关于多桩型复合地基置换率的理解.docx

关于多桩型复合地基置换率的理解肖耀廷，党发宁，梁学战（西安理工大学 岩土工程研究所 ，陕 西 西 安 ；湖 北 文 理 学 院 ，湖 北 襄 阳 ）摘要 ：通 过计算 给 出了单桩型复合地 基 置 换 率 的 含 义 ，单 桩 型 复 合 地 基 置 换 率 是 一 根 桩 的 面 积 与处 理 地 基 面 积 的 比 值 ；在单桩型复合地基置换率 算法的基础上 提 出 了 一 种 多 桩 型 复 合 地 基 置 换 率 的 算 法 ，通 过 与 规 范 方 法 的 比 对 ，结 果 一 致 ，从而证明本 文提出方法的正确性 ；由 于 本 文 采 用 的 是 主 辅 桩 分 开 计 算 置 换 率 ，能够考虑布桩型式的不同 ，故具 有更明确的力学意义 。关 键 词 ：多 桩 型 复 合 地 基 ；置 换 率 ；承 载 力 ；布 桩 方 式中 图 分 类 号 ：文 献 标 志 码 ： ， ， （，；，） ：， ， ， ， ？， ， ：；随 着 复 合 地 基 技 术 的 发 展 和 完 善 ，多 桩 型 复 合地 基 逐 渐 在 国 内 大 量 使 用 ，例 如 桩 碎 石 桩 复 合 地 基 、 桩 深 层 搅 拌 桩 复 合 地 基 、长 短 桩 复 合 地 基等 等 各 种 型 式 ，解决了某些情况 下 单 一 桩 型 复 合 地 基 不 能 解 决 的 问 题 ，取得 了良好的社会和 经 济 效 益 。新 颁 布 的 建 筑 地 基 处 理 技 术 规 范第 和 第 条给出 了多桩型复合地 基 置 换 率 及 承 载 力 的 计 算 公 式 ，规 范中并没有加以 解释 ，相 应 条 文 也 未 提 及 。 这就会 出现如果遇到实 际 布 桩 不 是 规 范 给 出 的 型 式 ，设计人员可能就会无 从 下手或者出现错误。本文首先对单桩型复合 地 基 的 置换 率及 公式进 行 说 明 ，解释了置换率 的 含 义 ，而 后 在 单 桩 型 复 合 地 基 置换率的基础上提出了一 种 多 桩 型复 合地 基置换 率 的 算 法 ，进而帮助设计 人 员更 好的处理实际 问 题 。单桩型复合地基置换率计算方法的理解 建 筑 地 基 处 理 技 术 规 范 第条 给 出 了 单 桩 型 复 合 地 基 的 置 换 率 的 定 义 。收 稿 日 期 ：基 金 项 目 ：水利部公益性行业科研专项资助项目 （）；陕西省黄土力 学与工程重点实验室重点科研计划资助 项 目（）。作 者 简 介 ：肖 耀 廷 ，男 ，博 士 生 ，讲 师 ，研究方向为岩土工程数值计算 。：。党 发 宁 ，男 ，教 授 ，博 导 ，博 士 ，研究方向为岩土计算力学 。：。肖 耀 廷 ，等 ：关于多桩型复合地基置换率的理解 ，其 中 为 桩 身 平 均 直 径 ，为 一 根 桩 分 担 的 处理地基面 积的等效圆直径 ；等 边三 角 形 布 桩 ，正 方 形 布 桩 ，矩可 以 得 出 矩 形 布 桩 槡 。形 布 桩槡 ，其 中、 分 别 为 桩 间 距 、纵 向 桩 间 距 、横 向 桩 间 距 。首 先 对 规 范 中关 于 置 换 率 的公式做简单的 证 明 。对 于 三 角 形 布 桩 ，如 图 所 示 ，一根桩处理地基 的 范 围 为 图 中 的 六 边 形 的 面 积 ，通过计算可知该 图 矩形布桩的单桩型复合地基 六边 形 面 积 为槡。