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1、第21卷第2期河北建筑科技学院学报Vol121No122004年6月JournalofHebeiInstituteofArchitecturalScienceandTechnologyJun12004文章编号:1007-6743(2004)02-0072-04桩基础软弱下卧层验算模型的探讨1233苏国全,张贵双,朱振海,叶洪东(1.邯郸市交通局公路勘察设计院,河北邯郸056002;2.河北煤田地质局水文队,河北邯郸056201;3.河北工程学院,河北邯郸056038)摘要:在桩端持力层强度验算和软弱下卧层验算模型统一的基础上,结合工程实例,对建筑桩基技术规范中有关软弱下卧层附加应力计算公式
2、的简化问题进行了分析和讨论,并提出了修正后的验算公式,对工程实践具有指导意义。关键词:桩端持力层;软弱下卧层;附加应力;冲剪破坏中图分类号:TU473.1文献标识码:A在桩基地基中一定深度存在硬层情况下,为减少桩长,降低造价,或由于沉桩穿透硬层有困难时,可考虑将桩端置于存在软弱下卧层的有限厚度硬层上。该硬层是否可作为群桩的可靠持力层,是设计中考虑的重要问题,设计不当可能导致较薄持力层因冲剪破坏而使桩基失稳或使桩基沉降偏大。为此,设计时必须进行桩基持力层和软下卧层的承载力验算。5建筑桩基技术规范6(JGJ94-94)[1]中第5.2.13.1条规定:对于桩距Sa[6d的群桩基础,桩群、桩间土
3、、持力层冲剪体形成如同实体墩基发生的整体剪切破坏,可按下列公式验其下卧层的承载力:XRz+C[quk/Cq(1)C0(F+G)-2(A0+B0)6qsikliRz=(2)(A0+2t#tgH)(B0+2t#tgH)式中G为承台及其上土重设计值,其余符号详见规范[1]。笔者在应用该公式计算时发现有时(2)式计算的软弱下卧层顶面处附加应力Rz存在较大误差。持力层冲剪破坏不限于这一种模型。为此本文对此问题进行讨论。1桩端持力层强度验算群桩地基强度验算包括桩端持力层强度验算和软弱下卧层验算。其中持力层验算是指验算实体基[2][3]础底面(即桩尖平面处)的地基承载力是否满足。常用的验算模式有两种:1
4、)将桩与桩间土一起作为一个实体基础,假定荷载从外圈的桩顶以5/4的倾角向下扩散(5为桩长范围内各土层的平均内摩擦角),形成如图1(a)的冲剪破坏模型。此时对于中心荷载应满足条件C0(F+G)[f(3)A式中F为作用于桩基上的竖向荷载设计值;G为实体基础自重,包括承台自重和承台上土重及图1(a)中abcd范围内的土及桩的重量;A为实体基础的底面积A=(A0+2L@tg5/4)(B0+2L@tg5/4);5为桩长L范围内各土层的内摩擦角的加权平均值,即5=E5ihi/Ehi,5i为第i层土的内摩擦角;hi为第i层土的厚度;A0、B0为桩尖平面处群桩外轮廓的长和宽;f为桩尖平面处地基承载力设计值
5、。2)将桩与桩间土一起作为一个实体基础,考虑实体基础侧面与土的摩擦力的支撑力作用,如图1(b),此时对于中心荷载应满足条件C0(F+G)-2(A0+B0)6qsikli[f(4)A收稿日期:2004-02-11作者简介:苏国全(1964-),男,河南南乐人,工程师,从事道桥设计与科研工作。第2期苏国权等:桩基础软弱下卧层验算模型的探讨73式中G为实体基础自重,包括承台自重和承台上土重及图1(b)中abcd范围内的土重和桩重;A为实体基础底面面积,A=A0@B0,A0、B0分别为群桩外围的长度和宽度;li为桩长L范围内第i层土的厚度;qsik为桩周第i层土的极限侧阻力标准值;其余符号同前。2
6、桩基软弱下卧层验算对于桩距Sa[6d(Sa为桩的间距,d为桩径)的群桩基础,各基桩桩端持力层呈整体冲剪破坏。表现为桩群、桩间土、硬持力层冲剪体形成如同实体墩基的破坏。整体冲剪破坏极限承载力的计算,根据其破[3]坏性状可分为与持力层强度验算对应的两种计算模式:1)如图1(a)所示,硬持力层呈锥台形整体冲剪破坏,其锥面与竖直线成H角(应力扩散角)。视群桩基础为实体墩基,得软弱下卧层承载力验算式(1)中的Rz为<7、Ct为桩端平面以上至地面各土层重度按土层厚度计算的加权平均值;其余符号同式(3)中的符号意义。2)如图1(b)所示,硬持力层仍呈锥台形整体冲剪破坏,但计入桩群外围侧阻力,不考虑侧阻力扩散,相应的整体冲剪面起始于桩底边,此时软弱下卧层顶面处的附加应力是由式(4)中桩端平面上的总荷载减去该深度水平天然土层的自重应力后,经t厚度应力扩散而形成的,故C0(F+G)-2(A0+B0)6qsikli-A0B0Ct(Z-t)Rz=(6
