【正文】 拋物線，提出用外插法求破壞荷載。 我國《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（ JGJ 94— 94）按下列方法 綜合確定單樁豎向極限承載力。各國關(guān)于極限荷載下的樁頂絕對下沉量很不相同?，F(xiàn)在國內(nèi)用的較多的是慢 速維持荷載法。自平衡 法由美國西北大學(xué)教授 Jorj Osterberg 于 80 年代中期研制成功，是近年應(yīng)用較廣泛的一種方法，特別是在橋梁工程中。 直接試驗(yàn)法 雖然有很多單樁承載力的計(jì)算方法，但只有直接試驗(yàn)法能夠比較準(zhǔn)確地確定 樁基的承載力，尤其是樁基的靜載荷試驗(yàn)，一般只需簡單的統(tǒng)計(jì)處理就能用于樁 基的設(shè)計(jì)中。suq vK v? ? ? ??? () 對正常固結(jié)粘性土， 0 1 sinK ???? ， ???? ? — 系數(shù)，對正常固結(jié)粘性土， (1 sin ) ta n? ? ????? 0K — 土的靜止土壓力系數(shù) ? — 樁土間外摩擦角 v?? — 樁側(cè)計(jì)算分層土的平均豎向有效應(yīng)力 ?? — 樁側(cè)土的有效內(nèi)摩擦角 ? 法考慮了樁身與樁周粘性土邊界上的摩擦作用和邊界上的法向應(yīng)力，該方 法又稱為“排水法”或“有效應(yīng)力法”。 0 /2p u c q rq N c N B N??? ? ? () 式中 cN 、 rN 、 qN — 承載力因數(shù)，為土的內(nèi)摩擦角 ? 的函數(shù)，無因次 c — 地基土的內(nèi)聚力 0? — 樁端處的豎向應(yīng)力 B — 樁端直徑 γ — 土的容重 若樁端土為飽和粘土（ ? =0），式（ ）可進(jìn)一步簡化： 0pu c uq N c ??? () uc — 土的不排水剪切強(qiáng)度 很多學(xué)者都探討過 Nc 的取值，根據(jù)大量的研究表明 Nc 的取值一般間于 6 到 9 之間，且隨樁的入土深度的增長趨于上限值。 現(xiàn)在樁基一般是根據(jù)樁的承載能力進(jìn)行設(shè)計(jì)。在樁基理 論中，單樁的承載力是核心問題，又由于本文主要探討橋梁等高重結(jié)構(gòu)中的大直 徑深長灌注樁，故本文將集中討論豎向荷載下單樁的承載性能。大量的這方面的現(xiàn)場試驗(yàn)，為我們研究樁的承載性 狀提供了寶貴的數(shù)據(jù)，本文則 試圖利用現(xiàn)場試驗(yàn)的成果并結(jié)合理論研究方法對 大直徑深長鉆孔灌注樁的承載性狀作較為系統(tǒng)的研究。大量工程實(shí)踐證明，采用合理工藝的樁底注漿效果很不錯(cuò)，不但可提高單樁承載力，還可以減小單樁沉降量以及群樁的不均勻沉降。 樁底沉渣對承載力的影響比較突出。 1989年由加拿大伯明翰公司 (Berming Hammer) 和荷蘭皇家科學(xué)院建工研究所 (TNO)聯(lián)合研制成功的靜動法 (Statnamic)，是目前國際上一種嶄新的樁基荷載測試方法，它利用一個(gè)類似于火箭的裝置，攜帶一定量的反力作用于樁頭，點(diǎn)火后在樁頭產(chǎn)生一個(gè)相對平緩持續(xù)的推力，從而獲得安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 11 可分解的荷載試驗(yàn)曲線，最終通過解析處理獲得靜荷載曲線。不少專家學(xué)者己經(jīng)在這方面展開了 積極的探索并取 得了階段性成果。目前灰 色系統(tǒng)理論在樁基工程中 的應(yīng)用主要包括對單樁承載力、沉降的預(yù)測以及用灰 色關(guān)聯(lián)分析研究單樁的承載性能，所采用的模型大多為 GM(1， 1)模型。 邊界元法計(jì)算工作量比有限元法要小，只需要對樁土界面進(jìn)行離散，在接 觸面用荷載傳遞函數(shù)或彈性理論模擬土的性狀，建立樁土之間的平衡和位移協(xié) 調(diào)關(guān)系。它很適于處理非線性、非均質(zhì)和復(fù)雜邊界等問題，而土體 的應(yīng)力變形分析恰好就存在這些困難問題。