钻孔桩横向承载力计算方法一公路桥梁钻孔桩编写组☆c值法单桩横向承载力计算是国内外桩基工程中受到重视的一个问题的采用分析国内80余根钻孔灌注桩的横向荷载试验由于大直径钻孔桩资料后m作为第一步的解决办法对K值和桩的横向承载力有较大的提高使值作了较大的修改后又经进一步探讨提6这问题更加受到人们的注意目前的单桩横,出适用于钻孔灌注桩的
一向承载力的常用计算方法,大都是根据古典的弹性地基梁理论和地基系数的假定图式得出的基本假定和计算简图并考虑适当的桩底边界条件进行数学推导而这类方法叫做地基系数法在的推导分析中沿用了弹性理论中所用的一些基本假定:l大家熟悉的有张有龄法采用这些方法时和等限于试验条件,平面受力假定荷载和桩侧土抗力大都末曾的合力位于桩轴对称平面内不会引起桩的取得桩在横向荷载作用下的桩截面应力与应扭转和翘曲2变的变化情况形等实测资料以验证桩侧土抗力分布和桩轴线变无从对这些方法的实用性加弹性体假定,由于钻孔桩在地面处的水平位移一般较小桩和桩侧土都处于弹y对承受横向荷载的桩的一些本质问因而这些常用的,性工作状态抗力q地面下任意深度Z处的桩侧土的关系符合温克列尔(z):题也未能作较深人的探索同相应的位移即方法都存在一些明显的缺点:主要的如1假定对具体的桩应选用何种地基系数图式无明确的依据形成随意选用计算方法的情况q二byC(1)2桩身截面应力二同应变律的关系符合虎克定(2)没有根据桩的容许工作状态而是不加区别地即J对打人桩管柱及钻孔桩等均按桩柱在地=E￡面处水平位移为10毫米来制订设计计算所用桩轴挠曲线微分方程为El万丁汁U4dy的地基系数值这一10毫米位移值多年来已被看成是一个固定不可变的指标而它究竟(3)乙相当于桩的何种工作状态则是很不明确的3制订地基系数值所依据的试桩资料不多在以上三式中定,随深度变化的地基系数函数,式C(Z)需要通过试桩资料的验算结果来决y4有的计算方法如中的各项假定为Z截面的水平位移,E为桩身材料自相矛盾有理论上的错误;有的方法如中的桩侧上抗力分布缺乏试验依据由于上述原因抗弯弹性模量I为桩全截面惯矩这些方法应用于直径较大,,配筋较少的钻孔灌注桩时解释的现象曾出现一些难以☆院和河南原《公路桥梁钻孔桩》编写组由交通部科学研究我们在推广应用钻孔灌注桩过通过积累吉林湖南陕西四川省交通局派员组成程中加深了对这些问题的认识是由该编写组共同研究提出的3不于考虑的因素不考虑垂直荷来长14土中2米,用钻孔法设置于软塑亚粘载桩壁阻力及桩背面地基土的主动土压力根据试桩资料求得地面到第一位移零q以及桩与土之间钓粘结力等的影响点之间的桩侧土抗力q一q田的表达式为计算简图如图M所示州汀、旦〔(会)“`5一35(会)2一卜43十1]2l]+5::::(会);3一95(会):`(4)式中q。Z;—第一位移零点到计算截面的距—离21桩侧土抗力的最大值;=LI一ZLl,L段的桩侧土抗力分布情况见图Z图(a—第一位移零点到地面的距离a可见1计算简图;公式(4)所表达的土抗力能反映钻孔桩的)桩侧土抗力及位移图(b)单元划分实际情况二地基系数图式的确定q;qq(公斤/厘米)止卫01020地基系数图式表达桩侧土抗力沿桩长的分布规律选用符合实际的地基系数图式是43xǐ川洲门以||||0J26川10à国卜兴泌!