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1、復合地基中樁體的作用機理探討第7卷第2期2007年3月濰坊學院JournalofWeifangUniversityVoL7NO.2Mar.2007復合地基中樁體的作用機理探討于景杰(濰坊學院,山東濰坊261061)摘要:從理論上闡明了在自然地基中置樁后形成復合地基時樁的作用機理,并進一步闡述了在基礎與樁頂之間設褥墊層時,褥墊層的傳力作用及其厚度的確定方法,并融會了從自然地基到傳統(tǒng)樁基的各種地基基礎的作用機理.關鍵詞:天然地基;復合地基;樁;褥墊層中圖分類號:TU323.1文獻標識碼:A文章編號:1671—4288(2007)02—0120—03基礎的作用在于將上部結構傳來的壓力加
2、以擴散,使地基的沉降減小到地上結構能夠忍受的程度,基礎本身變形對沉降的影響一般可以忽略不計.復合地基是在自然地基之中加入一些強度與剛度較大的傳力體,與周圍的土體一起發(fā)揮深基礎的作用,復合地基的變形對沉降的影響程度視具體情況而定.自然地基,復合地基(含各式各樣的土體加強與加固處理)到傳統(tǒng)樁基,其作用機理是統(tǒng)一的.1復合地基中樁體的作用機理根據(jù)變形體虛功原理,地面上一點在P力作用下的沉降可表示為(計算模型見圖1):一古瑩』』』啦d㈩由于沉降就是由P作用引起的,再假定以真實的應變?yōu)樘撐灰坪屯馏w中的應力應變之間為直線關系,則&一/E,代入(1)式得:一古瑩JJJ式中:——沉降&a
3、mp;——虛位移;——體積:——P引起的應力分量;E——與相對應的變形模量.當i—J時,E—E;當≠時,E一—2(l+二_./一D.p,●—,[==一1I寸-——/圖1天然地基計算模型由(2)可見,沉降的大小取決于全地基范圍內(r:/E;)dv的總和,實際上,和Ei,都是有限值,.c隨著距著力點的增大而減小,當超出某個范圍以后,rij急劇地減小,由于r..已經很小,(r;/Eii)dv便可以忽略;另一方面,當?shù)鼗心硞€地方的E_j與其它地方的E.,相比特別大時,這地方的(r/E._)dv也就很小而可忽略不計,于是,(2)式的右邊積分只需在地基中的大應力區(qū)內除去硬度特別大的那些"
4、塊"之后的范圍內進行,如土中沒有特硬的塊,而且假定只考慮壓應力后果的話,則積分只在主要壓縮區(qū)域內進行.顯而易見,主要壓縮區(qū)內含有的硬塊越多,則算得的值越小.所以,若用夯實,擠密,換土,塞入離散的硬塊,化學固結等任何辦法將大應力區(qū)的E.j增大,都可以使沉降減小,樁基就是將桿狀硬體置入地基中形成的.如前所述,單憑樁體的硬度就能對降低沉降有所貢獻,但其突出優(yōu)點是能將來自上部壓力疏散到深處去,減小高壓縮區(qū)的應力,降低地面的沉降.尤其值得注意的是,樁上的壓力經摩擦作用傳給貼近的土體,經擴散后,又以壓力的形式傳*收稿日期:2O07一O2—16作者簡介:于景杰(1964一),男,山東昌邑人,濰
5、坊學院土木建筑系教授.?120?第2期于景杰:復合地基中樁體的作用機理探討給樁間土,某些情況下,樁間土的壓縮變形對樁頂沉降的影響不可忽視.例如濰坊市區(qū)某大廈工程樁長15m,樁徑0.6m,把顏色相近而密實度相差很大的新近沉積粉土當作更新世老粉土提供的摩擦力參數(shù),據(jù)此設計出的單樁承載力為1400KN,而試壓得到的承載能力僅有800KN,造成了重大事故.這里乍看是摩擦力不夠的問題,但事后進行干鉆的情況表明土質相當松散,所以把這樣的土視作不動體而取摩擦抗力是失敗的關鍵.另外,壽光市某工程樁基按照規(guī)范上查表法得出單樁承載能力為330KN,而實際試壓得出的承載力僅為設計值之半.純支承樁可視為
6、一個極端情況,棒狀體自基礎底面直達"基巖",因為樁體的剛硬度很大,樁周土的貢獻微不足道.2褥墊層的作用在基礎與樁中間,傳統(tǒng)的做法是把樁頂嵌入承臺一定深度,為了對付應力集中的影響,樁體頂部要有很高的強度,結果整個樁體制作都要用高標號的配筋混凝土;另外,承臺將壓力直接傳給了樁,甚至地面會與承臺底面相互脫離,不能發(fā)揮樁間土的承壓能力.以上兩方面的缺點,往往導致樁基的造價十分昂貴.實踐證明,在樁與承臺之間設褥墊層是兩全之舉,既能將大部分壓力傳給樁,又能充分發(fā)揮樁間土的承壓能力,這種分配關系還能保持經久不變.值得注意的是,樁與土問的壓力傳承是可變動的,互逆的.樁的負擔過大時便卸載于土,當土
7、中的壓力過大時,則以負摩擦形式傳給樁,彼此保持變形協(xié)調一致,相互永不脫離.事實上,根據(jù)最小位能原理,來自承臺的壓力要沿著最短的路徑穿越褥墊而傳向土層中強度最高的點(樁頂),于是在樁頂與承臺底面之間形成了大頭向上的截頭錐形的受壓桿(區(qū)域),如圖2所示.由于這種壓桿由砂,石等粒料組成,要使這種錐形得以維持,樁間土必須提供向上的托力,其反作用便使樁問地面受壓;隨著壓力的增大,樁頂受壓錐體變矮,其體積變小,錐體以外的粒料統(tǒng)統(tǒng)被擠向樁間土,增大了樁間土所承擔的壓力份額,最終達到以樁承壓力為
