d ；f i n i t ee l e m e n t ； u l t i m a t eb e a r i n gc a p a c i t y i i i 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有，本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文 的研究内容。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果，也不包含 本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集 体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名：飞短需 学位论文使用授权说明 。歹年石月铂 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 团即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) ：晒新虢衙霞争二月水 e - 西大掌硕士掌位论文基于南宁地层组合的工程短桩承载力计算及实例分析 第一章绪论弟一早珀。t 匕 1 1 桩基的发展历史及短桩的应用 1 1 1 桩基的发展历史与展望 在人类有历史记载以前，就已经在地基土条件不利的河谷及洪积地区采用了桩基， 这种基础工程方法，在许多不同文化时期的初期，都可以找到桩基的房屋。桩的诞生 到现在有很长一段历史，距今约1 2 0 0 0 年的智利古文化遗址中就已经发现了桩的雏形【2 l 。 以混凝土或钢筋混凝土为材料的一类桩型是在1 8 9 8 年由俄国工程师斯特拉乌斯率先提 出的。经历1 0 0 多年的发展，如今桩作为一种基础或是地基处理方式日益成熟完善，其种 类也日益繁多，分类方法较多，也提出了许多研究方法和理论。广泛应用于设计和实践当 中。1 9 世纪2 0 年代开始使用钢板桩，并广泛应用于围堰和码头的修建；到二十世纪， 美国出现了各式各样的型钢，在密西西比河上的钢桥大量使用钢桩，并逐渐发展成为包 括钢桩、钢板桩、钢管桩等截面形式各异的类型；钢筋混凝土问世后，出现了钢筋混泥 土预制桩，2 0 世纪2 0 3 0 年代出现了沉管灌注混凝土桩，1 9 4 9 年美国最早用离心机生 产预应力混凝土管桩。 桩基础在我国的应用也有很悠久的历史盟1 。我国最早的桩基距今已有七千多年，据 历史文物遗址的挖掘揭示，浙江省宁波市附近的河姆渡遗址作为古代于阑式木结构建筑 的基础是由圆木桩、方木桩和板拉这三种形式木桩组成的桩基础。圆木桩直径一般在6 8 a m 之间，板桩厚2 4 一, - 4 o c m 宽l o - - - 5 0 c m ，木桩均系下部削尖，人土深度最深达11 5 c m 。 公元前2 0 6 年到公元2 0 0 年的汉朝，我们的祖先在桥梁建设上使用过木桩基础。1 9 5 9 年河南黄县利用打并锥具帖扎，创造了钻孔灌注桩。后来，随着我国城市建设的发展， 又根据地质条件和施工工艺，发展了钻、挖、冲孔灌注桩和夯扩桩，桩型多样化，直径 向大型化发展，桥梁和高层建筑已用到直径为3 0m 和3 2 m 的灌注桩。就打入桩来说， 我国3 0 年代建造的钱塘江大桥，就采用过木桩和钢筋混凝土桩基础。2 0 世纪5 0 年代， 静力压入桩开始在我国使用。为了解决钢管桩用钢量大、易锈蚀和造价高的缺点，在“六 五”和“七五”期间，又研制了直径1 2 m 和鱼径1 0 m 的后张法预应力大管桩，应用于 码头和海洋工程。在我国，打入桩与灌注桩的应用同时并举。作为变截面桩新技术的挤 扩桩9 0 年代初期诞生。 