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計和施工的過程中，應對土壤和地質(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)壓力也對橋臺基礎產(chǎn)生深遠的影響。現(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，應當作為施工中的安全儲備[1]。（2）當?shù)鼗遣煌瑢傩缘能浲習r，取其加權(quán)的平均值，并假設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）假設臺后和基礎填土產(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。基于橋頭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時能夠使用不同側(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為：P0=KγHH，從理論角度而言，這種假設圖形與橋頭路基假設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)的地基并且基礎設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、巖土設計研究。