抗拔桩和抗压桩的机理分析及承载力计算
文章编号:100926825(2020 092020 8202抗拔桩和抗压桩的机理分析及承载力计算
收稿日期:2020 211223
简介:张正雨(19822,男,硕士,国家一级注册结构工程师,浙江大学建筑设计研究院,浙江杭州 310027
尹 晔(19822,男,工程师,杭州市高速公路管理局,浙江杭州 310016
张正雨 尹 晔
摘 要:通过分析抗拔桩与抗压桩桩周土在桩身部位及桩端部位应力路径的不同,阐述了抗拔桩和抗压桩不同的荷载传
递机理,在计算黏土地基中钻孔灌注桩的抗拔承载力时,针对抗压桩和抗拔桩侧阻在桩身部位和桩端部位土体应力的不同,引入了两个侧阻折减系数,并通过实例验证了公式的可行性。关键词:抗拔桩,抗压桩,侧阻,增强效应,应力路径中图分类号:TU473.1文献标识码:A
现今,随着高层建筑和基础工程的大量涌现,桩基的使用越
来越多。对于抗压桩的荷载传递机理及承载力的计算,前人已做了大量的研究[1]。大量的文献证明[2,3],抗拔桩和抗压桩的荷载作用机理是有所不同的,它们的桩侧摩阻力也是有所差异的。深入研究抗拔桩的受力性状,剖析它与抗压桩之间存在的差异,能更好的指导抗拔桩的施工和设计,这是本文研究的意义所在。
1 土的应力路径与桩的荷载传递机理1.1 桩身部分土层的应力路径
无论是抗拔桩还是抗压桩,土体单元在受到剪切后,水平有效应力都不再是主应力,主应力的方向发生了旋转。剪应力越大,旋转角就越大。Roscoe (年[4]提出,在排水剪中:
τ
σ′v =K ・tg φ(1其中,τ为施加的剪应力;σ′v 为竖向有效应力;K 为材料的
常数;φ为σv ′
和大主应力之间的夹角。水平有效应力σ′r 的变化取决于土的应力应变性能,室内三轴试验证明[5]:一定密度的砂土,围压越小,剪胀越明显。当围压渐增到一定值时,砂土则表现为常体
积,当围压增大时,则表现为剪缩。对于一定密度的正常固结黏土,三轴剪切试验中都表现为剪缩,且围压越大,剪缩越明显。不过,无论是抗压桩还是抗拔桩,如果土体剪缩,水平有效应力将减小,反之,则水平有效应力将增大。
Lehane 等(1993年[6]进行了松~中密石英砂中的桩静载试验,并测量了有效应力。并指出,荷载引起了土中径向有效应力的变化及桩土接触面处剪胀现象的产生。同时试验表明,在桩破坏时,抗压桩试验中的σ′v 大于抗拔桩试验的σ′v ,使抗拔桩侧阻小于抗压桩侧阻。
总结前人的研究,笔者认为造成抗拔桩侧阻不同于抗压桩侧阻的机理是:1荷载方向的不同,导致桩周土应力场有所不同。抗压桩桩周土应力场中平均应力不断提高,抗拔桩应力场中平均应力不断降低。2桩身材料泊松效应的影响,抗压桩桩身半径扩大,而抗拔桩桩身半径收缩,导致了桩周土中径向有效应力发生变化。3剪切应力的出现,使主应力方向发生了旋转。主应力方向转动的角度和荷载方向及残余应力场有关。
1.2 桩端处土层的影响
图1,图2分别为抗压桩与抗拔桩受荷时桩侧平均摩阻力沿
桩身的分布图
。
从图1,图2中不难发现,在桩开始受荷时,抗拔桩与抗压桩沿桩身的侧摩阻力分布曲线相似,即
桩侧阻都是从桩上部开始发挥并逐渐往下传递的。随着荷载的不断增大,抗拔桩桩身上部和
参考文献:
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N umerical analysis of fou nd ation pit construction to the architecture in the neibourhood
ZHANG Fei 2jin L I X u 2w ei
Abstract :It takes 32D numerical differences analysis software to analyze the foundation pit of subway tunnel in open 2cut construction.It evalu 2ates the safety of architecture through the analysis of the sinking and inclination of architecture caud by foundation pit construction ,so as to offers technical support to the controlling ,monitoring and surveying of construction process.K ey w ords :foundation pit construction ,architecture ,numerical analysis
