【正文】 述 樁基礎(chǔ)是一種常用的基礎(chǔ)形式，是深基礎(chǔ)的一種。 對(duì)該工程 1， 2號(hào)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。 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(zhuān)業(yè)班級(jí)： 力學(xué) 081 學(xué)生姓名： 陳 陽(yáng) 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(zhǎng)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(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了該地區(qū)大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌 注樁在豎向荷載作用下樁土體系荷載傳遞的過(guò)程和規(guī)律，對(duì)涉及樁側(cè)和樁端阻力性狀的許多方面進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。通過(guò)試樁的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得出本地區(qū)一些土層的側(cè)摩阻力達(dá)到極限狀態(tài)所需樁土相對(duì)位移的范圍，對(duì)于相似土性的土層，埋深越深側(cè)摩阻力達(dá)到極限所需的樁土相對(duì) 位移越大。 針對(duì)樁基工程應(yīng)用中的兩個(gè)首要問(wèn)題：承載力計(jì)算和沉降計(jì)算進(jìn)行了研究，并對(duì)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，同時(shí)又分別研究了在工作荷載和極限荷載下的樁頂沉降關(guān)系。當(dāng)天然地基上的淺基礎(chǔ) 沉降量過(guò)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)。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(diǎn)，能承受垂直荷載、 水平荷載、上拔力及由機(jī)器產(chǎn)生的振 動(dòng)或動(dòng)力作用等。上世紀(jì) 70年代以來(lái)，從國(guó)際范圍看，單承載力與變形機(jī)理、設(shè)計(jì)理論、工程應(yīng)用等均取得了新進(jìn)展，樁型、沉樁技術(shù)與設(shè)備也有創(chuàng)新，樁基礎(chǔ)作為一種古老和傳統(tǒng)的基礎(chǔ)形式隨著工程實(shí)踐和科學(xué)研究的發(fā)展，不斷煥發(fā)出新的技術(shù)潛能。 目前在高、重結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)形式中，特別是陸上的建筑工程及橋梁工程中，采用鉆孔灌注樁施工效率高，經(jīng)濟(jì)效益明顯，故鉆孔灌注樁在我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用，且為了滿足建筑物承載力需要，大直徑鉆孔灌注樁在我國(guó)已成功應(yīng)用于許多高層、重型建筑以及橋梁等市政工程中，樁的長(zhǎng)度也隨之增加，樁的容許承載能力可達(dá)數(shù)千至數(shù)萬(wàn) kN以上，并能滿足水平荷載的要求。無(wú)錫八百伴商貿(mào)中心樁基試樁直徑 lm，樁長(zhǎng) ；南京長(zhǎng)江 二橋 2個(gè)主塔樁基鉆孔灌注樁直徑 3． 0m的，樁長(zhǎng)達(dá) 83 m和 102 m；蕪湖長(zhǎng)江大橋樁基礎(chǔ)運(yùn)用了樁徑 2． 5m和 3． 2m，有效樁長(zhǎng) 50~ 63m的鉆孔灌注樁；蘇通長(zhǎng)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(zhǎng)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。簡(jiǎn)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。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 2 因此，合理地確定鉆孔灌注樁的承載力，充分提高樁基的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益，是工程設(shè)計(jì)人員和施工人員十分關(guān)心的問(wèn)題。 按承臺(tái)位置高低分類(lèi) ( 1) 高承臺(tái)樁基 : 由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的需要 , 群樁承臺(tái)底面有時(shí)設(shè)在地面或局部沖刷線之上 , 這種樁基稱(chēng)為高承臺(tái)樁基。 ( 2) 低承臺(tái)樁基 : 凡是承臺(tái)底面埋置于地面或局部沖刷線以下的樁基稱(chēng)為低承臺(tái)樁基。 按承載性質(zhì)不同分類(lèi) （ 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(guò)樁身側(cè)表面與土層之間的摩擦阻力傳遞給周?chē)耐翆?, 樁尖部分承受的荷載很小。這類(lèi)樁基的沉降較大 , 穩(wěn)定時(shí)間也較長(zhǎng)。