如 果 该 六 边 形的面积用圆形 等 效 ，假 设 等 效 直 径 为 ，则 有 ： 由 上 面 的 推 导 过 程 可 知 ，单 桩 型 复 合 地 基 的 置 换 率 虽 然 从 公 式 上来看是一种直径比 ，但 实 质 上 是 桩 的面积与处理地基面积的 面 积 比 。槡 （） 可 以 得 出 等 边 三 角 形 布 桩 。多桩型复合地基置换率计算方法的理解 多桩型复合地基 置 换 率的 理解 建筑地基处理技 术 规范 第条 规 定 ：“多 桩 型 复 合 地 基 面 积 置 换 率 ，应 根 据 基 础 面 积 与该面积范围内实 际 的 布 桩 数 量 进 行 计算 ，当基础面积较大或 条 形 基础 较长时 ，可 用 单 元 面 积 置 换 率 替 代 。”）当 按 图 矩 形 布 桩 时 ：图 三角形布桩的复合地基 对 于 正 方 形 布 桩 ，如 图 所 示 ，一根桩处理地基 的 范 围 如 图 中 的 正 方 形 所 示 。计算可知该正方形 面积 为。如 果 该正方形的 面积用圆形等效 ，假 设等 效 直 径 为 ，则 有 ： （） 可 以 得 出 正 方 形 布 桩 。图 多桩型复合地基矩形布桩单元面积计算模型 ）当 按 图 三 角 形 布 桩 时 ： 图 正方形布桩的单桩型复合地基 对 于 矩 形 布 桩 ，一 根 桩 处 理地基的范围如图 中 的 矩 形 所 示 。 通 过 计 算 可 知 该 矩 形 面 积 为。 如 果 该 矩 形 的 面 积 用 圆 形 等 效 ，假 设 等 效 直 径 为 ，则 有 ： （） 西安理工大学学报（）第 卷 第 期假 定 图 与 图 中 ，主 桩 与 辅 桩 的 桩 径 均 为 ，桩 间 距 均 为。首先利用规范公式对图 和 图 分 别 计 算 置 换 率 ，计算单元的面积如 图 中 标注 图形面积 。由 规 范 第 规 定 可 知 ，图 和 图 的 计 算 单 元 面 积 一 样 ，且 桩 距 也 一 样 ，故 主 桩 和 辅 桩 的 置 换率 均 为 ： （） 但 是 ，如 果 把 多桩型复合地基看做是单个桩型 复 合 地 基 叠 加 而 成 了 ，将 会形成另外一种算法 。 对于 图 的多桩型复合地基 ，首 先 考 虑 主 桩 的 作 用 ，此 时 忽 略 辅 桩 的 影 响 ，亦 即 场 地 只 有 横 向 间 距 为、纵 向 间 距 为 矩 形 布 桩 的 单 桩 型 复 合 地 基 ，该 单 桩 型 复合 地 基 一 根 桩 的处理面积如图 所 示 ，利 用 单 桩 型 复合地基置换率的定义 ，可 求 出 其 置 换 率 为 ：图 多桩型复合地基三角形布桩单元面积计算模型 从以上规范原文不难看出，规范对于置换率的处 理方法是，先选 择 计 算 单 元，置 换 率即为单元内桩的 面积与单元面 积 的 比 值，也 即 置 换 率 为 面 积 比，这 一 点正好印证了上一节对于单桩型复合地基的解释。本文认为，对于 多 桩 型 置 换 率 的 理 解，应 以 单 桩 型的复合地基的置换率为基础。也就是说，多桩型是 有多个单桩型复合地基组成，求解其中一种桩型的置 换率时假设其他桩型不参与。 （）多桩 型复合地基置 换率的计算方法 工 程 中 多 桩 型 复 合 地 基 以 两 种 桩 型 居 多 ，本 节以 两 桩 型 复 合 地基说明计算思路。 如 图 和 图所 示 ，复 合 地 基 采 用 正 方 形 布 桩 的 ，图 为 主 桩 和 辅 桩 分 排 间 隔 布 桩 ，图 为 每 排 间 隔 布 桩 。 