（巖土工程專業(yè)論文）基于geddes解答的筏板—樁共同作用分析.pdf

摘要 摘要 本論文主要包括以下幾部分的研究工作 1 理論界已經(jīng)有人提出基于m i n l i n 彈性理論解實(shí)現(xiàn)樁筏共同作用的方法 但是由于m i n l i n 理論公式比較復(fù)雜 理論界較多采用比較簡化的g e d d e s 應(yīng)力解 進(jìn)行分析 但由于g e d d e s 應(yīng)力法沒有考慮筏扳的剛度 讓各樁均分上部荷載 無法準(zhǔn)確反映樁筏基礎(chǔ)的工作性狀 本課題在g e d d e s 應(yīng)力解的基礎(chǔ)上 將薄板 彎曲的有限單元法與g e d d e s 應(yīng)力解結(jié)合在一起 提出分析樁筏基礎(chǔ)的新方法 該方法用k i r c h h o f f 薄板理論模擬筏板 用彈簧模擬樁 采用有限單元法計(jì)算出 每根樁貧擔(dān)的荷載 然后再根據(jù)g e d d e s 應(yīng)力解計(jì)算基礎(chǔ)沉降 樁頂荷載除以樁 頂沉降就得到群樁新的剛度矩陣 將之代入矩陣方程組又可以求解新的沉降 經(jīng)過幾次循環(huán) 直至迭代收斂 這樣 通過在群樁的頂部加上彈性板 基于g e d d s 解答 不但實(shí)現(xiàn)了樁與樁之間的相互作用 同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了樁與筏板之間的共同作 用 2 為驗(yàn)證本方法的合理性 本文與p o u l o s t aa n ds m a l l s i n h a c h o w y o n g a n ds h e n 以及c l a n c y r a n d o l p h 提出的各種數(shù)值分析方法進(jìn)行了對比 并根據(jù) 本文提出的方法對樁筏基礎(chǔ)的受力變形規(guī)律進(jìn)行了分析 得出基礎(chǔ)沉降 樁頂反 力隨樁長 樁間距 板厚 彈性模量 土泊松比 地下水位埋深以及荷載分布形 式等參數(shù)的變化規(guī)律 3 本文提出將基于g e d d e s 解答的筏板一樁共同作用分析應(yīng)用于長短樁組 合樁基礎(chǔ) 并探討了長短樁組合樁基礎(chǔ)的受力變形與相關(guān)參數(shù)的關(guān)系 同時(shí)采用 三維彈塑性有限元法對長短樁組合樁基礎(chǔ)的工作機(jī)理進(jìn)行分析 兩種分析結(jié)果的 對比迸一步證明本文方法的合理性 4 詳細(xì)介紹了本文方法在兩個(gè)長短樁組合樁基礎(chǔ)實(shí)際工程中的應(yīng)用 關(guān)鍵詞 g e d d e s 解答 筏板一樁共同作用 樁筏基礎(chǔ) g e d d e s 應(yīng)力法 荷載分配系數(shù) 長短樁組合樁基礎(chǔ) a b s t r a c t a b s t r a c t i nt h i sp a p e r t h ef o l l o w i n gj o b sh a v eb e e nc a r r i e d o u t 1 t h em e t h o do fp i l e s r a f ti n t e r a c t i o nb a s e do nm i n l i n st h e o r y h a db e e n d r e s e n t e db yw y s h e n y k c h o wa n dk y y o n g d u e t ot h ec o m p l e x i t yo fm i n l i n s e x p r e s s i o n s g e d d e ss o l u t i o ni su s e dm o r ec o n m a o n l y i nt h e o r y w h i c hc a nt a k ei n t o a c c o u n tt h ei n t e r a c t i o no fp i l e p i l e b u tn o tt h ei n t e r a c t i o no fp i l e sa n dm f i i nt h i s d a p e r an e wm e t h o dt h a t c o m b i n e dt h ef i n i t ee l e m e n tm e t h o d f e m a n dg e d d e s s o l u t i o nw a sp r e s e n t e d b yw h i c ht h ei n t e r a c t i o no fp i l e p i l e t h ei n t e r a c t i o no f r a f t p i l e sc o u l d b er e a l i z e d i nt h i sm e t h o d k i r c h h o f ft h i np l a t et h e o r yw a su s e dt om o d e l t h er a f t s p r i n g sw e r eu s e dt om o d e lt h ep i l e s a n df e mw a su s e dt oc a l c u l a t et h e l o a d sc a r r i e db ye v e r yp i l e a n dt h e n t h es e t t l e m e n tc o u l db ec a l c u l a t e db yg e d d e s s t r e s sm e t h o da c c o r d i n gt ot h el o a d sc a r r i e db ye v e r yp i l e t h u st h ei n t e r a c t i o no f r a f t p i l e sb a s e d o ng e d d e ss o l u t i o nw b sa c h i e v e db ys e t t i n gr ne l a s t i cr a f to n t h et o p s o f t h e p i l e s 2 i no r d e rt oe x a m i n et h ev a l i d i t yo ft h en e wm e t h o dp r e s e n t e dh e r e s o m e n u m e r i c a lm e t h o d s p r e s e n t e db y p o u l o s t aa n ds m a l l s i n h a c h o w y o n ga n ds h e n c l a n c y r a n d o l p hw e r ev o t e dt oc o m p a r ew i t h t h en e wm e t h o d t h e