桩基沉降（精选7篇）
桩基沉降 篇1
基桩(含地基)的承载性状及其相关的沉降量是基桩工程设计、施工环节中的重要参数,有关技术规范[1]明确上述参数须通过现场竖向静载荷试验获得,即实测沉降量是基桩现场竖向静载荷试验中的最主要内容之一。
1 沉降量的测量方法与现状
长期以来,基桩沉降一直采用传统的百分表(机械式或数字显示)接触式测量模式[2,3,4],即以测点为中心对称设置2根基准桩,在2根基准桩上架设1根基准梁,百分表安装在测点上,通过百分表的测杆接触基准梁跨中实现沉降测量(图1),D为试桩(点)、锚桩、锚杆的设计直径或边宽,取其较大者;如试桩或锚桩为扩底桩或多支盘桩时,试桩与锚桩的中心距尚不宜小于2倍扩大端直径;括号内数值可用于工程桩抽样检测时多排桩设计桩中心距离小于4D的情况。
其中,基准桩为测量参考点,基准梁起延伸测量参考点的作用。百分表、安装百分表的支架(磁力表座)、基准桩和基准梁共同组成沉降测量系统。为保证系统测量精度,防止或减少被测桩的沉降基准桩干扰,国家现行技术规范[2]对基准桩和测点中心距离有如下规定(表1)。
以上规定中对基准桩和测点间的中心距离要求实际上是对基准梁的长度要求,即基准梁的有效跨度至少须大于测点中心与基准桩中心距离的2倍。通常,基准梁的跨度一般在6～12 m之间。对于基准梁的刚度国内外的技术规范均无明确要求,但为了保持其足够的刚度,多采用型钢或钢桁架结构,导致梁自身较重。
根据国家有关技术规范[1],该沉降测量系统的基准梁应处于持续静止状态。但是当长跨度的基准梁在野外场地露天环境下持续工作时,梁的自重变形、环境温度变化带来的跨中变形等非线性干扰非常严重。经多组试验[5],图2是6 m基准梁在环境气温14～30℃作用下的跨中变形实测曲线。
如图2所示,在自重变形和环境温度的共同作用下,6 m基准梁的跨中变形量单方向达1.8 mm,变化量最大达0.38 mm/h,破坏了基准梁必须的持续静止状态,甚至改变了静载荷试验的沉降测量基准点。特别是每h变化量则明显超过了国家现行技术规范规定的桩顶沉降量不超过0.1 mm/h,并连续出现两次[2]的沉降相对稳定标准。在21:00-4:00的时间段,由于温度变化幅度较小,则基准梁的跨中变形也较小。
按该模式获取的桩顶沉降数据既包含了基桩在试验荷载作用下的沉降量,也包含了上述的非线性干扰,是两者叠加后的混合信息,在温度变化剧烈时段前者可能被后者掩盖。若以此混合信息作为静载荷试验的结果,可能导致较大的偏差或误判,亦会影响基桩在试验荷载作用下沉降量的真实性,进而弱化静载荷试验的可靠程度[5]。
另外,该模式要求整个测量过程中百分表的测杆须保证能竖向自由滑动。由于常规百分表的防水、防潮、防尘、耐候性能所限,该要求对基桩静载荷试验的野外、露天、全天候的测量环境较为勉强。若百分表的测杆无法竖向自由滑动时则会限制整个沉降测量系统的可靠程度。再之,基准梁长达6～12m的跨度也不利于运输和安装。
针对该测量模式的局限性,经研究,将倾角测量的原理和方法用于桩基沉降量检测,发明了基于数字高精度倾角传感器的桩基沉降检测尺[6],不仅可缩短基准梁的长度,而且改善了桩基沉降测量模式的耐候性和可靠性,效果较好。
2 倾角测量原理及其用于沉降量检测的思路和方法
2.1 倾角传感器的原理与应用
倾角传感器是运用惯性原理的微加速度传感器,用于测量相对于水平面的倾角变化量。其理论基础是牛顿第二定律,即在一个系统内部,速度无法测量,但却可测量其加速度。当倾角传感器静止时即侧面和垂直方向没有加速度作用,则作用在其上面的只有重力加速度,重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴间的夹角为倾斜角。随着现代科学技术的发展,倾角传感器内部已集成了MCU、MEMS加速度计、模数转换电路及通讯等单元,内部具备滤波、平滑、方差估计等数据处理能力,可直接显示输出倾斜角度等数据。目前,倾角传感器测量分辨率达0.0001°,可成熟应用于如卫星通讯天线的俯仰角测量、船舶航行姿态测量、火炮的炮管初射角度测量,地质设备倾斜监测、雷达平台检测,铁路轨道水平尺寸检测、高空平台安全保护等领域。
2.2 倾角传感器应用于检测沉降的思路与方法
基于倾角测量原理,在试桩桩顶侧面的合适位置固定测点,在试桩周围设置基准(可利用相邻的工程桩),将长度为L的检测尺架设在测点和基准上,倾角传感器(内置磁铁)吸附在检测尺表面,调整基准与测点基本水平,倾角传感器可测到1个初始角度Φ。在竖向荷载作用下桩顶发生沉降,架设在测点和基准上的检测尺的姿态角度Φ也会对应变化。根据已知L和倾角传感器实测角度变化△Φ,利用三角函数换算出桩顶的实际沉降量(图3)。
该桩基沉降检测尺配套了高精度倾角传感器,满量程为±3°,分辨能力优于0.001°,当检测尺支点两端距离L为2000 mm时,若出现0.001°的微小角度变化,相当于测点发生了0.0349 mm的竖向变形。该测量能力完全优于静载荷试验中常用的50mm量程百分表的最大允许误差(不大于0.1%FS)0.05 mm的要求同时该传感器已内置CPU实时处理、抗混滤波和温度补偿等功能,可方便的与计算机连接,并同步实现沉降值、力值测量数据的储存、传输和测量结果的分析、输出。
2.3 工程实例
在多个工程中成功采用了本方法,图4为某工程采用数字倾角传感器测量桩顶沉降的现场照片。桩径500 mm,检测尺长度为1810 mm,取代过去长度为6000 mm的基准梁和百分表。
3 结束语
通过将倾角测量理论及方法引入桩的沉降量检测,是桩基检测技术中的创新,具有以下特点:
(1)利用高精度倾角传感器测量桩顶测点和基准间角度的微小变化而推导出桩顶沉降的测量模式,理论上正确;
(2)在符合国家现行技术规程的前提下,检测尺的长度小于传统基准梁长度的1/2,材质为轻型槽钢、自重轻,抗自重变形和抗温度变形能力明显提高;
(3)装置新颖、结构简单、安装方便。倾角传感器整体已固化,外部不存在零部件的机械位移,利于测量器件的防水、防潮、防尘、耐候性能,防护等级达IP65。测量系统可取代传统的长跨度基准梁和百分表及安装百分表的支架(磁力表座),总体效果明显优于百分表接触式测量模式。
摘要：利用高精度倾角传感器测量桩顶测点和基准间角度的微小变化而推导出桩顶沉降的测量模式,并发明了基于数字高精度倾角传感器的桩基沉降检测尺,在符合国家现行技术规程的前提下,检测尺的长度小于传统基准梁长度的1/2,材质为轻型槽钢;倾角传感器外部不存在零部件的机械位移,利于测量器件的防水、防潮、防尘、耐候性能测量系统可取代传统的长跨度基准梁和百分表及安装百分表的支架(磁力表座),总体效果明显优于百分表接触式测量模式。
关键词：静载荷试验,倾角测量,沉降量,桩基,倾角传感器
参考文献
[1]GB 50007-2011,建筑地基基础设计规范[S].
