【正文】 24 圖 鉆孔柱狀圖 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 25 試驗成果見表 1，并用慢速維特荷載法，繪制出 QS曲線、 SlgQ曲線和 Slgt曲線，分別見圖 4 – 圖 6. （ a） （ b） 圖 QS? 曲線 （ a） 1號試樁 ；（ b） 2號試樁 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 26 （ a） (b。 終止加載條件 1．某級荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級荷載作用下沉降量的 5倍。由 ，再求 。 (2) 計算 PS 曲線上每段折線的一階數(shù)值導(dǎo)數(shù) Ki,Ki=(△ S/△ P)i,其幾何意義為 PS曲線的斜率 。系統(tǒng)內(nèi)部的信息是指：關(guān)于系統(tǒng)因素的信息，關(guān)于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的信息，關(guān)于系統(tǒng)作用原理的信息。一般有以下一些方法： （ 1）百分率數(shù)解法 VanderVeen（ 1953）假設(shè) P— S 曲線符合指數(shù)方程： ? ?1 ex p ( )uQ Q s?? ? ? () 其中 ? 為反映 P— S 曲線形狀的系數(shù)，式（ ）亦可表示為 ： ln(1 / )us Q Q??? () 由式 (210)知當(dāng) S 趨于無限大時，樁頂荷載達到極限荷載。該曲線的斜率反映了樁頂下沉的速率，概略地說明了某級荷載下樁周土與樁地土的塑性變形的發(fā)展程度。 確定極限荷載的△ S/ △ P 限值有： ( 美國俄亥俄州 ) 、 (雷蒙樁公司 )、 （北京市地 1 質(zhì)地形勘測處）。采用靜載試驗測樁時，加載方法有慢 速維持荷載法、快速維持荷載法、等貫入速率法（ Whitaker amp。大應(yīng)變法、 動靜試樁法試驗簡單，在造價和工期方面遠遠優(yōu)于靜荷載法。 2 )u m m SQ c A???? () 后來學(xué)者將上述方法擴展成更一般的形式，用于成層粘性土中樁的側(cè)摩阻力的計 算： ( 39。 （ 1） ? 法 ? 法由 Tomlinson(1971)提出，又可稱為不排水狀態(tài)法或總應(yīng)力法，其表達式為： su uqc?? () ? — 稱為附著系數(shù)，取決于土的不排水剪切強度和樁進入粘土層的深度比 uc — 樁側(cè)土層的平均不排水剪切強度 （ 2） ? 法 Chandler(1968)提出了計算粘性土樁側(cè)阻力的有效應(yīng)力法，該方法考慮了土層深度 z 對樁側(cè)阻力的影響，其表達式為： 039。代表性的樁端阻力極限平衡理論有太沙基（ Terzaghi,1943）、 梅耶霍夫（ Meyerhof,1951）、別列贊策夫（ 1961）和魏西克（ Vesic,1963）公式。眾多學(xué)者已經(jīng)在這方面做了很多研究，提出了很多計算方法。 第二章 單樁豎向承載力 樁基可由單根樁構(gòu)成，如一柱一樁的情況，也可以是有多根樁組成的群樁， 荷載通過承臺傳遞給樁頂。因此，研究大直徑深長鉆孔灌注樁荷載傳遞機理不僅是樁基理論自身發(fā) 展的需要，同時也是工程界的迫切要求。 綜合上述因素，在計算單樁豎向承載力時應(yīng)考慮除場地因素以外的其它因素對承載力降低的影響。其次是樁身混凝土質(zhì)量，也可在成樁后通過超聲波或各種動測設(shè)備測定和評價?，F(xiàn)場試驗主要包括單樁靜載試 驗及樁身應(yīng)力測試，靜載試驗是目前研究單樁的承載性能及單樁荷載一沉降特性 最常用的手段。所謂最優(yōu)化， 就是研究在一定限制條件下，如何尋找并選取某種方案以達到最優(yōu)目的的一門 科學(xué)。根據(jù)灰色預(yù)測理論，把那些有限的、不確切的、包含系統(tǒng)行為特征的原始數(shù)據(jù)序列進行變換后，通過建立灰色微分方程，可對系統(tǒng)的發(fā)展變化進行全面地分析、預(yù)測，從而尋找到數(shù)據(jù)內(nèi)在的規(guī)律性。三維有限元法計算精度很高，較為符合實際情況，但計算過程復(fù)雜，耗時較長。 1． 3． 4 有限元法以及其它方法簡化 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 9 隨著計算機的高速發(fā)展和計算技術(shù)的進步，有限單元法 (FEM)、邊界元法 (BEM)等數(shù)值計算方法也被引入樁基的計算分析之中，它以模擬功能較強而具有 較強的理論分析價值。 