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1、复合地基中桩体的作用机理探讨第7卷第2期2007年3月潍坊学院JournalofWeifangUniversityVoL7NO.2Mar.2007复合地基中桩体的作用机理探讨于景杰(潍坊学院,山东潍坊261061)摘要:从理论上阐明了在自然地基中置桩后形成复合地基时桩的作用机理,并进一步阐述了在基础与桩顶之间设褥垫层时,褥垫层的传力作用及其厚度的确定方法,并融会了从自然地基到传统桩基的各种地基基础的作用机理.关键词:天然地基;复合地基;桩;褥垫层中图分类号:TU323.1文献标识码:A文章编号:1671—4288(2007)02—0120—03基础的作用在于将上部结构传来的压力加
2、以扩散,使地基的沉降减小到地上结构能够忍受的程度,基础本身变形对沉降的影响一般可以忽略不计.复合地基是在自然地基之中加入一些强度与刚度较大的传力体,与周围的土体一起发挥深基础的作用,复合地基的变形对沉降的影响程度视具体情况而定.自然地基,复合地基(含各式各样的土体加强与加固处理)到传统桩基,其作用机理是统一的.1复合地基中桩体的作用机理根据变形体虚功原理,地面上一点在P力作用下的沉降可表示为(计算模型见图1):一古莹』』』啦d㈩由于沉降就是由P作用引起的,再假定以真实的应变为虚位移和土体中的应力应变之间为直线关系,则&一/E,代入(1)式得:一古莹JJJ式中:——沉降&a
3、mp;——虚位移;——体积:——P引起的应力分量;E——与相对应的变形模量.当i—J时,E—E;当≠时,E一—2(l+二_./一D.p,●—,[==一1I寸-——/图1天然地基计算模型由(2)可见,沉降的大小取决于全地基范围内(r:/E;)dv的总和,实际上,和Ei,都是有限值,.c随着距着力点的增大而减小,当超出某个范围以后,rij急剧地减小,由于r..已经很小,(r;/Eii)dv便可以忽略;另一方面,当地基中某个地方的E_j与其它地方的E.,相比特别大时,这地方的(r/E._)dv也就很小而可忽略不计,于是,(2)式的右边积分只需在地基中的大应力区内除去硬度特别大的那些"
4、块"之后的范围内进行,如土中没有特硬的块,而且假定只考虑压应力后果的话,则积分只在主要压缩区域内进行.显而易见,主要压缩区内含有的硬块越多,则算得的值越小.所以,若用夯实,挤密,换土,塞入离散的硬块,化学固结等任何办法将大应力区的E.j增大,都可以使沉降减小,桩基就是将杆状硬体置入地基中形成的.如前所述,单凭桩体的硬度就能对降低沉降有所贡献,但其突出优点是能将来自上部压力疏散到深处去,减小高压缩区的应力,降低地面的沉降.尤其值得注意的是,桩上的压力经摩擦作用传给贴近的土体,经扩散后,又以压力的形式传*收稿日期:2O07一O2—16作者简介:于景杰(1964一),男,山东昌邑人,潍
5、坊学院土木建筑系教授.?120?第2期于景杰:复合地基中桩体的作用机理探讨给桩间土,某些情况下,桩间土的压缩变形对桩顶沉降的影响不可忽视.例如潍坊市区某大厦工程桩长15m,桩径0.6m,把颜色相近而密实度相差很大的新近沉积粉土当作更新世老粉土提供的摩擦力参数,据此设计出的单桩承载力为1400KN,而试压得到的承载能力仅有800KN,造成了重大事故.这里乍看是摩擦力不够的问题,但事后进行干钻的情况表明土质相当松散,所以把这样的土视作不动体而取摩擦抗力是失败的关键.另外,寿光市某工程桩基按照规范上查表法得出单桩承载能力为330KN,而实际试压得出的承载力仅为设计值之半.纯支承桩可视为
6、一个极端情况,棒状体自基础底面直达"基岩",因为桩体的刚硬度很大,桩周土的贡献微不足道.2褥垫层的作用在基础与桩中间,传统的做法是把桩顶嵌入承台一定深度,为了对付应力集中的影响,桩体顶部要有很高的强度,结果整个桩体制作都要用高标号的配筋混凝土;另外,承台将压力直接传给了桩,甚至地面会与承台底面相互脱离,不能发挥桩间土的承压能力.以上两方面的缺点,往往导致桩基的造价十分昂贵.实践证明,在桩与承台之间设褥垫层是两全之举,既能将大部分压力传给桩,又能充分发挥桩间土的承压能力,这种分配关系还能保持经久不变.值得注意的是,桩与土问的压力传承是可变动的,互逆的.桩的负担过大时便卸载于土,当土
7、中的压力过大时,则以负摩擦形式传给桩,彼此保持变形协调一致,相互永不脱离.事实上,根据最小位能原理,来自承台的压力要沿着最短的路径穿越褥垫而传向土层中强度最高的点(桩顶),于是在桩顶与承台底面之间形成了大头向上的截头锥形的受压杆(区域),如图2所示.由于这种压杆由砂,石等粒料组成,要使这种锥形得以维持,桩间土必须提供向上的托力,其反作用便使桩问地面受压;随着压力的增大,桩顶受压锥体变矮,其体积变小,锥体以外的粒料统统被挤向桩间土,增大了桩间土所承担的压力份额,最终达到以桩承压力为