[2]JGJ 106-2003,建筑基桩检测技术规范[S].
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[5]唐新鸣,等.基准梁随温度变化特性的实验与研究[J].工程质量,2011(5).
[6]汪演强.工程中桩基方案的比较分析研究[J].建筑技术,2013,44(2):181-183
桩基沉降的研究现状 篇2
1 单桩的沉降分析计算
1.1 荷载传递分析法
荷载传递分析法是单桩荷载一变形分析最常用的一种方法, 这种方法是从规定的荷载变形传递方式来计算桩对荷载的反应。其基本的概念是:将桩离散为一系列等长的桩段 (弹性单元) , 每一桩段与土之间的联系用非线性弹簧来模拟, 桩端处土体也用非线性弹簧与桩端联系。
在运用荷载传递曲线中, 该法假定任意点的桩位移仅与那一点的摩阻力有关, 而与桩其它位置的摩阻力无关, 故没有考虑土体的连续性, 所以对分析桩群的荷载沉降关系是不合适的。
为了获得现场的荷载传递曲线, 需要安装许多的仪器进行桩的荷载试验, 且试验成果推广到另外场地并不一定是完全成功的。
1.2 剪切变形传递法
Cooke (1974) 提出了摩擦桩荷载传递的物理模型, 该模型为了简化计算, 作了一系列假定并认为:当荷载水平p/pu较小时, 桩在轴向荷载尸作用下沉降较小, 桩土之间不产生相对位移, 亦即桩沉降时周围土体亦随之产生剪切变形, 剪应力从桩侧表面沿径向向四周扩散到周围土体中;摩擦桩一般在工作荷载作用时, 桩端承担的荷载比例较小, 沉降主要是由桩侧传递的荷载所引起。
1.3 弹性理论法
弹性理论法是对桩土系统用弹性理论方法来研究单桩在竖向荷载作用下桩土之间的作用力与位移之间的关系, 进而得到桩对土, 土对桩, 桩对桩以及土对土的共同作用模式。以弹性理论法为根据发展出一些计算单桩沉降的方法, 这些解法虽略有不同, 但一般都基于桩的位移与临近土位移的协调条件, 为此, 借助于轴向荷载下桩身的压缩求得桩的位移, 又应用荷载作用于半无限体内某一点所产生的Mindlin位移解求得桩周土体的位移。由于弹性理论假定桩土界面普遍满足弹性即界面不发生滑移这一条件, 沿界面诸相邻点的桩位移应与土位移相等, 由此即可求得桩身摩阻力和桩端阻力的分布, 并进而求得桩的位移分布。
1.4 单向压缩分层总和法
单向压缩分层总和法就是根据各土层的参数分别计算各层的沉降后总和求得总的沉降量。这种浅基础的最终沉降量的常用计算方法在桩基设计中, 主要用于大直径的的单桩 (墩) , 考虑到其桩侧阻力的荷载分担比相对较小, 桩端底面积大且其荷载分担比也较大, 因此可仿照扩展基础采用单向压缩分层总和法计算沉降。当用以计算深基沉降的其它条件相同时, 用明氏应力分布求得的最终沉降与实侧推算结果较为接近;而用布氏公式算得的值要比实测值大1/2至1/3, 并且给出的实用应办计算公式及附加应力系数表格。用分层总和法分析单桩沉降时, 要考虑压缩层的计算深度, 可参照文献[17][20]的有关规定确定, 或按照一些实甩的经验公式确定。
2 群桩的沉降分析计算
2.1 弹性理论法
弹性理论法群桩沉降分析的塞本假定与单桩相同, 其主要依据是Mindlin解的位移与应力解, 以此为基础形成位移法和应力法, 此外还发展了一种简化弹性理论位移法, 以位移解为基本解, 但采用应力法中关子桩侧摩阻力为线性的假定, 在位移基本解的积分中舍去高阶无穷小量。以Poulos, Buterfield, Davis, Geddes等的群桩沉降弹性分析理论为基础的计算体系中, 叠加法是比较成熟和应用较广的一种简化方法, 详细阐述了其原理和计算过程, 该法在忽略桩对土位移的加强效应简单的假定基础上, 把单桩的分析扩展到桩群,
2.2 实体深基础 (等代墩基) 法
实体深基础法是现在工程界应用最广泛的一种计算群桩沉降的方法该计算模式是将承台下的群桩及桩间土看作一个等效墩基的一个实体深基础, 在此等代墩基范围内, 桩间土不产生压缩如同实体墩基一样工作, 然后按照扩展基础的沉降计算方法来计算群桩的沉降。
由于计算时考虑的前提条件不同, 研究者提出和使用着计算的不同模式, 其主要差别在于选用的假想实体基础底面的位置不同, 以及对地基土中附加应力的考虑和计算不同根据桩距地基土的性质不同, 桩间土实际上是会产生不同程度的压缩变形, 另一方面假想的实体基础外围存在着侧面剪应力的扩散作用为了消除这些差别对群桩沉降计算的影响人们采取了一些措施, 集中表现在所采用的模式上。这些措施是:
1.变动假想实体基础底面的位置, 以考虑桩间土存在压缩变形的可能, 这是Peck和Terzaghi等人建议的模式Peck等建议将假想实体基础底面置于桩端平面以上高度处, 取为桩长的1/3处 (桩位于均匀并土中时) 或进入持力层深度的1/3 (桩穿过软弱土层并进入坚硬土层时]这种建议涉及的影响因素过于单一, 因为假想基底位置上升的因素很多, 采用此法不能全面反映这些情况。
2.从群桩桩顶外围按一定斜率 (例如角或1:4斜率) 向下扩散增大假想实体基础底面积, 以考虑桩群外围总剪应力对沉降分析的影响, 这是Tomlinson等人的模式。
3.为了改善地基土附加应力估计的精度, 近年来国内外根据半无限弹性体内集中力的Mindlin公式发展了一些估计桩基荷载作用下地基土附加应力的方法, 还有一种将Mindlin解与Boussinesq解对比来估计等代墩基的等效基底附加应力。
2.3 等效作用分层总和法
等效作用法最早由黄强, 刘金砺, (1940) 提出, 随后被健既桩基技术规范推荐采甩此法系将均质土中群桩沉降的Mindlin解与均布荷载下矩形基础的Boussinesq解之比值用以修正等代墩基的基底附加应力, 然后按一般分层总和法计算群桩的沉降。
3 结语
本文对目前国内外桩基础的沉降计算理论进行了分析, 包括单桩和群桩的沉降分析, 并对它们的优缺点和适用范围进行了论述, 但应该注意, 在实际中, 要采用何种理论要看实际的情况而定。
参考文献
[1].宰金IN, 宰金璋《.高层建筑基础分析与设计》.北京:中国建筑工业出版社, 1993.
