樁基沉降的研究現(xiàn)狀

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【內(nèi)容摘要】 ：樁基礎是一種古老、傳統(tǒng)的基礎型式，又是一種應用廣泛、發(fā)展迅速、生命力很強的基礎型式。近二十年來，由于工程建設和工業(yè)技術的發(fā)展，樁的類型和成樁工藝，樁的承載力與樁體結構完整性的檢測，樁基的設計水平，都有較大的提高。然而，由于土的變異性及樁基與土相互作用的復雜性，迄今成樁質(zhì)量的控制與檢測，樁基的計算理論與方法，仍然是不夠完善而有待研究發(fā)展的。本文對單樁和群樁的沉降計算方法進行了綜述，并闡述了它們的適用條件。
【關鍵詞】 ：樁基礎 沉降 單樁 群樁
　　
　　樁基礎在房屋建筑中是一種很常用的基礎，在樁基設計中，最主要的是確定豎樁的承載力與沉降，盡管在過去漫長的時間內(nèi)，從事巖土工程的研究者和工程師們，為了精確計算和預測樁基的沉降，曾進行過大量的研究，提出過一系列的計算樁基沉降的方法，但時至今日，對樁基沉降的預估仍然不熊充分地反映真實的情況。
　　
　　1單樁的沉降分析計算
　　
　　1.1荷載傳遞分析法
　　荷載傳遞分析法是單樁荷載一變形分析最常用的一種方法，這種方法是從規(guī)定的荷載變形傳遞方式來計算樁對荷載的反應。其基本的概念是:將樁離散為一系列等長的樁段(彈性單元)，每一樁段與土之間的聯(lián)系用非線性彈簧來模擬，樁端處土體也用非線性彈簧與樁端聯(lián)系。
　　在運用荷載傳遞曲線中，該法假定任意點的樁位移僅與那一點的摩阻力有關，而與樁其它位置的摩阻力無關，故沒有考慮土體的連續(xù)性，所以對分析樁群的荷載沉降關系是不合適的。
　　為了獲得現(xiàn)場的荷載傳遞曲線，需要安裝許多的儀器進行樁的荷載試驗，且試驗成果推廣到另外場地并不一定是完全成功的。
　　1.2剪切變形傳遞法
　　Cooke(1974)提出了摩擦樁荷載傳遞的物理模型，該模型為了簡化計算，作了一系列假定并認為:當荷載水平p/pu較小時，樁在軸向荷載尸作用下沉降較小，樁土之間不產(chǎn)生相對位移，亦即樁沉降時周圍土體亦隨之產(chǎn)生剪切變形，剪應力從樁側表面沿徑向向四周擴散到周圍土體中;摩擦樁一般在工作荷載作用時，樁端承擔的荷載比例較小，沉降主要是由樁側傳遞的荷載所引起。
　　1.3彈性理論法
　　彈性理論法是對樁土系統(tǒng)用彈性理論方法來研究單樁在豎向荷載作用下樁土之間的作用力與位移之間的關系，進而得到樁對土，土對樁，樁對樁以及土對土的共同作用模式。以彈性理論法為根據(jù)發(fā)展出一些計算單樁沉降的方法，這些解法雖略有不同，但一般都基于樁的位移與臨近土位移的協(xié)調(diào)條件，為此，借助于軸向荷載下樁身的壓縮求得樁的位移，又應用荷載作用于半無限體內(nèi)某一點所產(chǎn)生的Mindlin位移解求得樁周土體的位移。由于彈性理論假定樁土界面普遍滿足彈性即界面不發(fā)生滑移這一條件，沿界面諸相鄰點的樁位移應與土位移相等，由此即可求得樁身摩阻力和樁端阻力的分布，并進而求得樁的位移分布。
　　1.4單向壓縮分層總和法
　　單向壓縮分層總和法就是根據(jù)各土層的參數(shù)分別計算各層的沉降后總和求得總的沉降量。這種淺基礎的最終沉降量的常用計算方法在樁基設計中，主要用于大直徑的的單樁(墩)，考慮到其樁側阻力的荷載分擔比相對較小，樁端底面積大且其荷載分擔比也較大，因此可仿照擴展基礎采用單向壓縮分層總和法計算沉降。當用以計算深基沉降的其它條件相同時，用明氏應力分布求得的最終沉降與實側推算結果較為接近;而用布氏公式算得的值要比實測值大1/2至1/3，并且給出的實用應辦計算公式及附加應力系數(shù)表格。用分層總和法分析單樁沉降時，要考慮壓縮層的計算深度，可參照文獻[17][20]的有關規(guī)定確定，或按照一些實甩的經(jīng)驗公式確定。
