（岩土工程专业论文）软土地基中杆塔微型桩基础的性状研究.pdf

戟， j 地抽中杆j 忭儆型 j e 删l n q 巾l ：状究摘世 摘要 微型桩( m i c r o p i l e ) 和常舰钻孔灌注桩相比，具有承载力较高、施工场地小、 对土层适应性强、柿铽形式灵活等特点。由于微型桩在国内应用的历史比较短， 人们对它的施工工艺、变形特性和承载能力等方面还没有充分的认识，电没有一 个成熟的计算理论，在设计中大多采用的是普通大直径桩的设计方法，因此有必 要对微型桩进行进一步的试验研究，以确定经济合理、安全可行的施工工艺，指 导施工生产；分析微型桩单桩和群桩的荷载传递规律和变形性状，为微型桩的设 计提供依据。 本文在经过室内试验和现场的施工实践后总结出一套能够适用于实际施工 的微型桩基础施工工艺。并通过现场原型试验揭示了软土地基微型桩单桩、群桩 的实际受力性状，现场原型试验结果表明微型桩有较好的抵抗各种荷载的能力。 在分析受拔微型桩时采用套叠式桩周土变形模型，利用桩与桩周土的协调变形， 考虑桩身的伸长变形和桩侧土摩阻力的极限状态，推导出了单桩在上拔荷载作用 下的变形理论解，并结合m i n d l i n 解分析了双桩和多桩情况下群桩的群桩效率及 其性状。文中还讨论了水平受荷微型桩单桩和群桩的破坏机理，采用p y 曲线 法对单桩和群桩在水平荷载作用下的性状进行了分析，计算结果与实测值非常接 近。在抗拔分析和水平分析的基础上提出了平面桩基结构和空间桩基结构中各根 桩桩顶位移和荷载的计算方法。 最后，将微型桩应用于实际工程中的杆塔基础，并对其进行了静载荷试验， 微型桩在试验中表现出较好的整体承载能力，在实际工程中将有良好的应用前 景。 关键词：微型桩、施工方法、上拔荷载、水平荷载、p j ，曲线法、试验研究 欺一 。出聃。阱r 塔礅 毪 j 1 拈础纳一m 状研究摘蜚 a b s t r a c t c o m p a r e dw i t hc o m m o nb o r e d p i l e s ，m l c r o p i l e sh a v em e r i t so fh i g h e rb e a r i n g c a p a c i t y , l e s so c c u p a n c yf o rc o n s t r u c t i o n ，a n dg r e a t e ra d a p t a t i o nt oa n yt y p eo fs o i l s i n s t e a do far e a s o n a b l ec a l c u l a t i o nt h e o r yf o rr n i c r o p i l e s t h ed e s i g nm e t h o df o r c o m n l o nl a r g e - d i a m e t e rp i l e si sm o s t l ya d o p t e d ，b e c a u s el i t t l ea c q u a i n t a n c ei s o b t a i n e da b o u ti t sc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y , b e h a v i o ra n dc a p a b i l i t yf o ri t ss h o r t a p p l i c a t i o nh i s t o r yi no u rc o u n t r y f o ra b o v er e a s o n s ，i ti sn e c e s s a r yt os t u d ya n u m b e r0 fn i l s c a l ef i e l dt e s t st om a k e 娜eo fae c o n o m i c a l ，s a f ec o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g yo fm i c r o p i l e s ，a n dm _ l a l y s i st h el o a d - t r a n s f e rr u l e sa n dt h ed e f o m x a t i o n b e h a v i o r so fs i n g l ep i l ea n dp i l eg r o u pt op r o v i d eb a s e sf o rt h ed e s i g no fm i c r o p i l e si n s o f ts o i i 。 