2018年单桩沉降计算方法综述分析.doc

单桩沉降计算方法综述分析 　　单桩沉降计算方法综述分析 　　第一篇理论研究 　　单桩沉降计算方法综述分析 　　张忠苗１张广兴１黄荼英２张乾青１ 　　（１：浙江大学岩土工程研究所；２．浙江教育学院） 　　摘要：对单桩沉降计算的各种理论方法、规范经验方法以及数值计算方法进行了系统总结，阐明了＿ 　　各种方法的研究现状。通过对各种单桩沉降计算方法的基本原理、假定条件、本构关系的建立以 　　及沉降计算过程的比较，分析了各种沉降计算方法的优缺点以及在工程及研究中的适用性。 　　关键词：单桩沉降计算；现有方法评述；分析 　　１引言 　　众所周知，桩基的承载力与沉降是桩基设计中最重要的内容。在过去漫长的时间里，人们为了精确计算和预测桩基的沉降，曾进行过大量的研究，提出一系列计算沉降的方法。但由于地下桩基础的复杂性和地基土的非均匀性，桩基沉降的计算理论还有待成熟。 　　对于一柱一桩的情况，单桩的沉降计算就是一个实际的工程问题［１］。另一方面，某些群桩的沉降计算方法，是以单桩沉降为基础，通过经验关系或叠加的原理而得到［１１。故对桩基沉降计算，有必要先分析单桩的沉降。本文通过对各种单桩沉降计算方法的基本原理、假定条件、本构关系的建立以及沉降计算过程的比较，分析了各种沉降计算方法的优缺点以及在工程及研究中的适用性。 　　２单桩沉降的组成 　　在竖向工作荷载作用下的单桩沉降由以下两部分组成［２］： 　　（１）桩身混凝土自身的弹塑性压缩Ｓ。； 　　（２）桩端以下土体所产生的桩端沉降Ｓ。； 　　单桩桩顶沉降Ｓ。可表示为： 　　Ｓ。一Ｓ。＋Ｓｂ（１） 　　现行规范通常假定桩身混凝土为弹性材料，用弹性理论进行桩身压缩计算。 　　桩端以下土体的压缩包括：土的固结压缩变形和钻孔桩的桩端沉渣压缩等。除了土体的固结变形外，有时桩端还可能发生刺入变形（土体发生塑性变形）。对固结变形可用土力学中的固结理论进行计算，固结变形产生的沉降，是随时间而发展的，具有时间效应的特征。当桩端以下土体的压缩与荷载关系近似为直线关系时，也可以把土体视作线弹性介质，运用弹性理论进行近似计算。对刺入变形目前还研究不够，无法很好预测［１Ｉ。目前一般假定桩端位移和桩端力成线性关系。另外，钻孔桩桩端沉渣也会产生压缩变形。 　　２第一篇理论研究 　　在工程上可根据荷载特点、土层条件、桩的类型来选择合适的桩基沉降计算模式及相应的计算参数。沉降计算是否符合实际，在很大程度上取决于计算参数的选择是否正确。 　　目前单桩沉降的计算方法主要有以下几种： 　　①荷载传递法； 　　②剪切位移法； 　　③弹性理论法； 　　④分层总和法（建筑桩基技术规范方法）； 　　⑤简化方法（我国路桥规范简化计算法）； 　　⑥数值计算法。 　　其中①、②、③为理论方法；④、⑤为规范经验方法；⑥为数值建模方法。 　　３各种单桩沉降计算方法的原理‘１］［２］［３］ 　　３．１荷载传递法 　　３．１．１荷载传递法的基本原理 　　荷载传递法是目前应用最为广泛的简化方法，该方法是先按基本假定建立荷载传递方程，其基本思想是把桩划分为许多弹性单元，每一单元与土体之间用非线性弹簧联系（图１ａ），以模拟桩一土间的荷载传递关系。桩端处土也用非线性弹簧与桩端联系，这些非线性弹簧的应力一应变关系，即表示桩侧摩阻力ｒ（或桩端抗力口）与剪切位移Ｓ间的关系，这个关系一般被称作为传递函数。 　　荷载传递法的关键在于建立一种真实反映桩土界面侧摩阻力和剪切位移的传递函数（即ｒ（ｚ）一Ｓ（ｚ）函数）。传递函数的建立一般有两种途径：一是通过现场测量拟合；二是根据一定的经验及机理分析，探求具有广泛适用性的理论传递函数。目前主要应用后者来确定荷载传递函数。 　　３．１．２荷载传递法的假设条件 　　荷载传递法把桩沿桩长方向离散成若干单元，假定桩体中任意一点的位移只与该点的桩侧摩阻力有关，用独立的线性或非线性弹簧来模拟土体与桩体单元之间的相互作用。该方法是由Ｓｅｅｄ（１９５７）提出的。 　　３．１．３荷载传递法本构关系的建立 　　为了导得传递函数法的基本微分方程，可根据桩上任一单元体的静力平衡条件得到（图１ｂ）：． 　　望掣：一魄（ｚ）ａ名（２） 　　式中【，为桩截面周长。 　　桩单元体产生的弹性压缩出为：出。一丽．Ｐ（ｚ）ｄｚ（３）或 　　式中Ａ，、Ｅｐ为桩的截面积及弹性模量。 　　将式（３）求导，并以式（２）代入得塞一程（４） 　　单桩沉降计算方法综述分析３ 　　参一是出，．ｄｚ２Ａ。Ｅ。‘、‘７（５） 　　式（５）就是传递函数法的基本微分方程，它的求解取决于传递函数ｒ（ｚ）一ｓ的形式。 　　朐土㈠下 　　Ｐ∞＋ｄＰ∞ 　　图１荷载传递法计算模式 　　目前荷载传递法的求解有三种方法：解析法，变形协调法和矩阵位移法。解析法由Ｋｅｚｄｉ（１９５７）、佐滕悟（１９６５）等提出，把