1． 3． 3 剪切位移法 Cook(1974年 )提出摩擦樁荷載傳遞物理模型，假定當(dāng)荷載水平較小時，樁在軸向荷載作用下沉降較小，樁與土之間不產(chǎn)生相對位移，因此樁沉降時，周圍土體也隨之發(fā)生剪切變形。 目前，荷載傳遞分析法己被廣泛地推廣應(yīng)用到樁基礎(chǔ)的各個方面。荷載傳遞解析法是由 Kezdi(1957)和佐滕悟 (1965)先后提出。安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 7 (10)大直徑灌注樁通常布樁間距大，群樁效應(yīng)微小，設(shè)計中毋需為此而進行煩瑣的計算。 (6)大直徑深長灌注樁直徑大、入土深，現(xiàn)有機具和人工挖掘都能進入各類 地基。對樁按長度進行分類還缺乏統(tǒng)一的認(rèn)識，尤其是對深 (超 )長樁的概念并不明確。 預(yù)制樁可以是木樁、鋼樁或鋼筋混凝土樁等 （２） 灌注樁 灌注樁為在建筑工地現(xiàn)場通過機械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁?；蜚@孔樁、井筒管樁和預(yù)鉆孔埋樁等。 ( 3) 水平受荷樁 : 港口工程的板樁 、基坑的支護樁等 , 都是主要承受水平荷載的樁。由于鋼樁價格昂貴 , 耐腐蝕性能差 , 應(yīng)用受到一定的限制。如通過軟弱土層樁尖嵌入基巖的樁 , 由于樁的細長比很大 , 在外部荷載作用下 , 樁身被壓縮 , 使樁側(cè)摩擦阻力得到部分地發(fā)揮。主要用于巖層埋置很深的地基。已有眾多學(xué)者和施工單位注 意到這個問題，隨著鉆孔灌注樁的大量使用，有必要對鉆孔灌注樁承載力進行全 面系統(tǒng)研究。 樁基的應(yīng)用雖然己經(jīng)經(jīng)歷了漫長的歷程，然而審視現(xiàn)狀，環(huán)顧世界各地，樁基的生命依然顯得年輕，其應(yīng)用前景仍然十分廣闊。 本科畢業(yè)論文 樁基豎向承載力研究 VERTICAL BEARING CAPACITY OF THE PILE FOUNDATION 學(xué)院（部）：理學(xué)院 專業(yè)班級： 力學(xué) 081 學(xué)生姓名： 陳 陽 指導(dǎo)教師： 劉 偉 教授 2020 年 5 月 31 日 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 I 樁基豎向承載力研究 摘要 本文以江陰長江大橋北塔橋墩鉆孔灌注樁工程為背景，基于大量的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，分析了該地區(qū)大直徑深長鉆孔灌 注樁在豎向荷載作用下樁土體系荷載傳遞的過程和規(guī)律，對涉及樁側(cè)和樁端阻力性狀的許多方面進行了詳細的闡述。樁 基礎(chǔ)具有承載力高、沉降速率低、沉降量小而且均勻等特點，能承受垂直荷載、 水平荷載、上拔力及由機器產(chǎn)生的振 動或動力作用等。簡單地采用預(yù)制樁的承載 力推算鉆孔灌注樁承載力的方法僅是一種應(yīng)急之法。 按承載性質(zhì)不同分類 （ 1）摩擦型樁 ①摩擦樁 : 豎向荷 載下 , 基樁的承載力以樁側(cè)摩阻力為主 , 外部荷載主要通過樁身側(cè)表面與土層之間的摩擦阻力傳遞給周圍的土層 , 樁尖部分承受的荷載很小。 ②摩擦端承樁 : 在極限承載力狀態(tài)下 , 樁頂荷載主要由樁端阻力承受的樁。鋼管樁由各種直徑和壁厚的無縫鋼管制成。 ( 2) 豎向抗拔樁 : 主要承受豎向抗拔荷載的樁 ,應(yīng)進行樁身強度和抗裂性能以及抗拔承載力驗算。這類樁主要有干作業(yè)法、泥漿護壁法和套管護壁法鉆挖孔灌注樁。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 4 6. 按樁的施工方法分類 （ 1）預(yù)制樁 在施工前預(yù)先制作成型，再用各種機械設(shè)備把它沉入 地基至設(shè)計標(biāo)高的樁，稱為預(yù)制樁。另外，王伯惠等提出將 d? 2500mm的樁稱為大直徑樁。 (5)大直徑深長鉆孔灌注樁由于在地下或水下鉆孔灌注成樁，施工影響因素眾多，故樁身質(zhì)量不 可能象預(yù)制樁那樣穩(wěn)定可靠。相反，混凝上預(yù)制板樁和鋼板樁等，因其剛 度較差、施工不易、拔出困難、防水性能不佳等原因而用得越來越少。