n t h e s e t t l e m e n tr u l e so f t h ep i l e d r a f tf o u n d a t i o n sw e r ea n a l y z e db yt h en e wm e t h o dw h e n s o m ep a r a m e t e r sv a r i e d t h e s ep a r a m e t e r sw e r el i s t e da sf o l l o w s t h el e n g t ho ft h e p i l e s t h ed i s t a n c eo f t h ep i l e s t h et h i c k n e s so ft h er a f t t h ey o u n g sm o d u l u so ft h e r a f t p o i s s o n sr a t i o no f t h es o i l w a t e rt a b l ea n dl o a dd i s t r i b u t i n g e t e 3 t h en e wm e t h o dp r e s e n t e dh e r ew a ss u g g e s t e dt ob ea p p l i e dt ol o n g p i l e s h o r t p i l ec o m b i n e df o u n d a t i o n s a n dt h er e a c t i o no ft h ep i l e sa n dt h es e t t l e m e n to f t h ef o u n d a t i o n sw e r e a n a l y z e d w h e n c o r r e s p o n d i n gp a r a m e t e r s v a r i e d s i m u l t a n e o u s l y t h r e ed i m e n s i o n a le l a s t o p l a s t i c a lf i n i t ee l e m e n tm e t h o dw a sa d o p t e d t oa n a l y z et h el o n g p i l e s h o r t p i l ec o m b i n e df o u n d a t i o n s t h ec o n t r a s tb e t w e e n t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h en e wm e t h o dw a sr e l i a b l e 4 t w o p r a c t i c a lc a s e sw e r ei n t r o d u c e d i nd e t a i l t h ef o u n d a t i o n so fw h i c hw e r e b o t h l o n g p i l e s h o r t p i l ec o m b i n e d f o u n d a t i o n s k e yw o r d s g e d d e ss o l u t i o n r a f t p i l e si n t e r a c t i o n p i l e dr a f tf o u n d a t i o n s g e d d e ss t r e s sm e t h o d a s s i g n e dc o e f f i c i e n to f t h e l o a d l o n g p i l e s h o r t p i l ec o m b i n e df o u n d a t i o n s i i 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解同濟(jì)大學(xué)關(guān)于收集 保存 使用學(xué)位論文的規(guī)定 同意如下各項(xiàng)內(nèi)容 按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版 本 學(xué)校有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版 并采用影印 縮印 掃描 數(shù)字化或其它手段保存論文 學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供 本學(xué)位論文全文或者部分的閱覽服務(wù) 學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國家有 關(guān)部門或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版 在不以贏利為目的的前 提下 學(xué)?？梢赃m當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部內(nèi)容用于學(xué)術(shù)活動 學(xué)位論文作者簽名 蓼拳吟 y r 年鄉(xiāng)月咖日 械淼繇彳功孜 一躲咩爭叼 礦r 年 月哆日 哆年 月厶日 同濟(jì)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文 是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下 進(jìn)行 研究工作所取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 本學(xué)位論文 的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的 已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的 作品的內(nèi)容 對本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集 體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任 由本人承擔(dān) 簽名 草 均 1 hfv 7 哆年 月肜日 第1 章緒論 1 1 概述 第1 章緒論 隨著社會的發(fā)展 人口越來越多 可供生存的國土面積相對減小 尤其像北京 上海 這樣的大城市 生活顯得異常擁擠 為了人類更好的生活 人類不斷地向三維方向開拓生 存空間 于是 一幢幢高樓拔地而起 并且向上越米越商 地f 室也越來越深 這樣直接 導(dǎo)致另外一個(gè)問題 地面負(fù)荷過大 地面沉降也隨之增大 特別是上海 江蘇 浙江 天 津等軟土地區(qū) 由于土質(zhì)較差 地面沉降會很明顯 為了控制地面沉降的發(fā)展 也是為了 城市的可持續(xù)發(fā)展 上海市建委于2 