振冲碎石桩复合地基承载力研究现状

２０１０年第３期　（总第１２７期）　大众科技　ＤＡＺＨＯＮＧ　ＫＥ　Ｊ　Ｎｏ．３。２０１０　（Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙ　Ｎｏ．１　２７）　振冲碎石桩复合地基承载力研究现状　姚伟峰’杨杰２蒋世章３　（１．化工部郑州地质工程勘察院苏州分院，江苏苏州２１５１２８；　２．河海大学岩土工程研究所，江苏南京２１００９８；　３．江苏建苑岩土工程勘测有限公司苏州分公司，江苏苏州２１５１２９）　【摘要】概括了现阶段碎石桩复合地基承载力计算的常用方法，　并指出了现有承载力计算方法的不足之处。　【文章编号】１００８—１１５１（２０１０）０３—００７１—０３　２．Ｗｏｎｇ计算式　ｗｏｎｇ（１９７５）提出单桩容许承载力ｇ印计算式如下：　（１）小沉降时的计算式　【关键词】单桩；复合地基；承载力　【中图分类号】ＴＵ４７３．１　【文献标识码】Ａ　我国地域辽阔，土类繁多，其中松、软土类就占有相当　大的比例。其成因类型有海岸沉积、浅海沉积、湖泊沉积、　河滩沉积或残积，以及近期人工吹填、堆填的土。这些土多　是我们在建筑地基中遇到的含水量高、孔隙率大的泥炭、淤　泥、淤泥质土或极松散的砂类土、素填土、杂填土，甚至还　含有生活垃圾。这些土的强度低、压缩性大、抗震性极差。　在含有这类土的地基上建造建筑物时，常常发生各种工程事　故。以往在选址时多避开这种不利的建筑场地。随着人类建　筑事业的发展，建筑占地迅猛增长，我国虽然领域辽阔，但　日常生息活动的领域里，土地资源却很紧张，必须充分合理　地运用。再加上使用上或其他种种原因，常使我们不得不在　不良的地基上建造各种建筑物。此时就必须发挥人的主动创　造性，运用科学技术改造自然，改造不良地基，将其转变为　我们所需要的良好地基。　去　＋ｚｃ　）　（２）中等沉降的计算式　％＝击（　二　Ｋ，ｃｒ＋２ｃ．．ｆＫ＇－，ｆ＋ＤＫ，Ｊ　］Ｊ　２（３）较大沉降的计算式　（Ｋ（ｒ　＋２ｃ。　。＋　小　式中：　——桩体的侧压力系数；　（一）单桩承载力　振冲碎石桩属于散体材料桩，荷载作用下碎石桩桩体发　生破坏时，桩周土则进入塑性状态，或极限平衡状态，故可　由桩问土的侧向极限约束应力，按三轴压缩试样的极限受力　情况，亦即轴对称平面应变极限状态计算单桩的极限承载力。　目前国内外估算碎石桩的单桩极限承载力的方法有若干种，　Ｋ　——桩体的侧压力系数；　——原土的重度；　，——桩长。　计算注意事项：　（１）对于Ｃ，　均质粘土层，不排水抗剪强度随深度而增　大。此时，对第一种小沉降情况，可用桩顶以下１．５ｍ深处的　Ｃ。．值：对第三种大沉降情况，可用整个桩长范围内的平均值；　对中等沉降情况，取前两种情况的平均值。对成层土，承载　如有侧向极限应力法、整体剪切破坏法、球穴扩张法等，以　下介绍几种目前常用的计算方法。　１．Ｈｕｇｈｅｓ－－Ｗｉｔｈｅｓ计算式　Ｈｕｇｈｅｓ和Ｗｉｔｈｅｓ（１９７４）建议按下式计算单桩的极限承载　力ｑｓｐ　，　、　力由最软弱的土层控制。