基于現(xiàn)場試樁的多模型長樁穩(wěn)定性分析

劉成毅 王蔚佳 王永華

摘要：

基于Winkler彈性地基和Newmark等效彈簧支座概念，應用傳遞矩陣法建立適應多種樁側(cè)地基反力分布假設(shè)的數(shù)學模型，在對地基反力離散簡化中考慮了分割樁段兩端位移不等值因素。通過現(xiàn)場試樁測定樁的水平位移和截面轉(zhuǎn)角雙參數(shù)，電算獲得不同地基反力模型的相關(guān)參數(shù)。根據(jù)不同地基反力模型對長樁進行穩(wěn)定性計算，對不同地基反力模型、不同樁頂約束形式和不同地面伸出長度時樁的計算長度變化規(guī)律進行了分析，揭示了3方面因素對樁的屈曲性能的影響。

關(guān)鍵詞：

樁；靜載試驗；地基反力；分布模型；計算長度

中圖分類號：

TU4731

文獻標志碼：A

文章編號：16744764（2014）06008205

對非嵌巖段樁周土體軟弱、樁上部自由長度較大的長樁，有可能先于樁底持力層和樁本體材料的強度破壞而發(fā)生屈曲失效，設(shè)計時應進行樁的軸壓穩(wěn)定性計算，其軸壓穩(wěn)定系數(shù)φ需由樁的計算長度lc確定。確定樁的計算長度需要分析樁土相互作用時的樁體縱向屈曲特性，該領(lǐng)域的應用研究始于20世紀60年代，中國學者的研究與國外基本同步[14]。至20世紀90年代，隨著端承長樁在建筑、橋梁等工程中的大量使用，樁身屈曲穩(wěn)定問題受到進一步重視。依據(jù)文克爾（Winkler）假設(shè)的線彈性地基反力模型因在數(shù)學處理上比較簡單，當樁的撓曲變形較小時，假設(shè)與實際比較吻合，因此在樁的壓屈穩(wěn)定研究中被普遍采用。學者們曾提出了數(shù)種線彈性地基反力分布的模型，如“常數(shù)法”、“K法”、“C法”和“m法”等，分別適應于某類特征的土體結(jié)構(gòu)。例如，“常數(shù)法”適用于比較堅硬的土體和巖石，可用于分析部分打入凍土內(nèi)樁的屈曲問題[5]；而“m法”和“C法”比較適合粘性土和砂性土[67]。但以上各種地基模型都被認為存在一定局限性。如“m法”地基模型，由于地基反力系數(shù)不會隨著深度增大而始終保持近線性增長關(guān)系，用于長樁時會與實際情況存在偏差；而“C法”模型的地基深度x的指數(shù)ω，根據(jù)不同土體特征，取值可能在0～2范圍[8]，對ω值恒取05并不合理，等等。因此有學者提出在樁的穩(wěn)定設(shè)計計算中可采用折線法[9]，即地面以下一定深度按“m法”，更大深度時地基系數(shù)k可取常數(shù)，或按“C法”計算[10]（ω=05）。然而，目前除“m法”地基模型外，要通過現(xiàn)場試樁確定其他模型的相關(guān)參數(shù)還存在一定難度，用于樁屈曲穩(wěn)定分析時所采用的地基模型還主要是基于試樁獲取單參數(shù)地基比例系數(shù)的“m法”[6，1113]。雖然文獻[14]應用RayleighRitz法對“常數(shù)法”、“C法”、“m法”和“Prakash法”等地基反力模型中的橋梁基樁屈曲性質(zhì)進行了分析，但各模型參數(shù)不是由同一基樁的現(xiàn)場試驗獲得，還不能比較采用不同地基模型時樁的屈曲穩(wěn)定性計算所產(chǎn)生的差異。為此，筆者仍依據(jù)文克爾假設(shè)，將樁土相互作用體系簡化成離散集中彈性支撐結(jié)構(gòu)，應用傳遞矩陣建立適應幾種不同地基反力分布規(guī)律假設(shè)的數(shù)學模型，力求通過現(xiàn)場試樁獲取相關(guān)模型參數(shù)并對樁的屈曲穩(wěn)定性進行分析。

劉成毅，等：基于現(xiàn)場試樁的多模型長樁穩(wěn)定性分析