0 0 4 年頒布了開發(fā)超高層建筑的禁令 可見 高層建筑 引起的問題不僅是我們工程人員的事情 同時(shí)也引起了政府部門的高度重視 高層建筑的特點(diǎn) 一是豎向荷載大而集中 另一方面是重心高 對傾斜十分敏感 且 在風(fēng)和地震水平荷載下會產(chǎn)生巨大的傾覆力矩 故其對基礎(chǔ)的承載力 穩(wěn)定性 整體沉降 和差異沉降要求很高 因此 在軟土地基上建造高層建筑時(shí) 若采用天然地基上的淺基礎(chǔ) 即使是采用大筏板基礎(chǔ)亦往往不能同時(shí)滿足上述要求 而樁基礎(chǔ)則以其巨火的承載能力和 控制沉降的能力對各種地質(zhì)條件都有良好的適應(yīng)性 成為高層建筑的理想基礎(chǔ)型式1 樁基礎(chǔ)的理論發(fā)展到今天 不論是承載力理論 還是沉降計(jì)算理論 已經(jīng)形成一個(gè)百 家爭鳴 百花齊放的書面 最早是按承載力設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ) 也就是總荷載除以單樁承載力 就得到應(yīng)該使用的樁數(shù) 然而這種設(shè)計(jì)方法在以前是適用的 可到了晟近幾十年 就顯示 出一定的局限性 因?yàn)殡S著建筑物高度的增加 人類對周圍的生存環(huán)境要求越來越高 即 使整座大樓不會發(fā)生破壞 例塌等強(qiáng)度破壞現(xiàn)象 但是如果基礎(chǔ)發(fā)生較大的沉降 就會造 戒建筑物上部結(jié)構(gòu)的開裂 漏水等 為了讓建筑物更好的工作 為了人們的居住環(huán)境更加 安全 變形控制的設(shè)計(jì)思想逐漸走進(jìn)工程界和理論界的視野 變形控制的設(shè)計(jì)思想只所以能夠很快的為廣大的理論界和工作界所接受 還有經(jīng)濟(jì)方 面的因素 工程人員發(fā)現(xiàn) 如果按照傳統(tǒng)的強(qiáng)度控制的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行設(shè)計(jì) 用樁量很大 浪費(fèi)嚴(yán)重 實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)表明 上部結(jié)構(gòu)荷載并不完全是由樁來承擔(dān) 土也分擔(dān)其中的一 部分 那么樁土共同作用的思想逐漸形成 在經(jīng)濟(jì)因素和變形控制雙重思想的指引下 理 論界達(dá)成一種共識 土分擔(dān)一部分上部結(jié)構(gòu)荷載 樁既承擔(dān)上部荷載 又參與沉降控制的 作用 這樣就形成目前的 減少沉降樁基礎(chǔ) 1 1 1 2 1 1 3 1 沉降控制復(fù)合樁基 4 l 5 1 6 j 疏樁 基礎(chǔ) 1 7 1 嘲 9 1 塑性支承樁 等一系列復(fù)合樁基理論 理論研究和實(shí)測結(jié)果均表明 建筑物基礎(chǔ)的沉降 內(nèi)力以及基底反力的分布 除了與 地基因素有關(guān)之外 還受基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的制約 當(dāng)基礎(chǔ)為柔性基礎(chǔ)和剛性基礎(chǔ)兩種極端 情況時(shí) 基礎(chǔ)的沉降和基底反力分布差別很大 j 柔性基礎(chǔ)的抗彎剛度很小 它好比放在地上的柔軟薄膜 可以隨著地基的變形而任意 彎曲 基礎(chǔ)上任一點(diǎn)的荷載傳遞到基底時(shí)不能向旁邊擴(kuò)散分布 就像直接作用在地基上一 摘自 宰金珉 高層建筑基礎(chǔ)分析與設(shè)計(jì) 中國建筑工業(yè)出版社 2 0 0 1 第1 章緒論 樣 所以柔性基礎(chǔ)的基底反力分布與作用于基礎(chǔ)上的荷載分布完全一致 圖1 1 a 是基礎(chǔ) 上作用有均布荷載時(shí) 基礎(chǔ)的變形分布和基底反力的分布 在均布荷載的情況下 基底的 沉降是 中部大 邊緣小 由此可見 缺乏剛度的柔性基礎(chǔ) 由于無力調(diào)整基底的不均勻 沉降 就不可能使傳到基底的荷載改變其原來的分布情況 如果要使柔性基礎(chǔ)底面的沉降 趨于均勻 就要增大基礎(chǔ)邊緣的荷載 這時(shí)基礎(chǔ)的荷載與基底的反力分布如圖1 k b 所示 剛性基礎(chǔ)具有非常大的抗彎剛度 受荷后基礎(chǔ)不撓曲 因此 原來是平面的基底 沉 降變形后仍然保持平面 如果基礎(chǔ)的荷載重心通過基底形心 剛性基礎(chǔ)將迫使基底各點(diǎn)同 步 均勻下沉 這樣 中心荷載作用下的剛性基礎(chǔ)的基底反力的分布是 部間小 邊緣火 的馬鞍形分布 見圖1 2 由此可見 具有剛度的基礎(chǔ) 在迫使基礎(chǔ)均勻沉降的同時(shí)也使 基底壓力由中部向邊緣轉(zhuǎn)移2 啪pi 嘲 時(shí)姆搬 簿羹一 坤埒鳥魂陣 圖1 1 柔性基礎(chǔ)的基底反力和沉降分布圖1 2 剛性基礎(chǔ)的基底反力分布 理論界又發(fā)現(xiàn) 只考慮樁土筏三者共同作用的分析還不能足夠準(zhǔn)確的反映基礎(chǔ)的實(shí)際 工作情況 因?yàn)榈鼗?基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)是一個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)整體 基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)底部之間 的連結(jié)具有一定的剛度 如果忽略這部分剛度 等于忽略掉上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)底板的變形協(xié) 調(diào)能力與荷載傳遞能力 則基礎(chǔ)底部的受力性質(zhì)以及沉降分布勢必要有所改變 因此 為 了充分反映地基的力學(xué)性質(zhì) 必須考慮地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用 這方面的工作在 文獻(xiàn) 1 2 中得到比較充分的理論論述與實(shí)測數(shù)據(jù)檢驗(yàn) 楊敏教授1 13 j 也對上部結(jié)構(gòu)與樁筏基 礎(chǔ)共同作用作了深入的理論和試驗(yàn)研究 國外的 力叮a e s 塞爾瓦杜雷曾出專著介紹土與結(jié) 構(gòu)物的共同作用 1 4 宰金珉也對高層建筑地基礎(chǔ)的共同作用問題出過專著1 1 有限單元法在樁土筏共同作用的理論分析1 1 w 1 1 中也占居著重要地位 該方法的一貫作 法是首先對樁土筏進(jìn)行單元劃分 建立樁 土 筏三者的剛度矩陣 然后組合成總剛度矩 陣 并將作用在板上的荷載等效成節(jié)點(diǎn)荷載陣列 從而建立一個(gè)矩陣方程組 解這個(gè)矩陣 方程組就可以得到樁和土節(jié)點(diǎn)的沉降 