李　武

摘 要： 基于超長樁試驗資料，提出樁側(cè)廣義雙曲荷載傳遞模型以反映樁側(cè)土彈塑性、軟化 與穩(wěn)定三階段工作特性，樁端采用雙曲線荷載傳遞模型模擬土的非線性變形特性，并引入混 凝土的Rusch模型來考慮高荷載水平作用下超長樁樁身混凝土的彈塑性性狀，從而建立了與 超長樁工作性狀相適應(yīng)的層狀地基中超長樁荷載傳遞分析理論。該理論可用于計算多層地基 中超長樁的沉降和極限承載力，也可用于分析層狀地基中超長樁的荷載傳遞規(guī)律。計算得到 的荷載-沉降曲線與實測的曲線較為吻合，可作為確定樁承載力的依據(jù)，經(jīng)過對工程實例的 計算與實測對比分析，證明該理論可靠、方法簡單，且具有較好的適用性。

關(guān)鍵詞：超長樁；廣義雙曲荷載傳遞模型；層狀地基；側(cè)阻軟化；Rus ch模型

中圖分類號：TV322 文獻標識碼：A 文章編號：1672-1098(2008)03-0022-05

近年來，隨著我國深厚軟土地區(qū)超高層建筑及大型水工建筑的出現(xiàn)，超長樁（L＞50 m, L/D＞50）得到廣泛應(yīng)用。

有關(guān)樁身荷載傳遞規(guī)律或樁土共同作用機理，國內(nèi)外不少學(xué)者對此進行了一系列的研究 。20世紀50年代以來，文獻［1］首先提出了荷載傳遞法之后，國內(nèi)、外的學(xué)者相繼在該法 上取得了一些進展，建立了多種形式的荷載傳遞函數(shù)［2-6］。但上述模型均以普通 樁的荷載傳遞機理為基礎(chǔ)，不能完全吻合超 長樁樁側(cè)土的工作特性。目前對超長樁的研究剛剛起步，研究集中在試驗和數(shù)值模擬方面， 而且在樁基分析中考慮樁基彈塑性的理論研究文獻甚少。鑒于此，本文基于超長樁大量試驗 資料，樁側(cè)采用廣義雙曲荷載傳遞模型以反映樁側(cè)土特有的彈塑性規(guī)律以及側(cè)土軟化及穩(wěn)定 工作狀態(tài)，樁端采用雙曲線荷載傳遞模型模擬土的非線性變形特性，并引入混凝土的Rusch 模型來考慮高荷載水平作用下超長樁樁身混凝土的彈塑性性狀，從而建立了與超長樁工作性 狀相適應(yīng)的層狀地基中超長樁荷載傳遞分析理論。

1 計算模型

1.1 樁土荷載傳遞體系

在荷載傳遞法中，樁被視為彈性單元組合體，每一單元與土體之間(包括樁端)均用線性 或非線性彈簧聯(lián)系，其應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系表示樁側(cè)摩阻力（或樁端阻力）與剪切位移（或樁端 位移）之間的關(guān)系，通常稱為荷載傳遞函數(shù)［7］(見圖1)。

1.2 樁身混凝土的彈塑性模型

超長樁在低荷載作用下，樁身壓縮主要為彈性壓縮；而在高荷載水平下，則表現(xiàn)為較大 的塑性變形［8］。對于超長樁，長徑比L/D較大，與高水平的軸向荷載相比，樁 側(cè)土體的橫向 約束相對較小，通常樁的軸向受壓應(yīng)力與橫向所受應(yīng)力之比為數(shù)量級關(guān)系。因此可將樁視為 單軸受壓［9］554。單軸受壓下的混凝土彈塑性σ-ε關(guān)系，本文采用Rusch計算 模型［10］(見圖2)。

1.3 考慮側(cè)阻軟化穩(wěn)定的樁側(cè)荷載傳遞函數(shù)

從式（6）中可以看出，求解樁土體系荷載傳遞基本方程的關(guān)鍵是確定合理的荷載傳遞函數(shù) τ(z)-S(z)。樁土間側(cè)摩阻力傳遞函數(shù)與樁土相對位移，樁側(cè)和樁端土的性質(zhì)等有關(guān)。 目前有關(guān)超長樁的試樁及數(shù)值模擬結(jié)果表明［11-13］，對深厚軟土地基中的超長 樁，在高荷載水平作 用下側(cè)阻會因為樁土間滑移發(fā)生軟化現(xiàn)象，隨著滑移，側(cè)阻很快越過峰值而維持一個殘余強 度(見圖3)。傳統(tǒng)的雙曲線模型［14］108并沒有考慮側(cè)阻的軟化效應(yīng)。本文在大量 超長樁試樁結(jié)果基礎(chǔ)上，采用廣義雙曲荷載傳遞模型模擬超長樁的工作性狀(見圖4)。

