桩基沉降的研究现状

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【内容摘要】 ：桩基础是一种古老、传统的基础型式，又是一种应用广泛、发展迅速、生命力很强的基础型式。近二十年来，由于工程建设和工业技术的发展，桩的类型和成桩工艺，桩的承载力与桩体结构完整性的检测，桩基的设计水平，都有较大的提高。然而，由于土的变异性及桩基与土相互作用的复杂性，迄今成桩质量的控制与检测，桩基的计算理论与方法，仍然是不够完善而有待研究发展的。本文对单桩和群桩的沉降计算方法进行了综述，并阐述了它们的适用条件。
【关键词】 ：桩基础 沉降 单桩 群桩
　　
　　桩基础在房屋建筑中是一种很常用的基础，在桩基设计中，最主要的是确定竖桩的承载力与沉降，尽管在过去漫长的时间内，从事岩土工程的研究者和工程师们，为了精确计算和预测桩基的沉降，曾进行过大量的研究，提出过一系列的计算桩基沉降的方法，但时至今日，对桩基沉降的预估仍然不熊充分地反映真实的情况。
　　
　　1单桩的沉降分析计算
　　
　　1.1荷载传递分析法
　　荷载传递分析法是单桩荷载一变形分析最常用的一种方法，这种方法是从规定的荷载变形传递方式来计算桩对荷载的反应。其基本的概念是:将桩离散为一系列等长的桩段(弹性单元)，每一桩段与土之间的联系用非线性弹簧来模拟，桩端处土体也用非线性弹簧与桩端联系。
　　在运用荷载传递曲线中，该法假定任意点的桩位移仅与那一点的摩阻力有关，而与桩其它位置的摩阻力无关，故没有考虑土体的连续性，所以对分析桩群的荷载沉降关系是不合适的。
　　为了获得现场的荷载传递曲线，需要安装许多的仪器进行桩的荷载试验，且试验成果推广到另外场地并不一定是完全成功的。
　　1.2剪切变形传递法
　　Cooke(1974)提出了摩擦桩荷载传递的物理模型，该模型为了简化计算，作了一系列假定并认为:当荷载水平p/pu较小时，桩在轴向荷载尸作用下沉降较小，桩土之间不产生相对位移，亦即桩沉降时周围土体亦随之产生剪切变形，剪应力从桩侧表面沿径向向四周扩散到周围土体中;摩擦桩一般在工作荷载作用时，桩端承担的荷载比例较小，沉降主要是由桩侧传递的荷载所引起。
　　1.3弹性理论法
　　弹性理论法是对桩土系统用弹性理论方法来研究单桩在竖向荷载作用下桩土之间的作用力与位移之间的关系，进而得到桩对土，土对桩，桩对桩以及土对土的共同作用模式。以弹性理论法为根据发展出一些计算单桩沉降的方法，这些解法虽略有不同，但一般都基于桩的位移与临近土位移的协调条件，为此，借助于轴向荷载下桩身的压缩求得桩的位移，又应用荷载作用于半无限体内某一点所产生的Mindlin位移解求得桩周土体的位移。由于弹性理论假定桩土界面普遍满足弹性即界面不发生滑移这一条件，沿界面诸相邻点的桩位移应与土位移相等，由此即可求得桩身摩阻力和桩端阻力的分布，并进而求得桩的位移分布。
　　1.4单向压缩分层总和法
　　单向压缩分层总和法就是根据各土层的参数分别计算各层的沉降后总和求得总的沉降量。这种浅基础的最终沉降量的常用计算方法在桩基设计中，主要用于大直径的的单桩(墩)，考虑到其桩侧阻力的荷载分担比相对较小，桩端底面积大且其荷载分担比也较大，因此可仿照扩展基础采用单向压缩分层总和法计算沉降。当用以计算深基沉降的其它条件相同时，用明氏应力分布求得的最终沉降与实侧推算结果较为接近;而用布氏公式算得的值要比实测值大1/2至1/3，并且给出的实用应办计算公式及附加应力系数表格。用分层总和法分析单桩沉降时，要考虑压缩层的计算深度，可参照文献[17][20]的有关规定确定，或按照一些实甩的经验公式确定。