然后根據(jù)位移方程 物理方程等公式求出筏扳的內(nèi) 力 在國外 各種數(shù)值方法的混合使用理論比較活躍 p o u l o s 提出了一種簡化的分析樁筏 基礎(chǔ)的數(shù)值分析方法 筏板用有限差分法處理 樁采用邊界元法分析 t aa n ds m a l l 提出 了分層土模型中的樁筏基礎(chǔ)的分析方法 分別采用有限層法和有限元法分析樁群和筏板 s i n h a 則是把有限元法與邊界元法結(jié)合起來對樁筏基礎(chǔ)進(jìn)行分析 c h o w y o n g a n ds h e n 提出 了一種分析樁土筏共同作用的方法 該法根據(jù)最小勢能原理分析樁筏基礎(chǔ)的性狀 筏板被 當(dāng)成彈性薄板置于被樁加固的彈性半空間土介質(zhì)上 筏板和樁的變形用有限數(shù)列表示 采 用變分法進(jìn)行分析 c l a n c y r a n d o l p h 曾提出一種分析樁筏基礎(chǔ)的混合法 該法把有限單 元法與荷載傳遞法結(jié)合在一起使用 分析樁與土相互作用時(shí)采用單樁的荷載傳遞法 分析 樁與筏相互作用時(shí)采用m i n d l i n 解 分析筏板時(shí)采用扳彎曲的有限單元法 這些數(shù)值分析 2 摘自四校合編 地基及基礎(chǔ) 第三版 中宦建筑工業(yè)出版杜 1 9 9 8 2 第1 章緒論 方法的正確性已經(jīng)得到理論及實(shí)踐的驗(yàn)證 為樁筏基礎(chǔ)的分析開辟了一個(gè)廣闊的思路a 但是地基基礎(chǔ)的研究 涉及到上部結(jié)構(gòu) 地基和基礎(chǔ)三者本身特性的結(jié)合 由于影響 因素眾多 互相結(jié)合成一個(gè)整體進(jìn)行研究 難度非常之大 特別是因?yàn)榈鼗潦侨嘟橘|(zhì) 且具有分層 陛 力學(xué)參數(shù)不確定性等因素在里面 更為準(zhǔn)確計(jì)算基礎(chǔ)的沉降量增添了難以 解決的困難 然而國內(nèi)外已有不少實(shí)際工程的監(jiān)測數(shù)據(jù) 1 1 1 8 1 1 9 j 和模型試驗(yàn)口 2 t 1 1 2 2 為工 程設(shè)計(jì)和理論研究提供了寶貴的技術(shù)資料 1 2 樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算方法 樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算理論發(fā)展至今天 己經(jīng)形成了如下幾種常用的沉降計(jì)算模型 1 實(shí)體深基礎(chǔ)法 又叫等代墩基法 該法是國內(nèi)1 9 8 9 年前地基基礎(chǔ)規(guī)范推薦的 方法 同時(shí)也是國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 建筑樁基技術(shù)規(guī)范 2 3 推薦的方法之一 且仍被上海市 地 基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 d o j 0 8 1 i 1 9 9 9 采用 其模型是把群樁 樁間土 筏板三者作為一個(gè) 有機(jī)整體 在上部荷載的作用下整體下沉 其優(yōu)點(diǎn)是 容易理解 計(jì)算簡便 能夠手算 缺點(diǎn)是 不論樁數(shù)多少 樁距多大 都把樁土筏作為一個(gè)整體進(jìn)行研究 不能考慮其中的 每根樁的不同情況 不能計(jì)算沉降與樁數(shù)的關(guān)系 2 簡易理論法 該法是由董建國1 12 j 在1 9 8 9 年提出的樁筏基礎(chǔ)最終沉降量計(jì)算方 法 該法理論簡明 能夠手算 計(jì)算參數(shù)易于確定 該法是在實(shí)體深基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上發(fā) 展而來的 3 荷載傳遞法 又稱傳遞函數(shù)法 s e e d r e e s e 1 9 5 5 首先提出了荷載傳遞法 他們根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果 提出了樁側(cè)摩阻力與位移之間的關(guān)系 在此基礎(chǔ)上c o y l e r e e s e 1 9 6 6 提出了軟粘土中的荷載沉降曲線 c o y l e s u l a i m a n 確定了砂土中樁側(cè)剪應(yīng)力 與位移之間的關(guān)系 即所謂的t z 曲線 傳遞函數(shù)法是將樁離散成許多單元 樁單元與土用非線性彈簧連接 這種彈簧的力與 位移之間的關(guān)系就是傳遞函數(shù) 4 剪切位移法 這個(gè)方法把在豎向荷載作用下樁的沉降分成樁身和樁尖變形兩部 分 樁身變形是假定受荷樁周圍土的變形 理想化作同心圓柱體建立 樁底 變形用布西 奈斯克 o u s s i n e a q 角求得 該方法首先由c o o k e 在1 9 7 4 年通過試驗(yàn)證明并提出 此法可 計(jì)算群樁樁數(shù)和沉降的關(guān)系 但其參數(shù)不易確定 國內(nèi)應(yīng)力較少 5 廣義剪切位移法 該方法在國內(nèi)由宰金珉提出 具體參考文獻(xiàn) 該法將樁 身離散為桿單元 對群樁與土相互作用大系統(tǒng)中樁周土近場高應(yīng)變區(qū)用解析化的廣義剪切 位移法描述其非線性剪切位移場 對牌遠(yuǎn)場低應(yīng)變區(qū)的大部分土體則采取半解析半數(shù)值的 有限層方法 經(jīng)增量法建立群樁與土和承臺非線性共同作用分析半解析半數(shù)值方法 6 彈性理論法 這是以明特林0 n d l 蛐解h 目為基礎(chǔ)的一種樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算方法 在實(shí)際應(yīng)用中該法叉發(fā)展為兩種方法 以m i n d l i n 應(yīng)力基本解為基礎(chǔ)的蓋特斯 g e d d e s 應(yīng)力法 4 6 以m i n d l i n 位移基本解為基礎(chǔ)的波勒斯 p o u l o s 位移法h 目前該法在國內(nèi) 應(yīng)用較多 但因?yàn)楣椒爆?