试议机理桩与同作用机理及策略
最后更新时间：2024-03-18
作者：用户投稿
本站原创
点赞:18380
浏览:81750
本站原创
点赞:18380
浏览:81750
论文导读：
摘要：本文通过分析广西梧州市地质情况，浅谈桩基础与同作用的机理及若干方法。
关键词：复合桩基、桩同作用 支承刚度 沉降差异。
梧州市地处西江干流，桂江和浔江交汇处，广西东部丘陵地带，市区地貌属侵蚀丘陵地形，山体主要由碎屑岩和花岗岩构成，岩石风化强烈，结构松散，透水性强，山多平地少、泥土松软，是山体滑坡、泥石流等地质灾害的自然诱因。崩塌、滑坡等地质灾害年年发生，是广西地质灾害高危险区。自古以来，这里洪涝灾害频发，地质灾害威胁严重。如何科学分析桩同作用机理，运用好桩基础，对现有桩同作用的实现方法和发展趋势进行归纳与总结，并对各自的适用条件、优缺点进行了对比与分析。对于梧州地区工程建设将具有重要的意义。
1桩同作用的机理
1.1桩土作用机理。桩首先是通过桩周的摩擦阻力将桩顶的力传递到桩周的土层中，当作用在桩顶的力P 较小时，仅桩顶附近的桩段压缩变形，使该桩段与周围土产生相对位移，此相对位移在桩顶处最大，并随深度的增加而逐渐减少，相应的摩擦阻力也随之逐渐减少，当作用在桩顶的力P 逐渐增大时，桩顶附近桩段与桩周土的相对位移超过极限值，其摩擦阻力也达到极限值而不再增大，于是桩的压缩区向下延伸，桩与土的摩擦阻力也随着向下发展，如果桩侧总摩阻力PS 不足以平衡桩顶力P，则剩余部分由桩底持力层的端阻力Pb 来承担。
1.2桩同作用。和钢筋、混凝土不同的是，桩属于低压缩脆性材料，其自身材料变形相对较小，其材料极限承载力对应的应变约为0. 1% ，事实上桩基极限承载力通常小于桩身材料的破坏强度，因而桩身的压缩应变要比0. 1% 还小。地基土属于高压缩柔性材料，其自身容易被压缩，地基土极限承载力所对应的应变约为1% ～ 10%。两者对应的应变相差1 ～ 2 个数量级，因而在相同荷载水平作用下，两者势必会产生显著的变形差，因此要实现桩同作用，则必须要消除这个变形差，保证桩土的变形协调。
1.3桩的承载能力极限状态。建筑物桩基是一般是群桩组成的，但不是在任何地基土、桩距、桩数、桩的布置和桩的支承方式等情况下都考虑共同作用的。仅受荷单桩而言，其荷载- 沉降曲线(Q-s)大体表现为陡降型和缓变型两类。陡降型属于“急进破坏”，缓变型属于“渐进破坏”。前者破坏特征点明显，一旦荷载超过极限承载力，沉降便急剧增大，只有减小荷载才能恢复继续承载的能力。缓变型破坏特征点不明显，常常是通过多种分析方法判定其极限承载力。
2 科学运用桩同作用的方法
2.1带褥垫层的复合桩基。在桩基的设计研究及施工中，由于筏板下土的固结导致基础沉降和差异沉降较大，施工后孔隙水压力逐渐消散，土层产生固结沉降，由于桩的支撑，筏板可能与桩间土发生隆起现象，造成桩土不能共同工作。在筏板和桩之间设置褥垫层就能很好的解决这个问题。一般在筏板的底部和桩的顶部之间设置20～60cm厚的砂垫层，这样上部结构的荷载先从筏板传到砂垫层，再由砂垫层分配给桩基。由于砂垫层对桩和桩间土的应力和变形具有调节作用，能够减少筏板的应力集中，从而可以减小筏板厚度，降低工程造价。褥垫层是设计的关键，它对最终沉降、调整桩土应力比、调整桩土水平荷载，起重要作用，太厚了桩的优点没有发挥，太薄了应力过于集中在桩上，土的作用没有发挥，一般都给定在100~300mm，可具体到每个工程应该取多少厚，很少看到定量的计算。对于中、高灵敏度土,应适当加厚褥垫层,防止褥垫层施工时造成“橡皮土”;对于承载力较低的桩间土,褥垫层铺设不宜太厚,以使桩体更多地承担荷载;对于承载力较高的桩间土,褥垫层铺设应适当加厚,以让桩间土多分担荷载,减少桩的应力集中。因此，褥垫层的合理厚度既应保证水平荷载作用下桩不会发生断裂，又要充分发挥桩和桩间土的承载能力。经过大量的工程实践和实验研究表明，褥垫层的合理厚度10～30cm为宜。
