（岩土工程专业论文）桩基沉降分析与计算.pdf

馘商交通犬学硕士研究生学位论文第1 贾 摘要 随骜国民经济的飞速发展，嵩速和麓载成为公路和铁路的发展趋势，建筑 物也越来越大，因诧，谨们的基础承受的荷载谗越来越犬，琵确诗算这类建筑 物的沉降是设计过程中的一个徽要环节。在竖向荷载作用下的桩基础，其沉降 豁交形稳是柱、承台、遮基主乏阉程鸯彩晌豹结采，囊子遮羞主豹复祭多变魏 以及成桩工艺、桩型及布桩方式的多样性，桩簇沉降计算历来是桩基础设计巾 豹一令滩题，器管嚣蘸氆经提滋了缀多骞关棱纂穑沉酶诗算豹方法，键郝毒务 自的适用范围和特点，因此，对桩基沉降计算方法做个全面的研究是很必要。 率文主要徽了戳下豹工律；莓先，麓要套绥了单摭沉降投糍巍沉酶访算方 法，分析各种单桩沉降计算方法的局限性及其应用与研究进展，对单桩沉降计 冀方法避行对比。其次，全面分橱了群柱基础携沉降计雾方法，并对群桩沉酶 计算方法进行评价。再次，论文第四章分析了湿陷性黄土地醚桩基的负摩擦力 秘沉降计算方法。论文的第五章依据规范推荐的桩基沉降计算方法编制了桩基 褚b 沉降计算软件，并结合工程蜜饲验诞软件的诳靠性，分析了湿陷性黄土地联 负摩擦力对桩基沉降的影响。 关键词：单桩；群桩：沉降；濑陷性；软件 程赢交避犬学硬士磷爱生学位谂文 第l 蒙 1 1 桩基础概述 第1 章绪论 当建筑场地浅层地基土质不能满足建筑物对撼基承载力和变形的蒙求，也 水宜采用地旗处理等攒施时，税往需要以地基深屡坚实土层或者岩层作为地基 持力屡，采惩深墓磷方寨。涤旗醚主要骞犍基破、滚劳霸蟪下连续壤等燕耱类 型，其中桩基础的历史最为悠久，应用激为广泛。 。1 。1 桩基础发震史 桩基础的发展有糟悠久的历史，在宥历史记载以前，人蹙就己经在地基土 条件不良的河谷及洪积地区采用7 柱基础来建造房屋。在诲多不同文化曩重期的 初期，都可敬我到穰蒸穑酌房灏。1 9 8 2 颦在智翻发滴的文纯遗址所觅羽的桩， 躐今大约有1 2 0 0 0 _ 1 4 0 0 0 年。我国历史上最早的被距今己有7 0 0 0 多年，在浙 汉余姚的澎姆渡，作必古代予藤式本结格建筑熬纂秣是由鼹本控、方本控窝教 械避三种形筑木桩组成的桩基端瑚。桩纂础用于桥粱的历史也极为悠久。据水 经注记载，公元前5 2 3 年在令山西汾水上建成的三十墩柱术柱梁桥即为桩柱 式援墩。我滚秦我熬溱耩、建麟熬郑翔越牮毒、纛代懿校赠湾丈海鬟、餐羲菝 州市郊的广济桥、北宋的上海她华塔、南宋的常熟聚沙塔及 西南交通大学顼士研究生学位论文 第2 页 毽纪2 0 、3 0 年代墨蠢琥沉管灌注浞凝主掇。3 0 年代上海修建的一些离疆建筑 的基础就盼采用过沉管灌注混凝土桩。随着大型钻孔机械的发展，出现了钻孔 灌浚柱。钧整纪5 0 、6 0 年代，我重垂孽钦潞和公路羲粱就努始大量采矮镰强灌 注桩和挖孔灌注械。随着桩基施工技术的提高，灌注桩的桩径、桩长也不断增 大。毽嘉萋我嚣撬豢芏程孛最大桩绦己超过5 越，蒸桩入深度已达l m 以上【4 j 桩基技术的发展受工北化的影响巨大。水泥工业的问世、现代钢铁正业的 嵩遮发展及纯学王她豹蠛起，都使挂基技术及其皮用形成了一个独特的时鹚。 由于桩型及施工工艺的不断推陈出新，械基无论是在概念和设计理论上，还是 在效用上，都产生了许多实质性的变化，桩的应用及成拨工艺比过去更为多样 亿、复杂化。柱蒸础的发腰趋势袭明，穰身的超搿强度、大直径、超长度、无 公寓沉桩童艺及完美的施正控制技术等己成为未来桩基潋良和发展的重骚内容 箨l 1 。1 。2 桩鳇分类 分类怒人们将问题清晰化的一种技巧，它可使桩所睛含的信息在一定程度 上鬟露出寒镬予避孬势撂，会理遮选择类穰拄型楚控基磷彀诗孛戆重要耀蓑。 