無法進(jìn)行手算 多以計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn) 7 有限單元法 該方法要求建立起樁 土 筏的剛度矩陣 求解很大的矩陣方程 組 適合借助于計(jì)算機(jī)編程序計(jì)算 3 第1 章緒論 1 3 本課題研究的主要內(nèi)容 1 w y s h e n y k c h o wa n dk y y o n g 曾提出基于m i n l i n 彈一陛理論實(shí)現(xiàn)樁筏共同作用 的方法p 但是由于m i n l i n 理論公式比較復(fù)雜 國內(nèi)普遍采用比較簡化的g e d d e s 應(yīng)力解 進(jìn)行分析 然而g e d d e s 應(yīng)力法雖然實(shí)現(xiàn)了樁與樁之間的相互作用 由于沒有考慮筏板的剛 度 卻無法實(shí)現(xiàn)樁與筏板的共同作 h j 本課題就是在g e d d e s 應(yīng)力解的基礎(chǔ)上 將薄板彎曲 的有限單元法與g e d d e s 應(yīng)力解結(jié)合在一起 提出分析樁筏基礎(chǔ)的新方法 實(shí)現(xiàn)了樁與筏扳 之間的共同作用 2 以具體工程為基礎(chǔ) 與國外其他數(shù)值方法進(jìn)行對比 分析本文方法計(jì)算樁筏基礎(chǔ) 沉降時(shí)的合理性 3 根據(jù)本文提出的方法 對同種樁型的樁筏基礎(chǔ)和長短樁組合樁基礎(chǔ)進(jìn)行受力變形 分析 總結(jié)了基礎(chǔ)沉降 樁頂反力隨樁長 樁間距 基礎(chǔ)板厚度 彈性模量 十泊松比 地下水 i 7 埋深 樁的端阻比以及荷載分布形式等參數(shù)的變化規(guī)律 4 采用三維彈塑性有限元法分析長短樁組合樁基礎(chǔ)的受力變形機(jī)理 發(fā)現(xiàn)長短樁組 合樁基礎(chǔ)中的長樁軸力產(chǎn)生負(fù)摩阻力并分析其產(chǎn)生的原因 并與本文方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行 對比 4 第2 章g e d d e s 應(yīng)力法在樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算中的理論模型 第2 章g e d d e s 應(yīng)力法在樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算中的理論模型 目前在國內(nèi)的理論界和工程界應(yīng)用最廣的一種樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算方法就是基于明特林 m i n d l i n 彈性理論解的方法 而由該法延伸出來兩個(gè)分支 即蓋特斯 g e d d e s 應(yīng)力法和 波勒期 p o u l o s 位移法 其中蓋特斯 g e d d e s 應(yīng)力法的應(yīng)用更為廣泛 不但理論界普 遍采用 上海市 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 d o j 0 8 1 1 1 9 9 9 和 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 g b 5 0 0 7 2 0 0 2 也都明確規(guī)定把該法作為樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算的一種方法 下面簡要介紹 g e d d e s 應(yīng)力法的理論模型 一 g e d d e s 應(yīng)力法計(jì)算地基中的附加應(yīng)力 m i n d l i n 應(yīng)力基本解在半無限彈性均勻介質(zhì)中某一深度處施加 點(diǎn)荷載 求得半無限體 中任意一點(diǎn)處的產(chǎn)生的應(yīng)力 g e d d e s 應(yīng)力法是基于m i n d l i n 應(yīng)力基本解推導(dǎo)出來的單樁荷 載在地基中產(chǎn)生的附加贏力 并考慮群樁應(yīng)力的疊加 得出地基中任意一點(diǎn)處的總的附加 應(yīng)力 然后按照分層總和法求得基礎(chǔ)沉降 p b q 母 缸 縣母 p t r 一旦j q n n 口l r j 叫h j z 圖2 1 單樁荷載的分布圖 其中的單樁樁頂荷載q 分為三部分 樁端集中荷載最 沿樁身均勻分布的荷載p 沿樁身線性增長的分布荷載只 見圖2 1 且有如下關(guān)系 q 只 只 2 1 e a o 2 2 p q 2 3 只 1一程一聲 g 2 4 其中口 分別為樁端阻力 樁側(cè)均布摩阻力的荷載分配系數(shù) 在三種力作用下 土c o 任意一點(diǎn) z 處的豎向附加應(yīng)力吒可表示為 第2 章g e d d e s 鹿力法在樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算中的理論模型 吒 吒 吒 最厶 p 暑 r q c g 融 1 一a 歷l r 2 5 式中 上為樁的入七深度 厶 分別為樁端荷載 矩形分布摩阻力分擔(dān)的荷載 和三角形分布摩阻力分擔(dān)的荷載作用下地基中任一點(diǎn)的豎向應(yīng)力影響系數(shù) 志 一掣 學(xué)一掣一塹燮掣 咝型一丁3 0 m m 1 3 2 6 一 三一 一20 a 2 2 b 2 1 2 xm一2 n2 m n2 一 二絲塑型望 笙 4 1 i mln m2 8 口 1 一 l ab 3 f a 3 f 4 m i 塒 1 月 n l 力 2 一 4 m2 n 2 6 m 2 塒4 1 1 4 i n 2 b 3f 5 1 5 i n 2 礦 一f 2 7 4士j一劌 2 2 u 4m 1 2 1 2 0 1 m m2 n2一 2 1 2u m3 n 2 8 2 u m 竺 墮二 z 4 8 f i 一 f ab f 4 u n 2 m 4 m 3 1 5 n 2 m 2 5 i 2 u m n 2 m 1 3 一 m 1 3 2 7 2 1 a m n 2 6 m 3 f 2 5 2 1 a m n 2 m 3 幽生半幽一型型掣一2 2 u inbf 等 掣 5 ii 一i i l f 式中 量 研 量 a 2 圖所示 為士的泊松比 2 8 2 聊一1 2 b 2 n 2 珊 1 2 f 2 a 2 b 2 z 和l 如 上海地區(qū)一般取0 4 在按式 2 5 求得單樁f 引起的附加應(yīng)力o l 后 對于由k 根樁組成的樁基 樁端平 面以下地基中任一點(diǎn)z 的豎向應(yīng)力可按下式表示 k o z2 己吒f i l 2 9 二 荷載分配系數(shù)的口 確定方法 j 常規(guī)法 以往求解荷載分配系數(shù)口 的常規(guī)方法是 假定樁為剛性不可壓縮體 任取樁身范圍 r 4a b 兩點(diǎn) a o a b o b 如圖2 2 所示 令此兩點(diǎn)沉降與周圍土體一致 由此可得 到兩個(gè)位移協(xié)調(diào)方程 聯(lián)立求解即可求出未知數(shù)口 求解過程中樁端集中力在樁端點(diǎn)處 引起的應(yīng)力為無窮大 出現(xiàn)極點(diǎn)現(xiàn)象 所以需要取樁端附近某點(diǎn)來近似代替樁端點(diǎn) 但是 由于g e d d e s 方法本身存在很多理想化的假定 隨著所謂 任意點(diǎn) 的選取不同 求出的結(jié) 果也很懸殊 尤其是樁端處極點(diǎn)的存在 