[2].马克生, 龚晓南.模量随深度变化的单桩沉降.工业建筑, 2000Vol.30No.1.
[3].毛泽华摘译自《Geotechnique) , 1999 (4) 国外公路, 2000Vol.20No.4.
[4]《.桩基工程手册》编写委员会.桩基工程手册.北京.中国建筑工业出版社, 1995.
剪切波速参数法估算桩基沉降量 篇3
桩基变形计算是目前岩土工程分析计算的难点,主要是沉降计算方法,目前尚未提出能考虑地基土类型、方法的适用性与参数测定等条件,各种经验公式难以使各种不同条件工程计算结果达到较合理的精度范围,计算值与实际沉降相差甚大,这里涉及到三个方面关键性问题:即计算公式、计算参数和经验修正系数。
目前沉降计算理论和方法很多,但常用的主要有实体深基础单向压缩的分层总和法 S= 和考虑应力固结历史的固结指数法[2]undefined和考虑应力固结历史的固结指数法undefined。 上述沉降量计算方法各有其适用条件,但从沉降计算公式可以看出,计算的准确性与土层的压缩性指标有着密切的关系,当压缩性指标选用不当或不可靠,使得沉降计算完全失去实际意义,土的压缩性指标应反映土在天然状态下受到建筑物荷载后的实际变形特征,但目前的采样和试验技术条件存在三个主要问题:
(1)土试样和室内试验时地基土所保持的应力状态和变形条件都和实际情况存在差别;
(2)深层平板荷载试验适用于地下水位以上地基,螺旋板荷载试验存在孔底土的扰动和板间的接触难以控制问题;
(3)对砂土、碎石土类和强风化花岗岩类,就目前的勘察技术水平和取样工具及方法,不扰动土样的采取受到很大限制,难以获取原状土样和试验成果,计算变形时多采用经验值导致土的压缩性指标严重失真,采用上述变形计算公式得出的计算值与建筑物沉降观测实测值有相当大的出入。
近年来,为了解决压缩性指标问题,提出采用原位测试(静力触探ps或qc值,标准贯入锤击数N值或旁压试验Em值)参数按经验关系换算土的压缩模量Es或直接采用静力触探试验ps(qc )参数计算公式[1][4]:undefined或undefined;或采用标淮贯入试验N参数计算公式[1][4]:undefined,估算桩基沉降量的方法。
但直接采用静力触探试验或标准贯入试验参数法沉降量估算,对福建省沿海地区仍存在一定的局限性,它适用于粉土、粘性土和砂土类,不适用于含碎石土类和含强风化岩类地基,采用剪切波速原位测试方法,均可获取各类岩土层的 参数值。
2 桩基土类型与沉降量估算方法
(1)福建省福、厦、泉等沿海地区,作为高层、超高层建筑桩基持力层和下卧压缩土层的性质,一般可划分为五种类型:
①砂土类型,以砂土类中、粗砂作为持力层,下卧压缩土层为砂类土、碎石类土、残积土(全风化岩)和强风化岩;
②碎石土类型,以碎石类土园角砾或碎卵石作为持力层,下卧压缩土层为碎石类土、残积土(全风化岩)和强风化岩;
③残积土类型,以残积土(全风化岩)作为持力层,下卧压缩土层为残积土、全风化岩和强风化岩;
④强风化岩类型,以强风化岩作为持力层,下卧压缩土层强风化岩;
⑤中风化岩类型,以中(微)风化岩类作为桩基持力层,一般认为中风化岩是不可压缩的,沉降计算时不予考虑。
(2) 本文采用反分析法,根据各建筑物沉降观测平均沉降量undefined值,代入标准贯入试验参数沉降量计算公式,反求土层压缩性参数undefined值,并逐一反演分析,叠代计算强风化岩、残积土、碎石土和其它各压缩土层的沉降量计算参数Ni值。从国内外的大量试验研究成果表明,土层剪切波速Vs与标准贯入击数N值的大小均反映土层的硬软程度和压缩性,且两者间存在着良好的相关关系,本文通过统计、分析计算建议采用巳建立的相关关系式 [5][6],Vs=91.347N0.3471或Vs=80.6N0.331 ,经换算得出的Vs值,采用剪切波速测试Vs参数计算公式进行沉降量估算:
undefined
(适用于粘性土、残积土和强风化岩)
undefined(适用于砂土、碎石土类)
式中:S-桩基最终沉降量(mm);φs-桩基沉降估算经验系数(本文均取1);p0-桩端全断面处有效附加应力(kPa);B -等效基础宽度undefined;η-深度修正系数,可按η=1-0.5pc/p0,当η<0.3时取0.3,pc-桩端处有效自量压力(kPa);undefined取一倍B范围内剪切波速Vsi(标淮贯入Ni),按厚度修正平均值(MPa);Hi-第i层厚度(m);Vsi(Ni)-桩尖以下第i层土的剪切波速值(标淮贯入值);Isi-第i层土应变系数,取该层土深度中点处与以桩尖处为1.0,一倍等效宽度的深度处为0的应变三角形交点值(当压缩土层厚度小于等效基础宽度时, 取压缩层厚度)。
3 福州城区高层建筑桩基工程沉降观测
以福州城区为例,本次收集了10项典型高层建筑桩基工程沉降观测资料,其中砂土类地基三项,碎石土类地基三项,残积土类地基一项,强风化岩类地基三项,采用反演分析计算方法,反求土层压缩性参数undefined、Ni值换算成undefined、Vsi值;通过正演分析采用剪切波速测试参数法计算沉降量并与建筑物沉降观测成果进行了对比.