桩藻础可按桩体材料、施正方法和功能等分类如下： l 、按照耪辩，柱可分为本桩、渥凝主桩( 窘镄菸渥凝桩秘颓应力锅荔混 凝士桩) ，钢桩和缀合材料桩等； 2 、按拉的使爆功能可分为轴向抗压撼、轴向抗拔桩、横向受荷桩、笈合受 荷桩等； 3 、按桩的荷栽传递方式可将桩分为滕擦型械和端承越桩两大类； 4 、按施工方法胃分为预翻被鞠灌注穰； 5 、按桩的挤士程度可分为非挤桩、部分挤土桩和挤土桩三类； 6 、荬它分类菇法： ( 1 ) 根据桩径的大小可将桩划分为小直径桩( 桩径d 2 5 0 嗍) 中等崖径桩 ( 2 s 0 隧 1 3 龟 ( 2 2 0 将戏( 2 一i 孽) 、( 2 2 0 ) 代入( 2 一1 8 ) ，褥桩顶沉簿量静诗辣公式： & _ 丢毒k 印。毒， 。喇， 式中；j - l n ( _ 荛穰鹣影响半径 c o o k e 通过试验认为“”= n 吒 2 0 艏，士的剪应变已很小w 忽略不计。 因此，w 将桩的影响半径定为2 0 。r a n d 0 1 p h 和w r o t h ( 1 9 7 8 ) 阱3 提出桩的影 响半径k 一2 。显p ( 1 一虬) ，其中p 为不均匀系数，表示桩入士深魔l 2 处和桩端 憝主豹薅凌模量夔览毽，鼯p - 乏姜铲嚣魏，对鹭匀p k 在主速凑定 影响半径的两种经验方法巾，c o o k e 提出只与桩径有关比较简单，而r a n d 0 1 p h 等提出与桩长及土层性质有关，比较合理。 上述c o o k e 提出的单桩计算公式，由于忽略了桩端处的荷裁传递作用，因 此黠缀壤误差较大。r a n d o l 油等挺出将柱端修为嚣4 牲墩，按弹瞧力学斡方法诗 算柱臻浚辫耋& 銎蛀，瓣： 鼍掣叩 协：。， 式中：印桩入土深度的影响系数，一般玎= o 8 5 一1 o 。 辩予雕性桩，则根撼焉一霉+ 嚣及& - 鹭- 是的条俸 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 h 母嚣+ 揣最( 2 2 3 ) s 。墨。s 雾l 雾l l l l 茎黧 剐黜豸溉戮。濯塔霎廷囊焖鍪醒錾萋强。銎赢赫薛整豢塑蓁垒彰j臻叠 露嚣譬基篓酗塑囊篓iq霉添羹雾。毫姜!|客蓥管蓉芝蠢粤髦2碧荔露姜j 蠢塞萋巍囊囊穗瀚丽喵靳謇心醚毵静骋j鼠征i自8讳蛰酗南匿问鬟匍“蠢磊 黝塑荔蓉鬻翔黧艘鳃啦理囊力篓霞朗囊蠢曰鞠?藿与承拳袋其覆主重舅之帮 隽只翔廷骞姿尹 ，薅实薄涤 熬础的假定才是合理的，凰在沉降计算中应以矿伊，作为外荷载计算桩端平 两的附加应力( g 是承台熬上覆土重塌与群桩及桩间土总重岛之和，t 是群 摭终垂总剪力) ，才藐褥捌合理酶沉降诗算结果，慰予f ，豹谤况，不斑 采用实体深蕊础的假定，诧瞬，群柱蕊础与复合逸基近钕，超长糠就属予这 种情况。 这样，在滋一步考虑瓣桩外围剪戍 力熬终用l 雩，爨簧宠谤算慧努力零熬大 小，总剪力由下式确定“蝣； d “ “ r u 产出一，( 瓦留纯+ c i 油；( 3 7 ) 式串：承台底面酶褥长。 d 敝台埋深。 瓦承台底到摭尖范围内第 f 层土的平均蠢重应力。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 4 页 ，蝇- 亭鲁+ 去 ( 2 3 5 ) 式中尸_ _ 桩顶竖向荷载； 扣_ 桩的深度： b 和- 桩的受压弹性模量和横截面积； 亭桩侧摩阻力分布系数，对于打入和震动下沉者，亭- z 3 ：对于钻 孔桩亭- 】2 ；对于柱桩亭一1 ； 4 自桩顶以甲4 角度扩散到桩端平面处的面积； c 。桩端处土的竖向地基系数，c 。m 。l i l ，这里州。为地基系数的比 例系数，可以在上述的铁路规范中查得。 公式中包含了桩身压缩和桩端沉降。现对该公式进行简单讨论： a 在计算桩身的压缩量时，对于不同的桩型，采用了不同的亭值，说明该 式已经考虑了成桩工艺对摩阻力的影响； b 在计算桩身的弹性压缩时忽略了桩端阻力的影响，而只考虑了桩侧摩阻 力的影响； c 计算桩身压缩量时，对于同一类桩型，采用了统一的亭值，而从试桩实 测结果看，亭值随着桩长的增加而减小： d 采用了雅n k l e r 模式计算桩端沉降量，而且认为地基系数c 0 只与桩端 持力层的性质和桩的入土深度有关。