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        淺析復(fù)核基樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算分析研究

        2020-12-23 04:15:32姚學(xué)朝江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局
        環(huán)球市場 2020年29期
        關(guān)鍵詞:壓縮系數(shù)粘聚力摩擦角

        姚學(xué)朝 江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局

        一、引言

        樁基礎(chǔ)作為一種歷史悠久的基礎(chǔ)形式,應(yīng)用非常廣泛。樁基設(shè)計(jì)理論,主要是考慮承載力是否滿足要求,也即設(shè)計(jì)時樁承擔(dān)絕大部分荷載,如果按照傳統(tǒng)的樁基理論來設(shè)計(jì),必然會造成用樁總數(shù)過多、工程造價過高,差異沉降滿足設(shè)計(jì)要求而總沉降卻遠(yuǎn)低于允許沉降量。

        因此復(fù)合樁基差異沉降控制優(yōu)化設(shè)計(jì)方法出現(xiàn)了,它能利用樁間土承載能力,在滿足整體承載力的要求下,可以降低和控制建筑物的沉降。復(fù)合基樁由單樁及其對應(yīng)面積的承臺底地基土共同組成,傳力路徑為上部荷載-承臺-樁-樁間土,一方面發(fā)揮樁基的優(yōu)勢,減少建筑物沉降;另一方面讓樁土協(xié)同作用,滿足承載力要求,此項(xiàng)設(shè)計(jì)理念,經(jīng)濟(jì)上合理,技術(shù)上先進(jìn)。

        二、復(fù)合樁基差異沉降計(jì)算模型

        (一)土體的本構(gòu)模型

        土體采用摩爾~庫侖理想彈塑性模型,是較為理想的本構(gòu)模型。摩爾~庫侖強(qiáng)度理論對土的破壞形式做了理想化假定,一般為剪切強(qiáng)度,它與土的粘聚力和法向應(yīng)力有關(guān),某點(diǎn)在任一平面上剪應(yīng)力達(dá)到此值時,該點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài),土就發(fā)生破壞。

        摩爾~庫侖模型計(jì)算參數(shù)共7 個,其中土容重γ、滲透系數(shù)k、凝聚力c、內(nèi)摩擦角φ 可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測資料來確定它們的值。

        楊氏模量E:Plaxis 計(jì)算程序使用變形模量E,也可根據(jù)壓縮模量Es計(jì)算E 進(jìn)行使用:

        泊松比μ:一般在0.3~0.4 之間,飽和黏土在不排水條件下可能接近0.5。

        庫侖剪切破壞準(zhǔn)則:

        式中,

        c 為黏聚強(qiáng)度

        φ 為內(nèi)摩擦角

        τf為破裂面上的剪應(yīng)力,也是土的抗剪強(qiáng)度

        σ 為破裂面上的法向總應(yīng)力。

        (二)樁和承臺的本構(gòu)模型

        由于相對土層來說,樁和承臺的剛度大,在正常受力條件下,它們一般處于彈性狀態(tài),故假定它為線彈性,線彈性理論模型,在混凝土受力的應(yīng)力和變形關(guān)系中,屬于簡單本構(gòu)模型,服從廣義胡克定律,兩個彈性系數(shù)為E 和μ。表達(dá)式形式如下:

        式中,[D]為應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系矩陣,表達(dá)式為:

        式中,E、μ 分別為彈性系數(shù)。

        三、復(fù)合樁基差異沉降計(jì)算思路

        根據(jù)多年的研究和經(jīng)驗(yàn),可以按照以下思路進(jìn)行計(jì)算:①上部結(jié)構(gòu)對提高建筑物抗彎剛度非常重要,在降低不均勻沉降方面發(fā)揮有限。上部結(jié)構(gòu)中,其剛度矩陣元素存在特有性質(zhì),因此可以將上部結(jié)構(gòu)的剛度貢獻(xiàn)簡化到筏板上進(jìn)行考慮。②在保證樁土共同作用的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)變剛度的調(diào)平設(shè)計(jì),因此建筑物的沉降將會大于按常規(guī)樁基設(shè)計(jì)時的沉降,土體已經(jīng)工作于非線性狀態(tài)。③由于只進(jìn)行平面分析,將筏板和樁的支承剛度進(jìn)行換算,使板帶的剛度等于筏板的剛度。這樣沿板帶方向計(jì)算出的建筑物不均勻沉降基本反映了建筑物沿該方向的實(shí)際變形特性。

