【文章內(nèi)容簡介】 出。常用的具代表性的傳遞函數(shù)模型有： Kezdi的指數(shù)曲線模型、佐滕悟的線彈性全塑性模型、 Gardner的雙曲線模型和 Kraft(1981)提出的理想荷載傳遞曲線等等。而位移協(xié)調(diào)法是由 Seed和 Reese(1955)、 Coyle和 Reese (1966)提出的。位移協(xié)調(diào)法得到的傳遞函數(shù)一般比較復(fù)雜，要從其它途徑獲得，如根據(jù)平衡條件和位移協(xié)調(diào)原 則，經(jīng)反復(fù)試算以求得樁身軸向力和樁側(cè)摩阻力。我國學(xué)者何思明、陳竹昌與徐和、陳龍珠、房衛(wèi)民等人在荷載傳遞法研究中也獲得了一定進(jìn)展。何思明 (1994)提出廣義傳遞函數(shù)，它具有雙曲線關(guān)系。陳龍珠 (1994)提出雙折線硬化模型，房衛(wèi)民 (1999)提出了三折線模型。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。 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。例如戴國亮，郭忠賢等分別將其推廣應(yīng)用于嵌巖樁、夯實(shí)水泥土樁、復(fù)合地基單樁的荷 載～沉降性狀分析；傅旭東等根據(jù)樁周阻抗三階段理論，提出用荷載傳遞計算單樁沉降可靠度的方法?？傊瑢⒑奢d傳遞法應(yīng)用于樁基礎(chǔ)沉降分析時，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)成的計算機(jī)專用程序，則分析工作就變得較為簡單。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 8 1． 3． 2 彈性理論法 彈性理論法，將土體看成均勻各向同性的線彈性半空間體，用彈性模量 ( sE ) 和泊松比 (sv )兩個變形指標(biāo)表示土的性能．彈性理論法在今天已經(jīng)發(fā)展成為一種可用于工程實(shí)踐的、較為完整的理論體系。這些方法的共同特點(diǎn)都以彈性連續(xù)介質(zhì)理論模擬樁周土體的響應(yīng)，并都使用了在半無限體內(nèi)施加荷載的 Mindlin方程求解。 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)果的對照作了一個整體的闡敘，對以后的研究工作打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。 國內(nèi)學(xué)者在彈性理論法的改進(jìn)和發(fā)展研究方面也取得了一定成果。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。 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。剪切力在樁側(cè)表面沿徑向向四周擴(kuò)散到周圍土體中。分析時假定樁側(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，樁端承擔(dān)荷載較小，計算中可略去，即假定樁沉降主要由樁側(cè)荷載傳遞引起。以上所述剪切位移傳遞法不考慮上、下土層之間的作用，并認(rèn)為地基土的剪切變形是線彈性的，且樁～土間不發(fā)生滑動，這些均與樁的實(shí)際工作性狀差別較大 。 Randolph和 Wroth（ 1978)對剪切變形傳遞法作了補(bǔ)充和修正，提出樁的影 響半徑與樁長及土層性質(zhì)有關(guān)，并按彈性力學(xué)方法補(bǔ)充了樁端沉降量的計算式。 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。另外 該方法假定樁～土之間位移協(xié)調(diào)，即樁～土之間不產(chǎn)生滑動，這與樁的實(shí)際工 作性狀也不相符，僅在荷載較小時能得出較準(zhǔn)確的解，荷載較大時，則會產(chǎn)生 較大的偏差。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(diǎn)是只要通過簡單地推廣便可進(jìn)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。 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(jī)的高速發(fā)展和計算技術(shù)的進(jìn)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(qiáng)而具有 較強(qiáng)的理論分析價值。 有限元法是用有限個單元體所構(gòu)成的離散化結(jié)構(gòu)代替原來的連續(xù)體結(jié)構(gòu)， 來分析應(yīng)力與變形。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。此外，有限元可以把地基、基礎(chǔ)， 甚至上部結(jié)構(gòu)作為一個整體進(jìn)行計算，可以考慮土體的非 線性彈塑性，考慮地 基、基礎(chǔ)和上層結(jié)構(gòu)的相互作用，使它們之間本來存在著的有機(jī)聯(lián)系得到很好 的反映。自 1966年美國 Clough和 Woodward首先用有限元法分析土壩以來，有 限元法在巖土工程中的應(yīng)用發(fā)展迅速。 Ellison等人于 1971年較早將有限元法用于單樁沉降計算分析，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。 有限元法也有缺點(diǎn)，如計算參數(shù)不易確定、計算結(jié)果及其影響因素間的關(guān) 系不直觀等，而且其結(jié)果的準(zhǔn)確性在很大程度上依 賴于所選擇的土和樁土界面 的本構(gòu)關(guān)系模型參數(shù)是否能夠準(zhǔn)確地反映真實(shí)情況。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。三維有限元法計算精度很高，較為符合實(shí)際情況，但計算過程復(fù)雜，耗時較長。為此，需要較大的計算機(jī)內(nèi)存和較快的運(yùn)行速度，使得實(shí)用性受到限制。 邊界元法計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。但是邊界元法難以處理土的非均質(zhì)性，且需要對解析點(diǎn)進(jìn)行雙重積分， 有時 這很困難并費(fèi)時。 Poulous(1969年 )提出了單樁沉降計算的邊界元法， Butcrficld和 Bancrjee在 1971年對邊界元法加以深入。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。 1． 3． 5 灰色系統(tǒng)理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和最優(yōu)化理論 灰色預(yù)測理論是一種新型預(yù)測理論，它利用連續(xù)的灰色微分方程模型，對系 統(tǒng)進(jìn)行觀察分析，并做出長期預(yù)測。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(qiáng)的生成數(shù)，然后再進(jìn)行進(jìn)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。