i n t h i sp a p e r as e r i e so fc o n s t r u c t i o n a lp r o c e s si 、o fm i c r o p i l e si sc o n c l , u l e d t h r o u g hl a b o r a 【on re x p e , i m e n t sa n df i e l dc o n s t r u c t i o n at h l l s c a l ef i e l d t e s ti s c o n d u c t c dt or e v e a lt h er e a lb e h a v i o r so fs i n g l ep i l ea n dp i l eg r o u po fm i c r o p i l e si n s o f ts o l t h et e s tr e s u l t si n d i c a t et h a tt h e yh a v eag o o da b i l i t yt or e s i s ta 1 ik i n d so f l o a d s b a s e d0 1 1a t lo v e r l a p p e d f o r ms t r a i nm o d e lo ft h es o i ls u r r o u n d i n gap i l e ，w h i c h r e p r e s e n t st h el o a dt m n s f e rm e c h a n i s m at h e o r e t i c a ls o l u t i o nf o rt h ed e 南r m a t i o no f a s i n g l ep i l eu n d e rag i v e nu p l i rl o a di sd e v e l o p e du s i n gt h ec o m p a t i b i l i t yc o n d i t i o no f p i l ea n dt h es o i la r o u n di t t h em e t h o dt a k e si n t oc o n s i d e r a t i o nt e n s i o nd e l b r m a t i o no f p i l ea n du l t i m a t es t a t eo fp i l es k i nf i t i o n ，w h i c ha n a l y s i st h eg r o u pe t f i c i e n c ya n d b e h a v i 0 1 1 s , _ l f d o u b l e p i l ea n dm u l t i p i l eg r o u pw i t ht h em i n d l i n ss o l u t i o n f h ef a i l u r e m e c h a n i s mi sa l s od i s c u s s e da b o u ts i n g l ep i l ea n dp i l eg r o u pu n d e rl a t e r a ll o a d i n g m o r e o v e r , p yc u r v em e t h o di su s e dt oa n a l y s i st h et h e i rb e h a v i o r s ，b yw h i c ht h e r e s u l t sa r ec o m p u t e da g r e ew e l lw i t hf i e l dt e s t s b a s e d0 1 1t h ea b o v ea n a l y s i s ， c a l c u l a t i o nm e t h o d so f p l a n ea n ds p a c ep i l es t r u c t u r e s ，i r ep r o p o s e d f i n a l l y ，m i c r o p i l ei sa p p l i e di n a ne n g i n e e r i n gf o u n d a t i m a a n di sc o n d u c t e da s e r i e so ff i e l dt e s t s ，w h i c he x h i b i t sag o o db e a r i n gc a p a c i t y a sac o n s e q u e n c e ，i ti s 耿- | - j 山j b 叫1 i ：卅m 删扣i 蚺们“的。盹：队 【j l ：究 j 痢蚶 s u l ct h a tm i c m p i l eh a saw i d eu s e f u la p p l i c a t i o ni ne n g e e r i n g k e yw o r d s ：m i c r o p i l e ，c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y ，u p l i f tl o a d i n g ，l a t e r a ll o a d i n g ， p y1 1 1 1 1 i 1 m e t h o d ，e x p e r i m e n t a lr e s e a l e l l 软i - t g 枇i 呻f ：塔m 趔 j 1 ：讯m 孵陀状研究筇常竹i 仑 t 1 研究背景 第一章绪论 微型桩( m i c r o p i l e s ) 是逐渐发展起来的一种新型桩基础，又称树根 ： l ( r o o t p i l e ) ，主要应用于旧房改造、房屋加固、古建筑加固纠偏、防洪堤坝加固、建( 构) 筑物加固防震、铁塔等抵抗交替荷载的基础、边坡加固、水池底板的抗浮等工程 中。