即在外荷載作用下 ,樁的端阻力和側(cè)壁摩擦力都同時(shí)發(fā)揮作用 , 但樁側(cè)摩擦阻力大于樁尖阻力。 （ 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。 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。 3 按樁身材料分類(lèi) 根據(jù)樁身材料可分為混凝土樁、鋼樁和組合材料樁等。它可分為預(yù)制混凝土方樁、預(yù)應(yīng)力混凝土空心管樁和灌注混凝土樁等。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(duì)鄰近建筑物安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 3 的影響。鋼管樁由各種直徑和壁厚的無(wú)縫鋼管制成。 （ 3）木樁 目前已經(jīng)很少使用，只在某些加固工程或能就地取材的臨時(shí)工程中使用。 （ 4）灰土樁 主要用于地基加固。 按樁的使用功能分類(lèi) ( 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。 ( 2) 豎向抗拔樁 : 主要承受豎向抗拔荷載的樁 ,應(yīng)進(jìn)行樁身強(qiáng)度和抗裂性能以及抗拔承載力驗(yàn)算。樁身的穩(wěn)定依靠樁側(cè)土的抗力 , 往往還設(shè)置水平支撐或拉錨以承受部分水平力。 按成孔方法分類(lèi) （ 1）非擠土樁 非擠土樁是指成樁過(guò)程中樁周土體基本不受擠壓的樁。將與樁體積相同的土挖出。這類(lèi)樁主要有干作業(yè)法、泥漿護(hù)壁法和套管護(hù)壁法鉆挖孔灌注樁。 （ 2）部分?jǐn)D土樁 這類(lèi)樁在設(shè)置過(guò)程中，由于擠土作用輕微。這類(lèi)樁主要有打入的截面厚度不大的工字型和 H 型鋼樁、開(kāi)口鋼管樁和螺旋鉆成孔樁等。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。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 4 6. 按樁的施工方法分類(lèi) （ 1）預(yù)制樁 在施工前預(yù)先制作成型，再用各種機(jī)械設(shè)備把它沉入 地基至設(shè)計(jì)標(biāo)高的樁，稱(chēng)為預(yù)制樁。 依照成孔方法不同，灌注樁可分為鉆（沖）孔灌注樁、沉管灌注樁和挖孔灌注樁等幾大類(lèi) 。 fQbQ安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 5 單樁豎向極限承載力 單樁豎向極限承載 力：?jiǎn)螛对谪Q向荷載作用下達(dá)到破壞狀態(tài)前或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的最大荷載。對(duì)灌注樁按直徑進(jìn)行的分類(lèi)，各國(guó) (地區(qū) )和各專(zhuān)業(yè)的分類(lèi)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。另外，王伯惠等提出將 d? 2500mm的樁稱(chēng)為大直徑樁。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)論文 6 黃明聰、龔曉南認(rèn)為樁長(zhǎng) L30m，或長(zhǎng)徑比 /LD? 40m為長(zhǎng)樁， L? 50m、 /LD? 60m時(shí)可以稱(chēng)為超長(zhǎng)樁；石明磊認(rèn)為樁長(zhǎng) L60m或長(zhǎng)徑比 /LD? 50m的樁均稱(chēng)為超長(zhǎng)樁；朱向榮認(rèn)為長(zhǎng)度 L50m的樁即為超長(zhǎng)樁：俞亞南認(rèn)為超長(zhǎng)樁指樁徑比 L／ D50的樁。 大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁的特點(diǎn)： (1)大直徑深長(zhǎng)鉆孔灌注樁單樁承載力大，常可一樁一柱，布樁間距大，群樁效應(yīng)小。 (3)大直徑深長(zhǎng)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(kāi)挖的支護(hù)樁。 (5)大直徑深長(zhǎng)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。且能把樁嵌入于各類(lèi)新鮮基巖，這均為打、振、壓入式樁所不及。 混凝土預(yù)制樁和大直徑鋼管樁一般不能擴(kuò)底，沉管灌注樁之所以能擴(kuò)底 (如弗蘭 基樁等 )，也完全由于它采取了就地灌注的施工工藝。因此，它能滿足高層、超高層建筑物框架、 框剪、簡(jiǎn)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，且常可設(shè)計(jì)一柱一樁，不需樁項(xiàng)承臺(tái)、大大簡(jiǎn)化基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。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(lái)越少。對(duì)樁的沉降及其對(duì)鄰樁和周?chē)鼗挠绊?，其估算也較常規(guī)的中 等直徑樁更為簡(jiǎn)便。 1． 3． 