广西大学硕士学位论文 基于南宁地层组合的工程短桩承载力计算及实例分析 桩基技术进入现代化阶段以来有了很大的发展，随着高、重建筑物和精密设备对地 基基础的要求日益严格，随着沉桩技术的进步，使桩基有突出的承载力、变形量小、抗液 化、抗拉拔能力的优点，促使桩基发展极为迅速。目前，桩作为一种深基础，广泛应用 于各类土木工程中，有关桩型、施工工艺、检测、实验技术等均取得了显著的进步，特 别是随着计算机技术的不断应用，使得桩基技术更朝着信息化方向发展，当前，桩型、 尺寸、工艺的发展给桩注入了新的内容和活力，也给其在承载力、变形性能、设计理论、 方法的研究提出了更高的新的要求。随着现在科学技术的发展、不同学科之间的交流、 融合，除了传统、常规的手段外，许多其它学科的研究方法不断应用于桩基工程中。具 体表现在如下四个方面吲： 1 单桩设计承载力越来越大，达到了以“万k n 计的水平，例如，深圳发展中心 大厦( 4 3 层，1 6 5 m ) 只用了2 8 根直径2 2 0 0 3 3 0 0 咖的人工挖孔桩，平均每根桩承载 2 3 m n 以上。为了满足设计承载力的要求，设计者不得不从诸如桩身材料优选、加大桩身 截面、最大限度地提高桩身混凝土强度，寻求新的有效的沉桩工艺、对待力层进行加固 等途径来着手，于是出现了各种系列的新型的改良桩系，例如，传统的普通直径( d i ，( c ，) 时，地基发生整体剪切破坏，反之局部剪切破坏或者冲剪破坏。 1 8 广西大学硕士掌位论文基于南宁地层组合的工程短桩承载力q t 算及实例分析 1 9 7 3 年魏西克提出了浅基础的地基极限承载力的估算公式： g ，= 以六+ 川+ 丢归嵋乞 ( 2 2 3 2 ) 式中： c ，。，u 都是与内摩擦角妒有关的承载力系数，由下列的式子确定： c = ( q 一1 ) c t a n q , n q = e x t a n 9 饥2 ( 三+ 争 t = 2 ( q + 1 ) t a n q 上式可以看出，如果不考虑地基土的容重时，魏西克公式就变成普朗德尔公式；如 果只考虑地基土的容重，不考虑其内聚力和覆盖土层的压力( c = o ，q = 0 ) 则极限承载 力公式为： q t = 专y b n 而 其中的承载力系数，只能通过试算求得，在此魏西克引用了： n t = 2 ( n q + 1 ) t a n o 2 3 桩基础极限承载力的计算伍6 。2 町 ( 2 2 3 3 ) ( 2 2 3 4 ) 桩基础的地基极限承载力q u 一般由基础底面的极限支承力q 。和基础侧面与土之间 的总的摩阻力q 组成，有： q = 瓯+ q ( 2 3 1 ) 其中基础底面的极限端阻力为： q b = g 。a b ( 2 3 2 ) 式中g u 基础底面单位面积上的极限承载力，k p a ； 彳b 基础底面积，m 2 。 2 3 1 太沙基公式f 2 3 1 太沙基认为，当圆柱形深基础在荷载作用下达到破坏时，在基地平面以下形成连续 的滑动面，在形成滑裂面的过程中，由于谢环形区域下面的土受到基础下的土给的挤 压，使得这块土体有向上移动的趋势，并驱使其上的土体也产生向上的相对位移，进而 使得在环形区域以上的土体在边界沈上产生剪阻力f ，同时与基础侧面与土体之间产生 1 9 广西大掌硕士学位论文基于南宁地层组合的工程短桩承载力计算及实例分析 图2 - 6 太沙基计算深基础的承载力 f i g 2 - 6t e r z a 曲i sm o d e lf o rc a l c u l a t i n gb e a r i n gc a p a c i t yo fd e e pf o u n d a t i o n 向下的摩阻力正，如图2 - - 6 。 