根据建各筑物沉降观測平均沉降量undefined值,反求土层压缩性参数undefined值(见表1)。
注:反演计算公式undefined
逐一反演分析,叠代计算强风化岩、残积土,碎石土和其它各压缩土层的沉降量计算参数Ni并换算成Vsi值与实测值Vsi进行对比(见表2-5)。
(1)五一路、五四路东西两侧淤积、冲积和残积区,主要为风化岩类和残积土一风化岩类型,具有代表性工程:
①强风化花岗岩类,以强风化花岗岩作为持力层,压缩土层为强风化岗岩,基底为中等风化花岗岩(见表2):
A工程.计算压缩层厚度为3.30m,剪切波速计算值与剪切波速实测值比值为1.00;
B工程.计算压缩层厚度为13.00m,剪切波速计算值与剪切波速实测值比值为1.017;
C工程.计算压缩层厚度为25.20m,剪切波速计算值与剪切波速实测值比值为1.058。
②残积土类,以残积砂质粘性土作为持力层,压缩土层有残积砂质粘性土(全风化岩)和强风化花岗岩(见表3):
A工程计算压缩层厚度为26.80m,剪切波速计算值与剪切波速实测值比值,残积土为1.220;强风化花岗岩为1.057。
(2)五一、五四路,古新店溪一带主要为碎石土类型,具有代表性工程(见表4):
A工程.以碎卵石作为持力层,压缩土层有含砂质粘土碎卵石、残积砂质粘性土和强风化花岗岩,计算压缩层厚度为37.90m,剪切波速计算值与剪切波速实测值比值,碎卵石为0.962;残积土为1.025;强风化花岗岩为1.034。
B工程.以含砂质粘土碎卵石(2)作为持力,压缩土层有含砂质粘性土碎卵石、残积砂质粘性土和强风化花岗岩,计算压缩层厚度为35.00m,剪切波速计算值与剪切波速实测值比值,碎卵石为0.986;残积土为0.907;强风化花岗岩为0.991。
C工程.以含碎卵石砂质粘性土(1)作为持力层,压缩土层有含碎卵石砂质粘土、粉质粘土、含碎卵石砂质粘土(2)、残积砂质粘土和强风化花岗岩,计算压缩层厚度为42.00m,剪切波速计算值与剪切波速实测值比值,碎卵石为1.000;粉质粘土为1.000;含碎卵石砂质粘土为0.979;残积土为1.036;强风化花岗岩为0.946。
(3)乌山-于山以南,闽江古河道一带主要为砂土类型,具有代表性工程(见表5):
A工程.以粗中砂作为持力层,压缩土层有粗中砂、含砾粗中砂、粉质粘土、残积砾质粘性土和强风化花岗岩,计算压缩层厚度为34.00m,剪切波速计算值与剪切波速实测值比值,中砂为1.128;含砾卵石粗中砂为1.000;粉质粘土为0.910、残积砾质粘性土为0.995;强风化花岗岩为1.081。
B工程.以中砂作为持力层,压缩土层有中砂、含砾中砂和含中砂碎卵石,计算压缩层厚度为24.00m;剪切波速计算值与剪切波速实测值比值,中砂为1.104;含砾卵石中砂为1.00;含中砂碎卵石为1.132。
C工程.以中砂作为持力层,压缩土层有中砂、粉质粘土、含中粗砂圆角砾、含砾中砂和含中粗砂圆角砾,计算压缩层厚度为24.5m。剪切波速计算值与剪切波速实测值比值,中砂为1.000;粉质粘土为1.000;含中粗砂圆角砾为1.000;含砾中砂为1.000;含中粗砂圆角砾为1.087。
(3)采用剪切波速测试参数法,通过正演分析计算建筑物沉降量并与建筑物沉降观测成果进行了对比(见表6和图1)
(4)正、反演计算成果分析
①反演分析逐一叠代计算获得,各建筑场地各压缩土层的剪切波速计算值与剪切波速实测值比值为1.023,相关系数r=0.976,其中Vs=91.347N0.3471,r=0.978,(见图2);Vs=80.6 N0.331,r=0.955,(见图3)。说明本次反演分析计算,采用已建立的土层剪切波速测试值与标准贯入击数的相关关系式是适用的,直接应用实测的剪切波速测试值进行桩基工程沉降量估算是可行的。
②从上述剪切波速计算值与剪切波速实测值分析,福州地区各压缩土层的剪切波速范围值为:强风化花岗岩类(2)Vs=500-650m/s;残积土类(全风化岩)Vs=280-380m/s;粉质粘土(3-4)Vs=250-360m/s;碎石土类Vs=350-530m/s;砂土类Vs=270-340m/s。
③采用剪切波速实测值,分析计算各建筑物的沉降量与各建筑物的沉降量观测平均值的比值为1.097,相关系数r=0.970(见图1),计算结果偏安全,建立的沉降量计算经验公式和方法undefined是适用的。
4 结论
(1)近年来,对无法或难以采取不拢动土试样的粉土、砂土地基,开始用原位测试(静力触探、标准贯入)参数估算桩基沉降量的方法。但采用静力触探试验对于深部以碎石土类和强风化岩类作为桩基持力层或作为下卧压缩层范围内的地基均不适用,它仍无法获取测试计算参数。
(2)由于剪切波速测试结果与标准贯入试验有较好的对应关系,为了解决变形计算中的难点问题,本文试图采用反演分析叠代计算方法,对剪切波速测试值与标准贯入试验值已建立的相关关系式经换算得出的 值或 值后,按标准贯入参数经验法或直接采用剪切波速测试参数法估算桩基最终沉降量方法。本次收集了福州地区各种桩基土类型,10项高层建筑岩土工程资料和建筑物沉降观测成果,经分析计算从表6和图1可见,计算值与实测值比值平均值为1.097,相关系数r=0.970,在未釆取经验修正系数的情况下,计算与实测十分吻合,计算结果令人满意。直接应用实测的剪切波速测试值进行桩基工程沉降量估算是可行的。
(3)本文采用的“现场监测——反演分析——工程实践检验——正演分析及预测”,是一种岩土工程分析计算行之有效的手段。建立的沉降计算方法合理、公式简单,计算参数能正确反映地基土的力学性质,适用于各类桩基土,且计算结果相比传统方法可达到合理的精度范围。
摘要：本文通过反演分析法,对已建立的土层剪切波速测试值与标准贯入击数的相关关系式,采用剪切波速测试参数法,对十项工程估算了桩基总沉降量,并与实际沉降量作了对比。建立的计算方法合理、简单,计算参数能正确反映地基土的力学性质,适用于各种桩基土类型。
关键词：沉降计算,压缩性指标,标准贯入试验参数,剪切波速测试参数反演分析
参考文献
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[6]丁伯阳.《土层波速与地脉动》[M],兰州大学出版社,1996,266-345页.