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(jìn)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(jìn)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。我們知道，樁土體系是一個由樁和樁周圍的巖土介質(zhì)組成的復(fù)雜系統(tǒng)，用系統(tǒng)理論的觀點(diǎn)來看，樁土體系是個灰色系統(tǒng)，因此，完全可以把樁基安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 10 工程的有關(guān)問題作為灰色系統(tǒng)來看待，用灰色系統(tǒng)理論加以預(yù)測。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。用灰色 系統(tǒng)理論進(jìn)行單樁極限承載力的估算，只需對單樁靜載荷試驗(yàn)中各級荷載下樁 的沉降觀測值進(jìn)行累加或累減使之呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，再用特定的函數(shù)去逼近 擬合建立灰色微分模型和響應(yīng)函數(shù)，跟蹤樁頂沉降隨荷載增加的發(fā)展趨勢，就 可以推測預(yù)定沉降對應(yīng)的荷載值或預(yù)定荷載的沉降值。用灰色系統(tǒng)理論預(yù)測單 樁承載力和沉降還有不受樣本數(shù)量限制的優(yōu)點(diǎn)。 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)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自適應(yīng)性強(qiáng)、非線性、容錯性強(qiáng) 等特點(diǎn)，特別適用于處理各種非線性問題。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。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(dá)到最優(yōu)目的的一門 科學(xué)。對樁基進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，在保證安全的前提下，減小樁數(shù)或減小樁徑，最 大限度的發(fā)揮地基土和樁的承載潛力，降低樁基造價，以達(dá)到技術(shù)效益和經(jīng)濟(jì) 效益的高度統(tǒng)一應(yīng)該是樁基礎(chǔ)發(fā)展的方向。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。 1． 3． 6 試驗(yàn)方法 目前研究樁基承載性狀主要是指通過現(xiàn)場試驗(yàn)或模型試驗(yàn)，建立土的物理 力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)與樁基承載性狀的關(guān)系。如有些規(guī)范中根據(jù)土類、土的狀態(tài)及樁基類型與成樁工藝確定樁側(cè)阻力，采用原位測試 (如：靜力觸探 )估算單樁承載力等近年來，大量的工程技術(shù)人員還從理論與實(shí)踐相結(jié)合的角度出發(fā)，又探索出各種單樁承載性能的簡便估算方法。 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)。 Coyle和 Reese在三軸剪力儀中測 定粘土與鋼管樁 間的荷載傳遞函數(shù)； Kezdi用直剪儀測定砂土的荷載傳遞函數(shù)。 目前絕大多數(shù)研究人員采用的是現(xiàn)場試驗(yàn)。現(xiàn)場試驗(yàn)主要包括單樁靜載試 驗(yàn)及樁身應(yīng)力測試，靜載試驗(yàn)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。運(yùn)用靜力載荷法測試單樁豎向承載力，盡管設(shè)備笨重、造價高、 時間長，但迄今為止還是其它任何動力檢驗(yàn)法無法替代的基樁檢測方法，其試 驗(yàn)結(jié)果的可靠性也是毋庸置疑的。 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。該方法允許 測量最大承載力可達(dá) 7000噸，而且不受樁型、樁斜和樁周環(huán)境的限制，特別適 用于測量斜樁、群樁和水上作業(yè)的各種樁型，簡便易行，相對成本比靜載低， 使試驗(yàn)結(jié)果更接近于靜載，因此被稱為靜動法。目前已在荷蘭、加拿大、美國、 德國、日本、韓國和新加坡等國得到認(rèn)可和應(yīng)用，我國建設(shè)部的質(zhì)檢中心于 1995 年 6月 ，首次運(yùn)用靜動法成功地進(jìn)行了灌注樁承載力的測試表演，但至今未能 得到全面推廣。 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。 提高豎向承載力措施 影響灌注樁承載力 的因素較多，離散性較大，缺乏合理的評價指標(biāo)。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 。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。另外對樁豎向承載力影響較大、也不容易檢測或定量考慮的是 :樁底沉渣厚度、樁側(cè)泥皮厚度、孔壁形狀、成樁時間長短及施工工藝、技術(shù)水平，樁身混凝土剛度等。 樁底沉渣對承載力的影響比較突出。實(shí)驗(yàn)證明，沉渣厚度大小往往決定樁的破壞方式，使樁沉降量比正常樁大，樁端土的承載力在允 許的樁頂沉降下難以發(fā)揮。當(dāng)有較厚沉渣時，極限狀態(tài)下樁端阻損失達(dá) 90%以上，樁側(cè)阻損失也很大， 從而直接損失樁豎向承 載力。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。影響也比較大，過長的成孔時間會導(dǎo)致樁側(cè)阻、端阻損失，從而直接損失樁豎向承成孔時間對樁承載力正常發(fā)揮使單樁承載力損失可達(dá) 5080%以上?？妆谛螤?、成樁工藝和技術(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(jī)性。 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。為了提高樁豎向承載力， 針對以上原因，除了嚴(yán)格施工程序和改進(jìn)施工工藝以外，近年來國內(nèi)出現(xiàn)了樁底、樁側(cè)后注漿的工藝技術(shù)。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，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。 1． 5 問題的提出及研究意義 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 12 在鉆孔灌注樁工程中，承載力的要求始終是比較關(guān)注的核心問題，貫穿勘 查、設(shè)計、施工等全部過程。大直徑深長鉆孔灌注樁具有與一般樁有著不同的 承載特點(diǎn)，影響其單樁極限承載力的因素很多且不穩(wěn)定，合理地確定其極限承 載力，充分提高樁基的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益，是工程設(shè)計人員和施工人員十分 關(guān)心的 問題。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