微型桩的直径一般小于4 0 0m r r l ，长细比较大( 一般大于3 0 ) ，钻机成孔后 采用压力注浆成桩。其主要特点有：施工机具小，适用于狭窄的施工作业区：对 土层适应性强；施工振动、噪音小，在环境公害受到严格控制的市区作业尤其适 用；桩位布置形式灵活，可以布景成斜桩；采用二次注浆，与同体积灌注桩相比， 承载力较高。 微型桩是在上个世纪5 0 年代由意大利的l i z z i 提出，由f o n d e d i l e 公司首先 开发利用，最初的目的是为了用于加固在二战中受到破坏的历史性建筑物和纪念 碑。第一个工程应用实例是那不勒斯a a n g i i u l l i 学校建筑的加固，当时l i z z i 采 用的微型桩桩径1 0 0 m m ，桩长1 3 m ，钻孔注浆成桩，注浆体为粗砂、水泥和水。 微型桩在火山灰和砂土中进行的第一次试桩试验和随后在多种土质中进行的现 场试验里表现出了优异的承载能力。随着微型桩技术得到接受，它在欧洲乃至世 界范围内的应用也得以迅速发展。例如1 9 6 2 年f o n d e d i l e 公司把微型桩技术介绍 到英国，将其用于历史性建筑物的加固。1 9 6 5 年德国采用了类似的技术用于地 下交通建设。同一时期，微型桩还被应用于米兰地铁的部分建设。1 9 8 3 年德国 还为微型桩制订了独立的技术规范( d i n 4 1 2 8 ) 。1 9 9 3 年法国土木工程应用研究 和试验所( i r e x ) 在国家土木工程学院的f r a n c o i ss c h l o s s e r 教授和岩土力学教 育研究中心的r o g e rf r a n k 博士的技术指导下，开展了一项由国家公共劳动联盟 ( f n t p ) 支持的名为“f o r e v e r ”的五年固家计划研究。这项针对微型桩的研 究包括理论研究、数值模拟、室内试验( 离心机试验) 、现场试验等，主要目的 足促进微型桩在建( 构) 筑物深基_ l 、边坡稳定、堤岸加周、现有构筑物的加同、 挡土墙以及浅基础中的应用。1 9 9 3 年开始b r u c e 等人在英固联邦商速公路管理 委员会( f h w a ) 的资助下在西北大学国家岩土试验基地( n o e s ) 用不同的注 第一带精论 浆爪力施二i ：j 11 根桃| ： = i3 剑1 6 蜒尺刁i 等的微型引邓桩，对其，i ，的7 根i n 桩进 f 亍了抗门i 载茼试验，3 根单桩进行了抗拔载茼试验，研究了单栅的承载能力，与 他统的讨算理沦进行了比较，并进一步提出了微型桩没计的群桃效应问题( b r u c e 等，1 9 9 5 a ，1 9 9 5 b ，2 0 0 i ；b e n s l i m a n e 等，1 9 9 7 ；r i c h a l ，d 等，2 0 0 0 ) 。h o ( 1 9 9 7 ) 等几对不同倾角和不同排数的微型桩加强砂性土质边坡稳定性的问题进行了模 型试验，认为当小桩垂直于滑移剪切面时能提供边坡最大的稳定性。t h o m p s o n ( 2 0 0 1 ) 等人对压力注浆下三根不同桩长附微型桩啦桩进行了现场抗压和抗拔载 荷试验，对微型桩承载力特性进行了研究。 1 9 8 2 年法国s o l e t a n c h e 公司柬华进行技术交流，介绍微型桩技术在法国的 应用情况，引起了国内学术界的广泛重视，并由上海市基础 工程公司和同济大学 为苏卅i 虎丘塔地基加固而开发研究。此后微型桩在工程实践中逐步得到了应用， 例如卜海龙华污水处理厂次沉淀池基础t ：程、上海东湖宾馆加层地基加固工 程上海新牛镑钢厂造型车间行车柱地基加固工程一巳海延安东路外滩天文台地 基圳可f + 程【两永浩，1 9 9 2 ) 。土建平( 1 9 9 7 1 1 对尕埂一 、黄一l 和鞔i ：地基中的 耐嘏目l 尊阻遵f 了了戡持。7 。il 。a 1 。i i 宄，提出引。r 簧嗔上嘏僻t ! j 5 1 1 1 q 。f l ：0 0 lf 矗桩i 。工i “l t 。 划应的 _ j ，顺莳找怍为埘报啦的极限甜载，对r 黄，j 和软! 取桩i , , i i i ) e 降n ：0 0 3 侍 桩径时对应的拄顶茼载怍为树根桩的极限荷载。 随：蓄徽型桩技术在圈内的迅速发展，这项技术已经不局限于传统的基础加阍 和边：帔治理，还被应用到软土地基杆塔基础中。目前，输电线路中杆塔基础的主 要型式是扩眨式基础。扩展式基础设计计t 算方法简单，咀是舞 础的方量和开挖工 程量大、占地面积大，施工机具笨重，搬运困难。