更增加了誤差 文獻(xiàn) 2 5 分析了此類方法的缺陷 6 第2 章g e d d e s 應(yīng)力法在樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算中的理論模型 圖2 2 單樁分析簡圖 簡化法 由于影響荷載分配系數(shù)口 的因素中 不儀有荷載水平 基礎(chǔ)尺寸大小 樁的躍細(xì)比 還包括樁端持力層的壓縮模量 影響因素眾多 考慮起來比較復(fù)雜 應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ痰膶?shí) 測資料統(tǒng)計(jì)確定 為了計(jì)算上的簡便 目前經(jīng)常使用的方法是經(jīng)過簡化而來的模型 即舍 去單根樁的實(shí)際工作機(jī)理不管 假定相同的樁型的每根樁都具有相同的荷載分配系數(shù) 在 此條件下求地基中的附加應(yīng)力 根據(jù)上海市標(biāo)準(zhǔn) 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 通常情況下取 0 口值取樁端阻力除以單 根樁的承載力 即樁的端阻比 也就是按式 2 1 0 求出 艫p p b 厶f 紅p a p 歷 2 m 口的取值范圍在 o l l z l 日q 口 o 對應(yīng)于純摩擦樁情況 口 1 對應(yīng)于端承樁情況 s 2 丸臺臺n 百o j i a h i 沼 式中 5 樁基最終計(jì)算沉降量 m m 用段的壓縮模量m p a 吩 樁端平面下第j 層土的計(jì)算分層數(shù) 樁端平面下第j 層土的第i 個(gè)分層厚度 m 盯 樁端平面下第j 層土第i 個(gè)分層的豎向附加應(yīng)力 丘p 口 7 第2 章g e d d e s 應(yīng)力法在樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算中的理論模型 r p 樁基沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 壓縮層厚度的確定 壓縮層厚度的確定按照上海市標(biāo)準(zhǔn) 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 4 第6 4 3 條的規(guī)定 壓縮 層厚度自計(jì)算點(diǎn)所處樁位的樁端平面算至士層附加壓力等于土層自重壓力的1 0 處 r 四 g e d d e s 應(yīng)力法的特點(diǎn)分析 g e d d e s 應(yīng)力法計(jì)算地基中任意一點(diǎn)的附加鷹力比較方便 并且計(jì)算附加應(yīng)力時(shí)不用考 慮地基土的分層性 而根據(jù)分層總和法計(jì)算基礎(chǔ)沉降時(shí) 又可以考慮土的分層性 因此應(yīng) 州起來比較方便 但是不足之處是不能考慮基礎(chǔ)板的剮度 只能把基礎(chǔ)扳當(dāng)成一個(gè)絕對柔 性板 讓各樁均分上部荷載 與實(shí)際地基反力的分布有所不符 因此需要改進(jìn) 第3 章基丁g e d d e s 解答的筏板一樁共同作用的理論分析 第3 章基于g e d d e s 解答的筏板一樁共同作用 的理論分析 w y s h e n y k c h o wa n dk y y o n g 曾提出根據(jù)m i n l i n 彈性理論實(shí)現(xiàn)樁筏共同作用的分 析方法口 但是由于m i n l i n 理論公式比較復(fù)雜 理論界較多采用比較簡化的g e d d e s 應(yīng)力 解進(jìn)行分析 而g e d d e s 應(yīng)力法雖然實(shí)現(xiàn)了樁與樁之間的相互作用 由于沒有考慮筏板的剛 度 無法實(shí)現(xiàn)樁與筏板的共同作用 本章在g e d d e s 應(yīng)力解的基礎(chǔ)上 將薄板彎曲的有限單 元法與g e d d e s 應(yīng)力解結(jié)合在一起 提出分析樁筏基礎(chǔ)的新方法 該方法用k i r c h h o f f 薄板 理論模擬筏板 用彈簧模擬樁 采用有限單元法計(jì)算出每根樁分擔(dān)的荷載 然后再根據(jù) g e d d e s 府力解計(jì)算基礎(chǔ)沉降 這樣 通過在群樁的頂部加上彈性板 基于g e d d s 解答 不 但實(shí)現(xiàn)了樁與樁之間的相互作用 同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了樁與筏板之間的共同作用 該方法不但能夠分析兩三百根樁這樣大規(guī)模的樁筏基礎(chǔ) 還能夠分析計(jì)算基礎(chǔ)形狀比 較復(fù)雜 地層比較復(fù)雜的樁筏基礎(chǔ) 3 1 基本原理 用薄板理論的有限單元法分析彈性地基上的基礎(chǔ)板時(shí) 先將基礎(chǔ)板離散成若干單元 各單元只在節(jié)點(diǎn)上相互連接 由于相鄰單元之間有法向力和力矩的傳遞 所以必須將節(jié)點(diǎn) 當(dāng)作剛接的 在節(jié)點(diǎn)上保持變位的連續(xù)性和力的平衡 以節(jié)點(diǎn)的變位為基本未知數(shù)建立板 的剛度矩陣 再根據(jù)樁位建立樁群的剛度矩陣 最后將基礎(chǔ)板的剛度矩陣和樁群的剛度矩 陣集臺成樁筏基礎(chǔ)的總剛度矩陣 根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件和平衡條件求解矩陣方程 得到節(jié)點(diǎn) 的位移 然后由 1 點(diǎn)位移求得基底反力 樁頂反力以及基礎(chǔ)內(nèi)力 一 基礎(chǔ)的剛度矩陣 對于各向同性基礎(chǔ)板 采用k i r c h h o f f 的薄板小撓度經(jīng)典理論 具體內(nèi)容可參考文獻(xiàn) 2 6 基礎(chǔ)板采用三角形板單元進(jìn)行離散 首先對離散后的三角形單元建立剛度矩陣 再 將各單元剛度矩陣整合 就可以得到基礎(chǔ)板的總剛度矩陣 k 這一部分可參考文獻(xiàn) 2 7 二 群樁的剛度矩陣 單樁模型采用文克勒 e w i n k l e r 彈簧模型 w i n k l e r 模型把樁看成一根根相互獨(dú)立 的彈簧 任一樁樁頂所受的壓強(qiáng)p 只與該樁頂?shù)淖冃文_成正比 n p 不影響該點(diǎn)以外的地 基變形 這種關(guān)系可用下式表達(dá) p k c o 3 1 式中k 樁的彈簧系數(shù) 表示產(chǎn)生單位變形所需的壓強(qiáng) 脅 朋3 一日 樁德確定 就可以建立相應(yīng)的群樁的剛度矩陣j 足 于是樁頂力與樁頂位移之 間的關(guān)系可寫成 9 第3 章基于g e d d e s 解答的筏板 樁共同作用的理論分析 p k 3 2 將群樁的剛度矩陣與筏板的剮度矩陣相合并 即可建立樁筏基礎(chǔ)總的剛度矩陣 