新旧桥连接中桩基沉降时域分析 篇4
在桥梁拓宽、新旧桥梁的连接过程中, 旧桥部分的土体固结过程趋于稳定, 而新桥部分的新增荷载会使原土体进行二次固结, 导致新旧桥梁之间土体的固结过程不协调, 产生可观的沉降差。工程中可用堆载预压法消除由于土体固结过程不协调导致的沉降差, 而对于堆载预压方法的时间、荷载等参数的确定, 并没有相关国家标准。目前, 桩基沉降的理论计算相对成熟[1], 但仅限于计算分析其最终沉降[2,3], 而对于桩基沉降中土体固结过程的位移随时间的变化则较少涉及, 即使在相关研究中, 时间参数仅用于考虑土体蠕变效应的长期沉降结果[4], 或者以现场实测的数据[5], 结合桩—土之间的相互作用[6], 用数学统计模型拟合, 局限性较大, 在其他普通施工过程中的参考意义较小。本文以桩基的荷载传递法和剪切位移法为计算基础, 以voigt体作为土体计算模型, 推导出基础位移响应函数, 建立一般地基中普通桩基的时间—荷载—沉降的三维关系网络, 动态化桩基在时域中的沉降过程, 可得出在某级荷载下、某个时间节点的桩基位移。结果适用于一般地基, 具有较强的普适性, 补充国内相关研究的理论方法, 对堆载预压的实际施工提出理论指导。
1 基本假设
针对桩基在时域范围内的沉降分析, 浙江大学贺武斌给出了相对理想的解析方程, 但是时间范围较小[7]。本文基于荷载传递法和剪切位移法, 对其进行计算理论的改进, 增加时间的变化范围, 对堆载预压法的实际运用提出理想的参考理论。
桩基沉降过程是桩基与土体的相互作用下的位移变化, 在分析桩基的沉降过程中, 需对桩土进行模拟简化, 对复杂的地基土进行模拟, 理想化桩土之间的相互作用, 以方便数学计算。
桩基的计算见图1, 桩长为L, 桩截面面积为Ap, 桩截面周长Cp, 桩弹性模量为Ep, 做如下假定:1) 桩基为均质杆, 材料为各向同性。2) 土体每层为各向同性均质土体, 土体计算模型为voigt土体模型, 每层的弹簧常数为ksi、阻尼系数为csi。3) 土层总数设为m, 土层厚度分别为t1, t2, t3, …, tm, 土层界面的深度为T1, T2, T3, …, Tm。4) 桩底土对桩模拟为线性弹簧, 弹簧系数为kb。5) 桩顶荷载作用于桩的轴线, 在桩体中均匀分布。
2 微分平衡方程的建立及求解
取桩身微段, 分析受力, 建立微分静力平衡方程:
其中, p为桩体位移, p= (z, t) , 同时令:
取最下层的第一层土为研究对象, 则桩端边界条件为:
其中, , Ep为桩基弹性模量, Ap为桩基横截面面积, kb为桩底土弹性系数。
设第二层土中桩单元对第一层土的作用力为f1 (z, t) , 则第一层土对应的桩体上截面处的边界条件为:
桩的初始条件为:
对式 (1) ~式 (3) 应用Laplace变换得:
其中, s为Laplace变换复参数, s=iω。
解式 (5) 得:
其中, C1, C2均为积分常数, 令λ12=A1s+B1。
将式 (6) , 式 (7) 代入式 (8) , 求得积分常数, 解得式 (8) 为p1 (z, s) , 得到第一段基础阻抗函数为:
取第二层土为研究对象, 设第三层土中桩单元对第二层土的作用力为f2 (z, t) , 则第二层土对应的桩体边界条件为:
对其进行Laplace变换, 求解第二段基础阻抗函数R2 (s) 为:
根据基础位移阻抗函数的传递性, 依次递推至第k层土, 即桩顶处的基础位移阻抗函数为:
其中, λk2=Aks+Bk。
由此得到桩顶位移函数为:
由Fourier变换及卷积公式, 得到固定荷载P下的桩顶位移为:
其中, s=iω。
3 工程实例分析
3.1 工程概况及地质资料
竹叶海互通式立交工程位于长丰大道程第1标段起点与三环线交叉处, 是为连接长丰大道、硚孝高速及三环线而设置的枢纽互通, 交叉方式为主线上跨三环线。该处地势比较平坦, 三环线北有一张公堤。拼接示意图如图2所示。
在场区最大勘探深度范围内, 根据钻探资料、土工试验及原位测试成果, 拟建场区除表层填土外, 其下土层主要为第四系上更新统冲洪积 (Q3al+pl) 的粘性土, 基岩除局部为三迭系 (T1g) 中风化白云岩及 (T1d) 泥灰岩外, 绝大部分地段为志留系 (S2) 泥岩, 根据其年代、成因、土层结构特征及强度上的差异, 场地自上而下可分为8个地质单元, 工程概述如表1所示。
根据地勘资料的剪切波速和剖面图, 取用的计算数据如表2, 表3所示。
3.2 计算结果分析
经计算得出桩基在某级荷载下的时间—沉降曲线, 见图3。
可以看出, 在沉降的初始阶段, 土体固结速度快, 沉降量较大;而随着时间的推移, 在沉降中期, 沉降速度开始明显放缓, 并且斜率逐渐降低;在沉降末期, 时间—沉降曲线已趋于平缓, 沉降量微小, 土体固结过程处于末期, 桩基趋于稳定。整个沉降过程与土力学理论相符, 与预期过程一致, 证明了理论推导的正确性。
将各级荷载的沉降曲线在同一张表上展现将得到时间—沉降曲线组合图, 随着荷载的不断增加, 桩基沉降增加, 沉降完成时间周期增加, 地基达到相对稳定的状态的所需时间增长。由此, 我们可以确定在某一级荷载下某一时间节点的沉降量, 但此时不同级荷载间呈离散状态, 并不是连续增长函数。
3.3 沉降—时间—荷载三维变量关系
将多条时间—沉降曲线转化为三维网络图:在荷载沉降计算中, 选取了特定荷载下的时间—沉降曲线, 在转化为三维网络图时, 对荷载取值间隔进行加密, 将荷载进行插值拟合, 使其形成变量连续域, 由此我们可将二维的时间—沉降曲线转化为沉降—时间—荷载三维网络图, 如图4所示。将三者更加直观的统一在三维空间中, 清晰地展现三维变量关系。在工程实际应用中, 也可根据自身工程需要随时退化为二维曲线。
4 结语