分析時(shí)假定樁側(cè)上、下土層之間沒有相互作用，此外，認(rèn)為摩擦樁一般在工作荷載作用時(shí)，樁端承擔(dān)荷載較小，計(jì)算中可略去，即假定樁沉降主要由樁側(cè)荷載傳遞引起。總之，將荷載傳遞法應(yīng)用于樁基礎(chǔ)沉降分析時(shí)，如果具備標(biāo)準(zhǔn)化的地區(qū)性樁荷載試驗(yàn)資料和現(xiàn)成的計(jì)算機(jī)專用程序，則分析工作就變得較為簡單。而位移協(xié)調(diào)法是由 Seed和 Reese(1955)、 Coyle和 Reese (1966)提出的。 1． 3 大直徑深長鉆孔灌注樁單樁豎向承載性狀理論研究方法現(xiàn)狀 目前研究 大直徑深長鉆孔灌注樁單樁豎向承載性狀的方法主要有荷載傳遞 法、彈性理論法、剪切位移法、有限元法以及其它方法簡化、灰色系統(tǒng)理論法、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和最優(yōu)化理論法、試驗(yàn)方法等。 (7)大直徑深長灌注樁可采取擴(kuò)大底部的形式，更好地發(fā)揮樁端土的作用。本文將樁徑 d? 800mm的鉆孔樁視為大直徑鉆孔樁，將長徑比 /LD? 40或L40m的鉆孔樁定義為深長鉆孔樁，將 L? 50m的鉆孔樁定義為超長鉆孔樁，當(dāng)然，超長樁屬于深長樁的范疇。 7. 按樁徑大小分類 （ 1）小樁 d≤ 250mm （ 2）中等直徑樁 d=250 800mm （ 3）大直徑樁 d≥ 800mm Q 圖 樁的受力與承載如圖 ，本文主要研究大直徑深長鉆孔灌注樁的豎向極限承載力。故樁周土的工程性質(zhì)變化不大。 ( 4) 復(fù)合受荷樁 : 承受豎向、水平荷載均較大的樁 , 應(yīng)按豎向抗壓樁及水平受荷樁的要求進(jìn)行驗(yàn)算。在地下水位以 下時(shí)，木材有很好的耐久性，而在干濕交替的環(huán)境下，木材很容易腐蝕。 （ 1）鋼筋混凝土樁 混凝土樁是目前應(yīng)用最廣泛的樁 , 具有制作方便 , 樁身強(qiáng)度高 , 耐腐蝕性 能好 , 價(jià)格較低等優(yōu)點(diǎn)。 ②端承摩擦樁 : 在極限承載力狀態(tài)下 , 樁頂荷載主要由樁側(cè)摩擦阻力承受。 樁及樁基礎(chǔ)的分類 樁可按承載性狀、使用功能、樁身材料、成樁方法和工藝、樁徑大小等進(jìn)行分類。 隨著我國工程建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，在高層建筑、重型廠房、橋梁、港口 碼頭、海上采油平臺及核電站等工程中已大量采用樁基礎(chǔ)，樁基已成為我國工程建設(shè)中最為重要的基礎(chǔ)形式，在所有樁基 類型中，灌注樁應(yīng)用較為普遍，其中尤以鉆孔灌注樁為主。 對該工程 1， 2號試樁的曲線進(jìn)行分析，得出該地區(qū)有關(guān)樁頂荷載與沉降關(guān)系的一些結(jié)論，并按一定樁頂沉降量計(jì)算得到直徑 ，為以后的設(shè)計(jì)提供了參考，具有一定的實(shí)用價(jià)值。當(dāng)天然地基上的淺基礎(chǔ) 沉降量過大或地基穩(wěn)定性不能滿足建筑物要求時(shí)，常采用樁基礎(chǔ)。無錫八百伴商貿(mào)中心樁基試樁直徑 lm，樁長 ；南京長江 二橋 2個(gè)主塔樁基鉆孔灌注樁直徑 3． 0m的，樁長達(dá) 83 m和 102 m；蕪湖長江大橋樁基礎(chǔ)運(yùn)用了樁徑 2． 5m和 3． 2m，有效樁長 50~ 63m的鉆孔灌注樁；蘇通長江公路大橋工程中的一些鉆孔灌注樁的樁徑達(dá) 2． 8m，樁長達(dá) 132m；湖南省湘潭二橋工程中運(yùn)用了樁徑 5m和 3． 5m的鉆孔灌注樁。 ( 2) 低承臺樁基 : 凡是承臺底面埋置于地面或局部沖刷線以下的樁基稱為低承臺樁基。 （ 2）端承型樁 ①端承樁 : 在極限荷載作用狀態(tài)下 , 樁頂荷載由樁端阻力承受的樁。鋼樁樁身材料強(qiáng)度高 , 樁身表面積大而截面積小 , 在沉樁時(shí)貫透能力強(qiáng)而擠土影響小 , 在飽和軟粘土地區(qū)可減少對鄰近建筑物安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 3 的影響。 按樁的使用功能分類 ( 1) 豎向抗壓樁 : 豎向抗壓樁主要承受豎向荷載 , 是主要的受荷形式。