图2 7 梅耶霍夫计算深基础的承载力 f i 醇- 7m e y e r h o f sm o d e lf o rc a l c u l a t i n gb e a r i n gc a p a c i t yo fd e e p f o u n d a t i o n 式中基础以上土的容重； y - = y 。+ 2 i 丢 圭 萼三 与此同时，太沙基认为圆形深 基础基础底部的极限承载力与 浅基础以相同的形式表示： q 。= 1 3 c n 。+ 7 l d q + o 6 y r n t ( 2 3 3 ) 式中 n c ，n q ，m 承载 力系数，决绝于基底以下土的 内摩擦角够； d 基础的埋深； r 圆形基础的半径； y 。一一基底以上土的等效容 重，依据环形面积a d 上移时其 竖向力的平衡条件来确定，设 环形的半径为n r ，等效容重可 以表示为： ( 2 3 4 ) 广西大学硕士学位论文基于南宁地层组合的工程短桩承载力计算及实例分析 z 基础侧面与土之间的极限摩阻力； f 环形圆柱体边界沈上的剪阻力，0 1 5 m 区：分布在i i 级阶地范围， 如南湖附近、冶矿厂、沙井新村和三津一带。埋深1 0 1 5 m 区：亦分布在邕江i i 级阶地 范围，展布面积较大，如江南、石埠、北湖、南湖一带等。埋深5 0 1 0 m 区：分布于火 车站、西乡塘或邕江i i 级阶地后缘，以及江南部分高级阶地范围。埋深 i m ，、时，地基发生整体剪切破坏，反之局部剪切 破坏或者冲剪破坏。这也表明在前面假设的二元地层模型计算条件下，当桩基础的埋置 深度d = 3 4 0 m 是一个临界深度，当桩基础的埋置深度d 3 ：4 0 m 作为持力层的砾石层的破坏 形式为局部剪切破坏和冲剪破坏。 关于局部剪切破坏和冲剪破坏之间的区别在各种现有的理论上并没有做出一定的定 量的区别，只是在停留在定性分析上面，根据别列赞策夫等人研究成果，发现在桩基础 相对埋深大于一定数值时，桩基承载力在达到极限状态时，由于过大的压力，剪切区和 压密区共同作用是桩周围的土体得到压密，在形成很小的剪切区同时，沉降速率显著增 大。这种描述应该属于类似于冲剪破坏，在地基破坏模式中就很需要提出区分局部剪切 破坏和冲剪破坏的一个临界值。根据太沙基的地基极限状态的计算方法，对于发生局部 3 2 广西大掌硕士掌位论文基于南宁地层组合的工程短桩承载力 i t 算及实例分析 剪切破坏和冲剪破坏的地基计算方法，在理论中对土的承载力计算时取抗剪强度参数j c t _ - - 一2c t a n 庐詈t a i l 伊 ( 4 - 2 - 3 ) 在这里本文也对内摩擦角进行一定的折减，取：= 2 妒，代入对于刚度指标打的计算公式 4 - 2 - 1 中： 厅： 堡： 墨 ： ! q 兰! 竺竺旦 ：1 2 8 2 ( ? + g ，t a n 妒) 2 ( 1 + 。) ( c + 吼a n 伊) 2 ( 1 + o 3 ) ( o + d 1 8 t a n 三竺) d 仍然使用用上面的临界刚度指标( 们： ，和，= j 1p ( 3 3 0 - 0 4 5 扣。 ) 对于桩基础可以简写为： ( 。) ：i 1 ( 2 8 5 e 。t ( 4 5 。 - ； ( 4 2 4 ) 将二元地层模型的参数和桩基础的数据输入，得出： ( 仃) = 2 2 5 再将临界值( 。) 代入刚度指标办的计算公式中， 得出d = 5 7 0 m ，再将d = 5 7 0 m 带回刚度指标办的计算公式4 - 2 - 1 中，使用地层组合 二元模型原始参数，计算得出临界刚度 旷知= 扩删坤。 在这里提出另一个临界刚度概念，这个临界刚度为区分局部剪切破坏和冲剪破坏的 一个刚度指标，称为准刚度指标，( 。) 。当r 1 ，( 时，地基发生整体剪切破坏，反之 局部剪切破坏或者冲剪破坏；当1 晰) r i ，( 。) 时，地基发生局部剪切破坏，当 r r ，( 。) 