本文提出了在时域范围内的桩基沉降的解析解, 分析了在桩基沉降过程中的沉降表现, 并与连续的荷载域一起构成三维网络图, 将沉降、时间、荷载三者联系起来, 直观的展现三者在桩基沉降过程中的联系, 对于工程实践中处理新旧桥连接中的超载预压方法提供了理论指导及相关施工参数, 对于超载预压施工阶段的预压时间, 预压荷载, 预压工期等提供了具体的施工指标, 并对新桥部分在预压阶段的表现做了理论预测, 为解决此类问题提供了相对完整的解决方法。
参考文献
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浅谈建筑桩基的设计与沉降控制 篇5
在上海软土地基上建造12~25层左右的高层建筑时,常选用7-1或7-2层作为桩的持力层。但该土层的分布及埋深也有较大差别,甚至在一个单体工程中也会有局部缺失的情况,这时可加长桩长,以第8甚至第9层为持力层。有的建筑总荷载不大,可选用其它的土层作为持力层,如多层住宅中沉降控制复合桩基常以第5-1或5-2层为持力层。在工程地质勘察报告中建议桩的持力层可能会有几层土,供设计者选用。但不论采用哪一层土层作为持力层,都必须判断沉桩的可行性。有时仅从建筑荷载要求考虑,认为选用较深较好的土层作为桩的持力层更为合理,但此时如须穿越较硬的土层,就需慎重研究选用哪一类桩及其沉桩的可能性。工程桩承载力的确定,应根据荷载的大小、桩的类型、地表土的分层情况、桩身结构强度、沉桩的可能性,并参考实际工程桩单桩承载力的测试数据,来确定单桩的适宜承载力。
2 桩数的确定
在桩数量计算时,先利用计算软件或用手算全部荷载的基底有效总压力。一般的高层建筑可用下式粗略估算桩数量
式中,n—总用桩数;Fd+Gd—基底有效总压力;Rd—单桩竖向承载力设计值。
式中系数(1~0.8)为没有考虑水平荷载组合时用以估算桩数的影响系数,应按高层平面、形状、体型、结构体系及刚度的不同等因素选用,最后按荷载组合计算桩数。在多层及较低的高层中,风荷载产生的倾覆弯矩工况下往往是控制因素;在较高的高层中,则多由地震作用产生的倾覆弯矩工况决定。若以上两种情况下验算不满足,加桩原则应首先考虑在桩基的最外边加,以使桩群的截面抵抗矩最大。这时为了满足整体偏心可能要在另一侧也加桩。JCCAD对承台桩可由上部荷载计算出平面各处的桩数,对于非承台桩则需人工输入桩的位置和根数。LSP程序可对TAT导下的荷载自动计算桩数。在合适位置上增减桩数后,才能得出较合理布置的桩位图。
3 桩形心与上部荷载重心间偏心值的控制
3.1 整体的偏心控制
要使整体的垂直荷载的质量重心与整体群桩的形心尽可能地接近。对偏心率上海市《地基基础设计规范》DBJ08-11-1999没有具体规定,但《钢筋混凝土高层建筑筒体结构设计规程》DBJ08-31-2001第7.2.1.3要求竖向的合力作用点与桩群形心的偏心率不宜大于桩群外包相应边长的1/100。
3.2 局部的偏心控制
如果只考虑整体的偏心控制,而忽视了局部的偏心控制,同样会引起对建筑的不利影响。应使局部的垂直荷载的质量重心与局部桩位的重心尽可能地接近,同时桩的位置要尽量靠近上部竖向构件,以减小承台板的内力。局部偏心率可参照整体偏心率,约b/100(b为该局部桩中与偏心方向一致的相距最远的桩间的距离)。使得高层建筑在垂直荷载作用下,桩的受力比较均衡,控制不均匀沉降,防止倾斜率过大。
4 桩的沉降控制
对常规桩基,在各工况下承载力满足时,最终计算沉降量验算通过即可。而沉降控制复合桩基是按控制地基沉降的原则设计的桩基础,也即在设计时由基础的允许沉降控制值来确定桩数和桩长。在实际工程中设计采用桩基础的原因主要有两个:一是因为地基承载力不够,需要采用桩将上部结构荷载传到深层土或支撑于坚硬持力层,二是因为地基土将会发生较大的沉降变形,需要采用桩来减少沉降。因此,合理和恰当的桩基础设计应根据采用桩基的目的不同而分三种不同的情况处理:(1)所有荷载由桩承担;(2)桩和筏板基础分担上部结构荷载,桩既要承担荷载同时也起到减少沉降变形的作用;(3)桩用于减少或控制沉降,基础的承载力主要由基础板承担。
高层桩基础设计理论都是建立在满足承载力的基础上的,也即在桩基础设计时均按上述第一种情况处理,完全由上部结构荷载来确定桩数和桩长。但在多层设计时,对于由于沉降过大而设计采用桩基础的情况来说,采用这种传统的桩基础设计方法是过于保守的,造成了过高的基础工程费用,并且在设计概念上也不甚明确。沉降控制复合桩基就是以沉降控制为基础并在设计方法上也有别于上述常规桩基础的一项新型技术和基础型式,可用于天然地基强度能满足设计荷载要求但沉降却过大的情况下的地基基础设计,即在桩基础设计时按上述的第三种情况处理。
5 承台及桩筏的计算
桩基承台的计算,可按《建筑桩基技术规范(JGJ94-94)》之规定计算,此处不再赘述。当高层建筑采用桩筏基础时,桩往往采用中、长桩,土不考虑与桩共同作用,全部荷载由桩承担。但桩筏底板计算有各种假定,有的只考虑地下水浮力,有的再加算一部分上面荷载的反力。应具体根据桩尖持力层性质、压缩层土的性质、上部结构平面和竖向刚度的情况综合考虑。
6 桩的连接与锚固
预制钢筋混凝土方桩连接方法有焊接、法兰接及硫磺胶泥锚接三种。前两种可用于各类土层,硫磺胶泥接头主要用在软土层,在锚杆静压桩地基加固中常采用,对一级建筑桩基或承受拔力的桩宜慎重选用。高层建筑桩顶的锚筋构造,应全部采用桩内主筋同底板(或承台)锚接,锚筋长度不宜小于30d,对于抗拔桩基不应小于40d。预应力混凝土桩可采用钢筋与桩头钢钣焊接的连接方法,钢桩可采用在桩头加焊锅型钣或钢筋的连接方法。保证上部结构和基础能更好地协同工作。
7 结束语
桩基设计中承载力和沉降量验算都是十分重要的。在设计过程中,需要仔细比较分析多种方案,在沉降控制日益重要的今天,选择合理的桩型和计算方法、计算软件,确保基础及整个结构的安全。
参考文献
[1]上海市标准.DBJ08-40-94地基处理技术规范[S].
[2]上海市工程建设规范.DBJ08-11-1999地基基础设计规范[S].
[3]中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部.PKPM系列之JCCAD软件用户手册[Z].
