受軟土側(cè)向變形作用樁身側(cè)壓力系統(tǒng)分析

付關(guān)偉，邢飛

（浙江華東建設(shè)工程有限公司深圳分公司，廣東深圳518000）

受軟土側(cè)向變形作用樁身側(cè)壓力系統(tǒng)分析

付關(guān)偉，邢飛

（浙江華東建設(shè)工程有限公司深圳分公司，廣東深圳518000）

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，在對城市、鄉(xiāng)村道路和橋梁進行設(shè)計和施工的過程中，應(yīng)對土壤和地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)分析和研究，進而制定科學(xué)合理的施工方案。在現(xiàn)階段對軟土側(cè)向變形對橋臺樁基造成的側(cè)壓力計算方式仍不明確，在實際工作中，軟土對橋臺樁基造成壓力大小的計算與沿樁身分布的狀況，屬于橋臺樁基內(nèi)力變形以及橋臺位移分析計算的核心要素。

軟土側(cè)向變形；樁身側(cè)壓力；壓力值計算

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.10.013

1 引言

在軟土區(qū)域，尤其是在深厚軟土地段進行施工時，橋臺在臺后填土的作用下，使軟土側(cè)向產(chǎn)生的位移較大，這樣同樣使得樁基承受的壓力較大，應(yīng)對樁基受力造成的不良影響進行全面地考慮，對梁板尚未架設(shè)的橋臺而言，在地面線之上產(chǎn)生土壓力之外，側(cè)壓力也對橋臺基礎(chǔ)產(chǎn)生深遠的影響?，F(xiàn)階段實行的橋規(guī)中，未對軟土側(cè)向變形對橋臺樁基造成的側(cè)壓力計算方式予以明確，在實際工作中，軟土對橋臺樁基造成壓力大小的計算與沿樁身分布的狀況，屬于橋臺樁基內(nèi)力變形以及橋臺位移分析計算的重要因素之一。以下對此展開分析研究。

2 常用的計算方法

2.1 側(cè)壓力系數(shù)法

根據(jù)彈性半無限空間基礎(chǔ)知識，來計算橋頭路基填土自重對地基造成的豎向壓力，再乘以側(cè)壓力系數(shù)得出地基基礎(chǔ)上的水平側(cè)壓力，實質(zhì)上是地面以下深度為z的水平側(cè)壓力σy（kPa），計算公式為：

式中，ξ為側(cè)壓力的系數(shù)，ξ=μ/（1-μ），μ為地基土中的泊松比；σz為路堤填土在地面深度為z的位置造成的豎向壓力；Kz為豎向壓力分布的系數(shù)；γH為橋頭路基填土道的容重；H為路基填土的高度。

測力壓力系數(shù)在計算中的假定主要分為以下幾種：（1）橋路堤填土為地面之上一端為無限長度的均布荷載，這樣對地基當中的各個土層之間的豎向壓力，根據(jù)條形基礎(chǔ)按照角點法進行計算。對臺尾后面結(jié)構(gòu)路基中的部分填土進行計算，可對橋臺兩椎體產(chǎn)生的護坡影響忽略不計。而填土和橋臺污工和接觸面造成的壓力，應(yīng)當作為施工中的安全儲備[1]。（2）當?shù)鼗遣煌瑢傩缘能浲習(xí)r，取其加權(quán)的平均值，并假設(shè)同一土層為各向同屬性的均質(zhì)土，這樣方能計算。（3）樁的計算寬度，使用側(cè)壓力系數(shù)計算方法得到的σy屬于單位面積上的壓力數(shù)值，要換算到單位樁長上的水平壓力，則應(yīng)乘以上樁自身的計算寬度，實質(zhì)上是單位樁長的水平側(cè)壓力P：

式中，b0為樁自身的計算寬度。

2.2 A.A魯加法

在使用A.A魯加法時，對水平側(cè)壓力的假定條件和概化分布有以下幾種：（1）假設(shè)臺后和基礎(chǔ)填土產(chǎn)生的摩擦力忽略不計，而將其作為一種安全的儲備。（2）假設(shè)在初級時期橋頭填土和橋臺后緣之間存在縫隙，此時該部分在無土壓力的作用下，只在地基部分中存在水平的側(cè)壓力?；跇蝾^填土能對地基土造成壓實的作用，而后對地基土造成的破壞，使棱體發(fā)生移動時方能緊貼在橋臺上，進而對橋臺產(chǎn)生土壓力[2]。（3）利用橋頭填土的方式，作為沿彈性半空間表面作用的勻分布荷載，與此同時采用勻土層自身線性特點變化的土力學(xué)方式進行計算。

