考慮樁土滑移的超長樁沉降非線性算法

摘要：考慮超長樁樁周土體加工軟化和加工硬化等不同性狀，采用三折線荷載傳遞模型模擬其豎向荷載下樁側傳遞規(guī)律，并以理論τz曲線描述樁側界面樁土接觸非線性。在此基礎上，針對荷載傳遞過程中樁土滑移現象，對超長樁及樁周土分別建立單元進行離散化處理，根據樁土體系平衡條件得出樁土體系剛度矩陣方程及其迭代求解流程，從而提出了可考慮樁土滑移的超長樁沉降計算非線性分析算法與現場試樁實測數據對比表明，本文方法計算值與實測值基本吻合，可供工程實踐參考



關鍵詞：超長樁；荷載傳遞模型；相對滑移；剛度矩陣法；迭代法

中圖分類號： U443.15 文獻標識碼：A

對于超長樁目前尚無明確定義，通常指樁長(z＞50 m)較長，基樁承載力主要由樁側阻所提供的樁［1-2］，而隨著我國深厚軟土區(qū)（沿海地區(qū)及內陸湖區(qū)）高層建筑及大型跨江、跨海橋梁工程的大量興建，大量樁基工程樁長已遠遠超出50 m的范疇，深度過百m的已不在少數，如蘇通長江大橋百m長樁就有410根［3］.超長樁基樁承載力非常高，在正常工作荷載下，僅有部分樁側摩阻力充分發(fā)揮，但高層建筑或大型橋梁工程對沉降要求極為嚴格，沉降量往往成為控制超長樁承載能力的首要指標，因此研究超長樁荷載沉降關系具有重要的工程意義.

合理地模擬超長樁荷載傳遞規(guī)律是研究超長樁荷載沉降關系的關鍵因素.大量研究表明，眾多深厚軟土區(qū)超長樁樁周土層由表面硬殼層、淤泥層、軟土層等性質差異巨大的土層組成，在荷載作用下將出現硬化及軟化等不同的屈服特性，且在荷載傳遞過程中，樁與土的變形往往不協調，即出現明顯的樁土滑移現象，鑒于上述原因，導致超長樁的傳力體系十分復雜，目前工程應用一直采用半經驗半理論的方法［4］.

針對上述情況，本文在討論超長樁荷載傳遞模型的基礎上，采用剛度矩陣法對超長樁的沉降進行非線性求解，建立了一種可較全面地考慮樁周土體的成層性及非線性、樁土滑移現象的超長樁沉降計算方法，為工程計算提供參考.

5 結論

考慮超長樁樁側土體的成層性及不同的屈服特性，分別采用三折線模型及雙曲線模型描述超長樁樁側及樁端的荷載傳遞規(guī)律引入樁土滑移概念及τz理論曲線，對超長樁及樁周土分別劃分單元進行離散化，建立了其整體剛度矩陣，并采用迭代法進行求解，從而提出了可模擬樁土滑移的超長樁非線性算法，該方法概念清晰，且可較全面地考慮超長樁的荷載傳遞特性基于現場大型靜載荷試驗對本文方法進行了驗證.對比數據表明，本文理論計算結果與實測值基本吻合，可在工程實際中應用.

參考文獻

［1］ 王伯惠， 上官興. 中國鉆孔灌注樁新發(fā)展［M］．北京: 人民交通出版社，1999:1-9

WANG Bohui，SHANG Guanxing．New development of bored piles in China ［M］．Beijing: China Communications Press，1999:1-9.(In Chinese) 

［2］ 林天健， 熊厚金， 王利群. 樁基礎設計指南［M］. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社， 1999:11-13.

LIN Tianjian， XIONG Houjin， WANG Liqun. Pile foundation design manual ［M］. Beijing: China Architecture Building Press， 1999:11-13. (In Chinese)

［3］ 鄧友生， 龔維明. 蘇通大橋主塔超大群樁基礎沉降特性研究［J］. 武漢理工大學學報， 2008， 30(7): 66-70.

DENG Yousheng，GONG Weiming. Research on settlement of extra long large diameter pile groups under main tower of Sutong Yangtse river highway bridges［J］. Journal of Wuhan University Technology， 2008， 30(7): 66-70.(In Chinese)

［4］ 趙明華， 劉齊建， 曹喜仁，等. 按樁頂沉降量控制超長灌注樁豎向承載力研究［J］. 工程力學， 2006， 23(2): 92-96.

ZHAO Minghua，LIU Qijian，CAO Xiren，et al.Evalution of vertical bearing capacity of super long bored single pile by the pile head settlement［J］. Engineering Mechanics， 2006， 23(2): 92-96.(In Chinese)

［5］ KEDZI. Bearing mechanism of piles［J］.Geotechnical， 2004， 26(1): 67-71

［6］ 王旭東，魏道垛，宰金珉.單樁荷載沉降的非線性分析［J］. 南京建筑工程學院院報， 1994， 28(1): 15-24.

WANG Xudong，WEI Daoduo，ZAI JInmin.Analysis of nonlinear loadsettlement behavior of vertically loaded pile［J］. Journal of Nanjing Architectural and Civil Engineering Institute， 1994， 28(1): 15-24.(In Chinese)

［7］ 胡慶立， 任瑞波， 張克緒. 軸向荷載作用下單樁沉降的非線性分析［J］. 工程力學， 2006， 21(3):73-77.

HU Qingli ， REN Ruibo，ZHANG Kexu. Nonlinear analysis of settlement of axially loaded vertical piles［J］. Engineering Mechanics， 2006， 21(3):73-77.(In Chinese)

［8］ 徐長節(jié)， 黃洪超， 蔡袁強，等. 成層土中考慮樁土相對滑移的單樁沉降分析［J］. 巖土力學， 2006， 27(增刊): 803-808.

XU Changjie， HUANG Hongchao，CAI Yuaqiang，et al.Settlement analysis of single pile considering relative slipping in layered soil［J］.Rock and Soil Mechanics， 2006，27:803-808.(In Chinese)

［9］ 呂凡任，陳云敏，梅英寶.一種基于Mindlin解的直樁沉降彈塑性分析方法［J］. 巖石力學與工程學報， 2004， 23(17): 2988-2991.

LV Fanren， CHEN Yunmin，MEI Yingbao.Elastoplastic analysis method for vertical pile based on Mindin’s solution［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2004， 23(17): 2988-2991.(In Chinese)

［10］RANDOLPH M F，WROTH C P. Analysis of deformation of vertically loaded piles［J］. Journal of Geotechnical Engineering Division， ASCE， 1978， 4(12): 1465-1488.

［11］KRAFT L M，RAY R P，KAGAWA T. Theoretical z

SymboltA@ curves ［J］. Journal of Geotechnical Engineering Division， ASCE， 1981， 107(GT11): 1543-1561.

［12］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］. 湖南大學學報:自然科學版， 2005， 32(1): 37-42.

ZHAO Minghua， HE Junqiao，CAO Wengui，et al. Study on the load transfer model and the beovcng capacity of vertically［J］.Journal of Hunan University:Natural Sciences， 2005， 32(1): 37-42.(In Chinese)