　　2群樁的沉降分析計算
　　2.1彈性理論法
　　彈性理論法群樁沉降分析的塞本假定與單樁相同，其主要依據(jù)是Mindlin解的位移與應力解，以此為基礎形成位移法和應力法,此外還發(fā)展了一種簡化彈性理論位移法，以位移解為基本解，但采用應力法中關子樁側摩阻力為線性的假定，在位移基本解的積分中舍去高階無窮小量。以Poulos,Buterfield,Davis,Geddes等的群樁沉降彈性分析理論為基礎的計算體系中，疊加法是比較成熟和應用較廣的一種簡化方法，詳細闡述了其原理和計算過程，該法在忽略樁對土位移的加強效應簡單的假定基礎上，把單樁的分析擴展到樁群，2.2實體深基礎(等代墩基)法
　　實體深基礎法是現(xiàn)在工程界應用最廣泛的一種計算群樁沉降的方法該計算模式是將承臺下的群樁及樁間土看作一個等效墩基的一個實體深基礎，在此等代墩基范圍內(nèi)，樁間土不產(chǎn)生壓縮如同實體墩基一樣工作，然后按照擴展基礎的沉降計算方法來計算群樁的沉降。
　　由于計算時考慮的前提條件不同，研究者提出和使用著計算的不同模式，其主要差別在于選用的假想實體基礎底面的位置不同，以及對地基土中附加應力的考慮和計算不同根據(jù)樁距地基土的性質(zhì)不同，樁間土實際上是會產(chǎn)生不同程度的壓縮變形，另一方面假想的實體基礎外圍存在著側面剪應力的擴散作用為了消除這些差別對群樁沉降計算的影響人們采取了一些措施，集中表現(xiàn)在所采用的模式上。這些措施是:
　　1.變動假想實體基礎底面的位置，以考慮樁間土存在壓縮變形的可能，這是Peck和Terzaghi等人建議的模式Peck等建議將假想實體基礎底面置于樁端平面以上 高度處， 取為樁長的1/3處(樁位于均勻并土中時)或進入持力層深度的1/3(樁穿過軟弱土層并進入堅硬土層時〕這種建議涉及的影響因素過于單一，因為假想基底位置上升的因素很多，采用此法不能全面反映這些情況。
　　2.從群樁樁頂外圍按一定斜率(例如 角或1:4斜率)向下擴散增大假想實體基礎底面積，以考慮樁群外圍總剪應力對沉降分析的影響，這是Tomlinson等人的模式。
　　3.為了改善地基土附加應力估計的精度，近年來國內(nèi)外根據(jù)半無限彈性體內(nèi)集中力的Mindlin公式發(fā)展了一些估計樁基荷載作用下地基土附加應力的方法，還有一種將Mindlin解與Boussinesq解對比來估計等代墩基的等效基底附加應力。
　　2.3等效作用分層總和法
　　等效作用法最早由黃強，劉金礪，(1940)提出，隨后被健既樁基技術規(guī)范推薦采甩此法系將均質(zhì)土中群樁沉降的Mindlin解與均布荷載下矩形基礎的Boussinesq解之比值用以修正等代墩基的基底附加應力，然后按一般分層總和法計算群樁的沉降。
　　3結語
　　本文對目前國內(nèi)外樁基礎的沉降計算理論進行了分析，包括單樁和群樁的沉降分析，并對它們的優(yōu)缺點和適用范圍進行了論述，但應該注意，在實際中，要采用何種理論要看實際的情況而定。
　　
　　參考文獻：
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　　[2].馬克生，龔曉南.模量隨深度變化的單樁沉降.工業(yè)建筑，2000Vol.30 No.1.
　　[3].毛澤華摘譯自《Geotechnique)，1999(4)國外公路，2000Vol.20No.4.
　　[4].《樁基工程手冊》編寫委員會.樁基工程手冊.北京.中國建筑工業(yè)出版社，1995.
　  [5].何頤華，王鐵宏.大直徑擴底樁承載力及沉降變形的計算.建筑結構學報.Vol. 14.No.2 1993.4.[