此时，对第一种情况，若最软弱土　ｑ　＝　＋“０＋４ｃ．Ｊｔａｎ　ｌ　４５。＋　ｌ／　式中：　厂　ｍ、　层的埋深小于桩间距，则取该层的Ｃ。，值进行计算，若埋深大　于桩间距，则取从桩顶至该层范围内的平均值；对第三种情　况，可用整个桩长范围内的平均值，对第二种情况，取一、　三两种情况的平均值。　（２）关于　对第一种情况，　：１．５ｃ＿　．对第二种情况，　仃　＝２．２５ｃ　对第三种情况，　：３ｃ．．“　——原土的起始有效压力和孔隙水压力；　Ｃ．．——桩间土不排水抗剪强度；　——。　桩体材料内摩擦角。　关于　：ｔａｎ　一般认为Ｐ　＋“。：２ｃ　擦角，　（４５。＋孚］’其中　为原土的内摩　．求桩的承载力设计值时，安全系数取值范围２～３。　【收稿日期】２０１０—０卜０６　约为０。～１０。Ｋ　：１０～１．４。　【作者简介】姚伟峰（１９８０一），男，吉林舒兰人，化工部郑州地质工程勘察院苏州分院勘察部总经理，从事地基处理与岩　土工程勘察方面的研究。　一７１．　（４）关于　Ｋ为桩体内的水平应力与竖直应力之比。　ｐ对第一种情况，Ｋ，　ｔａｎ２【４５。～　）；对第三种情况，　Ｋ，＝【ｌ—ｓｉｎ　￣％）／０＋ｓｉｎ　）；对第二种情况，取一、二两种情　况的平均值。设　：４０。，以上三种情况Ｋ　值分别为０．２１７，　０．３１６和０．４１５。　３．被动土压力法　该法为了考虑桩周土的自重应力（ｙ　ｚ）的被动土压力作　为桩周土的极限侧向应力，由此求得桩极限承载力的表达式　为　Ｐ∥＝　ｒｚ＋ｃｒ）Ｋ　＋２　√　式中：　——桩周土的重度；　Ｚ——桩鼓胀的深度；　——桩周被动土压力系数；　Ｋ　——桩体被动土压力系数；　方永凯、郑培成（１９８３）假设碎石桩在极限荷载作用下，　桩周土被动破坏，荷载影响深度为２倍桩径，得到碎石桩单　桩极限承载力计算式　Ｐ　＝　ｐ＋４ｃ　ｐＰ　４．Ｂｒａｕｎｓ计算式　根据鼓出破坏形式，Ｊ．Ｂｒａｕｎｓ（１９７８）提出单根桩极限承　载力计算，如图所示。　Ｐ　Ｐｐ　Ｐｓ　Ｐｏ　０　Ａ’ｔｔｔｆｆｔ－ｔｔｆｔ…ｒ　ｒ　ｒ…Ａ　。　矗　≥　，ｃｕ　Ｎ　一　ｎ　一！：：　Ｂ’　Ｂ　Ｐ　’矗　Ｎ　Ｊ　ｃｕ矗　Ｊ．Ｂｒａｕｎｓ单桩承载力计算简图　Ｊ．Ｂｒａｕｎｓ假设单桩的破坏属空间轴对称问题，桩周土是　被动破坏。如碎石桩的内摩擦角为　，当桩顶应力　达到极　限时，考虑ＢＢ’ＡＡ’内的土体发生被动破坏，即土块ＡＢＣ在　桩的侧向力　。的作用下沿ＢＡ面滑出，亦即出现鼓胀破坏的情　况。Ｊ．Ｂｒａｕｎｓ在推导公式时作了三个假设条件：　（１）桩的破坏段长度ｈ＝２ｒｏｔａｎ　（式中ｒｎ为桩的半径，　＝４５。＋　ＰＰ／２）；　（２）桩间土摩擦力ｒ　＝０，土体中的环向应力Ｐｏ＝０；　（３）不计地基土和桩的自重等。　上图中　——桩间土面上的应力；　——Ｃｕ的作用面积（ｍ　）；　——ｐ　。的作用面积（ｍ　）　——桩顶压力（ｋＰａ）；　．７２一　——桩问土面上的应力（ｋＰａ）；　５——卧回与水半回的夹角（。）