復(fù)合地基中樁體的作用機(jī)理探討

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1、復(fù)合地基中樁體的作用機(jī)理探討第7卷第2期2007年3月濰坊學(xué)院JournalofWeifangUniversityVoL7NO.2Mar.2007復(fù)合地基中樁體的作用機(jī)理探討于景杰(濰坊學(xué)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(fù)合地基時樁的作用機(jī)理,并進(jìn)一步闡述了在基礎(chǔ)與樁頂之間設(shè)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(chǔ)的作用機(jī)理.關(guān)鍵詞:天然地基;復(fù)合地基;樁;褥墊層中圖分類號:TU323.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671—4288(2007)02—0120—03基礎(chǔ)的作用在于將上部結(jié)構(gòu)傳來的壓力加

2、以擴(kuò)散,使地基的沉降減小到地上結(jié)構(gòu)能夠忍受的程度,基礎(chǔ)本身變形對沉降的影響一般可以忽略不計.復(fù)合地基是在自然地基之中加入一些強(qiáng)度與剛度較大的傳力體,與周圍的土體一起發(fā)揮深基礎(chǔ)的作用,復(fù)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(fù)合地基(含各式各樣的土體加強(qiáng)與加固處理)到傳統(tǒng)樁基,其作用機(jī)理是統(tǒng)一的.1復(fù)合地基中樁體的作用機(jī)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(yīng)變?yōu)樘撐灰坪屯馏w中的應(yīng)力應(yīng)變之間為直線關(guān)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(yīng)力分量;E——與相對應(yīng)的變形模量.當(dāng)i—J時,E—E;當(dāng)≠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(nèi)(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(dāng)超出某個范圍以后,rij急劇地減小,由于r..已經(jīng)很小,(r;/Eii)dv便可以忽略;另一方面,當(dāng)?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(yīng)力區(qū)內(nèi)除去硬度特別大的那些"

4、塊"之后的范圍內(nèi)進(jìn)行,如土中沒有特硬的塊,而且假定只考慮壓應(yīng)力后果的話,則積分只在主要壓縮區(qū)域內(nèi)進(jìn)行.顯而易見,主要壓縮區(qū)內(nèi)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(xué)固結(jié)等任何辦法將大應(yīng)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(xiàn),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(yīng)力,降低地面的沉降.尤其值得注意的是,樁上的壓力經(jīng)摩擦作用傳給貼近的土體,經(jīng)擴(kuò)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(xué)院土木建筑系教授.?120?第2期于景杰:復(fù)合地基中樁體的作用機(jī)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(dāng)作更新世老粉土提供的摩擦力參數(shù),據(jù)此設(shè)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(jìn)行干鉆的情況表明土質(zhì)相當(dāng)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(guān)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(shè)計值之半.純支承樁可視為

6、一個極端情況,棒狀體自基礎(chǔ)底面直達(dá)"基巖",因為樁體的剛硬度很大,樁周土的貢獻(xiàn)微不足道.2褥墊層的作用在基礎(chǔ)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(yīng)力集中的影響,樁體頂部要有很高的強(qiáng)度,結(jié)果整個樁體制作都要用高標(biāo)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(dǎo)致樁基的造價十分昂貴.實踐證明,在樁與承臺之間設(shè)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(guān)系還能保持經(jīng)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(fù)擔(dān)過大時便卸載于土,當(dāng)土

7、中的壓力過大時,則以負(fù)摩擦形式傳給樁,彼此保持變形協(xié)調(diào)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(qiáng)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(dān)的壓力份額,最終達(dá)到以樁承壓力為