由于在工程设计中往往选择m 。值较高的土 层作为持力层，因此，该方法过高地估计了桩端土层性状对桩端沉降的作用， 尤其是桩的长径比较大时，由此得到的桩端沉降明显偏低。 该公式的上述特点在实际应用中值得注意。 2 3 本章小结单桩荷载沉降计算方法优劣对比 本章主要介绍了4 种竖向荷载下单桩的沉降计算方法，每种方法都有各自 的适用条件和优缺点。 1 、弹性理论法的优点是能够考虑土的连续性，因此可用于分析群桩。缺点 是将土视为完全弹性体，忽视了土的非线性及由于桩的存在而使土产生的“加 筋”效应，其计算方法较繁，计算精度主要取决于土的e s ，难以考虑成层 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 7 页 使桩上部的侧摩阻力减小，而且还改变了荷载传递的过程，即随着外荷载的 增大，侧摩阻力从桩中、下部开始逐步向上向下发挥。因此，低承台群桩效 应改变了单桩侧摩阻力从桩上部逐步向下发挥的荷载传递过程，也改变了侧 摩阻力和端部阻力的大小、分布和发展过程。 群桩的上述共同作用，使得桩群中任一根基桩的工作性状明显不同于单 桩，群桩承载力可能小于单桩承载力之和，群桩沉降也明显超过单桩。 3 1 1 3 影响群桩沉降性状的主要因素 群桩沉降由桩间土压缩变形和桩尖以下土压缩变形( 地基整体压缩变 形) 组成，这两种变形占群桩沉降的比例同土质条件、桩距大小、荷载水平、 成桩工艺( 挤土桩和非挤土桩) 以及承台设置方式( 高、低承台) 等因素有 密切关系。 1 土性质的影响 对于土质剖面较均匀的粘性土( 包括桩间土和桩尖以下土) 中的桩，地 基整体压缩变形占群桩沉降的比例随土性质变硬而增大，相应地，桩间土压 缩交形比例随土质变硬而减小。随着粘性土性质变软，地基土整体压缩变形 和桩间土压缩变形中由于土侧向位移引起的份额逐渐增大。 对于砂性土中的桩，在相同桩间距的情况下，其地基整体压缩变形比例 应大于硬粘土中群桩的相应比例。 2 桩间距的影响 随着桩间距的增加，地基整体压缩变形占群桩沉降的比例趋于减小，当 桩距较小时，地基整体压缩变形比例随荷载水平和土性有较大幅度的变化： 当桩距超过6 倍桩径时，不管荷载水平和士性如何，群桩沉降均以桩间土的 压缩变形为主。 3 荷载水平的影响 对打入群桩而言，随荷载水平的增大，地基整体压缩变形占群桩沉降的 比例趋于减小；而钻孔群桩随着荷载水平的增大地基整体压缩变形比例趋于 增大。 4 承台设置方式的影响 对打入群桩而言，承台设置对群桩沉降的比例无明显的影响；而高承台 下的钻孔群桩，在荷载水平较低时，地基整体压缩变形占群桩沉降的比例随 荷载增加而增大，当荷载水平较高时，该比例有随荷载增大而减小的趋势。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 8 页 3 1 2 群桩效应 制约群桩效应的主要因素，一是群桩自身的几何特征，包括承台的设 置方式( 高或低承台) ，桩距5 ，桩长f ，桩的直径d ，桩的布置形式；二 是桩侧与桩端的土性、土层分布和成桩工艺( 挤土和非挤土) 3 1 2 1 桩侧阻力的群桩效应 1 桩距的影响 随桩距的减小，在相同荷载作用下，桩土相对位移减小，因此侧摩阻力 发挥值小于单桩，在桩距很小的情况下，即使发生很大的沉降，群桩中各基 桩的侧摩阻力也得不到充分发挥。 2 承台影响 低承台限制了桩群上部的桩土相对位移，从而使基桩上段的侧摩阻力发 挥值降低，即对侧摩阻力起削弱作用，侧摩阻力的承台效应随承台底土体的 压缩性提高而降低。同时，低承台还影响桩身荷载的传递性状，侧摩阻力的 发挥不像单桩那样开始于桩顶，而是开始于桩身下部( 对于短桩) 或桩身中 部( 对于中、长桩) 。 3 1 2 2 桩端阻力的群桩效应 1 桩距的影响 一般情况下，桩端阻力随桩距减小而增大，这是由于邻桩的桩侧剪应力 的影响在桩端平面上重叠。