3 實例驗證

實例1 為驗證本文方法的正確性，下面采用某試樁原始資 料，運用本文方法對其進行荷 載-沉降關(guān)系的計算與分析，并與實測結(jié)果進行對比。巖土分布特征為：上部為淤泥質(zhì)粘土 、粘土及細砂層，其力學(xué)性質(zhì)差，承載力較低；下部的粘土、 砂礫石、 砂卵石等 土層及泥質(zhì) 粉砂巖，承載力較高但埋深較大。強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖及成巖較差的細砂巖與泥質(zhì)膠結(jié)的泥質(zhì) 粉砂巖，其力學(xué)性質(zhì)較差，承載力較低，分布不穩(wěn)定。試樁直徑1.0 m， 樁長61.5 m，埋深60 m。樁身混凝土設(shè)計強度為C30，取E0= 3.471 07 kPa。樁身內(nèi)埋設(shè)了鋼筋應(yīng)力計和混凝土傳感器。 實測樁側(cè)各主要土層的τ～s關(guān)系曲線如圖6所示。根據(jù)該關(guān)系曲線可得樁側(cè)各土層計算 參數(shù)(見表1)。樁端荷載傳遞函數(shù)參數(shù)為：1/a璪=34.1 MPa/m，1/b璪 =157.4 kPa。按照本文方法與表1參數(shù)所獲得的計算荷載-沉降關(guān)系與實測對 比較為吻合(見圖7)。

實例2 為進一步驗證本文理論，現(xiàn)以某世貿(mào)中心一試樁(S 1 )載荷試驗結(jié)果進行比較分析。樁身混凝土強度C40，樁長119.85 m，樁徑1 100 mm，各土層參數(shù)詳見文獻［9］553，計算結(jié)果如圖7～圖8所示?？梢?看出，在加載的全過程，本文結(jié)果和實測結(jié)果非常吻合。

4 結(jié)語

（1） 樁側(cè)采用考慮側(cè)阻軟化的廣義雙曲荷載傳遞模型，以雙曲線荷載傳遞模型模擬樁端 土的非線性變形特性，并引入混凝土的Rusch模型來考慮高荷載水平作用下超長樁樁身混凝 土的彈塑性性狀，從而建立了與超長樁工作性狀相適應(yīng)的層狀地基中超長樁荷載傳遞分析理 論。

（2） 采用本文所提出的解析-迭代方法得到的荷載-沉降曲線與實測曲線較為吻合，具有 方法簡單、適用性強、精度高等優(yōu)點。該理論可用于計算多層地基中超長樁的沉降和極限承 載力，亦可用于分析層狀地基中超長樁的荷載傳遞規(guī)律。

（3）大直徑超長樁（D≥3 m）具有較高的承載力，要達到其極限 承載力，樁頂要產(chǎn)生較大的 沉降變形，而目前載荷試驗荷載一般加到設(shè)計荷載的兩倍即停，試樁沉降遠小于規(guī)范允許變 形量。此時，載荷試驗變成了對設(shè)計結(jié)果和施工工藝的驗證，而不是用來確定極限承載力。 采用本文所建立的理論來計算大直徑超長樁的荷載-沉降關(guān)系，達到減少或者部分代替現(xiàn)場 試樁工作的目的是具有實際意義的。

參考文獻：

［1］ SEED H B,REESE L C.The Action of Soft Clay Along Friction Piles［J］.Trans.ASCE,1957,122:731-754.

［2］ 佐騰?悟.基礎(chǔ)樁の支持の力學(xué)機構(gòu)［J］.土工技術(shù)，1965，20(1):1-5.

［3］ VIJAYVERGIYA V N.Load-movement Characteristics of Piles［C］//Pr oc.4th Symposium of Waterway,Port,Coastal and Ocean Division,ASCE,Long Beach, Calif.Vo1.2.1977.

［4］ GARDNER W S.Consideration in the Design of

Drilled Piers［M］.De sign.Construction and Performance of Deep Foundation,1975.

［5］ KRAFT L M,RAY R P,KAGAWA T.Theoretical t -z Curves［M］.Geotech. Engineering,Vo1.102,No. GJ3. 1981.

［6］ 趙明華，何俊翹，曹文貴，等.基樁豎向荷載傳遞模型及承載力研究［J］. 湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2005，32(1):37-42.

［7］ 朱百里,沈珠江.計算土力學(xué)［M］.上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1990.223- 251.

［8］ 辛公峰,張忠苗,夏唐代，等.高荷載水平下超長樁承載性狀試驗研究［J］. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2005,24(13): 2 397-2 402.

［9］ 張忠苗.軟土地基超長嵌巖樁的受力性狀［J］.巖土工程學(xué)報,2001,23(5): 552-556.

［10］ 曾友金,章為民.用有限單元法分析超長單樁的荷載傳遞［J］.巖土力學(xué),2 002,23(6):803-806.

［11］ 朱向榮,方鵬飛,黃洪勉.深厚軟土超長樁工程性狀試驗研究［J］.巖土工程 學(xué)報,2003,25(1):76-79.

［12］ 張忠苗,辛公峰,夏唐代.深厚軟土非嵌巖超長樁受

力性狀試驗研究［J］. 土木工程學(xué)報,2004,37(4):64-69.

［13］ 鐘聞華,石名磊,劉松玉.超長樁荷載傳遞性狀研究［J］.巖土力 學(xué),2005,26(2):307-318.

［14］ 陽吉寶,鐘正雄.超長樁的荷載傳遞機理［J］.巖土工程學(xué)報,1998,20(6): 108-112.

［15］ RANDOLPH M F,WORTH C P.Analysis of Deformation of Vertical ly Loa ded Piles［J］.Geotechnical Engineering Division.ASCE,1978,104(12):

1 465-1 48 8.[ZK)]

［16］ COYLE H M,REESE L C.Load Transfer for Axially Loaded Piles in Clay［J］.Journal of the Soil Mechanics and Foundation Engineering Division,196 6,92(2):122-126.

［17］ WEI D G,RANDOLPH M F.Rationality of Load Transfer Approach for Pile Analysis［J］.Computers and Geotechnics,1998,34(2～3):85-112.

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