1 荷載傳遞法 荷載傳遞法也稱(chēng)傳遞函數(shù)法，由 Seed和 Reese(1955年 )根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果提出的，用來(lái)分析單樁的荷載傳遞規(guī)律及其沉降計(jì)算。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(chēng)作傳遞函數(shù)。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(lèi)。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。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。何思明 (1994)提出廣義傳遞函數(shù)，它具有雙曲線關(guān)系。龔維明等 (1997)將荷載傳遞法與剪切位移法巧妙結(jié)合起來(lái)，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。例如戴國(guó)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(jì)算單樁沉降可靠度的方法。 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(gè)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。 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(shū)中對(duì)樁基負(fù)摩阻力的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，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(cè)數(shù)據(jù)與理論分析結(jié)果的對(duì)照作了一個(gè)整體的闡敘，對(duì)以后的研究工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。劉金礪對(duì)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(jì)算地下連續(xù)墻和中間支承樁的沉降。剪切力在樁側(cè)表面沿徑向向四周擴(kuò)散到周?chē)馏w中。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(dòng)，這些均與樁的實(shí)際工作性狀差別較大 。 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。盡管如此，近年來(lái)以該法計(jì)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(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是只要通過(guò)簡(jiǎn)單地推廣便可進(jìn)行群 樁 的分析，沒(méi)有考慮土連續(xù)性的方法則不能分析群樁。 有限元法是用有限個(gè)單元體所構(gòu)成的離散化結(jié)構(gòu)代替原來(lái)的連續(xù)體結(jié)構(gòu)， 來(lái)分析應(yīng)力與變形。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(gè)整體進(jìn)行計(jì)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(lái)存在著的有機(jī)聯(lián)系得到很好 的反映。 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(duì)稱(chēng)有限元法來(lái)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。對(duì)于單樁的有限元分析，可以按軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題考慮，而對(duì)于群樁的計(jì)算則是一個(gè)連續(xù)半空間的三維問(wèn)題了。為此，需要較大的計(jì)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。但是邊界元法難以處理土的非均質(zhì)性，且需要對(duì)解析點(diǎn)進(jìn)行雙重積分， 有時(shí) 這很困難并費(fèi)時(shí)。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(duì)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。在處理方法上，灰色系統(tǒng)理論首先將雜亂無(wú) 章的原始數(shù)據(jù)通過(guò)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(guò)程變得非常簡(jiǎn)單明了。我們知道，樁土體系是一個(gè)由樁和樁周?chē)膸r土介質(zhì)組成的復(fù)雜系統(tǒng)，用系統(tǒng)理論的觀點(diǎn)來(lái)看，樁土體系是個(gè)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(wèn)題作為灰色系統(tǒng)來(lái)看待，用灰色系統(tǒng)理論加以預(yù)測(cè)。用灰色 系統(tǒng)理論進(jìn)行單樁極限承載力的估算，只需對(duì)單樁靜載荷試驗(yàn)中各級(jí)荷載下樁 的沉降觀測(cè)值進(jìn)行累