2.2端承桩复合桩基。端承桩复合桩基就是其在桩顶安装特定的变形调节装置( 俗称“弹性支座”) ，该装置的支承刚度与单桩的支承刚度竖向串联，串联后的支承刚度与土支承刚度近似相同。端承桩复合桩基通过人为设置变形调节装置来实现桩土的变形协调，从理论上讲，端承桩复合桩基对应用条件并无特殊要求。但是从工程应用角度来讲，如果地基土承载力小于100kPa，或天然地基满足率低于0. 2 左右时，对比于增加的桩顶变形调节器的费用，则使用端承桩复合桩基不具备经济上的优势。端承桩复合桩基的应用体现出以地基土承载力为主，辅以部分桩基补偿承载这样的原则，从而可以取得巨大的经济效益。
2.3复合地基法。此法是利用桩同作用的原理，对地基作适当处理，提高地基承载力，更有效的分担桩基的荷载力。在桩基承台施工前，挖除一定深度的土，换成砂石填层分层夯填，然后再人工地基和桩基上施工承台。当桩承载力达不摘自：本科毕业论文结论www.7ctime.com
到设计要求时，可采用在桩间土中干喷水泥形成的方法，形成复合地基基础。
2.4桩顶设置柔性材料的复合桩基。应用该方法的桩筏基础，上部结构荷载首先由地基土来承担，当地基土达到预定的变形后，桩基础随即发生作用，并和地基同承担荷载。但是在该方法中，泡沫软垫刚度很小，不能直接承受荷载，基桩在受荷初始阶段基本不受力，当地基土的变形达到泡沫软垫厚度时，基桩开始受力并由零迅速增加。此时，如泡沫软垫厚度过大，则可能导致设置的桩基础无法发挥作用，只作为安全储备，容易造成浪费; 如泡沫软垫厚度过小，则桩基有可能因为支承刚度过大，造成筏板局部应力集中(“顶死”) ，留下一定的安全隐患。因此上述方法应用的前提就是在设计桩基时，能准确地估算出既定荷载作用下地基的变形量( 即预加位移量) ，这在目前沉降计算理论相对还不成熟的情况下，尚有一定的难度。
2.4刚性桩复合地基。刚性桩复合地基中，由于褥垫层的设置，基础荷载通过褥垫层作用在桩和桩间土上，桩的模量远比土的模量大，桩顶沉降小于桩间土的沉降变形，桩顶的垫层材料不断向桩间土蠕动补充，造成桩顶向上刺入褥垫层中。但是要注意的是褥垫层厚度过小，桩间土的承载能力不能充分发挥。当褥垫层厚度很大时，桩土应力比接近于1，荷载主要由桩间土承担，复合地基中桩的设置失去意义，褥垫层太厚还会增加基础造价，也加大地基土荷载作用，而且建筑物的变形也大。另外对于端承型基桩，如需较大程度发挥地基土的承载力，设置褥垫层的刚性桩复合地基尚难完全保证桩土的共同作用。为克服刚性桩过多产生上刺现象，在桩顶配置桩帽，增大桩体与垫层的接触面积，因此桩帽可起到均化桩顶应力、减小桩土不均匀沉降的作用。
2.6预留净空的复合桩基。该方法中预留净空和设置泡沫软垫的作用基本相同，其主要特点就是在常规刚性挡土结构的一侧，设置一定厚度的柔性材料，以协调桩土变形，从而达到充分发挥地基土自身的抗剪能力、节省造价的目的。
参考文献
［1］袁则循． 复合地基褥垫层作用规律的模型试验研究［J］． 北京城市学院学报，2006( 2) : 80-84．
［2］ 宰金珉，周峰，梅国雄，等． 端承桩复合桩基及其设计方法［J］． 工业建筑，2008，38( 1) : 60-64．
［3］ 林树枝，郭天祥，何波． 两阶段变刚度端承桩复合桩基的设计及应用［J］． 福建建筑，201论文导读：
0( 5) : 1-4．