同时由于高压邀电线路跨越区 域长，会遇到各种各样的地质条件，需要根据不同的地质和施”【条件采用不同的 一毖训形式。对于跨越地段大部分为软二e 地基、地基承裁力较低、地下水位较高的 地k ，特按常规f r 塔基f i i | | 进行漤计剐施工，势! 澄会造成。【：枞造f i - t 阳提高，h 不能 充分利川原状地基特性。而且杆塔基 i j l ；在使用过程中会受到由j x t , 莳城、导线张力 所日 起的j ：拔荷裁羽l 水，1 z 衙载等各种简戴形式的作用。于足需要jr 发j 它能满足 复泉地质条件和承受复杂荷裁彤式的新型耩础。靳彩等人( 2 0 0 1 ) 地过n l 盖fl l 线 路i t ；的现场原型试验刚刿采川复合式斜桩 。，。- i 。i * 。t 5 够很好旧适合朴j 特j t 哳n 内受力 粕，- ，特川魁化抵抗上拔一水- 卜力i 隈台f l ：# l 州具订 删娃的优越r m 化址采川的桩 软f ：地j 。州，杆塔罅 耻 1 i 舢| 1 j 悱状究帮一带杵沧 膳同样存赴蔚施：l 不方便等缺点。陈仁删等人( 2 0 0 3 ) 在软二卜地挺中进行l | | 勺大 照微型桩单桩年群桩现场原型试验表明将微型栅基础应用于软二l 二地基杆塔基础 中，能在充分满足扪：塔瑟删 沉降开| ：i 稳定性n q l 】i 捉下，达到杆蟮基础施工安全、方 便、工划短、占地面积小、造价合理的目的。| = l = | 于微型桩在国内应用的历史比较 短，对它的施工工艺、变形特性和承载能力等方而还没有充分的认识，也没有一 个成熟的计算理论，在设计中大多采用的是普通大直径桩的设计方法，因此有必 要对微型桩进行进一步的试验研究，以确定经济合理、安全可行的施工工艺，指 导施工生产：分析微型桩单桩和群桩的荷载传递规律和变形性状，为微型桩的设 计提供依据。 1 2 研究现状 虽然桩的使用可以回溯到几千年前的新石器时代，但是直到十九世纪末叶， 桩基础设计还是完全基于经验。有关桩的近代文献可以说是从由w e l l i r 【g t o n 在 1 8 9 3 年主编的“p i i e sa n dp i l ed r i v i n g ”发表开始的，文中提出了有名的 “e n g i n e e r i n gn e w s ”打桩公式，这是对桩承载力理沧评价的首次尝试。此后的 一百多年里无数的工程师和学者积累了有关桩基础性能丰富的现场经验及试验 资料，并据此进行了深入的理论研究。 1 2 1 竖向受拔桩研究现状 长期以来，人们都关注于竖向受压桩的工作性状，对于抗拔桩的研究资料并 不多。但是一些承受大倾覆力矩的建( 构) 筑物基础，诸如高烟囱、发射塔或码 头构筑物的基础等都要求验证桩的抗拔力。 p o u l o s 和d a v i s ( 1 9 8 0 ) 认为对于粘土中的等截面桩，其极限抗拔力只，为： = c 。a 。+ ( 1 1 ) 其中：桩的重量； 乞沿桩身的平均粘聚力； 3 软h 也罐- i 叶刊藩敝诅 l = ) i k i1j 仲t ：1 k ：i j l 咒 s o w a ( 1 9 7 0 ) 曾给 1 1c 。与二巴的不排水抗剪强度c 。的关系( 图1 1 ) ，发现c 。c 。 t 【与承受卜u i 筒载桩的触比较i 吻合。徐羽i ( 19 9 4 ) 进一步研究t4 f f i t l 灌注桩、泓 凝土预制桩和制桩的试桩资制，总结出了这三乖i , t n 施工方法成桩的桩平均粘聚 力与土的不排水抗剪强度c 。的关系。 1 ：警 j 加 鲁o 竹 o s o 0 2 s 0 一1 潞i ( 1 9 耵) s o !l i k 。n p t o n i 一s 【1 9 5 9 】 、 r t r - o r ( 拇妇) _ 。 口n u 盯i 曲吐u r l e ( j ，酗 新撅n 瑰平均藏 嵌 l 结骏精土吣。 a 一- - 8 o 。3 试香k 罢 l 0s 1 0 0 0 1 s o di 吣a ! 湘3 0 3 5 0 8 0 棚 c t - 芥排求抚冀燕篷( p “) 图11 抗拔试验c 。儿。与o 。旧关系曲线 对于在砂土中的等截面桩，其极限抗拔承载力可以按桩身阻力与棚 的重量之 和柬计算，可是其桩侧摩阻力可以利用的资料很少。s o w a ( 1 9 7 0 ) 在总结了试 验数掘后指出，在不嗣的试验之间平均表面摩阻力有很大的变化，阻是在数值 ： 趋向于抗拔桩低于抗压桩，特别是灌注桩更是如此。在缺乏其它资料的情况下， 推荐按受下压裁荷时的三分之二柬计算桩身阻力，但是可靠| f 勺估计就最好依据现 场逃 1 ：f j 抗拔试验宋7 确定。 m e y e r t l o f 羽1a d a m s ( 1 9 6 8 ) 发展了以实验室模型试验为俄狮 的近似方法。 他i l j 建议，在粘：f = r ”( 不排水条件下) 桩的短期抗拔承载力山下列值朐较小值得 剑：e a ，西i 底部以上的垂直剐拄f 术的抗剪阻力乘以系数k ，i l 加上底部以上的i ： l r 与桩, i i ：e i i ；岫) _ 【j i 部的抗拔承载) j ) j l i 上。