將與樁體積相同的土挖出。擠土樁主要有打入或壓入的混凝土方樁、預(yù)應(yīng)力管樁、鋼管樁和木樁。對灌注樁按直徑進(jìn)行的分類，各國 (地區(qū) )和各專業(yè)的分類標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，主要視施工習(xí)慣及樁型承載性狀等不同而區(qū)分。 (3)大直徑深長鉆孔灌注樁因其樁身剛度大，除能承 受較大的豎向荷載外，還能承受較大的水平荷載，故能有效地充當(dāng)坡地抗滑樁以及建筑物基坑開挖的支護(hù)樁。因此，它能滿足高層、超高層建筑物框架、 框剪、簡體、空間網(wǎng)架等各種結(jié)構(gòu)體系或其他重型結(jié)構(gòu)物承載的要求，且?？稍O(shè)計(jì)一柱一樁，不需樁項(xiàng)承臺、大大簡化基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。這些非線性彈簧的應(yīng)力～應(yīng)變關(guān)系，即表示樁側(cè)摩擦阻力 ? (或樁端抗力 ? )與剪切位移 S間的關(guān)系 (? ～ s或? ～ s關(guān)系 )，這一關(guān)系一般就稱作傳遞函數(shù)。何思明 (1994)提出廣義傳遞函數(shù)，它具有雙曲線關(guān)系。 Poulos和 Davis， Mates和 Poulos等以作用在各單元樁段四周圓環(huán)面積上的均布荷載代替樁側(cè)剪應(yīng)力分布，并且 Poulos于 1980年出版了基于彈性理論的樁基礎(chǔ)經(jīng)典著作 Pile Foundation AnalysiS And Design ，書中對樁基負(fù)摩阻力的現(xiàn)場實(shí)測，下拉荷載的時(shí)間效應(yīng)，單樁負(fù)摩阻力的理論解答，群樁負(fù)摩阻力的綜合分析以及實(shí)測數(shù)據(jù)與理論分析結(jié)果的對照作了一個(gè)整體的闡敘，對以后的研究工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 這與實(shí)際工程中土的非均質(zhì)性及樁和土具有非線性的實(shí)際情況并不相符。 Ellison等人于 1971年較早將有限元法用于單樁沉降計(jì)算分析，首先使用二維軸對稱有限元法來分析鉆孔灌注樁，Ottaviani將三維有限元用于群樁的分析，尤其是樁身與土之間的荷載傳遞特性。楊敏以邊界積分法為基礎(chǔ)分析樁，并以 Mindlin應(yīng)力解為基本解，在考慮各種非均質(zhì)情況時(shí)要對基本解進(jìn)行修正，使樁的分析結(jié)果適用于各種實(shí)際地基情況。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (ANN)是由大量而簡單的處理單元以某種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)廣泛 的互 相連接而形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 用室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行單樁荷載傳遞研究，集中在采用直剪儀或三軸剪力儀測定 不同土類、不同壓力下土的荷載傳遞函數(shù)。 20世紀(jì) 80年代中期，在美國提出了一種樁承載力自平衡試驗(yàn)法 (也稱 Osterberg試樁法 )，國內(nèi)清華大學(xué)、東南大學(xué)等已開始對其進(jìn)行研究，該 法是省去試驗(yàn)的外加反力系統(tǒng)，通過在樁體內(nèi)植入扁式千斤頂進(jìn)行試驗(yàn)，裝備 簡單，無需構(gòu)筑笨重的反力設(shè)施，而且可以清楚地分出側(cè)摩阻力與端摩阻力分 布和各自的荷載～位移曲線，試驗(yàn)成本也大大降低，近幾年來該方法在我國公 路和鐵路上得到推廣應(yīng)用。泥皮厚度過厚也會導(dǎo)致樁側(cè)土層側(cè)阻不能正常發(fā)揮。