剛性樁復(fù)合地基沉降計(jì)算方法分析

王金紹 溫少杰

摘 ?要：在此次研究過(guò)程當(dāng)中，依照應(yīng)力協(xié)調(diào)的實(shí)際原則，對(duì)剛性樁復(fù)合地基沉降所具有的計(jì)算新方式進(jìn)行分析，提出應(yīng)力協(xié)調(diào)模式的實(shí)際方式。在此方法的構(gòu)建過(guò)程中，會(huì)假定剛性中達(dá)到相應(yīng)的極限承載能力樁態(tài)，由此能夠進(jìn)一步的對(duì)樁土應(yīng)力比進(jìn)行有效地得出，從而避免復(fù)合地基壓縮量的實(shí)際求解問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)實(shí)際的工程實(shí)例與相應(yīng)的其他兩種典型剛性樁復(fù)合地基的沉降方式開展綜合性的對(duì)比，由此可以得出，此方法的實(shí)際計(jì)算過(guò)程當(dāng)中所測(cè)得的成交量與實(shí)測(cè)值具有高度的接近性。通過(guò)反推可以發(fā)現(xiàn)，所獲得的應(yīng)力比與規(guī)范取值具有高度的復(fù)合度，但由于復(fù)合地基沉降自身構(gòu)建過(guò)程中會(huì)存在高度的復(fù)雜性，并且相應(yīng)的理論與工程實(shí)踐具有高度的有限性，因此應(yīng)力協(xié)調(diào)法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，仍然需要進(jìn)行充分的改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：復(fù)合地基;剛性樁沉降;計(jì)算方法

引言

剛性樁復(fù)合地基在構(gòu)建過(guò)程中，主要是指應(yīng)用小直剛性樁，將其作為實(shí)際豎向增強(qiáng)體的綜合積極，并且使相應(yīng)的樁井與地基之間能夠構(gòu)建一層具有一定厚度的墊層，并由此進(jìn)行樁與土之間的沉降協(xié)調(diào)。在實(shí)際處置條件相對(duì)較差的地區(qū)，應(yīng)用剛性樁復(fù)合地基能夠在一定程度上對(duì)沉降進(jìn)行控制，在施工過(guò)程中具有高度的簡(jiǎn)便性，施工速度相對(duì)較快，同時(shí)在施工過(guò)程當(dāng)中具有高度的經(jīng)濟(jì)性，由此受到工程界的關(guān)注，由于剛性樁復(fù)合地基在實(shí)際構(gòu)建過(guò)程當(dāng)中，相應(yīng)的沉降計(jì)算具有一定程度的復(fù)雜性，而實(shí)際的沉降計(jì)算理論與實(shí)踐相比較為落后在建筑地基技術(shù)規(guī)范的構(gòu)建過(guò)程中，也并未對(duì)其實(shí)際的計(jì)算方式予以明確。近年來(lái)，諸多學(xué)者對(duì)其開展了更加深入性的研究，部分學(xué)者針對(duì)實(shí)際施工的現(xiàn)實(shí)情況對(duì)管樁復(fù)合地基開展了綜合性的沉降計(jì)算，對(duì)特定地基之下，其地基沉降變形所存在的一般性規(guī)律進(jìn)行詳細(xì)的分析，部分學(xué)者在研究過(guò)程當(dāng)中對(duì)剛性樁復(fù)合地基沉降的方法進(jìn)行了重要性的比較，并且對(duì)各方法所具有的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析，而部分學(xué)者在研究過(guò)程當(dāng)中通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的研究方式對(duì)復(fù)合地基，在實(shí)際構(gòu)建過(guò)程中，其應(yīng)力場(chǎng)的實(shí)際分布情況進(jìn)行思考，部分學(xué)者在研究過(guò)程當(dāng)中會(huì)通過(guò)ANSYS數(shù)學(xué)軟件模型對(duì)剛性樁以及柔性樁復(fù)合地基在構(gòu)建過(guò)程當(dāng)中所存在的荷載傳遞方式進(jìn)行分析，而相應(yīng)的結(jié)果顯示出，兩種地基在構(gòu)建過(guò)程中，實(shí)際的荷載傳遞方式會(huì)存在高度的差異性特征，由此也揭示了在計(jì)算兩種地基沉降過(guò)程當(dāng)中，所使用的方法應(yīng)當(dāng)具有高度差異性特征。部分研究人員在研究過(guò)程中，通過(guò)極限應(yīng)力法對(duì)剛性樁復(fù)合地基所具有沉降進(jìn)行更加深入性的計(jì)算。在此次研究過(guò)程中，主要基于樁土應(yīng)力協(xié)調(diào)的現(xiàn)實(shí)原則，提出一種對(duì)剛性樁復(fù)合地基沉降計(jì)算的方法，相應(yīng)的方法為應(yīng)力協(xié)調(diào)法在研究過(guò)程中會(huì)與極限應(yīng)力法以及CFG法的實(shí)際結(jié)果進(jìn)行綜合性的比較，而通過(guò)比較結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力協(xié)調(diào)法的應(yīng)用過(guò)程中，其自身與工程的吻合度相對(duì)較高，并且擁有較高的適應(yīng)性，以下對(duì)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行詳細(xì)的分析。

