基于現場試樁的多模型長樁穩定性分析

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地基反力分布假設的數學模型，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。通過現場試樁測定樁的水平位移和截面轉角雙參數，電算獲得不同地基反力模型的相關參數。根據不同地基反力模型對長樁進行穩定性計算，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生屈曲失效，設計時應進行樁的軸壓穩定性計算，其軸壓穩定系數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，樁身屈曲穩定問題受到進一步重視。依據文克爾（Winkler）假設的線彈性地基反力模型因在數學處理上比較簡單，當樁的撓曲變形較小時，假設與實際比較吻合，因此在樁的壓屈穩定研究中被普遍采用。學者們曾提出了數種線彈性地基反力分布的模型，如“常數法”、“K法”、“C法”和“m法”等，分別適應于某類特征的土體結構。例如，“常數法”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，由于地基反力系數不會隨著深度增大而始終保持近線性增長關系，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ω，根據不同土體特征，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定設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k可取常數，或按“C法”計算[10]（ω=05）。然而，目前除“m法”地基模型外，要通過現場試樁確定其他模型的相關參數還存在一定難度，用于樁屈曲穩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地基比例系數的“m法”[6，1113]。雖然文獻[14]應用RayleighRitz法對“常數法”、“C法”、“m法”和“Prakash法”等地基反力模型中的橋梁基樁屈曲性質進行了分析，但各模型參數不是由同一基樁的現場試驗獲得，還不能比較采用不同地基模型時樁的屈曲穩定性計算所產生的差異。為此，筆者仍依據文克爾假設，將樁土相互作用體系簡化成離散集中彈性支撐結構，應用傳遞矩陣建立適應幾種不同地基反力分布規律假設的數學模型，力求通過現場試樁獲取相關模型參數并對樁的屈曲穩定性進行分析。

劉成毅，等：基于現場試樁的多模型長樁穩定性分析