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1、第12期广东土木与建筑No.122006年12月GUANGDONGARCHITECTURECIVILENGINEERINGDEC2006桩基计算理论综述及改进思路宋兵(华南理工大学木工程系广州510641)摘要:在对现有单桩沉降计算理论进行总结归纳的基础上,指出目前部分计算理论中的不足之处,并提出若干新的发展思路,供研究人员参考。关键词:桩;桩计算理论;桩侧阻力长;A、E分别为桩截面面积及弹性模量;t为桩的pps1引言侧摩阻力。基本微分方程反映的是桩位移与桩侧摩阻力之桩基础是目前应用非常广泛的一种深基础形间的关系,它的求解取
2、决于传递函数t~s和s~ssp式,随着桩基础施工工艺的提高和计算理论的发展,的形式。传递函数法计算准确与否,取决于选取符桩基础的应用有进一步扩展的趋势。关于桩基计算合实际的传递函数,比较理想的方法是通过桩静载是否需要精确理论计算的问题,一直以来在学术界试验来获得传递函数ts~s和sp~s的关系,如不具曾有过不少争论,有人认为出于安全储备的需要,不备试验条件也可通过原位测试和室内试验来取代。需对桩基进行精确理论分析。但随着桩基础应用范⑵弹性理论法围的扩大,新桩型和新工艺的出现,人们越来越认识该法把地基土看作是均匀、连续和各项同
3、性的到桩基计算理论的重要性。目前在桩基础检测方面线弹性半空间体,具有弹性模量E和泊松比n,于ss的投入成本很高,但检测的桩仍只是小范围的,要得是可以利用弹性连续介质理论去计算单桩基础中土到安全与经济的优配效果,桩基计算理论是必不可体的荷载位移响应。按弹性理论可以计算出轴向压少的。在所有桩基计算理论中,单桩沉降计算理论力下桩身的压缩位移,按弹性半无限空间体内某一是应用最广和最基本的,以下将对目前单桩沉降计点荷载所产生的Mindlin位移解可求得荷载作用下算理论的现状及其不足进行粗浅的探讨。桩周土体的位移,假定桩土界面不发生滑移
4、,根据桩的位移与邻近土位移之间的协调条件,可以求得桩2桩基计算理论概述身摩阻力的分布,进而求得桩的位移分布。[2]⑶剪切变形传递法2.1基于力学分析的计算方法该法是由Cooke(1974)提出,后由Randolph发⑴[1]展而成为一种简单而又较成熟的桩基础计算方法。荷载传递法该法将桩离散为一系列等长的桩段,每一桩段该法的基本假定为:地基土是均匀、连续、各向同性与土之间的联系用非线性弹簧来模拟,桩端土体也的线弹性体,具有剪切模量G和泊松比n,桩与土在s用非线性弹簧与桩端联系。弹簧所模拟的就是桩-界面不发生相对滑移。根据这些假
5、定,桩周土的变形土之间的荷载传递关系,这些弹簧的应力-应变关系可以理想化为中心柱抗剪模型,考虑任意土单元的即代表着桩侧摩阻力t(或桩端阻力s)与位移s间垂直方向的平衡,有:sp的关系(t~s或s~s),被称为传递函数。!!ssp(rt)+rz=0⑵!r!z根据桩上任一单元体的静力平衡条件,可得出传递函数法的基本微分方程:式中:t为桩传递的摩擦力在土中产生的剪应力;d2sUs为桩传递的摩擦力在土中产生的垂直方向正应=t(z)⑴z2sdzAEpp力。忽略正应力s的增长,因此式⑵近似为:z式中:s为桩的位移,是深度z的函数;U为桩
6、截面周(!!r)(rt)=0⑶152006年12月第12期宋兵:桩基计算理论综述及改进思路DEC2006No.12设桩周r=r处土的剪应力为t,则式⑶积分得:为桩的弹性模量;z是由式⑺定义,特征值m由下式00t=(t0r0)r⑷确定:而剪应变为g=t=!u+!w⑸m=&2Gs(zEp)r0⒀G!z!rz由式⑿可以求得给定荷载P下的桩顶沉降w。tt式中:m为土的水平方向位移;w为土的垂直方向位⑷[1]分层总和法移。考虑到土的位移主要发生在垂直方向,故忽略该法实际上是用桩端以下各土层的压缩沉降来(!u!z),积分得到桩土界面处土
7、的竖向位移为:作为单桩的总沉降,通过用分层总和法分别计算桩tr∞dr端以下各土层的沉降,求它们的总和即得到总的沉w≌00⑹s#G0rs降量。该法计算简便,对于大直径的单桩(墩),考虑理论上上式不收敛,但根据Cooke等人的研究,到其桩侧摩阻力的荷载分担比相对较小,桩端底面存在一个桩的影响半径r,距桩心r以外的土沉降非积大且其荷载分担比较大,因此可仿照扩展基础用mm常小,可忽略不计,故桩土界面处土的竖向位移为:分层总和法计算沉降,但该法不适用于桩侧摩阻力t0r0rmt0r0占的比重较大的情况。ws≌ln()=z⑺Gsr0Gs2
8、.2基于经验性理论的计算方法根据Randolph的研究,桩的影响半径可由下式⑴普通经验性计算方法[5]确定:在工程使用中,经验性方法由于使用方便,被广rm=crl(1-n)⑻泛应用于桩基的初步设计,如广东省标准《建筑地基式中:l为桩长;r为桩中部土的剪切模量与桩端土基础设计规范》中按桩的类