；　ｃ——地基土不排水抗剪强度（ｋＰａ）。　推导得　（　］（１＋面ｔａｎ５．］　Ｐｐ：Ｐ　ｏｔａｎｈ　ｐ　要得到　需先求出ｐ，。　由　：ｏ，得　旦ｔ锄　：一　～　生一　堕　２ｅ　ｔａｎ２８　ｔａｎ２５　ｓｉｎ２　从上式用试算法解出６后，再代入，从而可确定单桩极限承　载力　。　（二）复合地基承载力　１．ｗｏＩ１ｇ（１９７５）提出按下式计算复合地基的容许承载力Ｒ　Ｒ　ｐ：ｑ　ｐ＋　ｓ　—ｍ１　龚晓南在Ｗｏｎｇ的基础上考虑群桩效应对桩体强度的影　响、制桩过程对桩问土强度的影响和桩、土强度的发挥度提　出复合地基承载力为　＝Ｋ　＾，，ｌ　，，＋Ｋ２　２【ｌ—ｍ　，为天然地基极限承载力，　．为桩体极限承载力修正系数，　，为桩间土极限承载力修正系数，　和　分别为桩体和桩间　土极限强度发挥度。陈念军（１９９８）提出，如果以桩体承载力　达到其承载力特征值时的复合地基承载力作为复合地基承载　力特征值，则　，　＝　，　＋　【１一　一般取０．７５～０．８０；　无载荷试验资料时　，ｔ＝　＋ｍ（ｎ一　，　计算；对变形要　求不高时可采用桩间土达到其承载力特征值时的复合地基承　载力作为复合地基承载力特征值，　这时　＝　＋（１一ｍ　，　，ｆ　一般取１・１０～１・２０；无载荷试验　．　，　资料时用　，　：Ｕ＋ｍ　一ｌ　，　计算。　２．基于Ｂｒａｕｎｓ理论的改进计算式　盛崇文曾将Ｂｒａｕｎｓ理论推广到复合地基以及各种群桩情　况。对满堂加固碎石桩情况，他推导得桩的极限垂直应力　Ｊｍ　为　，。】ｌ１　Ｃ　２　ｌ　旦Ｃ２ｔａｎｄ＋　ｐ　一１　Ｊ　＝　式中　：　］　。根据力的平衡原理，满堂加固情况复合地基的　ｍ　极限承载力为　ｑ，：ｍ［Ｏ－ｐ￣ｌｍ　＋（卜　或　Ｃｕ　＋ｌ　（、１　“一　）苦Ｃ　　式中：　——：ｍｆｐｋ＋（１一　振冲复合地基承载力特征值（ｋＰａ）；　桩体承载力特征值（ｋＰａ）；　上式中可取　＝（２～３）ｃ０，具体取值视建筑物的容许变形而　定，容许变形小，取低值，否则取高值。　３．郭蔚东—钱鸿缙计算式　郭蔚东一钱鸿绪（１９８９）提出下式　ｃｓｃ——ｆ——处理后桩问土承载力特征值（ｋＰａ）；　ｒ桩土面积置换率。　】＿４ｏｒｄ，ｆＫ＋［Ｒ　】　ｐ（三）复合地基承载力计算存在的问题　虽然碎石桩复合地基承载力计算理论较为成熟，但是，　仍然还有不少问题值得进一步研究。如何确定单桩和桩问土　的承载力，以及如何合理估算桩和桩间土的荷载分担是计算　　计算复合地基的允许承载力。式中　为深度因素，ｄ＝２～４，ｆ为桩侧允许摩阻力，Ｋ为经验系数，　为（２～４）倍桩径处的　桩间土或天然土的允许承载力。其　／值由下式估算：淤泥　质黏土ｄ　ｆ＝Ｏ．３７８　Ｊ＋２８．７，饱和黄土，一般软黏土　复合地基承载力的关键所在，但这些问题目前的研究尚都不　十分明确。另外，对复合地基中荷载传递规律的研究也相对　较少，严重影响了复合地基承载力计算的研究。　ｆ＝０．３７８［Ｒ　］＋３８．７。　