刚性桩复合地基桩间土拱效应分析及桩土应力比计算

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刚性桩复合地基桩间土拱效应分析及桩土应力比计算*
武崇福,郭维超
(燕山大学建筑工程与力学学院,河北秦皇岛066004)
[摘要]通过分析刚性桩复合地基桩土相互作用机理,对桩间土拱效应及中性面上桩土应力比进行了研究。刚性桩复合地基工作时,桩间土满足竖向成拱的条件,在桩体中性面上形成竖向三维土拱,其承担的部分荷载通过三维土拱传递至桩体,桩土应力比在中性面上达到最大。通过对桩间三维土拱进行力学分析和计算,得到桩间土通过土拱传递至桩体的荷载表达式,并推导出刚性桩中性面上桩土应力比的计算公式。研究表明,中性面上桩土应力比与土体内摩擦角、黏聚力、桩土摩擦角、桩径、桩长、桩侧摩阻力等参数成正比,与桩间距成反比。计算公式经工程实例验证,有较好的吻合性。

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内容摘抄:

1桩间土拱的形成机理及形状
1.1桩间竖向土拱的形成机理
土拱效应是广泛存在的自然现象,形成土拱必须满足一定的条件,在1943年,Terzaghi9)通过活动门试验证实了土力学领域中土拱效应的存在,并得出土拱效应存在的两个条件:一是土体之间产生不均匀位移或相对位移,二是存在提供稳定支撑的拱脚。贾海莉1认为土拱的形成还须满足一个条件,即拱体形成处土体中的剪应力小于其抗剪强度。

2桩间土拱的受力分析
2.1基本假定
1)刚性桩中性面以上土质是均匀的,各向同性的。
2)主土拱厚度一般相对其高度而言较小,计算时不计主土拱自重。
3)主、次土拱拱脚无转动约束,为铰支承。

3中性面上桩土应力比计算
通过以上分析可知,基础竖问荷载通过褥垫层由刚性桩和桩间土共同承担,桩间土因为存在不均匀位移在刚性桩中性点处形成竖向土拱,将部分荷载传递至桩体,因此,在中性面上桩身应力达到最大,土的应力达到最小,对应的桩土应力比最大。

4工程实例
该工程为一栋居民住宅楼,位于秦皇岛市海港区,地上34层,地下2层,剪力墙结构,根据地质勘察报告,施工场地地层分布较为复杂,主要的土层分布及参数如表1所示。

(略)

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