他们现在剿i i ：i ；扫11 受拔，, h w i ，1 e 1 m 浅的蝌镩深度时，发现负孔隙压力的出现，随着负孔隙压：力f 内宁 l j 敞，粘，哦m j ：随时i h j l ( 1 i 软化。因此，受持续* * 娥的抗救承皴力可能低j ：娥_ l f j j 的或研i 摊水晰况 软一卜地埔r | t 十1 j 忭微州埔l l f j i 帕i h 状研究 下的承载力。k 期的执拔承城力可翊粘土的吲结排水参数妒，和q 进行估辨：。，i ： 述理论也能够f f i 来估黛：砂土中桩的抗拔承数力。m e y e d m f 和a d a m s 曾对砂叶t 埋 置基础抗拔承载力的计算值和实测值进行过对比，发现两者之1 1 ；i j 有合蝤! f | 勺一致 性。对于群桩的抗拔极限承载力，m e y e r h o f 和a d a m s 建泌取下列值的较小值： ( a ) 各根基桩的抗拔力之和；( b ) 由基桩和封闭在内的土所构成的等效墩基础 的抗拔力。他们还在粘土和砂土中进行了圆形模型基桩的群桩抗拔试验，并分析 了群桩的抗拔效率。l e v a c h e r ( 1 9 8 4 ) 在研究了干砂二l 二中3 i 根灌注桩、1 2 根打 入桩和5 根振动沉八桩的室内抗拔模型试验之后，总结出了成桩方式的不同对抗 拔桩极限承载力的影响。李广信( 1 9 9 9 ) 通过室内的单桩渗水力模型试验表明， 不同的加载部位和加载方向对于桩的侧阻力的大小、分布和发展过程有重要的影 响，抗拔桩的桩侧摩阻力要明显小于抗压桩。但是小比例模型桩的试验结果同原 型桩的工作机理是有区别的，应用模型试验研究成果时宜慎重。 王维雅( 1 9 9 8 ) 通过对两根钻孔灌注桩单桩的现场原型抗拔试验，研究了钻 孔灌注桩抗拔时荷载的传递规律，由实测桩身内力确定了荷载沿桩深度的变化、 桩侧摩阻力沿桩深度的分布规律及桩的荷载传递函数，并提出了设计抗拔桩的思 路。 c h a r o p a d h y a y ( 1 9 8 6 ) 考虑了桩长、桩径和桩土性质的影响，采用假定抗拔 破坏面的方法通过理论分析得到了确定砂土中抗拔桩极限承载力的计算方法。何 思明( 2 0 0 1 ) 在c h a 牡o p a d h y a y 的基础上采用极值原理得到了这个破坏面的方程。 黄锋( 1 9 9 9 a ) 和杜广印( 2 0 0 0 ) 等人分别通过有限元计算和理论分析揭示 出桩周土应力路径、主应力方向的旋转、桩身本身的压缩和僻| _ 陡、桩径的膨胀和 收缩等都是侧阻力的主要影响因素，也是抗压桩和抗拔桩侧摩阻力发展和分布有 所差异的主要原因。黄锋( 1 9 9 9 b ) 采用r a n d o l p h ( 1 9 7 8 ) 的桩周二l 二变形模式反 映桩基荷载传递规律，考虑了桩的伸长变形，桩周土的不均匀性、应力路径、剪 缩等因索的影响，推导出砂土中抗拔桩荷馘位移关系的理论解。黄毅( 2 0 0 2 ) 用假定的桩侧极限摩阻力分却形式根据桩及桩用土| ；l _ 删变形模式推导出了粉土 中抗拔桩的极限承载力牙位移的理论解。许宏发等人( 2 0 0 0 ) 试图用幂函数模型 来描述抗拔桩的荷载位移f l f 线，得到了比较合理的模拟结果。 敞1 地坫中杆塔黻j 鞋靴埔mc j m 【足咖f 究 i 2 2 水、1 ，受荷村1 吲。究现状 对于水平受简单桩的计算分析，日n i 有很多方法，主要的为以下几种： ( 1 ) 极限平衡法( 极限地基反力法) 这是最先常用于刚性短桩的一神方法。它按照土的极限静力平衡来推求桩的 水平承载力，不考虑桩的变形问题，所以不适用于有变形问题的般桩基问题。 b r o m s ( 1 9 6 4 ) 采用图1 2 的土反力模烈，在得到粘性二i 二中水平极限阻力的同时 求得了桩中的最大弯矩并给出了最大弯矩计算式。随后他又发展了砂性土中的计 算模型。这种方法力学机理明确，可以用柬验证p 一曲线法的分析结果。 瞬臻 縻 图1 。2 粘性” ! b r o m s 法的生反力樱型 ( 2 ) 弹性地基反力法 这个方法是假定土为弹性体，按弹性地基反力p 为对应：j 二水平位移y 所产生 的反力，应用粱的弯曲理论计算桩身内力的方法。 计算地基反力时采用w i n k l e r 模型，不考虑桩土之间的粘聚力和摩阻力，把 桩周士离敞为一个个单独作用的弹簧，当某一个弹簧受力时，仅此弹簧有和力成 比例的压缩或伸跃，而其它 j i f 赞小受影响。用数学模型表示为： p = 乜”y ”d e 1 2 ) 其r f - ：k 为由土的弹性决定的系数，d 为桩宽。 此中夔型没有：芍虑桩侧”【：介质的连续一p e 和拥互影响，因此这利，方法f j ? j 分析埋 设j 1 连续性很强f 内岩体或高坝艘籼川r 的桩( 特别是群桩) 就玎i 人介通。此外， 吱际i ：的物理性质也不魁隧川w i n k l c r 侧定的 | | j 样简o i i 数学笑系所能i i i n | 我示 的。j 魁同其它复杂盼解析方法捌比，它是具有在许多场合比段i f 砷表现一| ：的实 戟r l ：地j 纠，朴j 捧微型 j e m i q ! ：l r l i j i 究筇一常绌| 仓 盼i t _ l - 佚，l i 比其它数学处理方法都更简单的一种工襁实用方法。