软土刚性桩复合地基承载力及沉降计算研究
软土刚性桩复合地基承载力及沉降计算研
究
【摘 要】现有的刚性桩复合地基承载力和沉降计算方法对于软土地基并不完全完善和适用。通过对软土刚性桩复合地基的工作性状分析,指出原有计算公式和方法可改进的地方,提出了适合软土刚性桩复合地基的承载力计算方法,并给出了计算方法中参数的建议值。同时,分析了现有的沉降计算方法,建议对计算方法中软土层的复合模量提高系数进行修正。
【关键词】软土刚性桩复合地基,承载力计算,沉降计算
1 前言
由于刚性桩复合地基既能发挥桩间土的承载力又能使桩的端阻得到更大发挥,大大减少沉降,因此,刚性桩复合地基在房屋建筑
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
得到了广泛的应用。同时,也呈现出理论落后于实践的现状。为此许多研究学者对刚性桩复合地基进行了大量的研究,以便能更好的满足实际工程的要求。文献[1,2,3,4]都对刚性桩复合地基的工作性状进行了分析,为上述问题的解决提供了思路和方法。
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至今对于刚性桩复合地基承载力以及沉降计算的研究并不完善,特别是针对软土刚性桩复合地基的承载力和沉降的计算并不能满足实际工程实践的需要。本文通过分析现有的刚性桩复合地基承载力和沉降计算的方法,提出适合软土刚性桩复合地基的承载力计算方法,以及对原有沉降计算中的系数进行修正。
2 承载力计算方法的分析和讨论
刚性桩复合地基的承载力计算理论也在发展中。如同其他的桩体复合地基一样,刚性桩复合地基承载力计算思路也是先分别确定桩体的承载力和桩间土的承载力,再根据一定的原则叠加这二部分承载力得到复合地基的承载力。
龚晓南[5]提出桩体复合地基的极限承载力pcf普遍
表
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达式可用下式表示,
,2-1,
式中 ppf —— 单桩极限承载力,kPa,,
psf —— 天然地基极限承载力,kPa,,
K1 —— 反映复合地基中桩体实际极限承载力与单桩极限承载力不同的修正系数,一般大于1.0,
K2 —— 反映复合地基中桩间土实际极限承载力与天然地基极限承载力不同的修正系数,其值视具体工程情况确定,可能大于1.0,也可能小于1.0,
—— 复合地基破坏时,桩体发挥其极限强度的比例,可
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称为桩体极限承载力发挥系数,
—— 复合地基破坏时,桩间土发挥其极限强度的比例,可称为桩间土极限承载力发挥系数,
m —— 复合地基置换率。
若能有效的确定复合地基中桩体和桩间土的实际极限承载力,而且破坏模式是桩体先破坏引起复合地基的全面破坏,《建筑地基处理技术规范》建议在初步设计阶段可以按下式计算承载力,
,2-2,
式中 fspk —— 复合地基承载力特征值,kPa,,
m —— 面积置换率,
Ra —— 单桩竖向承载力特征值,kN,,
Ap —— 桩的截面积,m2,,
—— 桩间土承载力折减系数,宜按地区经验取值,
fsk —— 处理后桩间土承载力特征值,kPa,,宜按当地经验取值,如无经验时,可取天然地基承载力特征值。
就刚性桩复合地基而言,其破坏机理的研究对于承载力计算有着至关重要的作用。桩体与桩间土的荷载是通过复合地基的褥垫层来调整和传递的,因此需要分析褥垫层的作用。褥垫层能传递给桩体的极限承载力Rcu和单桩极限承载力Ru之间的关系,郑刚[6],如下,
桩顶Rcu> Ru,则加荷后期直至达到极限时,桩主要向
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下刺入。
桩顶Rcu,Ru,则加荷后期直至达到极限时,桩同时向上和向下刺入。
桩顶Rcu Ru和桩顶Rcu,Ru两种情况。
但是在软土地基中,为了获得较高的承载力水平,又由于桩身强度较高能将荷载往深层传递,刚性桩复合地基中的刚性桩往往会穿过土质较差的那层软土,桩端进入承载力相对较好的土层作为持力层,因而桩体的极限承载力一般很高。同时桩间软土的承载力很低,一般在100 kPa以下,有些甚至在50kPa以内。因此当褥垫层能较好的工作,将上部荷载传递到土和桩顶时,桩间土就很容易达到极限承载力,而此时桩体还没有达到其极限承载力,属于桩顶Rcu< Ru的情形。此时,桩间土就会首先破坏,从而引起复合地基的破坏。
所以针对软土场地中刚性桩复合地基的承载力计算,应该考虑到桩间土先达到极限承载力的情况,刚性桩复合地基承载力可用下面的公式进行计算,
,2-3,
式中 fspk—— 复合地基承载力特征值,kPa,
fsk —— 桩间土承载力特征值,kPa,
—— 桩体竖向承载力特征值,kN,
Ap —— 桩体横截面积,m2,
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—— 桩体承载力发挥度,
—— 桩间土强度提高系数。
刚性桩复合地基中的桩体一般为素混凝土桩或CFG桩等,多采用振动沉管灌注成桩和钻孔灌注成桩等施工工艺,其中振动沉管灌注成桩属于完全挤土工艺,对可挤密的土, 可取大于1.0的提高系数。钻孔灌注成桩工艺属于不挤土工艺,因此桩间土强度提高幅度有限,一般可作为安全储备, 通常取1.0。
由于复合地基承受的荷载达到其承载力
标准
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值时,桩体承载力和地基土承载力并非同时达到特征值。根据上述的分析,在软土中桩间土易先达到承载力标准值,而桩体尚未达到标准值,于是就出现了式,2-3,中的桩体承载力发挥度 。而 的取值显然和是否有褥垫层、褥垫层的厚度、桩土模量比、土质情况、成桩工艺等很多因素有关,还与建筑物对复合地基的沉降变形要求有关。
根据东部沿海软土地区某个房屋建筑工程的刚性桩复合地基静载荷试验,结合式,2-3,,可确定桩体的强度发挥度的取值。
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