时，地基发生冲剪破坏。 综上所述，在假设的二元模型的计算条件下，随着桩基础的埋深的增加，作为持力 层的砾石层的破坏形式由整体剪切破坏逐步转变为局部剪切破坏和冲剪破坏。从表4 - 1 中可以看到，在规范规定的桩基承载力极限值计算过程中，不难发现，在本文所假定的 二元模型下的桩基础是以端承为主摩擦为辅的一种摩擦端承桩，所以确定其承载性状的 3 3 广西大掌硕士学位论文基于南宁地层组合的工程短桩承载力计算及实例分析 应该是桩端持力层的破坏模式，根据上面的计算实例我们可以看出，当3 4 0 m d 5 7 0 m 之间时作为持力层的圆砾层的破坏模式为整体剪切破坏向冲剪破坏的逐步转变的一个 过程中，可以认为长度处于此区间的桩应该属于一种浅基础向深基础过度的一种基础类 型，就是我们称之为短桩。 4 2 2 不同长度桩基静载试验与理论比较界定短桩概念 另一方面，张明义、石名磊等在一个特定的地层( 如表4 - 2 ) 做了大量的不同长度的 方型预制静压桩静载试验，桩体采用混凝土等级c 3 0 ，截面尺寸为3 0 0 m m x3 0 0 n f l l n 的方桩 ( 如表4 3 ) 【1 4 ，1 5 】。 表4 - 2 土层技术参数 t a b 4 - 2s o i lp a r a m e t e r s 土名厚度p o ( g c m 2 ) e l 一2 ( m p a ) 静，蓁鬻瓣缚粥。蓁瓣瓣 i l l皿2 一 k nk n k n m 2 m m 广西大学硕士掌位论文基于南宁，也层组合的工程短桩承载力- i t 算及实例分析 表4 4 静载试验结果比较1 7 j ! 垒垒：堡：堡竺q 堡巳坠皇垦竺! 坚堕旦! ! 垡i ! 璺! ! q 垒垒i 翌g 曼茎p 曼堕堡曼翌! 序号桩长戮糊序号帐溅崤学 按同深实测值与桩实测值与浅 度天然基理论计算基理论计算 地基计比较比较 算的承l ( p 宴- q 毫) 载力设1 0 0 q 宴 计值fl i ( 口实一句 1 0 0 p 宴l m k n _ 羔l 一k n m 。 m l n m a x 注：为p 理= ( 口夏。+ 9 理i 。) 2 从表4 - 2 中可以看出该试验的地层组合与前面假设的地层组合和相似，有很好的借 鉴意义，对表4 3 实测的不同桩长的极限承载力q 实、桩基理论计算的极限值级以及作 为浅基础的理论计算值f 之间比较( 如表4 4 ) ，不难发现当l 3 2 m 时，o 窭 也 就是说在桩长小于3 2 m 应该视为浅基础进行计算；当3 2 m l 6 m 时，q 实q 理，也 就是说在桩随着长度的增加，其极限承载力实测值越来越与按照桩基理论计算的理论值 接近口1 屯1 5 1 ，而且也可以看出4 m l 5 m 时，承载能力既区别于浅基础，又区别于桩基础， 可以说介乎两者之间，但更接近桩基础。 综上所述，随桩长的增加，桩基承载力的实测值q 宴由低于理论值向逐渐高于理论值 过渡，而与浅基础的f 相比，q 窑呈迅速增大趋势。这说明较短桩的承载机理既不同于 浅基础，又不同但类似于长桩。短桩是一种由浅基础向深基础过渡的基础型式，其承载 机理有别于两者，承载能力处于两者之间，高于浅基础的承载能力而又低于长桩深基础 的承载能力，其长度范围与承载模式、桩周土的性状以及桩端持力层的性状，不同的地 层中有所差异，承载力也有所不同。从上面的试验数据可以看出短桩基础的承载力比较 接近于桩基础而有别于浅基础h 1 。 广西大掌硕士掌位论文基于南宁地层组合的工程短桩承载力计算及实例分析 4 2 3 从长径比界定短桩概念 另外，在长径比方面，一般的理论对浅基础、墩基础、深基础、桩基础做了比较明 确的定义 2 1 , 2 2 , 4 1 】： 1 浅基础：如果地基内部是良好的土层或者上部有较厚的良好的土层时，一般将 基础做在天然的土层上，这样的地基叫做“天然地基”。