取得横向承载桩的正确计算结果的前提国()呆内过去常用于钻孔桩的是通过钻孔,图Zb示出了亚粘土中一根爆扩桩尖灌注桩的实测的和计算的(按公式(4))土抗力比较结果,—按公式(`)计算值桩试验的应力应变和土抗力的实测资料从探求桩的工作状态人手方法法以取得地面位移也表明公式(4)相当符合实测弯矩的较满意的验算结果为目的的一种计算值从而避免随意采用地基系数图式的做按照公式(1)和公式(4)并引入实按验算结果所制定的而随深度的变化关系式为OC(Z)二CZ言提高了靠近地面部分的上抗力更为接近实测资料的结果故可获得(5)这即是所推荐的地基系数的基本交通部科学研究院和河南省交通厅在冯宿桥工地进行的钻孔桩横向荷载试验中曾用土压力盒测得桩上段的土抗力值式图它是凸抛物线形,式中C为比例系数图3绘出儿种地基系数图式相应的上抗力试桩直径凸抛物线的地基系数图式由于提高了靠近地面部分的土抗力(相对于值法来说,值法和“`5/bC_故获得较为符合钻孔桩实测式中:1oq/q二V一石下上、1L己)土抗力的结果a一一桩土形变系数;桩的抗弯刚度;桩宽E工b——三计算公式的推导以往的一些横向承载桩计算公式大多用」l寺|l幂级数求解微分方程式(3)其推导过程较为繁琐且只适用于简单的地基系数图式计算程序和计算用表l用有限单元法推导计算公式并编出,简述如下:,单元划分根据计算精度要求把。桩划分为个梁单元(图lb)单元长,一图3段桩侧土抗力基系为凹抛地数物线(K值法);2一地基系数;为三角形(m值法)3一实测土抗力,4一地基系1一`专单元受力情况如图5所示数为凸抛物线(C值法);5一地基系数为矩形(张有龄法)对桩的下部的土抗力同地基系数的关系目前还研究得不够试验资料asel。…尸厂广上一口,亦缺乏可供分析研究的,|!故根据一般土力学概念并通过试验资料的多次计算比较把换算桩长为40/,以下的地基系数定为常数a即公式(5)如图4(a))图5在使用时按下面方法处理:L或40时取抛物线单元受力情况2||上单元刚度矩阵由能量原理和单元引六|!八队巴下壮靓了(})问平衡条件一得出单元刚度矩阵如下:q从+QiM+|州引|片|口一井书手126对叭人叭人称||12图4至4z户6一2一l护6一一。C(Z)=CZ(6)(9)3aL>40时,取抛物线加矩形_了如图单元土杭力矩阵,桩在外荷载作用4(b)下产生水平位移时必然压缩桩侧土体并引以乙,二一4俨5叭万/(7)起土抗力应用能量原理和共扼梁原理可得土抗力矩阵:「]Q…}{厂一「}1万6一下:厂飞`[「。「`_M仁}’!…Il…ILV4Q一:{一q4J…日f。1JJ0Lx一t,qL乙`十`,。`u`飞}一万了」仁}(Z`fO_L`一·t`十,q气二`}(10),。t。`兴共!:4一,!:`卜,q`Z一,dtd·{}」l},Jq}L万了」[一」l}6}{lf。fl_i,L〔一x乙+少q气t)。tax单元平衡方程桩节点内力由两部分组成,一是节点变位引起的内力由公式,四地基系数值的确定(9)表示二是土抗力引起的内力两者共同作用时由公y。。地基系数值通常是用由试桩获得的H-式(10)表示方程为iQiMQ单元平衡关系曲线并按一定的公式推算出a值然后间接求出的如前所述,一律按桩在地面处逐个列出每一单元的平衡方程成桩的总体矩阵为便于实用,…;1|eǐJlseMie!+厂sel|LQi从+Qil!ws门JeseeeiQwMQilIlLùJew一d十Jq,的位移(11)y。=0毫米的条件来推算地基系数的1,办法实际上相当于把所有的桩的容许水平其结果自然同钻孔桩试位移规定为10毫米MilM:l验资料有较大的出人主要是桩的内力偏大最后形在选用凸抛物线形的地基系数图式后我们从实测的钻孔桩桩身应变和位移随荷载的变把上列各矩阵式中的元素化过程的分析比较中根据下面的几点原则转换为无量纲的纯数条件。