持力土层性质和成桩工艺的不同，桩距对端阻力 的影响程度也不同，在相同成桩工艺条件下，群桩端阻力受桩距的影响，粘 性土较非粘性土大，密实土较非密实土大；就成桩工艺而言，非饱和土与非 粘性土中的挤土桩，其群桩端阻力因挤土效应而提高，提高幅度随桩距增大 而减小。 2 承台的影响 对于低承台，承台具有限制桩土相对位移、减小桩端贯入变形的作用， 从而导致桩端阻力提高。 3 1 2 3 沉降的群桩效应 在常用桩距条件下，由于相邻桩应力的重叠导致桩端平面以下应力水平 提高和压缩层加深，使群桩的沉降量和延续时间往往大于单桩，桩基沉降的 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 9 页 群桩效应，用相同桩顶荷载下群桩沉降与单桩沉降m 之比即沉降比r 来 度量。 月- 生 ( 3 一1 ) 。 w 1 群桩沉降比主要随下列因素而变化： 1 桩距、桩数的影响 在常用桩距条件下，由于相邻桩应力的重叠导致桩尖平面以下应力水平 提高和压缩层加深，因而群桩的沉降量和延续时间往往大于单桩，沉降比 r 。一般都大于1 ，群桩中的桩距和桩数是影响沉降比的主要因素，在常用桩 距和非条形排列条件下，沉降比随桩数增加而增大，随桩距增大而减小。 2 长径比的影响 沉降比随桩的长径比眦增大而增大。 3 桩周土的性质 当持力层趋近于刚性土层时，桩顶沉降趋于桩身弹性压缩量，桩尖反力 随桩数增加而逐渐增大，桩顶沉降则随之逐渐减少，群桩的刺入变形很小， 桩尖的沉降主要是桩尖下卧层压密变形所致。 4 桩的捧列形式 桩的排列形式对沉降比有明显影响，梅花式排列的桩群比桩数较少的方 桩排列的桩群具有更高的效率和更小的沉降比；内部抽桩后的群桩比相同面 积的满堂群桩沉降比小。 综上所述，群桩沉降计算是一个非常复杂的问题，它受多方面的因素影 响，人们不可能提出一种适用于所有情况的通用的沉降计算方法。以下将介 绍目前国内外常用的计算方法并进行一些讨论。 3 2 群桩基础沉降计算方法 桩基的沉降是受多种复杂韵因素影响而产生的，它涉及到桩和地基所受到 的应力和弹塑性变形、地基的固结沉降、桩的型式和布置、施工或地基条件的 变化等多种因素。除单桩的弹、塑性变形可以用桩的静载试验方法准确确定外， 其它因素只能根据建筑经验和部分研究成果综合确定。对于桩基内、桩基下的 应力分布以及桩基沉降的计算有各种各样的假设，以下将介绍目前国内外常用 的计算方法并对各种计算方法进行分析总结。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 1 页 桩侧土的内摩擦角，当有不同土层时采用加权平均值； b 假设荷载面在桩端处，荷载面积大小为假想的实体基础底面积： c 用b o u s s i n e s q 应力分布和分层总和法，如同计算明挖浅基的沉降方法 那样计算群桩的沉降。压缩层的下界定在某层压缩量与总的压缩量之比为o 0 2 5 处： d 公式中没有考虑桩间土的压缩引起的桩基沉降。 第二种计算模式：考虑桩间土的压缩变形，将等代墩基底面设定位置提高 到桩端以上某一高度h ，将桩闻土产生的压缩变形合并为整体压缩变形进行计算 的一种简化计算模式，高度h见表3一l。 表3 1 等代墩基底面距桩底高度表 桩距s 桩长径比d等代墩基底至桩底距离 桩端持力层 非硬持力层 3 d 4 5 d h 40l 3 硬持力层 4d6dd任意04 在编制桩基沉降计算软件时，该计算模式称为修正的 铁路桥规方法。 ( 2 ) 计算方法 1 、墩基底面积计算 考虑桩基侧面摩阻力的扩散作用，按o 4 角度向下扩 散，与扩展墩基底平面相交的面积作为扩展墩基的底面积。 对于矩形承台桩基础，如图3 2 所示，扩展墩基底面 积为： 图3 2 墩基底面示意图 f 一一丑一。+ 牡留争p + 牡培三) ( 3 3 ) 式中a 、b 一分别为假想扩展墩基底面的长度和宽度( m ) ； a 、6 一分别为群桩桩顶外围矩形面积长度和宽度( m ) ； l 一承台底面至扩展墩基底面的距离( m ) ： 口一群桩侧面土层内摩擦角的加权平均值。 