做在天然地基上、埋置深度小 于5 m 的一般的基础以及埋置深度大于5 m ，但是小于基础宽度的大尺寸基础( 如箱形基 础，片筏基础) ( 即d b ) ，在计算时应该考虑基础侧壁摩擦力的影响， 这类基础称之为深基础。 4 桩基础：桩是埋置于土体中的竖直或者倾斜的基础 构件和支护构件，上部结构的荷载由桩传到地基深处较为坚 广西大学硕士学位论文基于南宁地层组合的工程短桩承载力计算及实例分析 将极限承载力q 视为临界力乃，代入欧拉公式只= 去熹中，得出下表。 茹叫瓣藿曩罐瑟燃馋豁d = d 聍j - 茔雩 d m m l m q k ne g p a 1 d 2m m l d m 1 d 从上表的计算分析中可以看出，在极限荷载作用下，4 5 l 6 m 时，最小桩径一般 在1 6 0 r a m 左右，- k 径比2 0 左右；4 0 0 m m d 6 0 0 m m 时，按照压杆稳定理论计算出的 最大长径比为1 5 左右。综合上面对于短桩的假设条件下计算出的数据，可以认为长径 比范围为6 去2 0 。本文认为在前节得出的深度范围内的基础的承载模式和长径比也 是有很大关系的，当长径比三d 6 时，基础的承载模式更接近于浅基础，可以忽略侧摩 阻力，进行深度宽度修正，视为墩基础设计：当长径比三d 2 0 且符合压杆稳定时，基础 3 7 广西大掌硕士掌位论文 基于南宁地层组合的工程短桩承载力- h ：算及实例分析 的承载模式更接近于桩基础，侧摩阻力不能忽略，极限承载力应该是端阻加侧壁摩阻， 视为桩基础设计。 4 2 4 从承载力计算公式界定短桩概念乜3 2 5 删3 3 从深基础和浅基础承载力的计算公式中，我们可以发现，浅基础的承载力经验计算 公式中可以看出，浅基础的承载力随着基础的深度和宽度的增加，单位面积的承载力在 不断提高。其根本的依据是在地基破坏模式上，当基础埋深较浅时，地基土的破坏模式 基本是整体的剪切破坏，滑裂面在地基平面以下一定范围内形成以后，随着荷载的不断 增加，滑裂面也会不断发展，直至滑出地面，在地基周围形成很多的隆起。在基础的宽 度和深度增加时，滑裂面增加很多，提供了很多的承载力，是单位面积的承载力也在提 高很多。深基础的经验计算公式一般是将端阻力和侧摩阻力相加得到的，深基础的埋置 深度一般比较大，地基土的围压一般较大，地基土的破坏形式多数表现为持力层土体的 挤密和压缩使基础沉降不大但是承载力达到极限，另一方面，侧摩阻力一方面提供了竖 向承载力，又在地基土中产生了一种竖向的附加应力，增加了持力层土体的围压，限制 了滑裂面的发展，对深基础的破坏时的持力层土体的变化的观察中发现滑裂面的发展局 限在很小的范围内也说明了这一点。 短桩与浅基础的区别就在于桩端 持力层的破坏形式上面，前面已经提 到，作用在圆砾层上的短桩在竖向力的 作用下，侧阻力在一定程度上有所发 挥，大部分的轴力向下传递至桩端。由 于桩本身的截面积较小，再加上埋深范 围内土体自重和侧阻力产生的地基平 面上的附加应力共同作用，圆砾层破坏 模式为局部剪切破坏和冲剪破坏。 0 言1 2 5 赚 剿 盔2 加 * g 嚣 捌 | 3 7 5 5 d 0 一 勰 从上面的分析中可以看出短桩基f ；g 昱篙蠹兰惹群羹煮嚣蓑孚蠹警惹慧嘉绷d 础应该属于深基础的一种。单纯从竖向 5 u b g m d e 承载力方面考虑，短桩基础和墩基础都是深基础，在计算承载力时都要考虑侧摩阻力和 桩端阻力。但是由于墩基础截面面积一般较大，而且多为挖孔和沉箱方法施工，上层土 体产生的侧压力为静止土压力，这与短桩基础的打桩或者静压的施工方法产生的主动土 压力相去比较大，所以侧摩阻力相差一般较大，作用在墩基础底面的单位面积的地基附 广西大掌硕士学位论文 基于南宁地层组合的工程短桩承载力计算及实例分析 加应力一般比较小。