此外，盛崇文、方永凯等（１９８３）推荐用桩或土的载荷试　验资料、置换率及按经验估计桩土应力比来推算复合地基承　载力，林孔锚（１９８３）、张定等用圆弧滑动法计算复合地基极　【参考文献】　【１】徐至钧，叶观宝，高彦斌．振冲法和砂石桩法加固地基【Ｍ］．北　京：机械工业出版社，２００５．　［２】何广讷．振冲碎石桩复合地基［ＭＩ．北京：人民交通出版　社．２００１．　限承载力。郭尉东、钱鸿绪（１９９０）用塑性能量法和广义Ｂｒａｕｎｓ　法求解柔性碎石桩复合地基发生鼓胀破坏、整体剪切破坏及　相应破坏形式的复合地基承载力。　４．规范方法　《建筑地基处理技术规范》（ＪＧＪ７９—２００２）建议：振冲桩　复合地基承载力值应通过现场复合地基载荷试验确定，初步　设计也可以用单桩和处理后桩间土承载力值按下式估算：　【３】郑大同．地基极限承载力的计算【Ｍ］．北京：中国建筑工业出　版社．１９８０．　【４】赵明华，杨明辉，卫军．散体材料复合地基承载力计算研究Ⅱ］　华中科技大学学报，２００６，３４（３）：９１—９３．　【５］Ｈ－Ｂ．Ｐｏｏ￣Ｃｏｌｕｍｎｓ　ｂ，Ｇ．Ｇ．Ｍｅｙｅｔｈｏｔｂ￣Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　Ｓｔｏｎｅ　ａｎｄ　ＬｉｌＴｌｅ　Ｃｏｌｕｍｎｓ．ｏｍｐｕｔＣｅｒｓ　ｎｄ　ａＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃｓ，１９９７２０（１）４７—７０．　（上接第５６页）贴图（ＧＬＲＥＰＥＡＴ）。图１中左图没有运用多　遍纹理映射，而右图则使用了多遍纹理映射，增加了一个细　该模型消失后，例如坦克被摧毁、导弹爆炸之后，要及时清　除它在内存中的数据，减轻内存负担。　节纹理。　图２三维模型与地形的集成　图１多遍纹理映射　（五）结束语　４．三维武器模型与地形的集成　生成地形后，还须将武器系统的三维模型加载到地形中，　使武器三维模型与地形构成一个有机的整体。设计中用３ｄｍａｘ　实现模型构造，然后再将其导入到地形中。　本文通过对视景仿真的介绍，引入了实时视景仿真技术，　详细论述了动态地形的生成方法和过程，阐明了纹理映射的　原理和方法，实现了三维模型与动态地形的集成，构建了可　视化的交互仿真系统，能够实现战场环境和兵员车辆可视化　三维模型是点线面在空间中按一定的顺序位置组合而成　的，因此加载三维模型要将所有点线面坐标读出，然后利用　ＯｐｅｎＧＬ将这些点线面在需要的位置复现。ＯｐｅｎＧＬ每隔一定的　仿真，对于武器系统设计与训练有一定启迪意义。　【参考文献】　时间，都要将屏幕上的多边形重画一遍，加载三维模型时增　加了ＣＰＵ的时间开销，在加载三维模型时也要用细节算法和　视窗裁减技术，以此来提高渲染速度，保证实时交互。相同　的三维模型在视景中多次出现时，内存中只保留一个副本，　【１】彭群生．计算机真实感图形的算法基础【Ｍ】．北京：科学出版　社．１９９９．　ｆ２林辉，２１彭长辉．地理信息系统中栅格单元大小和形状的选择　Ｕ】．遥感信息，２００１：２１—２３．　７３—　．