因此，这个简单 i 佝古抛似定在攮祧工程范围内竟连续有效达一个世纪以上。 ! i 1 1 1 性地基反力法按y 1 1 ；j 摊j 数m 来区分，有埘= 】的线弹性地基反力法和 7 1 的! 骓线形地基反力法，两者的数学处理完金不同。由于后者计算繁琐，工程实际 中使用很少，一般都是采用线弹性地基反力法。 在线弹性地基反力法中，根据弹性地基上梁挠曲理论的微分方程： 4 彤兰车+ p = 0 ( 1 3 ) 出 可以得到一个线彤微分方法，将其推导可极限水平受荷桩的各项计算。 在我国比较常用的线弹性地基反力法有张氏法( 常数法) 、c 法、m 法和k 1 法，其相应的指数”分别为”= 0 、n = 妄、”= 1 和”“2 。对于超固结粘土和地 z 面为硬壳层的情况，可考虑选用常数法；对于其它土质一般可选用c 法或m 法； 当桩径大、容许位移小时宜选用c 法。另外，c 法和m 法较多应用于铁路和公路 工程，并已积累了试验数据和经验。k 法在5 0 年代的桥梁设计中应用较多，但 是近年来已被c 法和m 法所代替。刘金砺( 1 9 9 0 ) 和陈鹭缨( 2 0 0 2 ) 对这几种 常用的方法做了比较详细的评述和对比。赵明华( 1 9 9 4 ) 在m 法的基础上通过 大量数值计算结果的回归分析提出了一套多层地基中水平受荷桩的内力及位移 简易换算式。 线弹性地基反力法的基本假定之一是桩侧地基土符合土反力随水平位移成 正比例线形增加，因此当荷载水平较高，桩侧土出现较大塑性区时，应用这种方 法进行计算出现约偏差就较大。因此，线弹性地基反力法对桥台、桥墩等桩基的 计算是适用的，而对于栈桥、停船码头这类容许大挠度或微型桩这科，本身抗弯刚 度较小的桩基结构蒇需要按挠度对弹簧系数进行修正，或采用其它晌非线弹性地 基反力法或p y 曲线法。 非线弹性地基反力法关于复杂的地基反力系数的研究还不够深入，在一般应 刚，f 。还没有达到实用。用本港湾技术研究所朐久保、林等通过大量的试验，采用 非线弹性模型表达地基1 1 t 1 1 线性，提出了称为港湾研究所的非线i j - $ t + 算法 9 8 1 。 但是要想从解析上近似f 向解微分方程也是：非常困难的，所以采用了从浆一标准桩 j 塑型垡竺生旦堡墅堕! 塑兰墅塑堕丝塑! 巫塑 笙：堂堑堕 得到旧柄、准曲线彳j f 以原删束计算桃住i 佚的力。法。i 】j 万灵等人( 2 0 0 0 ) 以火墨的 桩丝水平静裁荷试验实洲资料为基础，建立超水平地基反力与深度、位移的函数 火系以及水5 f 地基反力系数与二 质指标的函数关系，将非线性有i i ；, i k l i , j ! j k i k l 计算 转化为问私的查表计算，挺出了一乖f ，桩在水平荷载作j 二 = i 下的一l 隆e 性计算方法 n l 法，此方法的特点是地基系数和土质的对应关系是幽试验资料髂理而得到的， 适日于栈桥直桩和挠度较大的停船码头桩基结构计算。h s i u n g 和c 1 1 e n ( 1 9 9 7 ) 考虑了二卜的弹塑性，基于地基反力系数的 r i 念，通过有限元分析给出y - - t tr 均质 粘二l 中水平受荷桩的简化计算方法。 ( 3 ) 弹性理论法 此法假定桩埋置于各向同性半无限弹性体中并假定土的杨氏横量e 。和泊松 比匕为常数或随深度按菜矛i r 规律变化。p o u l o s ( 1 9 7 1 ) 计算时将桩分为若干段， 根据半无限弹性体中承受水平力| ； jm i n d ! i n 解计算每一段中心处的桩周t 位移， 另据桩的挠曲方稗求得1 l 】芊的位移，令七和桩的位移寿日等，采用边界积分方程符到 j 7 口f 1 妊求j v 4 c , f g p 霉峰 f 自p 冉勺i f 嚣j j ，+ ： 佻 l l u 时： 州茜“。万3 z t f 】4 ) 。，奇屿，斋 s ， 桩顶嵌固时： h p 2 。一? 万 1 6 ) l 。i 。，一，、斗，、，口，、，口，和，地尤 i 嘲帖鲫因予，它f e i i i , 7 值【| ip o u l o h 通过图 表给m 。这种i 方法最大的缺，氧就1 ；a ；4 q t i i t 算“ ! f 】珀：地面以下的位移、转f r i 阻及；呵 姐! 、：i ：反力等，眦且疋值的 f 订j 定也比较难。一般在深入 卜算j l i ，可t i j t t 这d - 办法相i 算来进行 j 步分析i 5 2 计。 b a n e d e e 和d q v i e s ( 19 7 8 ) 聚川，地 m ，圮法，利j f j 裂层种，、f 审f l i j f 川。i 0 * 找 帆埔术解给了二怍均质地4 l 引r 水、r 受* f 桩的川! 硷解。r a n d o l p h ( 1 9 8 1 、j l l j k l ：f l 。瞅 软一 ：t a 4 1 i r | i 4 q ：塔徽! ! ：! 【m 酗m 的讹：i r 究 柳一啦缃论 元汁算给出了水1 2 荷绒作用下的柔性舡桩在刚艘随深度线性变化的弹，队地- 引r 帕位移数值斛。