根據(jù)求解樁身荷載傳遞微分方程的不同途徑，該法可再分為荷載傳遞解析法和位移協(xié)調(diào)法兩類。龔維明等 (1997)將荷載傳遞法與剪切位移法巧妙結(jié)合起來，提出廣義荷載傳遞法，既考慮單樁非線性特征又考慮群樁共同作用。劉金礪對彈性理論法中的相互影響系數(shù)和沉降比的理論值提出了修正方案；湯永凈以Poulos彈性理論法為基礎(chǔ)，計算地下連續(xù)墻和中間支承樁的沉降。盡管如此，近年來以該法計算單樁沉降的可靠性己得到了工程技 術(shù)界廣泛重視；另外該方法的一個主要優(yōu)點是只要通過簡單地推廣便可進行群 樁 的分析，沒有考慮土連續(xù)性的方法則不能分析群樁。對于單樁的有限元分析，可以按軸對稱問題考慮，而對于群樁的計算則是一個連續(xù)半空間的三維問題了。在處理方法上，灰色系統(tǒng)理論首先將雜亂無 章的原始數(shù)據(jù)通過累加或累減整理成規(guī)律性較強的生成數(shù)，然后再進行進一步研究，從而使尋找數(shù)據(jù)內(nèi)在規(guī)律的過程變得非常簡單明了。在樁基工程中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法更多 的被用于預(yù)測單樁的承載力、沉降和分析單樁的承載性能等方面。 目前絕大多數(shù)研究人員采用的是現(xiàn)場試驗。影響大直徑灌注樁豎向承載力的主要因素有 :樁側(cè)、樁端土層性質(zhì)，直接關(guān)系到樁側(cè)摩阻和樁端阻力大小，該因素可在工程勘察時基本查明 ?？妆谛螤睢⒊蓸豆に嚭图夹g(shù)等對樁的豎向承載力都會造成一定影響，從而使樁豎向承載力有很大的離散性和隨機性。現(xiàn)行規(guī)范關(guān)于大直徑深長鉆孔灌注 樁設(shè)計理論并非建立在其承載變形機理探討的基礎(chǔ)上，存在理論與實際之間的 矛盾。 (3)通過對現(xiàn)場的 2根大直徑深長鉆孔灌注樁的靜載荷試驗分析，得出該地區(qū)加載過程中 QS曲線特點，并 提出按一定樁頂沉降量預(yù)測未加載至破壞試樁的極限承載力的方法，對嵌巖樁和非嵌巖樁分別得出了工作荷載下單樁沉降的估算公式。由外部強度準(zhǔn)則確定樁基的承載力和單樁的沉降計算一直是樁基理論的 重點和難點。 樁端阻力的計算 以剛塑體理論為基礎(chǔ)，假定不同的破壞滑動面形態(tài)，便可導(dǎo)得不同的極限樁 端阻力理論表達式。側(cè)阻力的計算方法主要有“ ? 法”“ ? 法”“ ? 法”， ? 法、 ? 法用于計算粘性土中的樁， ? 法可用于計算粘性土和非粘性土中的樁。 Focht(1972)針對開口鋼管樁樁端承載力基本可忽略的情況，提出在一種粘土中單樁極限承載力由樁側(cè)阻力決定的方法，其表達式為： ( 39。 自平衡法、大應(yīng)變法和動靜試樁法是近年來發(fā)展比較快的方法。 靜載荷試驗分為堆載法和錨樁法，由于堆載法配重運輸往往造價太高，且試 驗時有一定危險性，所以一般采用錨樁法。蘇聯(lián)樁與土試驗規(guī)程、 TYCM58 規(guī)程、我國鐵路工程技術(shù)規(guī)范規(guī)定如每級加載量為極限荷載量 1/15— 1/10 時，在某級荷載 Pi 作用下，滿足以下二條件： Si40mm； Si/△ Si1≥ 5 或△ Si/△ Si1≥ 2 且 24 小時不穩(wěn)定，稱 Pi為臨界荷載，其前一級荷載為極限荷載。 （ 4）根據(jù)樁頂下沉隨時間的發(fā)展的規(guī)律確定 S— logt 曲線在形狀上能比較靈敏的反映樁與土的工作狀況。此時就需要根據(jù)不完全的 P— S 曲線，通過數(shù)學(xué)處理，推算樁基的極限承載力?；疑到y(tǒng)（ Grey System） 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 19 是指相對于一定的認(rèn)識層次，關(guān)于系統(tǒng)的信息部分已知、部分未知，即信息不完全。 (5) 22/P K P?? ? 法 該法假設(shè)試樁的 PS 曲線末端符合如下指數(shù)函數(shù)： Si=a exp(bPi) a、 b 為回歸系數(shù)，該法的求解步驟如下： (1) 對實驗數(shù)據(jù)進行回歸分析，求出 a、 b。樁的設(shè)計直徑 d=100cm， 1號試樁為摩擦樁，樁長 ,2號試樁為嵌巖的摩擦端承樁，樁長 。 4．卸載時，每級卸載為加載值的兩倍，每級荷載維持 1h，按第 1 60min測讀樁頂沉降量：卸載至零后，應(yīng)測讀樁頂殘余沉降量，維持時間為 3h，測讀時 間為 1 30min，以后每隔 30min測讀一