2.3 繞流阻力法

沈珠江院士對繞流阻力進行了深化和改進，并對樁基間距有限的狀況下對繞流阻力算法進行了研究。假定土層是沿水平方向?qū)Υ怪睒哆M行相對運動，樁基表面相對粗糙，而得到單位樁長反向繞流阻力的公式，基于這樣的實際狀況，適用于對土體移動產(chǎn)生作用于樁身的極限處壓力計算公式為：

式中，P為土方移動對樁基造成水平的側(cè)壓力，kN/m；σz為豎向壓應(yīng)力，kPa；σc=c·cotφ，c為軟土地基的粘聚力，kPa；φ為內(nèi)摩擦角；μ=π/4+φ/2，d為樁徑。該公式適用于2個樁基距離的中心距L不超過下列臨界樁間的距離Lc的狀況：

而對于φ=0屬性的軟土有公式（5）：

式中，Cu為土的固結(jié)不排水黏聚力，kPa。

3 計算方法的比較

在對各種計算方法的知識理論進行論述后，筆者為了詳細地了解各種算法的優(yōu)缺點，對以上幾種算法進行了比較，進而明確各種計算方法的優(yōu)劣勢。

3.1 繞流阻力法和側(cè)壓力系數(shù)法的比較

當軟土地基相對較差而路堤土相對較高時，使用繞流阻力計算法更適用。繞流阻力計算法能對地基強度的豎向和樁徑屬性對側(cè)壓力的影響予以全面分析和考慮，從這一角度而言，該種方法計算后得到的數(shù)值更完備[3]。

3.2 A.A魯加法的分析

A.A魯加法在實際計算中充分地考慮了地基土屬于多層土?xí)r能夠使用不同側(cè)壓力的系數(shù)，但該種算法中對壓力分布圖屬于中等密實圖所假設(shè)而形成的倒三角形為主要的模型。在對深度進行計算時受到一定程度的影響。倒三角形的水平直角邊假設(shè)為：P0=KγHH，從理論角度而言，這種假設(shè)圖形與橋頭路基假設(shè)一端是無限長勻荷載作用下地基附加壓力P0=1/ 2ξγHH相差1倍。對于屬性是深軟弱性質(zhì)的地基并且基礎(chǔ)設(shè)計需要計算所有的水平壓力時，A.A魯加法計算的數(shù)值要小于實際產(chǎn)生的壓力值。

4 結(jié)論

論文系統(tǒng)地分析和比較了軟土對樁身壓力數(shù)值的計算方式，主要對極限土壓法中的側(cè)壓力系數(shù)法、A.A魯加法和繞流阻力法進行了簡要地分析論述，通過分析得知，繞流阻力計算法能對地基強度的豎向和樁徑屬性對側(cè)壓力的影響予以全面分析和考慮，從這一角度而言，該種方法計算后得到的數(shù)值更完備。

【1】楊校輝，朱彥鵬，黃雪峰，等.靜壓樁荷載傳遞與承載性狀試驗研究[J].水利與建筑工程學(xué)報，2016，9(1)：139-143.

【2】賀永明，田世清，李冀，等.超深軟土地區(qū)樁基偏位復(fù)位受力分析[J].公路與汽運，2016，7(2)：172-175.

【3】曹黨林，李巧.砂土中靜壓樁側(cè)摩阻力和側(cè)壓力的試驗研究[J].福建建設(shè)科技，2015，6(3):11-13.

System Analysis on Lateral Pressure on Piles under Lateral Deformation of Soft Soil

FU Guan-wei,XING Fei
（
ShenzhenBranchofZhejiangHuadongConstructionEngineeringCo.Ltd.,Shenzhen 518000,China）

Withthecontinuousdevelopmentofeconomy,thesoilandgeologicalstructureshouldbeanalyzedandstudiedsystematicallyinthe designandconstructionoftheurbanandruralroadsandbridges.Andthenscientificandreasonableconstructionschemeshouldbeformulated. Accordingtothebridgerulesat present,it isnotclearhowtocalculatethelateral pressureon pilescaused by lateral deformation ofsoft soil.In practice,thecalculationofpressureonthe abutment pile fromsoft soil andthe situation ofdistribution alongthe pile are the corefactorsofthe deformationofpilefoundationabutmentandanalysisaswellascalculationofabutmentdisplacement.

lateraldeformationofsoftsoil;lateralpressureonpiles;pressurevaluecalculation

TV315

A

1007-9467（2016）10-0030-02

2016-09-20

付關(guān)偉（1972～），男，重慶人，高級工程師，從事巖土工程勘察、巖土設(shè)計研究。