2 、竖向附加应力计算 西南交遥大学硕士研究生学便论文 第3 4 页 。坦一啦 ( 3 - 8 ) i c 飞- 4 ：一一i 口0 k j 一苎， 式中：p 作用在桩基础上的上部结构竖直荷载； g 实体基硝鑫黧，篷螽承台鑫重积承套上覆圭重浚及承台藤瑟至 实体基础底面范围内的土重与桩重； t 总剪力； a 承螽底嚣积 0 0 士在桩尖平面处的囱重应力，自重应力应从地丽算起。 然嚣按下式译算桩萋沉降； 勤蝴哇警 式中：嚣假想实体基础底面的宽度 撑群械基础基底以下压缩层范围内的分层总数耳，按地质剖两圈 将每一种主层分成若干分艨，每一分层厚度不大于o 诣；压缩屡的厚度孑。应 计算到附加应力镣于自重威力的l o 处，附加应力应考虑相邻基础的影响。 盏一按b o u s s i n e s q 课题话舞遮基i 附掘应力辩的沉降系数。 反，各分层土的聪缩模量，应取自熏应力和总应力之间的模量傻。 吼一棱瑞平蘑处豹辫魏瘦力。 3 2 。2 2 第二秘模式f r ，复合地基模式 在选种情况下，如果继续采用窳体深基础假设，弗忽略群械周围土体的 抗剪作髑，势必姆致桩越长，群桩和桩闻土的组合总黧曩越大，桩基础的计 算沉降越大的不会理结论，j 篼露，鼙淤将裢辩体褪为复台穗藻。它静最终 沉降可榄为桩间土的压缩擞s ，和桩下土的压缩量之和： ， s 2 s p + ( 3 8 ) 假定沿桩长的轴向压威力里三角形分布或矩形分布，经积分可得相应的 柱身莲缩耋汹3 ： 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 5 页 矿差灌躯拒觚黼) ( 3 _ 9 ) 一矗 硅牙雎刀= 用彤万伸u 叫 或 s ，。墨刍( 桩身压力矩形分布) ( 3 一l o ) 。瓦茸砸身世刀怒彤分邗 瞄1 w 式中：卜_ 桩长； e ，爿，桩的弹性模量和截面积； p ，桩的设计荷载，按下式确定 p 。丝 ( 3 一1 1 ) p ，。百 1 式中：p 外荷载： 口桩的荷载分担比： 甩，桩数。 桩尖平面以下土层的压缩量s 。仍按分层总和法确定( 不乘经验系数1 i r 。， 受压土层厚度从桩端平面算起，附加应力从承台底面算起，承台底面附加应 力由下式确定： 。夤一吒。 ( 3 _ 1 2 ) 式中：吒。是承台底面处的自重应力。 西南变通大学硕出研究生学位论文 第3 6 页 3 。2 。3 等效作潮分凄慧翔法鞠斟 圈3 4 等效作用法示意圈 由予转统教诗囊冀羹催嚣元簖孽鍪鬟筷嚣燮羹1 h 醵强盟掣篓警：肇盘 蕊誉委篓二霪鍪昭| f l f 嘏髹酬“鬟虹阮甜鞯胜薹霾睦馐；黎坶瀣呸吕璺掣翼羹 川薹覆荫主i i i i 自s 燮迭，蘸嗍翦纛鬻美赢帑迈蠕鬻煺描。篓娶，i 鐾囊 垂磊墅荔霄藏芰 誊蓠蠡一委霎| 囊薹鎏藤鼙羹璺鹰羹和法假定基础是柔 性的，也是柔性加 载，实际上桩基刚度常常很大，对沉降有明显的调节作用 。 2 2 4 2 分层总和法的应用与研究进展 目前，国内外均从理论上提出用总荷载作为地基沉降计算压力的建议， 这对高层建筑箱形基础和筏式基础是较为适用的，并可以解决深埋基础( 或 桩基础) 计算中的复杂问题。也有学者尝试对分层总和法作出改进。如文献 3 2 提出采用阿尔克玛方法代替人工查表方法求孔隙比，用高斯积分法代替 以往的分层法。文献 3 1 则针对分层总和法本身存在的缺陷，根据误差分析 并通过大量的有限元计算，查明了误差大小及分布规律，得出了适用于均质 地基及一般层状地基的修正方法。此外，对于多支盘钻孔灌注桩的沉降计算， 文献 3 3 应用分层总和法计算概念，提出了一种计算多支盘灌注桩基础沉降 的理论方法，具有一定的实用价值。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 8 页 式中：f 一一作用在承台底面中心的竖向荷载和承台上覆土重之和 ( 埘) ： 彳扩展墩基底面积( 肌2 ) ； 盯。