1對(duì)應(yīng)力協(xié)調(diào)法進(jìn)行分析

對(duì)于剛性樁復(fù)合地基的構(gòu)件而言，其上部結(jié)構(gòu)傳遞的基底平均剛性樁假定剛性樁在構(gòu)建過(guò)程中，其實(shí)系面積置換率達(dá)到等于0，則實(shí)際構(gòu)建為天然地基樁態(tài)，此時(shí)其所具有的附加應(yīng)力會(huì)由土體予以承擔(dān)。由此也使得實(shí)際沉降穩(wěn)固的需求無(wú)法得到有效的滿足，并且是相應(yīng)的地基無(wú)法達(dá)到承載的現(xiàn)實(shí)目的。如果M等于1，則，情況為全部置換，此時(shí)實(shí)際附加力會(huì)全部由相應(yīng)的剛性樁予以承擔(dān)，在實(shí)際構(gòu)建過(guò)程中，其經(jīng)濟(jì)力相對(duì)較低，并且實(shí)現(xiàn)難度較大，基本不可予以實(shí)現(xiàn)。較為合理的方式在于對(duì)面積置換率M進(jìn)行設(shè)置。一方面而言，可以進(jìn)一步的對(duì)承載力以及實(shí)際控制沉降的要求以滿足，另一方面而言，在研究過(guò)程中能夠進(jìn)一步使剛性樁能夠接近其極限的承擔(dān)能力，由此提升施工所具有的經(jīng)濟(jì)性過(guò)程中可以假定實(shí)際剛性樁所具有的截面面積達(dá)到a，其自身所具有的極限承載力達(dá)到R，同時(shí)可以假定實(shí)際的剛性樁在構(gòu)建過(guò)程中達(dá)到其所具有的極限承載能力樁態(tài)，依照應(yīng)力協(xié)調(diào)的原理，剛性樁其自身所具有的承擔(dān)基地平均附加力p1表達(dá)式，可由公式1予以顯示。

公式1：

此外在研究過(guò)程當(dāng)中，相應(yīng)的土間承擔(dān)的基底平均附加率P2可將其看作為p2=P0-P1。而所獲得的中間土承擔(dān)的機(jī)體平均附加力，P2之后便可以充分的應(yīng)用分層總和法對(duì)樁間土所具有的沉降量進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)中土之間所具有的應(yīng)力協(xié)調(diào)，能夠進(jìn)一步使樁與土充分的協(xié)調(diào)其變形沉降中間土的沉降量。在實(shí)際構(gòu)建過(guò)程當(dāng)中便是實(shí)際剛性復(fù)合地基的沉降與極限應(yīng)力法、CFG法等諸多模式進(jìn)行比較，相應(yīng)的應(yīng)力協(xié)調(diào)法，在應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中能夠充分的避免計(jì)算剛性樁及樁之間所具有的應(yīng)力比，在計(jì)算過(guò)程當(dāng)中其簡(jiǎn)便度較高，同時(shí)可以反推應(yīng)力比的實(shí)際表達(dá)式，相應(yīng)的表達(dá)式可有公式2予以顯示。

公式2：

在研究過(guò)程中，需要充分的注意，在此次研究過(guò)程中所指的沉降量主要是指剛性樁在實(shí)際長(zhǎng)判位之內(nèi)，其復(fù)合地基的成交量整體地基沉降量在構(gòu)建過(guò)程中，需要進(jìn)一步的包含沉降協(xié)調(diào)層以及相應(yīng)的樁間以下的土層所具有的沉降量。

2算例驗(yàn)證

在此次研究過(guò)程中，選取某工程實(shí)例進(jìn)行計(jì)算，在實(shí)際使用過(guò)程中，其實(shí)系基礎(chǔ)面積達(dá)到1500平方米，基底所具有的平均附加值的應(yīng)力達(dá)到400kPa，在實(shí)際構(gòu)建過(guò)程中，會(huì)使用直徑達(dá)到600毫米的鉆孔灌注樁剛性樁復(fù)合地基進(jìn)行綜合性的施工，在實(shí)際施工過(guò)程中所具有的平均有效樁程達(dá)到31.5米，樁底距離基巖所具有的距離達(dá)到2.5米。在實(shí)際的基礎(chǔ)底板范圍內(nèi)進(jìn)行均勻性的鋪裝，經(jīng)過(guò)實(shí)際的計(jì)算，相應(yīng)的單樁極限承載力能夠達(dá)至4200kN。在研究過(guò)程當(dāng)中，如果不考慮剛性樁的現(xiàn)實(shí)存在，則整體計(jì)算可求得天然地基的沉降為125毫米，通過(guò)應(yīng)力協(xié)調(diào)法對(duì)鋼性復(fù)合樁的地基總沉降，結(jié)果計(jì)算能夠達(dá)到32.1毫米，依照實(shí)際觀測(cè)以及具體的推算實(shí)際工程所具有的成交量為26.0毫米。與實(shí)際應(yīng)力協(xié)調(diào)法所具的結(jié)果具有一定程度的接近性誤差達(dá)到23.4%，由此可以發(fā)現(xiàn)剛性樁復(fù)合地基在應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，能夠在一定程度上起到較為優(yōu)質(zhì)的沉降控制效果。