桩基沉降 篇6
1 现代建筑桩基的设计分析
(1) 桩基的类型分析。桩基指包括基桩和与桩顶连接的承台, 桩身通常埋在土中, 承台地面和土体接触的部位称之为低承台桩基, 现代建筑桩基通常为该种类型;桩身上部露出地面, 但是承台底位于地面以上的称之为高承台桩。根据桩基桩身材料种类进行分类, 包括组合材料桩、钢桩、预制桩、灌注桩、混凝土桩。按照受力原理, 可以将桩基分为端承桩与摩擦桩, 端承桩指的是使基桩落于承载层以上的桩基类型;摩擦桩指的是利用基桩与地层的摩擦力来承载构造物的桩基类型。按照施工方式, 可以将桩基分为灌注桩与预制桩两种, 灌注桩指的是现在施工现场钻孔, 到达指定的深度之后放入钢筋笼, 然后灌注混凝土;预制桩指的是通过打桩机把预制的钢筋混凝土桩压入地下。
(2) 桩基的设计。桩基的设计主要包括两个方面:一方面, 桩基的设计选型原则, 根据建筑工程所在位置的水位状况 (周围是否存在河流、湖泊等) 、桩端深度、现场条件 (有无既有建筑等) 以及现场勘察报告等因素, 通过计算多种不同形式的结构, 综合分析经济指标、承载力等, 最终确定桩基的类型、平面布置、数量、构造、外形以及尺寸等;明确上部建筑结构的荷载;另一方面, 桩基的应用范围, 桩基是一种传统的基础形式, 桩基技术经过数千年的发展, 无论是在桩基类型、桩基施工方法, 还是在施工材料、施工设备等方面都有了巨大的发展, 并且已经形成了现代桩基体系, 已经被广泛的推广和应用在现代建筑中, 例如, 特殊土体、软弱地基的建筑物;需要抵消水平力、上拔力的建筑物;需要消除倾斜影响的高耸建筑;对不均匀沉降具有严格要求的高层建筑、荷载超大建筑工程以及大型工业厂房等。
2 现代建筑桩基沉降控制措施
(1) 加强水文地质勘察。地基沉降时导致桩基沉降的主要原因之一, 控制地基沉降在一定程度上能够控制桩基沉降。地基沉降时地基土固结压缩产生变形, 这种变形时导致地基沉降的主要原因。因此, 为了防止地基沉降, 应该对施工现场的水文地质状况进行全面的勘察, 尤其是水文地质条件复杂、特殊的地段, 应该采取加密勘察与扩大勘察范围的方式, 掌握施工现场的所有资料, 同时掌握地基的物力力学指标以及变化, 为地基沉降与桩基沉降控制提供可靠的参考。
(2) 加强沉降观测。导致建筑物沉降的原因非常多, 建筑物结构与动荷载作用、建筑物自身荷重、地下水位周期性与季节性变化、地基的塑性变形、大气温度变化、土壤物理性质变化、地质构造不均匀等, 都会导致建筑物出现沉降, 如果沉降量超过一定限度, 将会导致建筑物出现开裂与结构变形等问题, 威胁建筑安全。由于建筑基础下层土的压缩是逐渐实现的, 因此基础沉降量也是逐渐增加的, 通过加强对建筑物的沉降监测, 能够及时、准确的了解建筑物的沉降状况, 将沉降监测贯穿整个建筑物的全过程。当检测出建筑物出现沉降现象时, 查明原因之后采取针对性的措施进行处理。在实施建筑物沉降监测时应该注意以下几个方面:首先, 正确选择基准点、工作基点以及变形观测点, 基准点必须稳定、兼顾, 为了实现水准点的相互校核, 基准点的数量应该超过3个;工作基点应该根据《建筑变形观测规范》的相关规定进行布置, 工作基点与邻近建筑物的巨臂介于建筑物基础深度的1.5-2.0倍之间;变形观测点应该遵循先设计后实施、从整体到局部的原则进行布置, 变形观测点通常设置在观测数据比较容易反馈的地方, 这样能够准确的反映建筑物的变形特征以及位置;其次, 根据建筑工程的性质、基础荷重、工程进度等, 合理的确定沉降监测频率, 普通民用建筑施工阶段, 每增高1-5层观测一次;建筑使用阶段, 第一年观测3次, 第二年观测2次, 具体观测频率应该根据建筑的实际状况确定, 当出现连续降雨、地面荷重增加时, 应该适当地增加观测频率。
(3) 地基加固处理。地基加固处理是控制沉降的最直接、最有效的方法之一, 在采用加固处理方法时, 应该根据地基的实际状况采用相应的加固方法, 例如堆载预压法、强夯处理法、CFG桩、深层搅拌桩等。
(4) 实例分析。文章以某建筑工程为例, 该建筑工程采用预应力管桩基础, 工程2012年竣工, 竣工后随即发现框架梁、墙体等多处出现裂缝, 裂缝的宽度为1mm-5mm, 长度介于3m-5m之间。导致该现象的原因是工程地基中存在工程力学性质较差的淤泥层, 预应力管桩穿越淤泥层时遇到抛石, 管桩不能穿过淤泥层与抛石, 采取了补桩、移桩等措施, 但是事实证明, 这些措施并没有达到控制桩基沉降的效果。查明桩基沉降原因之后, 施工企业采取了整体筏板托换法、树根桩置换法、钢管桩置换法、注浆法等措施进行了改进, 有效的解决了桩基差异沉降问题。
3 结束语
总之, 现代建筑桩基工程是一个复杂的系统工程, 为了保证桩基以及建筑的整体质量, 应该科学、合理的设计, 并根据桩基沉降的具体状况, 采取有效的措施控制或者降低沉降, 以此保证建筑物的安全, 进而为人们的生命和财产安全提供可靠的保障。
摘要：桩基是现代建筑物的根基, 桩基设计与施工质量直接关系到桩基以及整个建筑的质量、安全和施工寿命, 尤其是桩基设计, 良好的设计能够为桩基施工提供可靠的参考。但是, 建筑工程受到各种因素的影响, 导致桩基出现不均匀沉降, 并且桩基不均匀沉降已经成为引起建筑工程质量事故、安全事故的主要原因之一, 如何控制桩基沉降已经成为现代建筑企业以及社会各界广泛关注的焦点。因此, 文章分析了现代建筑桩基的设计, 探析了控制桩基沉降的有效措施, 旨在为桩基设计与施工人员提供一定的参考。
关键词：建筑桩基,设计,沉降控制措施
参考文献
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桩基沉降 篇7
1 工程实例
某水闸在设计的时候, 位于三河交汇口处, 正常运行情况下, 水闸拦截河水的时候需要承担负载进行工作, 适当增加水位, 为了方便进行饮水。洪水时期进行开闸泄水, 保证周围安全。开发水闸的基本形式就是引水式, 一般水闸都是软土地基, 引水流量是2. 5 m3/ s。11 月~ 次年4 月是枯水期, 5 月~ 10 月是丰水期, 河流全长大约26 km, 洪峰最大流量65 m3/ s, 软土地基中设计水闸的时候, 底板宽12 m, 底板长23 m, 底面存在- 2. 5 m的高程, 底板按最大荷载计算能够达到35. 778 k N, 基底埋深大约1. 5 m。此外, 具备16. 9 m的最大软土地基水闸沉降量。
2 计算基本原理