[4] 袁灯平,黄宏伟,程泽坤.软土地基桩侧负摩阻力研究进展初探[J].2006,39（2）：
摘要：本文通过分析广西梧州市地质情况，浅谈桩基础与同作用的机理及若干方法。
关键词：复合桩基、桩同作用 支承刚度 沉降差异。
梧州市地处西江干流，桂江和浔江交汇处，广西东部丘陵地带，市区地貌属侵蚀丘陵地形，山体主要由碎屑岩和花岗岩构成，岩石风化强烈，结构松散，透水性强，山多平地少、泥土松软，是山体滑坡、泥石流等地质灾害的自然诱因。崩塌、滑坡等地质灾害年年发生，是广西地质灾害高危险区。自古以来，这里洪涝灾害频发，地质灾害威胁严重。如何科学分析桩同作用机理，运用好桩基础，对现有桩同作用的实现方法和发展趋势进行归纳与总结，并对各自的适用条件、优缺点进行了对比与分析。对于梧州地区工程建设将具有重要的意义。
1桩同作用的机理
1.1桩土作用机理。桩首先是通过桩周的摩擦阻力将桩顶的力传递到桩周的土层中，当作用在桩顶的力P 较小时，仅桩顶附近的桩段压缩变形，使该桩段与周围土产生相对位移，此相对位移在桩顶处最大，并随深度的增加而逐渐减少，相应的摩擦阻力也随之逐渐减少，当作用在桩顶的力P 逐渐增大时，桩顶附近桩段与桩周土的相对位移超过极限值，其摩擦阻力也达到极限值而不再增大，于是桩的压缩区向下延伸，桩与土的摩擦阻力也随着向下发展，如果桩侧总摩阻力PS 不足以平衡桩顶力P，则剩余部分由桩底持力层的端阻力Pb 来承担。
1.2桩同作用。和钢筋、混凝土不同的是，桩属于低压缩脆性材料，其自身材料变形相对较小，其材料极限承载力对应的应变约为0. 1% ，事实上桩基极限承载力通常小于桩身材料的破坏强度，因而桩身的压缩应变要比0. 1% 还小。地基土属于高压缩柔性材料，其自身容易被压缩，地基土极限承载力所对应的应变约为1% ～ 10%。两者对应的应变相差1 ～ 2 个数量级，因而在相同荷载水平作用下，两者势必会产生显著的变形差，因此要实现桩同作用，则必须要消除这个变形差，保证桩土的变形协调。
1.3桩的承载能力极限状态。建筑物桩基是一般是群桩组成的，但不是在任何地基土、桩距、桩数、桩的布置和桩的支承方式等情况下都考虑共同作用的。仅受荷单桩而言，其荷载- 沉降曲线(Q-s)大体表现为陡降型和缓变型两类。陡降型属于“急进破坏”，缓变型属于“渐进破坏”。前者破坏特征点明显，一旦荷载超过极限承载力，沉降便急剧增大，只有减小荷载才能恢复继续承载的能力。缓变型破坏特征点不明显，常常是通过多种分析方法判定其极限承载力。
2 科学运用桩同作用的方法
2.1带褥垫层的复合桩基。在桩基的设计研究及施工中，由于筏板下土的固结导致基础沉降和差异沉降较大，施工后孔隙水压力逐渐消散，土层产生固结沉降，由于桩的支撑，筏板可能与桩间土发生隆起现象，造成桩土不能共同工作。在筏板和桩之间设置褥垫层就能很好的解决这个问题。一般在筏板的底部和桩的顶部之间设置20～60cm厚的砂垫层，这样上部结构的荷载先从筏板传到砂垫层，再由砂垫层分配给桩基。由于砂垫层对桩和桩间土的应力和变形具有调节作用，能够减少筏板的应力集中，从而可以减小筏板厚度，降低工程造价。褥垫层是设计的关键，它对最终沉降、调整桩土应力比、调整桩土水平荷载，起重要作用，太厚了桩的优点没有发挥，太薄了应力过于集中在桩上，土的作用没有发挥，一般都给定在100~300mm，可具体到每个工程应该取多少厚，很少看到定量的计算。对于中、高灵敏度土,应适当加厚褥垫层,防止褥垫层施工时造成“橡皮土”;对于承载力较低的桩间土,褥垫层铺设不宜太厚,以使桩体更多地承担荷载;对于承载力较高的桩间土,褥垫层铺设应适当加厚,以让桩间土多分担荷载,减少桩的应力集中。因此，褥垫层的合理厚度既应保证水平荷载作用下桩不会发生断裂，又要充分发挥桩和桩间土的承载能力。经过大量的工程实践和实验研究表明，褥垫层的合理厚度10～30cm为宜。