3對(duì)三種計(jì)算方式進(jìn)行比較

鑒于在當(dāng)前的實(shí)際研究過(guò)程中，大部分文獻(xiàn)會(huì)更加推薦應(yīng)用CFG法以及極限應(yīng)力法開展實(shí)際的剛性樁的沉降計(jì)算，在此次研究過(guò)程中，選取上述案例為背景，對(duì)三種方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，通過(guò)應(yīng)力協(xié)調(diào)法所測(cè)得的總沉降量為32.1毫米，通過(guò)規(guī)范CFG所具有的測(cè)試方法測(cè)得的結(jié)果為42.7毫米，與實(shí)際的誤差達(dá)到64.2%，并且在實(shí)際施工過(guò)程當(dāng)中需要對(duì)復(fù)合地基的壓縮模型進(jìn)行計(jì)算，而應(yīng)用極限應(yīng)力法，雖然不需要對(duì)復(fù)合地基壓縮模量進(jìn)行計(jì)算，但其在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，所測(cè)得的總成交量為43.0，與實(shí)際成交所具有的誤差達(dá)到65.4%。通過(guò)上述研究可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論何種方法進(jìn)行計(jì)算，就實(shí)際測(cè)量結(jié)果而言，就會(huì)存在一定程度的偏差，但經(jīng)過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力協(xié)調(diào)法所具有的誤差相對(duì)較低，并且應(yīng)力協(xié)調(diào)法在實(shí)際計(jì)算過(guò)程當(dāng)中，與極限應(yīng)力法所推算出的樁土應(yīng)力比值具有了一定程度的差距，其中應(yīng)用協(xié)調(diào)法計(jì)算所具有的應(yīng)力比值與規(guī)范所提供的應(yīng)力比值一般介于1.5～4.0之間，具有一定程度的吻合性，而通過(guò)極限應(yīng)力法所測(cè)出的結(jié)果，則與之擁有的較為突出的差距。三種方法在實(shí)際構(gòu)建過(guò)程中，其基本原則均在于分層總合法。而針對(duì)復(fù)合地基沉降計(jì)算中，其主要的難點(diǎn)在于對(duì)壓縮模量進(jìn)行確定，應(yīng)力協(xié)調(diào)法以及相應(yīng)的極限應(yīng)力法的實(shí)際構(gòu)建過(guò)程當(dāng)中，并不會(huì)涉及對(duì)壓縮模量進(jìn)行計(jì)算，而規(guī)范CFG法的應(yīng)用過(guò)程中，則需要先行對(duì)復(fù)合地基的壓縮模量進(jìn)行計(jì)算，然后進(jìn)行實(shí)際的成交量獲取，其復(fù)雜度相對(duì)較高。

4結(jié)論

在實(shí)際研究過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力協(xié)調(diào)法在應(yīng)用過(guò)程中，能夠在一定程度上擁有較為簡(jiǎn)便的計(jì)算方式，并且通過(guò)實(shí)例分析可發(fā)現(xiàn)，其實(shí)際效果較為良好，能夠?qū)υO(shè)計(jì)的需求予以滿足，同時(shí)在應(yīng)用過(guò)程中，由于并不需要對(duì)復(fù)合地基的壓縮模量進(jìn)行求解，因此使整體計(jì)算過(guò)程得以更為簡(jiǎn)潔。但在研究過(guò)程當(dāng)中同樣需要注意，應(yīng)用應(yīng)力協(xié)調(diào)方式進(jìn)行計(jì)算的效果，僅通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)研究仍然相對(duì)不足，需要使相應(yīng)的研究人員進(jìn)行更加深入性的探索。目前，在研究過(guò)程中，需要進(jìn)一步的通過(guò)更為有效的實(shí)踐對(duì)其實(shí)際的研究情況進(jìn)行詳細(xì)分析，同時(shí)，研究人員需要充分的注重對(duì)更為優(yōu)質(zhì)且先進(jìn)的剛性樁復(fù)合地基沉降計(jì)算方法進(jìn)行探討與思索，使相關(guān)技術(shù)能夠得到不斷的更新與完善。

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