楊超英

摘要：基于前人關于土拱效應研究的基礎上，提出了土拱荷載傳遞比的概念，并建立了分析計算模型，結合一個疏排樁支護工程事例對土拱荷載傳遞比的影響因素作了比較全面的分析。研究結果表明：疏排樁支護結構中，樁間土拱效應不容忽視，通過土拱傳遞到排樁上的土壓力最大可占到排樁承受的總土壓力的60%以上；土拱荷載傳遞比隨著樁間凈距的增大近似呈指數形式減小，當樁間距相同時，樁徑越大，土拱荷載傳遞比越??；當其他參數不變時，土拱荷載傳遞比隨土體內摩擦角和土體粘聚力的增加近似成指數形式增加。

關鍵詞：疏排樁；土拱效應；土拱荷載傳遞比

Abstract: Based on the study of previous soil arching effect, this paper point out the concept of the soil arch load transfer ratio, and the established the calculation model, analysis the soil arch load transfer ratio factor more comprehensive combined with a sparse example of engineering pile retaining. Key words: sparse row of piles; soil arching effect; soil arch load transfer

中圖分類號：TU973+.21文獻標識碼：A 文章編號

1 引言

土拱現象最早是由Terzaghi于1943的基于活動門試驗[1]提出，隨后，Ladanyi[2]，Wang[3]and Chen[4]等先后通過理論、試驗和數值模擬，驗證了樁間土拱效應的存在，定性地分析了土拱的存在條件和土體參數對土拱效應的影響。

土拱效應是由于樁后土體發(fā)生不均勻位移條件下而產生應力重新分布和傳遞的現象。筆者通過閱讀大量現有文獻發(fā)現，現有文獻中研究較多的是土拱效應的存在條件和影響因素，而對于排樁受到的樁側土壓力究竟有多少是通過土拱傳遞到排樁上的定量分析很少。基于此，本文首先提出了土拱荷載傳遞比的概念，并建立了土拱荷載傳遞比的計算模型進而進行了全面的分析。

2 分析模型的建立

對于疏排樁，支護結構受到的土壓力由于土拱作用引起重分布，考慮土拱效應可將排樁支護結構分為4個區(qū)域，分別為拱前自由土體區(qū)、土拱作用區(qū)、拱后滑移土體區(qū)和樁后土體區(qū)。設Ⅰ區(qū)土體產生的土壓力為e1（合力為E1）；Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)土壓力通過土拱的作用而轉移到排樁上，記為e2（合力為E2）；Ⅳ區(qū)土體的土壓力直接作用在樁上，記為e3（合力為E3），則，排樁上作用的總土壓力為e2+e3（合力為E2+E3），其中e3（E3）等于主動土壓力ea（Ea）。

定義土拱效應荷載傳遞比（記為λ）為：經土拱傳遞到排樁上的土壓力和排樁受到的總土壓力之比（如公式1所示），即

（1）

由于E3等于主動土壓力Ea，可通過朗

肯主動土壓力理論或者庫倫主動土壓力理論求出，因此只要求出排樁上作用的總土壓力（E2+E3）,即可求出土拱效應荷載傳遞比λ。本文利用Ito和Matsui的研究成果，將其應用于疏排樁支護結構中土拱效應荷載傳遞比的分析。

求出排樁樁側總土壓力后，代入公式（1）即可求出土拱效應荷載傳遞比λ。

3 土拱荷載傳遞比參數分析

3.1 樁間凈距的影響

假定一疏排樁基坑支護工程事例，基坑開挖深度為8m，樁長為16m，土層參數和上文保持一致，分別取樁徑d為0.5m、1m、1.5m、2m、2.5m和3m保持不變，依次取排樁凈間距s為1m、2m、3m、4m、5m、6m和7m研究排樁凈間距對土拱荷載傳遞比λ的影響，土拱荷載傳遞比隨著樁間凈距的增大整體上呈指數形式減小。

3.2 樁徑的影響

分別取排樁凈間距s為1m、2m、3m、4m、5m、6m和7m保持不變，依次取樁徑d為0.5m、1m、1.5m、2m、2.5m和3m研究樁徑對土拱荷載傳遞比的影響，土拱荷載傳遞比隨著在樁徑的增大而減小，樁間凈距越小時，樁徑對土拱荷載傳遞比影響越顯著。

3.3 土體強度參數的影響

3.3.1土體內摩擦角的影響

取樁徑為d=1m，樁間凈距s=1m，土體粘聚力c=23kpa保持不變，依次取土體內摩擦角為5o、10o、15o、20o、25o、30o和35o，研究土體內摩擦角對土拱荷載傳遞比的影響，當其他參數不變時，土拱荷載傳遞比隨土體內摩擦角的增加近似成指數形式增加，隨著土體內摩擦角的增加，土拱荷載傳遞比增加的趨勢越來越緩慢。

3.3.2土體粘聚力的影響

分別取徑d=1m，樁間凈距s=1m，土體內摩擦角=20o保持不變，依次取土體粘聚力為0、5kpa、10kpa、15kpa、20kpa、25kpa和30kpa，研究土體粘聚力對土拱荷載傳遞比的影響，當其他參數不變時，土拱荷載傳遞比隨土體粘聚力的增加近似成指數形式增加，并且增加的趨勢越來越緩慢。

4 結論

本文提出了土拱荷載傳遞比的概念和計算模型，并結合Ito基于極限狀態(tài)土塑性力學求解樁側土壓力方法，對土拱荷載傳遞比的影響因素作了比較 全面的分析，得出以下幾點主要結論。

（1）疏排樁支護結構中，土拱效應不容忽視，通過土拱傳遞到排樁上的土壓力最大可占到排樁承受的總土壓力的60%以上。

（2）密排樁時土拱效應不存在；對于疏排樁土拱荷載傳遞比隨著樁間凈距的增大近似呈指數形式減小，當樁間凈距超過6m以后，土拱荷載傳遞比非常小只有0.1左右，說明當樁間距較大時，土拱效應非常微弱，土拱的存在有一個極限樁間距；當樁間距相同時，樁徑越大，土拱荷載傳遞比越小。

（3）當其他參數不變時，土拱荷載傳遞比隨土體內摩擦角和土體粘聚力的增加近似成指數形式增加，并且增加的趨勢越來越緩慢。

參考文獻：

[1] TERZAGHI K. Theoretical soil mechanics[M]. New York, NY: John Wiley & Sons, 1943.

[2] WANG W L, YEN B C. Soil arching in slopes [J]. Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, 1974,100

(GT1):61-78.

[3]CHEN C Y, MARTIN G R. Soil-structure interaction for landside stabilizing piles[J]. Computers and Geotechnics, 2002,29(3):363-

386.

[4] MARTIN G R, CHEN C Y. Response of piles due to lateral slope movement[J]. Computers and Structures, 2005,83: 588-598.

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。