復(fù)合地基有效樁長的計(jì)算方法

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1、第42卷第4期地質(zhì)與勘探Vol.42No.42006年7月GEOLOGYANDPROSPECTINGJuly，2006復(fù)合地基有效樁長的計(jì)算方法1，2111王平衛(wèi)，彭振斌，楊慶光，何忠明（1.中南大學(xué)地學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，長沙410083；2.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，北京，100012）［摘要］有效樁長是柔性樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的一個(gè)重大問題。已有的柔性樁復(fù)合地基有效樁長計(jì)算方法都難以準(zhǔn)確計(jì)算有效樁長。本文基于Mindlin位移解和位移協(xié)調(diào)條件，通過一定的假設(shè)和公式推導(dǎo)得到了有效樁長的計(jì)算方法，并與其他的一些方法的

2、結(jié)果進(jìn)行比較。［關(guān)鍵詞］有效樁長Mindlin位移解柔性樁復(fù)合地基［中圖分類號(hào)］TU473.1［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］0495-5331（2006）04-0103-03有效樁長（記為lc）是柔性樁復(fù)合地基優(yōu)化設(shè)由上面的假設(shè)，很容易可以得到任意深度z處計(jì)時(shí)需要考慮的一個(gè)重大問題。通常認(rèn)為有效樁長樁側(cè)摩阻т（z）與樁頂荷載p的關(guān)系：［1～4］要從承載力和沉降兩個(gè)角度來定義的。當(dāng)其他p3zт（1z）=-（0≤z≤lc/3）（1）條件（樁的形狀、截面積大小、樁身材料等）和土的πrolclclc特性一定時(shí)，隨著樁長的增大，柔

3、性樁承載力的增加т（z）=3p1-z（l/3≤z≤l）2()cc2πrolclc趨緩慢，當(dāng)樁長達(dá)到某一定值時(shí)，承載力的增加幾乎（2）為零，把這個(gè)定值稱為基樁的有效樁長。在此狀態(tài)下，有效樁長下那部分樁身對(duì)樁承載力的貢獻(xiàn)可以忽略不計(jì)。從沉降角度來看，在一定荷載作用下，隨著樁長增大，柔性樁樁頂沉降逐漸減小，但當(dāng)樁長超過某一極限時(shí)，沉降幾乎不再發(fā)生變化，即用增加樁長來減小沉降也存一個(gè)極限長度，這一極限長度就［1～9］稱為有效樁長。近來，國內(nèi)很多學(xué)者從理論和［10～12］試驗(yàn)兩方面對(duì)復(fù)合地基有效樁長的計(jì)算方法進(jìn)行了探討，這不僅有

4、利于加深對(duì)柔性樁復(fù)合地基圖作用機(jī)理的理解，而且可以促進(jìn)復(fù)合地基優(yōu)化設(shè)計(jì)1樁側(cè)摩阻力分布圖的研究。本文從沉降的角度出發(fā)，得到了復(fù)合地基有效樁長的計(jì)算方法。1樁頂沉降量計(jì)算［9］根據(jù)段繼偉在文獻(xiàn)中的試驗(yàn)研究結(jié)果，可以認(rèn)為：柔性樁是典型的摩擦樁，樁側(cè)摩阻力在樁身所承擔(dān)的荷載中占很大的比例。對(duì)于剛性基礎(chǔ)下的柔性樁復(fù)合地基，樁頂和樁間土沉降是協(xié)調(diào)的，從而可圖以認(rèn)為樁頂處側(cè)摩阻力為0，沿著樁長向下，大約距2樁體受力圖樁頂1/3處達(dá)到極大值，再往下逐漸變小，到有效樁［3］公式中：p、r0、lc—分別為樁頂荷載、樁的半徑長位置接近于，

5、樁側(cè)摩阻力分布圖1所示。［收稿日期］2006-02-08；［修訂日期］2006-05-20；［責(zé)任編輯］陳仁俊。［第一作者簡(jiǎn)介］王平衛(wèi)（1961年—），男，1982年畢業(yè)于中南大學(xué)，在讀博士生，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事巖土工程的研究工作。103地質(zhì)與勘探2006年和有效樁長。R=ヘx2+y2+（z-c）21根據(jù)圖2很樁身受力平衡，可以得到摩阻力極222R2=ヘx+y+（z+c）大值以上部分樁身軸力的分布：2考慮剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基的情況，則有樁頂和3zp（1z）=p(1-2)（0≤z≤lc/3）（3）樁間土頂面的變形協(xié)調(diào)。

6、當(dāng)點(diǎn)（0，0，0）處有：lcQ（1+μs）（3-μs）同理可以得到下面一段樁身軸力分布：w=（7）z2πEc23pzp（2z）=2(1-)（lc/3≤z≤lc）（4）根據(jù)樁身受力圖2，可以得到：lc對(duì)于純摩擦型柔性樁，可以忽略樁端位移不dQ=2πr0т（2）dz（8）聯(lián)立方程（1）、（2）、（7）和（8）得到：計(jì)，并假定樁頂沉降量為sp都是由于樁身的壓縮產(chǎn)lc2πr（03-μs）т（z）生，則通過分段積分可以得到sp為：w=0dzz14Gzclslc（pz）3p（1z）sp=1EAdz=1EAdz2πr（03-2μs）

7、0Pp0Pp=4Gslcp（2z）4plccllc+1lcdz=（5）3т（1z）т（2z）（9）3EPAp9EPAp[1zdz+1lczdz]03公式中：Ep、Ap—分別為樁身彈性模量和樁橫3ln32πr（03-2μs）p截面面積。wz（10）24Gsπr0lc2樁側(cè)土頂沉降量計(jì)算如圖3所示，假設(shè)土體中的樁為柔性樁，樁周土3復(fù)合地基有效樁長的確定體可以視為半無限平面。在平面半無限空間內(nèi)部深由于考慮的時(shí)剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基，因此由樁度為c處作用一集中力Q，在M（x，y，z）處的垂直位頂沉降與樁間土頂沉降協(xié)調(diào)，聯(lián)立方程（5

8、）和（10）：［4］移可以由Mindlin位移解得到：4plc3ln32πr（03-2μs）p=（11）w=Q9EPAp24Gsπr0lcz16πG（s1-μs）9π（3-2μs）（1+μs）EP3-4μ（z-c）28（1-μ）2-（3-4μ）lc=r03ln3（12）s++ssヘ8E[3SR1R1R2假設(shè)樁間土體在力作用下不產(chǎn)生