        四、實(shí)例計(jì)算

        (一)材料參數(shù)

        樁型采用預(yù)制樁,砼強(qiáng)度為C30,樁長30m,樁徑為Φ500。計(jì)算模型的地下水位取為0m,采用二維軸對稱模型來分析,樁與承臺簡化為線彈性模型,土層簡化為摩爾-庫侖模型,粘聚力為1kpa,內(nèi)摩擦角為30 度,泊松比為0.35,荷載按照150kN考慮。

        (二)布樁方式

        模型1 的布樁方式為:樁數(shù)為7 根,均勻布樁,樁間距3.0m;模型2 的布樁方式為:樁數(shù)為7 根,中間樁距2.5m,邊樁樁距3.0m;模型3 的布樁方式為:樁數(shù)為5根,均勻布樁,樁間距2.5m。

        (三)土層指標(biāo)

        擬試驗(yàn)場地土層共分為7 層:

        ②-1 層含水量為39.7%,重度為18.2 kN/m3,孔隙比為1.089,塑性指數(shù)為18.6,液性指數(shù)為0.79,壓縮系數(shù)為0.569 Mpa-1,壓縮模量為3.68Mpa,粘聚力為18kpa,內(nèi)摩擦角為14.3 度。

        ②-2 層含水量為41.4%,重度為17.7 kN/m3,孔隙比為1.172,塑性指數(shù)為15.9,液性指數(shù)為1.27,壓縮系數(shù)為0.737Mpa-1,壓縮模量為2.99Mpa,粘聚力為16.2kpa,內(nèi)摩擦角為16.6 度。

        ②-3 層 含 水 量 為25.2%, 重 度 為19.5kN/m3,孔隙比為0.742,塑性指數(shù)為9.27,液性指數(shù)為1.01,壓縮系數(shù)為0.192Mpa-1,壓縮模量為10.36Mpa,粘聚力為13.3kpa,內(nèi)摩擦角為30.0 度。

        ②-4 層含水量為35.4%,重度為18.0 kN/m3,孔隙比為1.041,塑性指數(shù)為13.9,液性指數(shù)為1.16,壓縮系數(shù)為0.578Mpa-1,壓縮模量為3.56Mpa,粘聚力為15.1kpa,內(nèi)摩擦角為20.9 度。

        ③-1 層含水量為24.0%,重度為19.4 kN/m3,孔隙比為0.726,壓縮系數(shù)為0.135 Mpa-1,壓縮模量為13.44Mpa,粘聚力為11.9kpa,內(nèi)摩擦角為33.4 度。

        ③-2 層含水量為23.7%,重度為19.6 kN/m3,孔隙比為0.698,壓縮系數(shù)為0.128 Mpa-1,壓縮模量為14.07Mpa,粘聚力為9.04kpa,內(nèi)摩擦角為33.6 度。

        (四)計(jì)算結(jié)果分析

        本算例針對變樁距模型進(jìn)行了對比分析,模型1 計(jì)算總沉降為94.630mm,差異沉降為6.316mm;模型2 計(jì)算總沉降為91.410mm,差異沉降為13.452mm;模型3 計(jì)算總沉降為113.100mm,差異沉降為13.022mm;

        五、結(jié)論與建議

        建筑物的平均沉降約為90mm,與計(jì)算結(jié)果比較吻合,按照變剛度調(diào)平的理論方法可以進(jìn)一步的調(diào)平,樁數(shù)尚可進(jìn)一步減少,但是為了滿足建筑物的建筑與構(gòu)造布置,在局部區(qū)域樁數(shù)不能減少。當(dāng)然上述區(qū)域可以通過縮短樁長的方法來減少樁基的卸荷量,從而達(dá)到真正的零差異沉降。

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