o 假想扩展墩基底面处的土的自重应力( 血砌) 。 3 2 3 1 等效作用分层总和法几点讨论 目前，等效作用分层总和法是桩基沉降计算较为常用的计算方法，但是， 根据大量的研究表明，等效作用分层总和法也有一定的局限性，因此在使用 的过程应该灵活处理，提高沉降计算的精确度。本文就等效分层总和法中的 应力计算、压缩层厚度、模量取值等方面对等效分层总和法中存在的问题进 行简单的讨论。 1 、桩端附加应力的计算 上部结构的竖向荷载通过承台传递给承台下的土体和桩群，然后往深处 和水平向扩散传递。因此传递到桩端的附加应力远远小于承台地面的附加应 力p o 。然而，使用等效作用分层总和法计算桩基沉降时，桩端平面的竖向 附加应力o 。近似取承台底面的平均附加应力，这就会使计算结果带来一定 的误差。而陈仁朋等人的研究表明“”，传到桩端平面的附加应力随着桩长 径比的增加而减小，长径比( 1 d ) 从3 0 增加到1 0 0 时，桩的附加应力系数 ( 桩端附加应力基础地面平均附加应力p o ) 从o 3 5 减小到o 1 6 。由于桩 的刚度远大于地基土体的刚度，桩端平面的附加应力主要集中在桩群的作用 位置，群桩范围以外的附加应力很小。持力层和桩侧土层的模量之比对桩端 位置的附加应力系数有显著的影响，持力层刚度越大，往桩端传递的荷载也 越大，当两者模量之比大于1 0 以后，桩端荷载传递系数逐渐趋于一个定值 口”。许多学者采用不同的分析方法也得到类似的结论“”阳帅习“”。文献 6 4 采用弹性理论法和有限元法分析了大量的算例，发现群桩将大部分荷载传递 到了地基的深部，水平方法的扩散的应力很小，桩端附加应力受桩数、桩长 径比、桩的距径比和持力层刚度的影响较大，而承台长宽比和桩土相对刚度 比影响较小。文献 5 9 通过大量的实例研究，分析了群桩基础中应力的扩散 规律，引入桩端荷载传递系数v 。，提出了桩端附加应力的简化计算公式， 对计算桩基沉降具有一定的参考价值。 西南交通大学礤士研究生学位论文第3 9 页 2 、压缩层嚣疫的赡宠 流降计算孵，压缩滕浑度可以粮据应力法嘲嘲秘应变法确定，也有 学者提出用土的结构强度确定压缩层厚度。7 ”3 ，不必为一种值得深入研究 戆方法。采惩寂力法臻宠瓣，对软，沉酶计算至驸麴应力等予o 。l 壤翡自 重应力深度，对于其它土，计算至o 2 倍的自重应力深度。从前述分析w 以 看出，如果直按用承台底颂的平均附加应力作用在椴端平面，那么压缩层的 厚度滋实际馕獯傣大。麸莲缩层教燕度窭发，这样谤舞戆茨酶曩然氇编夭。 3 、压缩模擞的取值 扰降计算时，往往侧踅于建立食理的模魁，但是澍计算参数的取值缺乏 足够的整褫帮磷究。有时袋用蘅释诗算模登怒次要静，篷缩穰豢酌取穰决定 了沉降计算结果是否准确。从目前的文献上潜，在涉及制模量的取值问蹶时， 织乎是一个菲常麓单豹攀情，往往以类毽； 麴一句话表达：“采用地基搓自 重应力至鲁重赢力加辩加应力作用是的压缩模董”。按照建筑桩綦瓣范 应力分布计算的压缩模擞显然偏大，因为此时相同自麓压力下，附加应力偏 夫，嚣致7 莲缭模量缡犬。麸压缨摸量豹角度是发，这撵诗冀戆沉降镳小。 从相应应力水平确定压缩模纛的前提怒能够得剿可靠的聪缩曲线。潜桩 很长时，自重威力加附加应力往往超过了常规压缩试验的应力范围，还需要 进行褰送霞维实验。嚣嚣穴帮努壤凌擐告莰仪提供在1 0 0 2 0 0 嚣魏瘟力承乎 下的服缩模量e + ：，只能够反映约l o 米深度处的压缩性。当土层厚度超过 l o 米时，e + ：已经小予实黼土层的j 陂力范围，此时实际应力水平下的压缩模 重帮魏。静差鼷随着涤纛静壤燕稀增窳。深嚣较赣蟪蕊串酶群桩桩长镬後超 过4 0 5 0 米，甚至达到7 0 米，相应的地撼自重应力达到7 0 0 k p a ，常规的 珏缩试验已经誉能真实发映屡农上部蘅裁终用豹殛缩性，嚣此餐要避杼高 压固缭试验，然后按照实际应力承平确定附加应力下的压缩糯。 