主 桩 用黑 色 圆 圈 表 示 ，辅 桩 以 白 色 圆 圈 表 示 。图 分排间隔布桩的一根主桩处理面积 计算辅桩置换率时 ，同 样 忽 略 主 桩 ，辅 桩 也 是 横 向间 距 为、纵 向 间 距 为 的 矩 形 布 桩 ，其 单 桩 型 复 合 地基置换率与主桩置换率 一 致 。对 于 图 ，利 用 相 同 的 思 路 计 算 ，主 桩 或 者 辅 桩可 以看做是间距 为槡的 三 角 形 布 置 的 单 桩 型 复 合地 基 ，其一根桩处理地 基 面 积如 图 所 示 。图 分排间隔布桩的复合地基的计算单元 图 每排间隔布桩的一根主桩处理面积 利 用 单 桩 型 复 合 地 基 置 换 率 的 计 算 公 式 ，可 求 出 其主桩和辅桩的置换率均为 ：图 每排间隔布桩的复合地基的计算单元 肖 耀 廷 ，等 ：关于多桩型复合地基置换率的理解 参 考 文 献 ：（） 佟 建 兴 ，孙 训 海 ，杨 新 辉 ，等 长短刚性桩复合地基桩 、土 本文 计算方法与规 范方法的对比分析 由 上 面 的 计 算 可 以 看 出 ，两 种 计 算 方 法 得 到 的 置 换 率 是 一 样 的 ，说明本 文提供的算法是正确的 。对 于 规 范 的 方 法 来 讲 ，尽 管 图 与 图 的 布 桩 型 式 不 一 样 ，但是由于计 算单元面积相同 ，所 以 计 算结 果 也 应 该 相 同 。对 于 本 文 提 供 的 计 算 方 法 ，是 将 多 桩 型 复 合 地 基 问 题 分 解 为 若 干个单桩型 复合地基的问题 ，可 以看出 图 主 辅 桩 为 矩 形 布 桩 ，而 图 却 是 三 角 形 布 桩 ，虽 然 两 者 计 算 结 果 一 样 ，但 是本文计算方法考虑 了 主 辅 桩 的 布 桩 型 式 ，故 具有更明确力学意义 ，建 议 多 桩 型 复 合 地 基 置 换 率 采 用 本 文 的 计 算 方 法 。相 同 置 换 率 采 用 不 同 布 桩 形 式 ，对 于 复 合 地 基 的 承 载 力 、沉降以及桩土 应力的影响情况 ，尚 需 结 合 载 荷 试 验 做 进 一 步 研 究 。承 载 性 状 与 厚 径 比 相 关 关 系 试 验 研 究 岩 土 工 程 学报 ，（）： ， ，（）：张 小 礼 复合地基中桩土面积置换率的理解及应用 土 工 基 础 ，（）： ，（）：中华人民共和国住房和城乡建设部 建 筑 地基 处 理 技 术 规 范 北 京 ：中 国 建 筑 工 业 出 版 社 ，闫 明 礼 ，张 东 刚 桩复合地基技术及工程实践 第 二 版 北 京 ：中国水利水电出版社 ，王 明 山 复 合 地 基 桩 土 承载力发挥系数的研究 北 京 ：中国建筑科学研究院 ， ： ，闫 明 礼 ，王 明 山 ，闫 雪 峰 ，等 多桩型复合地基设计计 算 方 法 探 讨岩 土 工 程 学 报 ，（）： ， ， ， ，（）：王 振 华 ，马 宗 源 ，党 发 宁 等效线性和非线性方法土层地 震 反 应 分 析 对 比 西安理工大学学报 ，（）： ， ， ，（）：（责 任 编 辑 杨 小 丽）结 论 与 建 议）通 过 计 算解 释 了规范 中 单桩型复合地基的 置 换 率 的 含 义 。）给 出 了 多桩 型 复合地 基 置换率的另一种计 算 思 路 ，通 过与规范公式 的对比结果一致 ，从 而 说 明 本 文 方 法 的 正 确 性 。）在 相 同 的 置 换 率 的 情 况 下 ，当