1) 设计沉降控制负荷基桩需要满足以下需求: 第一, 一般情况, 在设计沉降控制负荷基桩的时候适合使用长细比在80 ~ 100之间, 不大于250 m的界面边长范围的桩身, 可以在一定程度上保证预制方桩的可靠性和安全性。不应该低于5d ~ 6d的桩距, 并且依据桩端进入相对比较低压缩性的持力层、高压缩性泥质土层中选择埋深桩基的实际要求进行设计, 基本上设计的时候都是不低于建筑1 /15 高度的沉降控制负荷基桩承台埋深。第二, 承台和桩地基需要一起承担外部荷载, 应该符合以下规则: 当承台底面存在荷载永久组合值的时候, 并且高于沉降控制负荷基桩单桩承载能力之和, 此时, 桩需要承担单桩极限承载荷载之和, 承台需要承担地基剩下的荷载之和; 当承台底面存在荷载永久组合值小于沉降控制负荷基桩单桩承载能力之和的过程中, 荷载全部由桩承担。
2) 设计沉降控制负荷基桩沉降需要满足以下需求: 假设P是承台底面作用中荷载准永久组合值, σc是承台底面上自重应力, 在承台中合理布置单桩n个, 其中Rk是单桩极限承载标准值的沉降控制负荷基桩, Gpk是扣除浮力影响以后桩基自身重力标准值, 设计基桩沉降应该符合以下规则:
第一, 当nRk≥P - σcAc的时候, 沉降实际上就是n根桩柱在荷载为 ( P - σcAc) /n + Gpk桩顶附加荷载影响下形成的沉降, 一般情况下, 选择沉降系数为1. 0。
第二, 当nRk≤P - σcAc的时候, 沉降可以被分为两部分: a. 沉降实际上就是n根桩柱在荷载为P - σcAc桩顶附加荷载影响下形成的沉降, 一般情况下, 选择沉降系数为1. 0。b. 在负荷为P -σcAc- nRk承台底面附件荷载影响下形成的沉降。
3 沉降控制复合桩基的设计
在软土地基上设计建设水闸的时候, 极易形成不均匀沉降或者大面积沉降, 需要得到重视。实际设计水闸的时候, 不仅需要提高外部结构刚度, 保证能够合理利用软土地基密实土层, 从而达到降低附加压力的目的, 还可以依据砂井预压来有效控制地基沉降以便于达到提高设计水闸质量的目的。
3. 1 设计应用优势
设计软土地基水闸桩基的时候合理应用沉降控制复合桩基, 实际运行工作的过程中荷载主要都是由桩间土、承台以及桩来承担。设计沉降控制, 可以达到降低施工以后沉降的作用。在应用沉降控制复合桩基的时候, 软土地基水闸基桩设计的过程中可以合理应用沉降量, 主要就是因为软土地基中设计水闸一般情况下存在不是很坚硬的地基桩端持力层, 实际应用的时候会具备比较大的桩间距, 所以, 适合应用在设计沉降控制复合桩基中, 实际设计的时候可以不用分析水闸下端荷载, 实际上就是不分析桩端持力层, 从而达到优化沉降控制复合桩基的目的。
3. 2 设计荷载的要点
桩自身能够抵御上部比较小的荷载, 如果提高上部荷载, 需要充分分析现场抵抗荷载承台的作用, 能够相加单桩承载力, 并且外荷载主要通过总单桩进行承载, 承台承担剩余荷载。设计软土地基水闸的时候, 设计基桩可以不分析桩和底板, 地基土共同承担设计荷载的概念是相对保守的。基于此, 应该在一定比例基础上更合理设计承台承担的外部荷载, 对于不同的作用时间, 将代替荷载比例, 可以在下个桩体转移荷载。实际设计桩基的时候, 桩间距和桩荷载具备一定关系, 此时需要合理的进行设计。
3. 3 具体设计计算
依据软土地基组成和软土地基水闸设计地基土实际性质来确定桩长, 此外, 设计切入口的依据就是软土地基水闸桩端, 适当增加软土地基压缩性, 可以保证在坚硬持力层中也可以进行延伸, 确保设计稳定性好的软土地基水闸, 以便于达到降低发生沉降概率的目的。Te是计算地基有效深度, 在比较深的位置埋藏地基不透水层的过程中, 依据《水闸设计规范》来合理计算埋藏深度Te, 基本计算公式如下:
当Lo/So<5的时候, Te=5Lo/ (1.6Lo/So+2) 。
当Lo/So≥5的时候, Te=5Lo。
其中, Lo为水平投影长度; So为垂直投影长度; Te为水闸地基有效计算深度, m。选择桩身设计界面尺寸、确定桩的数量和承台数量, 然后计算确定承载力。
承载力计算:
当 εc≤εo的时候, σc= fc[1 - ( 1 - εc/ εo) n]。
当 εo< εc< εuk的时候, fc= σc, n = 2 - 1 /60 ( fcuk- 50) 。
水闸桩高基本范围是:
在水闸挡水的时候, 如果是正常蓄水位, 一级水闸桩高0. 7 m, 二级水闸桩高0. 5 m, 三级水闸桩高0. 4 m; 如果是遭遇地震的时候, 一级水闸桩高0. 5 m, 二级水闸桩高0. 4 m, 三级水闸桩高0. 3 m。
在水闸泄洪的时候, 设计洪水位的时候, 一级水闸桩高1. 5 m, 二级水闸桩高1. 0 m, 三级水闸桩高0. 7 m; 校核洪水位的时候, 一级水闸桩高1. 0 m, 二级水闸桩高0. 7 m, 三级水闸桩高0. 5 m。
可以利用以下方式来合理计算, 并且取最大值。
▽闸墩=安全高度+校核水位=0.4+2 064.01=2 064.41 m。
▽闸墩=安全高度+设计水位=0.5+2 063.74=2 064.24 m。
▽闸墩=正常水位+Δh=2 063.5。
基于此可以达到最大值是▽闸墩= 2 064. 41, 取值▽闸墩为2 064. 5 m, 闸孔高度是▽闸墩- ▽底顶= 3. 5 m。
4 实践应用价值
在实际应用沉降控制复合桩基设计水闸的时候, 具备相同的桩距和桩数, 并且在相同桩端持力层的基础上, 软土地基沉降和水闸桩长度成正比, 存在越长的桩, 沉降值就越小。桩长每提高1 m, 就会明显降低沉降值, 能够符合10 mm ~ 20 mm的范围规范。在桩长达到22 m的时候, 沉降值出现转折, 并且优化桩距、桩数会影响沉降。当桩长是21 m的时候, 91 根桩可以存在61. 6 m的沉降值, 171 根桩具备57. 4 m沉降值, 设计软土地基水闸的时候, 桩长21 m, 布置边长为0. 25 m, 桩距1. 75 m也就是7d, 91 根桩, 可以降低10. 6 m沉降值。
5 结语
在设计软土地基水闸的时候, 需要不断创新和优化设计方案, 建立满足上部荷载的水闸底板地基, 并且优化设计水闸下部基桩, 在实际设计的时候合理应用沉降控制复合桩基技术, 能够在一定程度上增加承载力, 拥有相应的实际应用价值。
摘要：结合工程实例, 介绍了软土地基水闸设计中沉降控制复合桩基的计算原理, 从荷载设计、桩基承载力计算、水闸桩高等方面, 阐述了沉降控制复合桩基的设计方法, 从而确保软土地基水闸结构设计的安全性及稳定性。