2.2端承桩复合桩基。端承桩复合桩基就是其在桩顶安装特定的变形调节装置( 俗称“弹性支座”) ，该装置的支承刚度与单桩的支承刚度竖向串联，串联后的支承刚度与土支承刚度近似相同。端承桩复合桩基通过人为设置变形调节装置来实现桩土的变形协调，从理论上讲，端承桩复合桩基对应用条件并无特殊要求。但是从工程应用角度来讲，如果地基土承载力小于100kPa，或天然地基满足率低于0. 2 左右时，对比于增加的桩顶变形调节器的费用，则使用端承桩复合桩基不具备经济上的优势。端承桩复合桩基的应用体现出以地基土承载力为主，辅以部分桩基补偿承载这样的原则，从而可以取得巨大的经济效益。
2.3复合地基法。此法是利用桩同作用的原理，对地基作适当处理，提高地基承载力，更有效的分担桩基的荷载力。在桩基承台施工前，挖除一定深度的土，换成砂石填层分层夯填，然后再人工地基和桩基上施工承台。当桩承载力达不摘自：本科毕业论文结论www.7ctime.com
到设计要求时，可采用在桩间土中干喷水泥形成的方法，形成复合地基基础。
2.4桩顶设置柔性材料的复合桩基。应用该方法的桩筏基础，上部结构荷载首先由地基土来承担，当地基土达到预定的变形后，桩基础随即发生作用，并和地基同承担荷载。但是在该方法中，泡沫软垫刚度很小，不能直接承受荷载，基桩在受荷初始阶段基本不受力，当地基土的变形达到泡沫软垫厚度时，基桩开始受力并由零迅速增加。此时，如泡沫软垫厚度过大，则可能导致设置的桩基础无法发挥作用，只作为安全储备，容易造成浪费; 如泡沫软垫厚度过小，则桩基有可能因为支承刚度过大，造成筏板局部应力集中(“顶死”) ，留下一定的安全隐患。因此上述方法应用的前提就是在设计桩基时，能准确地估算出既定荷载作用下地基的变形量( 即预加位移量) ，这在目前沉降计算理论相对还不成熟的情况下，尚有一定的难度。
2.4刚性桩复合地基。刚性桩复合地基中，由于褥垫层的设置，基础荷载通过褥垫层作用在桩和桩间土上，桩的模量远比土的模量大，桩顶沉降小于桩间土的沉降变形，桩顶的垫层材料不断向桩间土蠕动补充，造成桩顶向上刺入褥垫层中。但是要注意的是褥垫层厚度过小，桩间土的承载能力不能充分发挥。当褥垫层厚度很大时，桩土应力比接近于1，荷载主要由桩间土承担，复合地基中桩的设置失去意义，褥垫层太厚还会增加基础造价，也加大地基土荷载作用，而且建筑物的变形也大。另外对于端承型基桩，如需较大程度发挥地基土的承载力，设置褥垫层的刚性桩复合地基尚难完全保证桩土的共同作用。为克服刚性桩过多产生上刺现象，在桩顶配置桩帽，增大桩体与垫层的接触面积，因此桩帽可起到均化桩顶应力、减小桩土不均匀沉降的作用。
2.6预留净空的复合桩基。该方法中预留净空和设置泡沫软垫的作用基本相同，其主要特点就是在常规刚性挡土结构的一侧，设置一定厚度的柔性材料，以协调桩土变形，从而达到充分发挥地基土自身的抗剪能力、节省造价的目的。
参考文献
［1］袁则循． 复合地基褥垫层作用规律的模型试验研究［J］． 北京城市学院学报，2006( 2) : 80-84．
［2］ 宰金珉，周峰，梅国雄，等． 端承桩复合桩基及其设计方法［J］． 工业建筑，2008，38( 1) : 60-64．
［3］ 林树枝，郭天祥，何波． 两阶段变刚度端承桩复合桩基的设计及应用［J］． 福建建筑，201论文导读：
0( 5) : 1-4．
[4] 袁灯平,黄宏伟,程泽坤.软土地基桩侧负摩阻力研究进展初探[J].2006,39（2）：