關(guān)于影響大直徑深長鉆孔灌注樁承載力因素的研究，不少學(xué)者從施工質(zhì) 量、承載力的確定方法、計(jì)算模型、巖土層條件等不同的角度作出不少的探索 和研究，但是由于影響其承載力因素繁多復(fù)雜，目前系統(tǒng)的研究還不夠，很多 的研究沒有普遍性，大大的影響其理論及工程實(shí)踐的發(fā)展，隨著越來越多的大 直徑深長鉆孔灌注樁的使用，對于其承載力理論的進(jìn)一步研究是非常有必要的， 以便設(shè)計(jì)人員更好的根據(jù)不同的地區(qū)進(jìn)行較為合理的設(shè)計(jì)，同時(shí)也可降低成本 和造價(jià)。 本文的開展路線如下： (1)從試驗(yàn) 準(zhǔn)備、現(xiàn)場測試以及數(shù)據(jù)的處理，詳細(xì)介紹大直徑鉆孔灌注樁 單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)過程，并對試驗(yàn)結(jié)果做詳細(xì)的分析，得到該地區(qū)大直 徑深長鉆孔灌注樁在豎向載荷作用下的樁側(cè)和樁端的荷載傳遞特性，以及各土 層在各級荷載下樁側(cè)土阻力的發(fā)揮特性。由樁的外部強(qiáng)度穩(wěn)定準(zhǔn)則確定樁的承載力，是指由樁的周圍介質(zhì)與樁接觸面的剪切強(qiáng)度決定樁的承載力；由樁的功能性穩(wěn)定準(zhǔn)則分析計(jì)算樁的承載力，一般是指由樁基的沉降來決定樁承載力的方法。 近似理論法 單樁的極限承載力 uQ 由極限側(cè)阻力 suQ 和極限端阻力 puQ 組成，一般可忽略 二者之間的相互影響，因而 , uQ 可表示為二者之和： u su puQ Q Q?? () 因此，只要分別計(jì)算樁的極限側(cè)阻力和極限端阻力，再將二者相加就可以得出樁 的承載力。很多學(xué)者也探討過考慮土的 壓縮性的極限端 阻的計(jì)算，在此對他們的理論不再一一列舉。所以，砂性土中樁側(cè)阻力計(jì)算的核心是參數(shù)β 的計(jì)算和臨界深度 cz 的確定。我國《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（ JGJ 94— 94）規(guī)定一級建筑樁基應(yīng)采用現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)，并結(jié)合靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入等原位試驗(yàn)方法綜合確定單樁豎向極限承載力。且自平衡法是以樁上下阻力平衡來加載，故樁身所受荷載只是樁極限承載力的一半，因此就可以大大縮短工期。確定樁極限承載安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 17 力的方法主要有以下一些： （ 1）根據(jù) P— S 曲線出現(xiàn)顯著轉(zhuǎn)折確定 這是確定極限承載力的基本方法，極限荷載取 P— S 曲線由平緩變?yōu)榧眲∠? 降時(shí)的 過渡點(diǎn)。對大直徑鉆孔灌注樁，荷 蘭規(guī)范和一些學(xué)者（ De Beer 1988。 根據(jù)沉降隨時(shí)間的變化特征確定極限承載力：取 S— logt 曲線尾部出現(xiàn)明顯 向下彎曲的前一級荷載值。 （ 4）灰色理論 灰色預(yù)測理論是八十年代初 發(fā)展起來的一種新型預(yù)測理論。 最初建立的 GM(1,1)預(yù)測模型，并不一定和實(shí)際情況相吻合，為了提高預(yù)測的精度，需要對 GM(1， 1)模型進(jìn)行優(yōu)化處理， GM(1,1)模型的優(yōu)化主要是建立生成殘差模型，生成殘差模型以生成數(shù)的殘差為原始數(shù)據(jù)，建立生成殘差 GM(1,1) 模型，并將該模型所獲得的殘差預(yù)測值與原 GM(1,1)的預(yù)測值相迭加對模型進(jìn)行 修正。本章內(nèi)容為后面章的分析奠定了基礎(chǔ)。 2．試樁沉降相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：每一小時(shí)內(nèi)的樁頂沉降量不超過 0． 1mm，并連續(xù)出現(xiàn)兩次 (從每級荷載施加后第 30min開始，由三次或三次以上每 30min的沉降觀測值計(jì)算