并根据桩的不同边界提出了横向承载桩的容许工作状态例系数C)l,然后用应用叠加原理分别计算桩顶作用水平O试桩资料确定地基系数值(在为比确定钻孔桩的容许工作状态力H和弯矩M的表达式为时的桩身位移转角和内力目前公路桥梁中应用的钻孔桩为低配筋结构综t育哺厂Y一三万以且111-。、十万妥M0M。亩Y、引了、J|H。H:(12)|合分析这种桩的H时间)曲线和H可得出:。一y。曲线H。一t一yg。(为。一。:(a为钢筋应力)曲线,M浩功+代翠不功“上lM一鲁。丽Q/十0呱Ma①线;荷载较小时a,五次循环加卸载测得H的位移增量大致相同;H。一:。一y。关系接近于直Q=HH十MQ。M曲线中的拉压应力的增长比例式中转角平力M、,y功MQ为计算截面的位移H。H大致相同阶段说明此时桩和桩侧土都处于弹性〔,弯矩弯矩剪力YHM为地面处的水H。功。M,QHYM必M②当H增大时五次循环加卸载的。一QM为无量纲系数已编制有计算用表位移增量逐渐增大;H。。一且Hy曲线呈现弯折。:曲线中的拉应力供代入上式使用值见公式(8),增长比例增大压应力增长比例也开始增大顺便指出,基于弹性地基梁理论的各种只是各法的说明此时桩的受拉2)来表示方法都可用公式(1无量纲系数值有所不同区开始开裂③随着H进一步增大五次循环加卸O载的位移增量明显增大拉应力迅速增长的。经过分析计算得知在C点时桩截面拉压应力增长的比例相差悬殊,且H。一y的受拉区混凝土虽已开裂但裂缝宽度在容曲线明显弯折说明桩截面的开裂加深。,桩H。-许范围内态此时桩和桩侧土处于容许工作状与土进入塑性工作阶段直到试桩破坏以上的试验资料说明试桩的Ht一y。因此把C点作为桩一土体系处于容许工一y。作状态的判别依据2根据该点的有关试验数。g及H一J诸曲线是互相关联的并都是反据就可推算的比例系数值确定C点的方法,映桩土体系工作状态的一组特征曲线而曲线L明显弯折点是一个特征点,`一如试桩测得有,如图6中的一H`。:曲线则可取拉压应力增长比例突y。然增大处作C点必御关。一。如只有Hy实测数据百32t关。卜伙…可口…〕刃可在双对数座标纸上绘列H`关系如图7,获得三段折线,从而得到两个拐点第二个拐点可选作C点凡(毫米)删U2黔161沙{……0J12{骆.060、〔l犷{}20090了L)à介侧翻众\\呆卜沐…\\\\…了…川卜C;、、压应力力K一·{9讨O030匀g宁立}(…{)巡碧警其墓其图7图6试桩HyHtyH呢关系线二C点,从试桩资料看出,C点相应的桩在地月蕊零演吕试桩logH00乙[l。(吨,面处水平位移为3~6毫米没有达到10毫米比例系数C值表Iogy关系图表1c序号I。0L(吨/米3s)〔y〕(毫米)>5(1。的L流塑性粘性土10的淤泥400一800《(654000IL<0软塑性粘性土粘性土粉砂800一1500~~650弯矩,3一弯矩所以只要根据此值所算得实测位移—位移计算曲线的地面处水平位移值不大于上部结构容许的参误》考文献位移规定值的,,则桩的设计就是合理而安全不必对桩再附加其他的限制条件五Ll]交通部科学研究院公路所《评的错1978年计算方法的比较与验证,【2]交通部科学研究院《K值m值的修订意见》1973年【3]建筑科学研究院《爆扩短桩及桩台受力情况为了了解计算方法的可靠性和合理性分别按图8和计算的研究及计算》1973年[4]喇0MeTo仄eH封epae互eTaeBa益Haropn3aoTa刀卜HrarPy3KH。B”“ocHoBaHH“中yn双aMeH,狱MMexa-出某试桩的弯矩分布曲线和桩轴位移曲线如可见同实测值有较好的符合1971功掖3]交通部科学研究院若干间题的探讨》PyHHHKa【5《钻孔桩内力计算方法中