3 2 4 建筑地基基础设计规范： ( g b 5 0 0 0 7 _ _ 2 0 0 2 ) 推荐的方法州 建筑缝蒸基础设诗规范5 0 一2 g 0 2 戳下篱称蟪基规范) 雅荐 了两种等代实体深基础方法： ( 1 ) 基予8 0 u s s i n e s q 瘟力髂豹单向援缕分层憨髑法。采羽等我实体深 基础法计算柱熬沉降对，等代基础可以考虑桩侧应力的扩散佧厢也可以不考 虑( 以群桩外围面积作为等代基础底面积) 。步骤与浅基础的沉降计算或前 述铁路辑震豹方法稳霜。 ( 2 ) 基予m i n d l i n 威力公式基础上的单向压缩分层总和法。该方法是 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 0 页 n 喝+ 逸 翻3 - 5m i 矗d l h 威力辫 以澈n d l i n 应力公式秀蒸懿，袄g e d d e s 按赫i 弼l i n 藏秀公式积分后褥濑静 单桩荷裁在半无限体中产生的应力解出发，用简单叠加法原则求得群桩犄载 在遗綦中产生豹斑力，然嚣再按分层总积法诗冀沉晦。 以下对用m i n d l i 方法计算遗蒺中的应力仃f 。迸幸予简单介缴。桩基础最终 沉降煮的计算仍然采用单向压缩分层总和法的原理。其公式为： 州，嘶薹耋訾 睁t s ， 式中s 犍熬最终计算淀降量； $ 按分层总和法计算出的桩基沉降； 一桩端平面以下压缩层范围内土腰总数； 暴搬辍端平瑟下薨j 爨走第i 拿分屡在鸯霪藤力熏鑫耋应力勰瓣 加应力作用段的压缩模擞； 8 ，摭壤乎嚣攀j 层太瓣诗募势联数 舳 桩端平面下第j 屡士的第i 个分层厚度； ，撼璇平覆下第歹层麓j 令分滋瞧竖淘辩热应力； 妒。檄基沉降计算经验系数，根据满地工程的实测资料烃统计对比确 定。 按明德林解法，当地旗内部点处作用一竖向集中力p 时 ( 圈5 ) ，在任意点彤( x ，y ，z ) 处引起的竖向应力为 吒一云 ( 3 一1 6 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 1 页 式中，j ，- ，0 ，墨，r ：) - ，( z ，) ，称为应力影响系数。如果计算多个力在 点产生的应力时，可分别计算各个力在埘点产生的应力，然后进行叠加。 设第七根桩长为j ，桩顶荷载为g 它转化成桩端阻力酿和摩阻力n 。假定 桩端阻力为一集中力，大小为q 。- 叫2 ( a 为桩端阻力比) ；假设桩侧摩阻力沿 桩身均匀分布和线性增长分布，其合力值分别为卢q 和( 1 一口一卢) q 。见图3 6 。 桩端阻力q 。在任一点( x ，y ，z ) 产生的竖向应力为： 一警k ( 3 1 7 ) 在桩身上取一微长度，其上作用的分布摩擦力看作一小集中力，应用式( 3 1 6 ) 求出集中力在m 点产生的应力，然后对式( 3 1 7 ) 在桩长范围内进行积 分，得摩阻力在m 点产生的竖向应力为： a - 【，l + ( 1 一口一卢v ，2 】 ( 3 1 8 ) 上式中的，j 。，k 为应力影响系数，与地基土的泊松比、桩长、计算点到 桩身轴线的距离和到承台底面的距离有关。 如果假设桩侧阻力沿桩身只是线性增长，此时卢一0 ，则式( 3 1 8 ) 变为： 吒 - 昔( 1 一口) j 蛳 ( 3 1 9 ) 设群桩共有n 根桩，则群桩在计算点m 产生的竖向应力为 盯“。三 + ) ( 3 2 0 ) 把式( 3 1 7 ) 、( 3 一1 9 ) 代入式( 3 2 0 ) ，再代入式( 3 一1 5 ) ，得单向压 缩分层总和法沉降计算公式： ，毗罟薹耋等砉川训】 c s 吲， 该方法能考虑桩基中桩数、桩间距、不规则布桩及不同桩长等因素对沉降 计算的影响。 应该注意到，该方法实际上不是纯理论的方法，而是一种经验拟合法，具 体体现在该方法的计算经验系数上。妒，要根据当地的土性条件来确定，在湿 陷性黄土地区如何确定这个妒p ，还需要积累经验。