探究按沉降变形控制设计桩基础.docx
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1、 探究按沉降变形控制设计桩基础 林传增摘要:本文首先介绍了沉降变形控制设计的重要性,然后探究了沉降变形控制设计的基本原理、方法及步骤,最后提出了目前沉降变形控制设计存在的问题。关键词:沉降变形;桩基础;设计中图分类号:TU196.2 文献标识码: A 文章编号:1地基基础变形的特性压力作用下土体积缩小的特性称为土的压缩性。建筑物受上部荷载作用而产生的地基基础的垂直压缩变形即为建筑物地基的沉降。可以看出,地基土产生压缩变形的根本原因是土具有较大的压缩性。施加荷载时土颗粒间的接触点增加,破坏了土体的结构,且卸载后形成的接触点不会完全消失造成了胶结性连接的破坏和结构的破坏的不可逆(即连接和结构是不能
2、恢复的),因此土的压缩形变是非完全弹性的。通过对土体进行侧限压缩试验,进行多次加载与卸载后,可得如图1示的变形曲线,A曲线表示加荷再卸荷后可恢复的变形,称为弹性变形,B曲线表示加荷再卸荷后未被恢复的变形,称为残余变形(又称塑性变形)。从图中可以看出,此残余变形即为土受压后减少的孔隙卸荷后不能完全恢复的部分,由此说明了土的压縮具有不可逆性。图1土的变形曲线因此地基基础变形的不可逆性要求我们要非常重视基础的沉降。2沉降变形控制设计的基本原理沉降变形控制桩设计方法是承台下的地基土与桩共同承担荷载,且根据在沉降控制的要求计算确定用桩数量的方法,它是一种大桩距的低承台摩擦桩基。承台的作用:传递外荷载至桩
3、顶上与承台下的地基土上,以此来保证基础的整体稳定性;桩的作用:除承担部分外荷载外还起减少和控制沉降的作用,且此为主要作用。沉降控制设计方法的基本原理是根据建筑物允许产生一定的沉降量的观点,利用桩间土的承载能力,通过减少一部分桩数,使单桩承受的荷载超过承载力设计值,保证承台与其下土体接触良好,最大程度的发挥筏板(承台)的承载作用。如果基础的沉降量过大,可调整桩的数量使基础的沉降量控制在相关规范要求的范围内。该方法的关键是根据建筑物得沉降控制要求来确定桩数和沉降的关系。对于桩和承台共同承担外荷载分配比例的问题(承载力大小问题)具有多方面的影响因素,包括:桩顶荷载、桩端持力层土体的性质、桩间距、荷载
4、作用时间等等。就目前的沉降控制设计来说,一般都应用于软土地区,也即其桩端持力层土体不会十分坚硬。因此,主要看一下影响桩和承台共同承担外荷载的其他三个因素。1)桩顶荷载当桩顶荷载较小时,外荷载大部分由桩来承担,承台几乎不分担荷载,随着桩顶荷载的增加,当桩达到极限承载能力时,承台进一歩发挥其承载能力,当桩顶荷载增加到超过单桩极限承载力之和时,桩承担的荷载为单桩极限承载力之和,承台承担剩余的荷载。2)桩间距承台分担的外荷载的大小随着桩间距的增大而增大。当桩间距达到5倍桩径以上时,承台下的地基土与桩可近似的看作各自可以充分独立的发挥承载能力。沉降控制桩总的极限承载力可看作单桩的极限承载力总和加上承台底
5、地基土的极限承载力,单桩的极限承载力与承台底地基土的极限承载力按桩土刚度进行分配。3)荷载作用时间一般情况下,在外荷载施加的初期,承台下的地基土与桩按照刚度原则来分担外荷载,此时的承台具有较大的相对刚度,承台相对来说要承担较大一部分的荷载。随着外荷载的施加,桩和承台承担的荷载逐渐传递到土中,并且产生了附加应力,加速了土体的固结沉降,由此导致承台下地基土承担的荷载逐渐向桩转移。因此可以看出,桩与承台下地基土承担的外荷载的关系是随着荷载作用的时间来变化的。沉降控制设计最重要的环节就是确定桩数和沉降的关系。根据规范要求的容许沉降量来确定实际工程中所需要的桩数。3沉降变形控制设计的方法与步骤3.1选择
6、桩型首先按照桩身质量较为可靠的混凝土桩进行桩型的选择。对于桩长的选择尽量使桩端穿过压缩性较高的土层,最终使得持力层落于压缩性相对较低的土层。对于桩身截面的选取,应按照按桩身强度确定的单桩承载力和按地基土对桩的承载力二者相匹配的原则来确定,以此来确保桩身的承载力可以得到充分的发挥。同时,桩长可根据沉降控制要求进行调整。3.2确定承台1)首先假定外荷载全部由承台来承担,由此确定承台的底面积:A =(Fk+Gk)/cfa式中,Fk为荷载效应标准组合下作用于承台顶面的竖向力;Gk为荷载效应标准组合下承台及其上土重的标准值;fa为深度修正后地基承载力特征值;c为承台效应系数(一般大于0.6,对于筏形承台
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