足 則有 置 b k 3 3 設(shè)等效節(jié)點(diǎn)荷載列陣為 q 根據(jù)節(jié)點(diǎn)平衡條件有 耳 巧 i x 國 2 q 3 4 叫譬三 b s 巧 i 3 5 l 吒 k j 叫與 毛 9 e 的剛度矩陣 k 作為判斷收斂的指標(biāo) 而 硨 收斂的過程也就是求解式 3 4 的迭代 過程 具體思路如下 一旦筏板網(wǎng)格剖分完成 那么筏板的總剛度矩陣 髟 便固定不便 成為一個(gè)定值 只有群樁的剛度矩陣 巧 和節(jié)點(diǎn)位移列陣 國 隨迭代次數(shù)而改變直至收 按g e d d e s 彈性理論法計(jì)算初始的基礎(chǔ)沉降 國 然質(zhì)用各樁分擔(dān)的荷載除以各樁的沉降 就得到樁的初始剛度矩陣 巧 取 群 中對角線上的元素形成樁的等效剛度矩陣 巧工 將 巧 代入式 3 4 中經(jīng)第一次計(jì)算可得到新的節(jié)點(diǎn)位移向量 國 將樁節(jié) 薹 童墨王魚 塑 豎篁塑壟墾二壁基匣堡旦墼壟笙坌塹 點(diǎn)位移與 k 相乘就得到經(jīng)第一次迭代后得到的樁頂反力向量 q 得到新的樁頂反 力后 再按照g e d d e s 應(yīng)力法計(jì)算出基礎(chǔ)沉降 翻 q 除以 卯 就得到新的樁的剛度矩 陣 k 1 取 世 中對角線上的元素形成等效剛度矩陣 巧 將 k 代入式 3 4 中又可以得到經(jīng)第二次計(jì)算可得到新的節(jié)點(diǎn)位移向量 鯽 2 如此往復(fù)迭代 直至所有樁 中兩次計(jì)算得到的單樁剛度之差絕對值的最大值小于前一次單樁剛度的0 0 l 倍 即滿足式 3 7 時(shí)表示計(jì)算收斂 迭代結(jié)束 這時(shí)的節(jié)點(diǎn)位移向量就表示基礎(chǔ)的最終位移 1 板越厚 基礎(chǔ)總體沉降值越大 這是因?yàn)榘逶胶?基礎(chǔ)自重越大 則基 底的附加荷載越大 從而造成總沉降越大 板越厚 沉降越均勻 差異沉降越小 這說 明大剛度的板對調(diào)節(jié)基礎(chǔ)差異沉降效果顯著 由圖3 1 1 b 可以看出 樁頂反力分布為中間小 兩邊大 呈馬鞍形 隨板厚度增 加 這種分布規(guī)律更加明顯 板越厚 基礎(chǔ)自重荷載越大 從而樁頂反力越大 對于板厚 0 1 m 的情況 不論是基礎(chǔ)沉降還是樁頂反力都呈現(xiàn)出與眾不同的特點(diǎn) 基礎(chǔ)板的差異沉降非常大 板中心點(diǎn)處的沉降比厚1 5 m 的板還要大 而邊緣處的沉降 值則比較合理 樁頂反力的分布比較均勻 稍微呈現(xiàn)出中心樁最大 越靠近邊緣越小的 趨勢 這兩個(gè)特點(diǎn)都與圖中無剛度板的沉降與反力分布趨勢相同 只是不論沉降值還是反 力值都小于無剛度板 說明厚0 1 m 的板剛度非常小 近乎一個(gè)絕對柔性的板 其抵抗變 形的能力非常低 沒有調(diào)整整個(gè)基礎(chǔ)使其協(xié)調(diào)變形的能力 根據(jù)圖3 1 1 b 中的數(shù)據(jù) 可以求出在不同板厚情況下各樁的樁頂反力與平均樁頂反力 的比值p 只 其分布規(guī)律見圖3 一1 2 板厚t 取2 o r e 1 5 m 1 o m 和o 8 m 時(shí)曲線基本上 是重合的 說明這四種厚度板的工作性質(zhì)是相似的 都表現(xiàn)出剛性板的特征 圖3 1 2 樁頂反力與平均樁頂反力之比隨板厚度的變化 二 樁距對基礎(chǔ)沉降 樁頂反力的影響 在其他條件保持不變的情況下 改變樁間距e 則樁筏基礎(chǔ)的受力情況會有所改變 圖3 1 3 是當(dāng)樁間距s 3 d 4 d 5 d 6 d 時(shí) 也就是磚 1 2 m 1 6 m 2 o m 2 4 m 時(shí)基礎(chǔ)沉降 第3 章基于g e d d e s 解答的筏板一樁共同作用的理論分析 和樁頂反力的變化 可以看出 基礎(chǔ)沉降隨樁間距的減小而增火 這是由于隨著間距的增大 樁與樁之間 的相互影響變小的緣故 當(dāng)樁間距小于2 米 5 倍的樁徑 時(shí) 樁項(xiàng)反力呈 角樁最大 邊 樁次之 中心樁最小 的規(guī)律 這與彈性板或目 性板得到的規(guī)律是一致的 而當(dāng)樁間距人 于5 倍的樁徑時(shí) 中心樁的樁頂反力最大 角樁最小 表現(xiàn)出柔性板的工作性質(zhì) 當(dāng)樁間 距等于5 倍的樁徑時(shí) 樁頂反力的分布幾乎警一條直線 所有樁的樁項(xiàng)反力都相等 這種 分布規(guī)律可以用式 3 8 所示的筏板的相對日 度來解釋 當(dāng)取板和土的彈性模量分別為 3 0 0 0 0 m p a 和2 0 m p a 土的泊松比取o 4 當(dāng)板的寬度b 變化時(shí) 可以根據(jù) 3 8 式計(jì)算 山板的相對剛度 見表3 6 表3 6 板寬與板的相對剛度 fb m 1 0 61 3 81 72 0 2 i 0 0 3 70 0 1 7o o l0 0 0 5 因?yàn)楫?dāng)筏板的相對剛度k r o 0 1 時(shí)就具有一定的日4 度 當(dāng)繇 o 0 1 時(shí)表現(xiàn)出的是 絕對柔性板 因此圖3 1 3 b 中的計(jì)算結(jié)果與趙錫宏的理論結(jié)果是一致的 2 0 3 0 童4 0 矬5 0 蛋6 0 鞘7 0 p lp 2 樁位標(biāo)號i p 3p 4p 5 1 8 0 一 9 0 o a 基礎(chǔ)沉降隨樁間距的變化 1 4 1 2 富 l 是o 8 山o 6 o 4 i 0 l 一一一一一 j p 1p 2p 3p 4p 5 l 樁位標(biāo)號l j b 樁頂反力隨樁間距的變化 圖3 1 3 三 基礎(chǔ)板的彈性模量對沉降和樁頂反力的影響 一抽c暑嘶如一 一咀1 2 2 一 一s s s s i 蘭 第3 章基丁g e d d e s 解答的筏板一樁共同作用的理論分析 由基礎(chǔ)板的抗彎剛度公式 瓦而e t 3 可知 基礎(chǔ)板的剛度矩陣與板的厚度 板 材料的洎松比v 和彈性模量e 有關(guān)系 這里取 o 5 m v 0 2 研究彈性模量的變化 混凝土的強(qiáng)度等級對應(yīng)的彈性模量見表3 7 3 表3 7 混凝土彈性模量 1 0 4 n m m 2 當(dāng)基礎(chǔ)板的材料采用強(qiáng)度等級為c 1 5 c 3 0 c 5 0 c 8 0 的混凝土?xí)r 基礎(chǔ)沉降和樁頂反 力的變化見圖3 1 4 可以看出 當(dāng)混凝凝強(qiáng)度等級從低到高變化時(shí) 基礎(chǔ)邊緣與基礎(chǔ)中心 點(diǎn)處的差異沉降逐漸變小 角樁與中心樁的樁項(xiàng)反力差別逐漸變大 這說明隨著混凝土強(qiáng) 度等級的升高 板的剛度越來越大 表現(xiàn)出向剛性板發(fā)展的趨勢 只是僅僅由基礎(chǔ)板彈性 模量的變化 還不足以對筏板的相對強(qiáng)4 