　　2群桩的沉降分析计算
　　2.1弹性理论法
　　弹性理论法群桩沉降分析的塞本假定与单桩相同，其主要依据是Mindlin解的位移与应力解，以此为基础形成位移法和应力法,此外还发展了一种简化弹性理论位移法，以位移解为基本解，但采用应力法中关子桩侧摩阻力为线性的假定，在位移基本解的积分中舍去高阶无穷小量。以Poulos,Buterfield,Davis,Geddes等的群桩沉降弹性分析理论为基础的计算体系中，叠加法是比较成熟和应用较广的一种简化方法，详细阐述了其原理和计算过程，该法在忽略桩对土位移的加强效应简单的假定基础上，把单桩的分析扩展到桩群，2.2实体深基础(等代墩基)法
　　实体深基础法是现在工程界应用最广泛的一种计算群桩沉降的方法该计算模式是将承台下的群桩及桩间土看作一个等效墩基的一个实体深基础，在此等代墩基范围内，桩间土不产生压缩如同实体墩基一样工作，然后按照扩展基础的沉降计算方法来计算群桩的沉降。
　　由于计算时考虑的前提条件不同，研究者提出和使用着计算的不同模式，其主要差别在于选用的假想实体基础底面的位置不同，以及对地基土中附加应力的考虑和计算不同根据桩距地基土的性质不同，桩间土实际上是会产生不同程度的压缩变形，另一方面假想的实体基础外围存在着侧面剪应力的扩散作用为了消除这些差别对群桩沉降计算的影响人们采取了一些措施，集中表现在所采用的模式上。这些措施是:
　　1.变动假想实体基础底面的位置，以考虑桩间土存在压缩变形的可能，这是Peck和Terzaghi等人建议的模式Peck等建议将假想实体基础底面置于桩端平面以上 高度处， 取为桩长的1/3处(桩位于均匀并土中时)或进入持力层深度的1/3(桩穿过软弱土层并进入坚硬土层时〕这种建议涉及的影响因素过于单一，因为假想基底位置上升的因素很多，采用此法不能全面反映这些情况。
　　2.从群桩桩顶外围按一定斜率(例如 角或1:4斜率)向下扩散增大假想实体基础底面积，以考虑桩群外围总剪应力对沉降分析的影响，这是Tomlinson等人的模式。
　　3.为了改善地基土附加应力估计的精度，近年来国内外根据半无限弹性体内集中力的Mindlin公式发展了一些估计桩基荷载作用下地基土附加应力的方法，还有一种将Mindlin解与Boussinesq解对比来估计等代墩基的等效基底附加应力。
　　2.3等效作用分层总和法
　　等效作用法最早由黄强，刘金砺，(1940)提出，随后被健既桩基技术规范推荐采甩此法系将均质土中群桩沉降的Mindlin解与均布荷载下矩形基础的Boussinesq解之比值用以修正等代墩基的基底附加应力，然后按一般分层总和法计算群桩的沉降。
　　3结语
　　本文对目前国内外桩基础的沉降计算理论进行了分析，包括单桩和群桩的沉降分析，并对它们的优缺点和适用范围进行了论述，但应该注意，在实际中，要采用何种理论要看实际的情况而定。
　　
　　参考文献：
　　[1].宰金IN，宰金璋.《高层建筑基础分析与设计》.北京:中国建筑工业出版社，1993.
　　[2].马克生，龚晓南.模量随深度变化的单桩沉降.工业建筑，2000Vol.30 No.1.
　　[3].毛泽华摘译自《Geotechnique)，1999(4)国外公路，2000Vol.20No.4.
　　[4].《桩基工程手册》编写委员会.桩基工程手册.北京.中国建筑工业出版社，1995.
　  [5].何颐华，王铁宏.大直径扩底桩承载力及沉降变形的计算.建筑结构学报.Vol. 14.No.2 1993.4.[