但是，1 一格来蜕只有在较低的捕载水平一f l 的，| i 服不是很叫显时 以上这些分析方法才是有效的。b u d h u 和d a v i e s ( 1 9 8 7 ) 考虑了桃用土出现的屈 服，把砂性土当作理想弹塑性体，采用弹性边界单元法进行了分析计算，并给出 了无量纲影响因子的近似计算公式。v e r r u i j t 和k o o i j m a n ( 1 9 8 9 ) 在三维成层弹 性介质中基于弹性力学水平方向的平衡方程，结合了弹性地基反力法中的弹簧系 数，利用桩土体系的胁调、平衡条件，通过迭代分析得到了三维地基中的数值解。 s u n ( 1 9 9 4 ) 在弹性地基中用变分计算得到基本平衡方程，并用数值方法分析了 水平荷载下的桩土相互作用。 ( 4 ) p y 曲线法 p y 曲线就是在水平荷载作用下，地面以下某深度处的桩侧水平土反力p 与该点桩的挠度y 之间的关系曲线( 图1 3 ) 。它综合反应了桩周土的非线性、桩 的刚度和外荷载作用性质等特点。因实际地基的性质是非弹性的，且为了在计算 中如实地引入由地表开始的渐进性的破坏性质等，可认为这种方法是最恰当的。 但为了计算，必须把地基土性质化为数学上的某种模型。如何适当的模型化地基 土，合理的选取p y 曲线这是这种方法的个问题。 p i l ed e f l e c t i o n y ( l ) 幽1 3 典型的p y 曲线 比较具有代表性的方法有全神塑性法1 9 8 和m a t l o c k 和r e e s e 的a p f 法。全 弹塑性法认为某点f 内地基反力达到二i 二的极限反力p ，之| j i ，地驰坩m 队为线弹性 的，在达到p 。之后，假定土反力为常数。m a t l o c k 和r e e s e 根_ l l i ：火撤试验数据给 m t g e 软粘二卜和砂：j 二中的p yf i l l 线法。该方法被奖国石_ l i 卧会l9 7 5 年铺定式 轼十：地埔r t j 符微型0 l 摧 i j j 的2 f i 二h 凡彤f 宄 淅洋，卜台改计地1 技术灿i 范( a 1 ) ir e c o n l n l o t l dp r a c t i c e f o rp l a n n i n g ，d e s i g n i n g a n dc o n s t r u c t i o nf i x e do f f s h o r ep l a t f o r m s ) a p i r p 2 a 的笫6 版所采用。 二| ! 浩芬( 1 9 8 9 ) 提 了一种山试 ! 【l 实洲弯矩引刖最小二：乘法涅麓理 仑建立 一一yi l t l 线的新途径，并进行了水5 f 荷载非线性的有限元数值分析。p r a k a s h 和 k l i m a r ( 1 9 9 6 ) 考虑土的：螗线性发展了均质砂z t _ q 的，一y 曲线，给出了砂二【：中 打载位移曲线的上边界积下边界曲线。b r i a u d ( 1 9 9 7 ) 基于f ) 一yl “j 线提出了 半理论半经验的桩在水平荷载作用下的简化方法( s a l l o p ) 。张舒羽( 2 0 0 1 ) 根据试验资荆，分析了仇与一些容易获得的土性参数之间的关系，提出了更为 简单方便的p 一 y 曲线经验公式。l e r r r d t t e ( 2 0 0 i ) 和j a n o y a n ( 2 0 0 1 ) 分别通 过现场原型试验对p yl 拯线的虚f h 做了进一步的研究。由于p 一1 j 曲线的获得需 要通过室内试骑，而基于经验公式的方法，并小一定能反映实际4 i 。p j i 、”，l ，且需用数 甑方法柬进行反复迭代计算，所以目丽矗困内的应刷还f 广泛“ r ) 虑壹糨模掣法 r 瞄l1 4j 封坩il i l j f 内成受樱) 书镬 a s h o u r 平n o r r i s ( 1 9 9 8 ，2 0 0 0 ) 提出了种计算桩砘水5 产：f ： 城f i j - 1 1 f l l ，j 反应 的新棋掣应变楔模型( 鼬a i nw e d g em o d e l ) ，见冈i 4 。这种模掣认为k f l ：j 强度满址m o h i _ c o u l o m b 准则，将， j 1 ：顶刚近帆d 1 1 弛动隧，j ：体的+ 盹：状似定为楔j 嘭体， 纠i 合弹性地然染i 佝数值方法分析她l 沿深度的非线f l f l - ) 1 1 。应变楔模型法木米刚 j r 分析眇性h l i f j 水甲受6 0 桃j 。e ，圻求被艘进为冲r 遂川 ：成麒i ：驯耕i 眦 ： 状1 ：地堆c 附i 。嵴撇j 咀h tj 、”的一m 状斜兜帮带绪论 的方法，5 j 外可以考虑不同形式的桩砸情况来计算水平荷找 f i ：j , i r i i i d l j d l , j 内力删 变7 | ；，- j ：l ：且考虑到二【：体连续v f 署r t 桩的特性，比如刚度、桃槭网性状以及桩顶约束 状态等。李彬( 2 0 0 2 ) 对这利，模型做了改进，并将这个模型运用到群桩中，研究 了群桩在水平荷城作用下影】j 蚰群桩效率的各个因索。 ( 6 ) 特征荷载法 d u n c m l 等人( 1 9 9 4 ) 通过刑水平受荷桩非线性性状的无量纲化分析后提出 了利f 近似于p y 曲线法的特征荷载法( c h 甜a c t e r i s t i c l o a dm e t h o d ) 。他给出 了不同土质和不同桩项约束情况下的一系列结果，可以应用简单的方程对水平荷 载作用下桩的反应做快速的预估。这种方法用来解决：1 水平荷载作用下的地表 处桩的位移；2 弯矩作用下的地表处桩的位移；3 水平荷载作用时桩身的最大弯 矩；4 艟身最大弯矩的位置。但这种方法无论对粘性土还是砂性土都要求土的强 度沿深度不变。 除了以上几种方法外还有许多学者对水平受荷的单桩性状问题做了深入的 研究。b a g u e l i n 等人( 1 9 7 7 ) 分析了水平受荷桩在满足t r e s c a 准则的弹塑性介质 中的平面应变问题和简化三维状态问题，研究了桩士相对刚度、荷载和桩顶约束 条件的影n 向。t r o c h a n i s 等人( 1 9 9 1 ) 采用三维有限元弹塑性模型分析了桩在静 荷载和循环荷载作用下的桩土反应。h 如r f r 和h a m i l t o n ( 1 9 9 3 ) 基于塑性理论的 上限定理进行了在不排水条件下的三维破坏极限强度分析。茜平一( 1 9 9 4 ) 同样 采用塑性理论推得了粘性土中圆形截面水平荷载桩地基极限水平反力p 。的滑移 线理论解。h a r t 和f r o s t ( 2 0 0 0 ) 考虑到水平荷载下横观各向同性桩的剪切变形 效应，采用了t i m o s h e n k o 梁理论求得了荷载位移解。r a j a s h r e e 和s i t h a r a m ( 2 0 0 1 ) 同样使用有限单元模型，基于双曲线的非线性p y 曲线关系分析了水 平荷缄作用下斜桩的变形性状。王成( 2 0 0 1 ) 在考虑钢筋混凝二 桩非线性损伤的 情况下建立了一种空间糨合数值计算模型。 m e y e r h o f 和k o u m o t o 、s a s t r y 、y a l c i n 等人合作进行了大量室内的模型试验， 研究了砂土和粘土中的刚性单桩平n 柔性单桩在水平、倾斜、偏心荷载f i ：j ：r l 下的性 状，总结出了一套基于模型试验的汁算水平受荷桩的经验公式( m e y e r h o f 等， 1 9 8 l ，1 9 8 3 ，1 9 8 4 ，1 9 8 5 ，1 9 8 7 ，1 9 8 8 ，1 9 8 9 ，1 9 9 3 ，1 9 9 4 ，1 9 9 5 a ，1 9 9 5 b ： 技i 弛缺 ， 1 蠼敝，鹕 j l = 讯蚋能状“j 究 k o t m l o t o 等1 9 8 6 ；s a s t r y 等， 9 8 6 a ，i9 8 6 b ，1 9 8 7 ，1 9 9 0 ，1 9 9 4 ，1 9 9 5 ：y a l c i n 等，1 9 9 1 ) 。z h a n g 等人( 1 9 9 9 ) 采硐离心机模型试验研究了砂土中砂的密度和 斜桩的倾斜桶列承受水5 f 荷载的抗力的影响，并用z ，一y 线结合w i n k l e r 模型 进行了分析。d y s o n 和r a n d o l p h ( 2 0 0 1 ) 在石灰质砂土中进行了单调递增水平荷 载作用下的模型单桩离心机试验，研究了成桩方法、加载速率以及桩顶约束对水 s 卜受荷桩的影向；提出了一种计算荷载位移曲线的经验方法，给出了考虑成桩 方法7 7 1 1 自 i 载述率的修正系数。 对于水平荷载下群桩问题的研究目| j 主要是依靠试验加经验的方法。吲内的 灌注桩基试验研究组( 1 9 8 3 ) 、韩理安( 1 9 8 6 ) 、刘金砺( 1 9 9 2 ) 和韩洁( 2 0 0 1 ) 各自通过大量的现场试验和模型试验提出了计算群桩水平承载力的群桩赦率经 验公式，以这个群桩效率乘以群桩中各根单桩的水平承载力之和就得到了群桩的 水斗承裁力。其中刘会砺的经验计。算公式还被建筑桩基技术规范( 1 0 j 9 4 9 4 ) 所采川，作为法规性文件f | = | j 于实际工程的设计工作中。n p b 的d a v i s s o n ( 1 9 7 0 ) 、 r i t i l l h o ( 2 0 0 07 和p a t r ai0 0 0 i 、通过筹自内群桃摸犁试验试罔执弹性理沧出发 碍：计种能够正确描述水，f 受荷孵桩简栽他移关系的半经验半理 方法。阻幽 际上史常熠的汁算水平受荷1 1 1 q ：t v l 方法是基丁，一y 帆线法，引1 个p y 曲线 折减凶了二( p 一m u l t i p l i e r s ) ，根据折减后的p y 曲线得到水平受茼群桩的内 力、位移。i s m a e l ( 1 9 9 0 ) 、m c v a y ( 1 9 9 5 ) 、r u e s t a ( 1 9 9 7 ，、r o l l i n sf 1 9 9 8 ) 、 m o k w a 和d