度有太大的影響 所以基礎(chǔ)沉降和樁項(xiàng)反力的變化 也不是非常明顯 逼 世 蟪 褪 捌 樁位標(biāo)號 p 2p 3p 4p 5 a 基礎(chǔ)沉降隨混凝土標(biāo)號的變化 b 樁頂反力隨混凝土標(biāo)號的變化 圖3 1 4 3 摘自 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 g b s 0 0 1 0 2 0 0 2 第4 15 條 2 5 f 司i f h c 3 0 l l c 5 0 i l 1 一c 8 0 1 f 陽訖m而弼 跎弘 s 面 唧墮 一事鏖 一 第3 章基于g e d d e s 解答的筏板一樁共同作用的理論分析 四 土的泊松比對沉降和樁項(xiàng)反力的影響 因?yàn)榉ぐ宓南鄬偠扰c十的泊松比有關(guān) 并且豎向應(yīng)力影響系數(shù)也與與土的泊松比有 關(guān) 那么當(dāng)十的泊松比發(fā)生變化時(shí) 地基中任一點(diǎn)的豎向附加應(yīng)力也會發(fā)生變化 最終導(dǎo) 致沉降變化 圖3 1 5 是當(dāng)土的泊松比分別取0 2 0 3 0 4 0 5 時(shí)基礎(chǔ)沉降與樁頂反力的 變化 可以看出 當(dāng)土層泊松比增大時(shí) 基礎(chǔ)沉降也增大 而且沉降分布形態(tài)完全一致 見圖3 1 5 曲 但樁頂反力的火小而基本上沒有發(fā)生變化 見圖3 1 5 b a 基礎(chǔ)沉降隨土層泊松比的變化 b 樁頂反力與平均樁頂反力之比隨土層泊松比的變化 圖3 1 5 五 樁長對抗降和樁頂反力的影響 荷載一定 面當(dāng)樁的長度時(shí) 基礎(chǔ)沉降會發(fā)生變化 且變化的幅度大小與持力層的力 學(xué)性質(zhì)有關(guān) 圖3 一1 6 是當(dāng)樁的長度分別為2 0 m 2 3 m 2 6 m 3 i m 時(shí)基礎(chǔ)最大沉降的變化 四種樁長對應(yīng)的樁端持力層分別為5 1 a 層 5 1 b 層 6 層和7 1 層 基礎(chǔ)沉降則由于樁長 的增加而逐漸減小 當(dāng)樁端持力層為7 1 層時(shí) 由于7 1 層 質(zhì)的壓縮模量相對比較大 基礎(chǔ)沉降得到較好的控制 只有l(wèi) o 5 r a m 這說明本文方法對土層的壓縮模量比較敏感 二毯一 第3 章基于g e d d e s 解答的筏板一樁共同作用的理論分析 樁長 m 1 童 3 0 糞 5 0 蒸 9 0 l 2 0l 2 3l 2 6l 3 1 沉降 r a m 8 44 2 22 931 05 圖3 1 6 基礎(chǔ)沉降隨樁長的變化 六 基礎(chǔ)沉降隨地下水位埋深的變化規(guī)律 圖3 1 7 給出的是基礎(chǔ)沉降隨地下水位埋深變化的曲線圖 可以看出 基礎(chǔ)沉降隨水位 的降低 h 值增大 而變小 當(dāng)?shù)叵滤坏陀? 倍的樁長 4 0 m 以后 基礎(chǔ)沉降不再與 水位有關(guān) 呈一水平直線 然而常識告訴我們 當(dāng)?shù)叵滤唤档蜁r(shí) 由于地基土隨時(shí)間的 固結(jié)作用 基礎(chǔ)的沉降應(yīng)該是加大 而不是減小 2 8 因此這種計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況有矛盾 之處 下面對這一現(xiàn)象的機(jī)理進(jìn)行分析 從而找出理論上的不完善之處 6 0 噌6 5 婁7 0 鎣7 5 鏜 蝴8 0 8 5 一 地下水位埋深 m 0 52 55 51 02 0 圖3 1 7 基礎(chǔ)沉降隨地下水位埋深的變化曲線 附加總荷載公式的推導(dǎo) 筆者在基礎(chǔ)沉降分析中發(fā)現(xiàn) 現(xiàn)有地基礎(chǔ)沉降計(jì)算理論中 附加應(yīng)力的計(jì)算公式與實(shí) 際情況有不符之處 關(guān)鍵是對水浮力怎樣考慮的問題 現(xiàn)就這一問題進(jìn)行分析 規(guī)范指出 4 1 基底處的附加荷載等 f 上部荷載與基礎(chǔ)自重之和 減去水浮力和挖去的 土重 按此規(guī)定 可推導(dǎo)出圖3 1 8 所示基礎(chǔ)的附加荷載 假定基底坐落在第二層土上 d l 室內(nèi)外高差 d 一基底埋深 島 乃 第一層土的厚度和蘑度 以 第二層 第3 章基于g e d d e s 解答的筏板 樁共同作用的理論分析 土的厚度和重度 九 地下水位埋深 f 上部荷載的重量 g 基礎(chǔ)自重 則基底的附加總荷載為 加 f g 一略一吒 f g 一 乓 f 土 式中 加 基礎(chǔ)附加總荷載 略 基礎(chǔ)受到的總浮力 吐 基礎(chǔ)埋深范圍內(nèi)挖去的土的重量 具體計(jì)算如下 a d h w 心 吐 彳 n 丸 n y w 魚一k 兒一凡 d 一 一 門 啊 以 d 一曩 一 d 一九 辱 f 土2 爿 n h 以一 矗一k 心一 d 一 4 i t 啊 托 d 一紅 1 f 附加 f g 一嚕一丘 f g a n 矗 兒 d 一向 1 3 1 2 由式 3 1 2 可以看出 基礎(chǔ)的附加總荷載與水位埋抹沒有關(guān)系 圖3 1 8 基礎(chǔ)附加荷載計(jì)算簡圖 壓縮層厚度的變化 壓縮層厚度的確定按照上海市標(biāo)準(zhǔn) 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 d g j 0 8 1 1 1 9 9 9 第6 4 3 條的規(guī)定 壓縮層厚度自計(jì)算點(diǎn)所處樁位的樁端平面算至土層附加壓力等于土層自重壓力 的1 0 處止 由式 3 1 2 知 當(dāng)?shù)叵滤唤档蜁r(shí) 基底的附加總荷載不變 從而土中任 意一點(diǎn)的附加應(yīng)力也不變 而由于水位的降低 土的自重應(yīng)力卻在增大 因此造成壓縮層 厚度變小 國家標(biāo)準(zhǔn) 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 g b j 5 0 0 0 7 2 0 0 2 2 9 確定地基沉降計(jì)算深 度z h 時(shí)按照下式確定 苧 a s 0 0 2 5 a s 3 1 3 第3 章基于g e f l d e s 解答的筏攝一樁共同作用的理論分析 式中 一為在計(jì)算深度范圍內(nèi)第f 層土的計(jì)算沉降值 s 為在由計(jì)算深度向上取一 定厚度時(shí)的土層計(jì)算沉降量 表3 8 和圖3 一1 9 是分別按照國家規(guī)范和上海規(guī)范計(jì)算的土層的壓縮層厚度隨地下水位 埋深的變化計(jì)算結(jié)果 表3 8 壓縮層厚度隨地下水位埋深的變化 m 水位埋深 m 0 5 2 55 51 0 2 04 06 0 國家規(guī)范1 0 7 2 l o 2 29 5 28 4 26 5 2 5 3 25 3 2