另一方面墩基础的计算公式中与土体相关的参数一般选用太沙基的 参数计算其极限承载力，这在侧面说明墩基础持力层的破坏模式更接近于整体剪切破 坏，但是太沙基方法计算出承载力一般偏大，所以在工程中一般视其安全系数为3 0 左 右【2 2 1 。这样折减以后的结果往往没有维西可计算的结果取安全系数为2 0 的情况大。 短桩基础与一般的桩基础的比较上我们可以看出，短桩的刚度比较大，桩身的压缩 变形过程几乎可以忽略，在承载的过程中，侧摩阻力和桩端阻力的发挥一般是同时的。 由于短桩桩身的截面比较小，持力层一般较硬，所以在静载试验的过程中口q 曲线一 般不会出现明显的拐点，判别极限承载力基本从工程实际的位移要求出发，以沉降位移 量确定，实际上多数没有达到极限荷载。本文着重于极限承载力的计算，对于沉降量不 作为研究范围和依据。 本文以上四节在一些合理假设条件下对短桩基础的承载模式、破坏模式和长径比方 面做了一些理论分析，对于短桩基础的概念比较明确，本文所要研究的所谓短桩基础就 是适用于特殊地层组合模型，将上部结构的荷载传到地基较深处坚硬的土层，类似于桩 基础的细长构件，破坏模式、承载模式类似于桩基础而有别于浅基础的竖直基础构件。 ，- 短桩基础的长径比一般6 2 0 ，埋置深度符合刚度理论得出的临界深度范围，竖向 承载力是端阻为主侧摩阻力为辅。 4 3 短桩基础的竖向荷载下的承载 机理 4 3 1 桩基础的竖向荷载下的物理模型分 析 2 1 分析大量的桩基静载试验，发现在加 荷载的初始阶段，桩的沉降率很小，几乎 全为桩和周围土体的弹性变形。当荷载自 p q 曲线的初始阶段，桩的沉降很小，几 乎全部为桩和周围土体的弹性变形。当荷 载自p q 曲线的初始直线段的某点( 称之 3 9 q 1 口 岂 q + 4 q 图4 - 3 微小桩段力的平衡图 f i g 4 - 3f o r c ee q u i l i b r i u mg r a p ho fp i l ee l e m e n t 广西大掌硕士学位论文基于南宁地层组合的工程短桩承载力计算及实例分析 为a 点) 卸载，桩顶会回弹到初始的零变位处。 如在桩身不同截面处埋置应变计测量桩的轴向力，可得桩身的轴向力沿桩身的分布 图。取深度z 处的微小桩段厶z ，由力的平衡条件( 图4 - 3 ) ，可得： ( q z + q z ) 一q = - q 。“止 ( 4 3 一1 ) 即g 。：一三孥 “z 式中q z 、q + q z 在深度z 、z + z 处桩身的轴向力； “桩身周长； 在深度z 处微小桩段z 内桩测摩阻力。 由式( 4 3 1 ) 可知，桩身轴力分布曲线的斜率( 一垒肇) 反映桩侧摩阻力的大小。 凸z 当加荷至a 点时，几乎绝大部分荷载是由桩身上部的桩侧摩阻力支撑，桩端支撑的 阻力( 简称桩端阻力) 极小。近桩顶端的浅部，桩侧摩阻力也不大的。 当荷载继续增加，增大的荷载基本上仍由桩侧摩阻力支撑，桩端阻力的增加仍然不 大，而是桩身下部的侧阻力由上向下逐步被发挥出来。 当桩侧摩阻力在整个桩身上全部发挥达到极限后，随着荷载继续增加，增大的那部 分荷载就由桩端阻力来承担，桩身轴力分布曲线的斜率不断变化，整个曲线仅发生平行 位移。 随着桩端持力层的压缩和塑性挤出，桩项位移增长速率逐渐加大，直至桩端阻力达 到极限，位移急剧增大而破坏，此时桩所承受的荷载就是桩的极限承载力。单桩的极限 承载力q u 由极限侧阻力q s 。和极限桩端阻力q d 。组成，即： 包= q s u - 4 - q p 。 分析加载过程桩侧阻力和桩端阻力的变化，可发现桩侧阻力与桩端阻力呈异步发 挥。桩侧阻力先发挥，先发到极限；端阻力后发挥，后达到极限。 4 3 2 桩侧阻力分析 影响桩侧摩阻力的因素有：桩的设置方法，土的种类