樁基水平承載力計(jì)算方法

張瑞玉+鐘業(yè)鋒

摘 要：利用綜合剛度下的雙參數(shù)法對碼頭工程中的樁基水平承載力進(jìn)行計(jì)算分析，碼頭樁基不僅受靜力荷載影響，還受到波浪、潮汐等水文動(dòng)力因素影響，計(jì)算方法相對復(fù)雜。本文通過對中細(xì)砂地質(zhì)條件中的水平承載模型樁的試驗(yàn)研究，計(jì)算得到該條件下改進(jìn)的雙參數(shù)法的指數(shù)n的值介于0.5到0.9之間。本次研究的結(jié)果能夠?yàn)楹罄m(xù)中細(xì)砂地質(zhì)條件下高樁碼頭中的樁基計(jì)算和設(shè)計(jì)提供參考，從而達(dá)到簡化試樁要求的目的，而不用通過實(shí)測得到樁的最大彎矩及其位置，節(jié)約工程成本。

關(guān)鍵詞：高樁碼頭 樁基 水平承載力 雙參數(shù)法

碼頭有重力式、板樁和高樁三種常用的結(jié)構(gòu)形式，其中高樁碼頭地基適應(yīng)能力強(qiáng)，不僅可以用于堅(jiān)硬的巖基，而且同樣適用于軟土地基，因而適用范圍廣泛。高樁碼頭的樁基通常不僅需要承受自重、貨物堆載等垂直荷載，還需要承受波浪、潮汐等海岸水文動(dòng)力因素的荷載影響，從而受到水平方向的荷載影響。甚至在水平荷載較大的條件下，如波浪力、潮汐力或者船舶撞擊力等荷載比較突出的情況下，水平荷載可能成為樁基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主要考慮因素。

一般而言，對于高樁碼頭中樁基與土體的相互作用及荷載計(jì)算問題，常用于計(jì)算樁基荷載的方法有M法、C法、K法和張有齡法等，但是這些方法都是利用某一個(gè)參數(shù)來反應(yīng)樁基與土體二者之間的作用機(jī)理。這些方法能夠在一定程度上解決一些工程實(shí)際問題，但是由于考慮的因素比較單一，可能存在參數(shù)選擇不恰當(dāng)?shù)葐栴}，因此利用上述幾種單一參數(shù)方法計(jì)算得到的撓度、轉(zhuǎn)角以及最大彎矩及其位置與實(shí)測結(jié)果不吻合的問題時(shí)有發(fā)生，這也是單一參數(shù)法本身的局限性。

本文中利用一種雙參數(shù)法對高樁碼頭中的樁基承載力進(jìn)行計(jì)算，考慮樁基收到重復(fù)荷載或者循環(huán)荷載的作用，對樁基的水平承載力進(jìn)行分析，討論雙參數(shù)法應(yīng)用于高樁碼頭樁基水平承載力計(jì)算分析中的可能性和計(jì)算效果。

1.方法簡介

雙參數(shù)法是一種利用兩個(gè)待定參數(shù)計(jì)算樁基荷載的方法，它能夠相對單參數(shù)法更為全面地考慮樁基與土體的相互作用機(jī)理，具有土體反力模量中的兩個(gè)待定參數(shù)，即k和1/n，并用于計(jì)算樁基荷載的分析方法。

根據(jù)樁土相互作用中的撓曲微分方程式（1）：

式中，土反力模量利用下式（2）進(jìn)行計(jì)算：

于是有式（3）：

式中EI為考慮樁基與土體相互作用情況下，針對某一特定作用的影響的綜合剛度；b1為設(shè)計(jì)樁的計(jì)算寬度。

式（3）中的參數(shù)k和1/n即為本方法種的兩個(gè)待定參數(shù)，參數(shù)k和1/n這兩個(gè)參數(shù)的取值由樁基自身的材質(zhì)、所受荷載的類型及大小、樁身的形狀及大小、土體的物理力學(xué)性能、樁基的施工方法以及海岸水文動(dòng)力因素等共同決定。通過選取合理的參數(shù)，可以確定在復(fù)雜荷載作用下樁基的位移和最大彎矩及其位置，通過參數(shù)比選，可以確定合理值，從而使得上述計(jì)算結(jié)果與實(shí)測值較好吻合。

假設(shè)樁土相對柔度系數(shù)根據(jù)下式（4）進(jìn)行確定：

樁-土作用的邊界條件如下：樁-土交界處的位移為式（5）：

樁-土交界處的轉(zhuǎn)角為式（6）：

樁-土交界處的彎矩為式（7）：

樁-土交界處的剪力為式（8）：

因此，方程的解為式（9）、式（10）、式（11）、式（12）：

在上式（14）中，Cl、C2、C3是已知參數(shù)，具體參數(shù)取值如表l所示，在確定參數(shù)1/n的情況下，根據(jù)表1可以確定Cl、C2、C3三個(gè)參數(shù)的取值，另有EI為雙參數(shù)法中的綜合計(jì)算剛度。

3.應(yīng)用及存在問題

由于雙參數(shù)法要求有不同荷載條件下的各個(gè)參數(shù)取值，因此必須進(jìn)行試樁，且對試樁資料的精度要求和全面性要求都比較高，所以雙參數(shù)法主要應(yīng)用于現(xiàn)場有條件開展試樁試驗(yàn)的工程中，但是存在試樁導(dǎo)致成本提供的問題。

本文中通過對中細(xì)砂地質(zhì)工況中的樁基進(jìn)行了試樁和計(jì)算，從結(jié)果中可以看出，在該地質(zhì)條件下，樁的土抗力指數(shù)n的取值介于0.5到0.9之間，這一結(jié)果能夠?yàn)楹罄m(xù)類似工程中的樁身設(shè)計(jì)和計(jì)算提供一定的參考依據(jù)。

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