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 2 页 3 ，2 5 剪切变形传递法f 唧 ( 1 ) 纂本原理 与弹性理论法相类似，剪切变形传递法也认为在 工作旖载下，桩侧和桩尖她的土体塑性交形不明靛， 敖近似采掰线弹俄理论和藏加原联迸行流降分析，将 群桩中每根桩由自身荷载碍i 起的沉降和受其它桩荷载 影响所产艇的沉酶叠加怒采，求褥群柱溺降。与洋经 理论法所不同的悬，剪切黛形传递法能考虑群桩基础 棱鬻主分瑟秘接慰主“燕戆效瘟”，桩与援耀虿终弱系 数a 能够不借助予计算机筝工计辣出来，从而使计算 褥戮麓鼗。 ( 2 ) 计算方法 刚性灏 黼扣城鬃串两摭蒸麓 基于嚣根桩攘苴于# 用分析，w 以得到考虑“烟筋效痰”对如图3 7 掰示成 层士中桩尚桩相飘作用系数a 。 分析如图3 7 中两相同桩组成的桩綦础，桩周土分为n 层，每层土剪切模 蠢稻泊松魄为g 。、r ，厚度为毛，柱长为f ，柱警径兔毛，桩尖离嚣往屡距离为 h 。，基底土弹性模避和泊松比为e b ，v 。，两桩相躐为s ，桩的弹性模量和丽积为 岛，矗- ，势汲为棱土界面充分接触，不发袋涛移。 经分析，对予如图3 7 所示的两根桩，其相互作用系数a 为 a 惫一卺。基 c s z z ， kkz ，： 式中，毛。，矗：，毛2 ，为传递雉阵 l 串的元素e 传遂矩阵【翻盘下式确定： 瞄】- 霹阪】 铲2 3 ) k 】一 l 一o o o1oo o o 1 一 0oo1 陵】暇o1 一【限】【互】j ( 3 2 4 ) 一2 5 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 3 页 婚掣l 州帅l f f ) 赤k 例从m ( 圳】1 ( 3 瑙) 【q 一，一【所c ( 一) + 曲( 一) 】 一所蚺( 一 j 叫一蒜一絮蝣】 c s 蝴， 式中，桩土特征量胁一( 孙q 乜4 l n 以) ) ”，是第i 层土层厚度，下 标j 指相应的土层，g l 为土层f 剪切模量，r o 为桩半径，e ，4 是桩弹性模 量和截面积， 为单桩沉降影响半径，r _ - ( 1 一，) ，x 为系数，当桩尖以下 2 5 l 范围内存在刚性层时，x = 2 0 ，对均质半无限空间土x = 2 5 ，对成层土 p 一艺二( e ) o 瓯，) ，瓯是各土层中最大的剪切模量，泊松比v 根据现场土质 情况取值。 - 踹 ( 3 _ 2 8 ) 式中，s 为桩距，0 是桩半径，是群桩的影响半径，- o + 0 ， 取群桩基础等价半径的三分之一。 桩尖土的刚度 k 。警( 1 “3 知 ( 3 2 9 ) 式中，皖，是桩尖以下土的剪切模量、泊松比、桩尖距刚性层距离。 对于均质士中群桩基础，根据式( 3 2 2 ) ，其两桩相互作用系数为 口参o ) 型兰墼磐娑必坐坠业犁些型j( 3 3 0 ) 2 曲( 2 ) + 4 叩曲( 2 ) + 2 叶2 曲( 2 犀) 、。 式中，叩- k ( q 4 p ) ，肛- ( 猫乓4 l n “) ) ” 对于成层土中群桩，可以利用式( 3 2 2 ) 求得任意两桩之间的相互作用系 数a ，对于均质土中群桩，可以利用式( 3 3 0 ) 计算任意两桩之间的相互作用系 数q 。 在求出了任意两桩之间的相互作用系数n 后，对于由n 根几何尺寸相同的 桩组成的群桩，其中桩k 的沉降瓦利用叠加法可表示为： 西南交通大学硕士研究生学位论文 篇4 4 页 慕w 爰善拦* 魏 3 峭 爰一矗赫 一s z ， 式巾，岛是单位荷载下孤立单械的沉降，”，p 与式( 3 3 0 ) 中意义相同， 藏是缓i 懿莠载，魄是禳瘦子挂i 芍桩k 之潮躲攘互撵月系数，塞式( 3 2 2 ) 或( 3 3 0 ) 计算，其中口脯- l 。 因此，各桩嬲沉降可用矩阵表承如下： 讲- 曲函孙 ( 3 3 3 ) 式中， s 是桩沉