CN109214071B - 一种基于基桩侧阻概化模式的桩基础沉降简易计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于基桩侧阻概化模式的桩基础沉降简易计算方法，包括如下步骤：S100、确定基桩端阻比α，即总端阻与桩顶总附加荷载Q之比；S200、综合判定基桩侧阻概化分布：分解侧阻为正三角形和矩形基本单元，查基桩均化附加应力系数表确定Mindlin解附加应力参数，并计算桩端平面以下附加应力σ_Zi；S300、通过叠加法计算基桩地基附加应力的影响应力Δσ_Zi；S400、计入桩身压缩变形量S_e；S500、得出群桩基础最终沉降公式s，此沉降计算方法，能够兼顾任意布桩模式以及工程地质条件下的基桩侧阻分布模式，将桩侧阻应力影响较准确地计算并计入至桩端平面以下附加应力，使得计算值与实测值、规范统计值更加接近。

Description

一种基于基桩侧阻概化模式的桩基础沉降简易计算方法

技术领域

本发明涉及桩基沉降领域，具体为一种基于基桩侧阻概化模式的桩基础沉降简易计算方法。

背景技术

随着高层、超高层建筑的涌现，桩基使用量逐年在增加，更有向长桩、超长桩发展的趋势，如何根据桩基沉降变形特点，探讨合理而简捷的沉降计算方法是国内外岩土工作者面临的新挑战，总的来说其发展趋势为：沉降计算的模式从简单的实体深基础到考虑桩土相互作用的计算模式，再发展到考虑承台-桩土体系相互作用的模式，在荷载传递方面，从全部荷载均由桩承担发展到承台底土和桩共同承担，在分析方法方面由利用数学力学手段推导而来的解析解法发展到数值解法，但迄今为止，桩基础的沉降计算大都是半理论半经验的方法，半理论半经验方法并非不好，问题是计算结果与实际差异太大。

在桩基设计领域，按现行规范等代墩基法桩基沉降计算值一般为实测值2-4倍，最终沉降量需用0.25-0.5的经验系数予以修正，这表明当前规范沉降计算方法精度欠佳，桩基沉降计算的核心问题是桩基附加应力的确定。近年来，采用Mindlin解计算附加应力的合理性逐渐被认同，然而采用实际侧阻分布曲线来计算传至桩端平面的附加应力和端阻应力却很少被重视和应用，国内外文献也鲜有报道，Geddes以Mindlin解为基础的沉降计算方法一般笼统地将侧阻简化为矩形、三角形和正梯形分布，以集中力作用形式计算附加应力将导致附加应力计算结果与实际分布大相径庭，《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008中应用Mindlin应力系数叠加计算沉降，虽然理论上先进，但实际操作繁琐，且各点计算值差异偏大，无法反映上部结构的刚度贡献，很少有工程通过侧阻分布实测曲线确定附加应力。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种基于基桩侧阻概化模式的桩基础沉降简易计算方法，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于基桩侧阻概化模式的桩基础沉降简易计算方法，包括如下步骤：

S100、确定基桩端阻比α，即总端阻与桩顶总附加荷载Q之比；

S200、综合判定基桩侧阻概化分布：分解侧阻为正角形和矩形基本单元，查桩均化附加应力系数表确定Mindlin解附加应力参数，并计算桩端平面以下附加应力σ_Zi；

S300、通过叠加法计算基桩地基附加应力的影响应力Δσ_Zi；

S400、计入桩身压缩变形量S_e；

S500、得出群桩基础最终沉降公式：

进一步地，所述步骤S100中，端阻比α通过查询岩土工程勘察报告，根据桩端持力层性质、桩长径比、平均极限侧阻力和荷载水平因素，查表综合进行确定；

所述步骤S200中，所述基桩侧阻概化分布还包括：

将每种侧阻分解为沿桩长l和桩端以上局部桩长kl分布的2～3个基本单元，所述基本单元包括矩形基本单元和正三角形基本单元；

所述基桩均化附加应力系数表是通过对基桩自身投影截面内附加应力系数和受影响桩在投影截面范围内侧阻附加应力系数进行均化，即取曲面的平均矢高，并将均化后基桩附加应力系数编制而成；

附加应力σ_Zi的判断依据包括：桩侧土层性质、端阻比和长径比。

进一步地，在步骤S200中，群桩中的基桩顶部附加荷载Q作用下桩端以下的地基竖向附加应力σ_Z由端阻附加应力σ_Z，P、基桩侧阻基本单元附加应力的代数和σ_Z，S组成,其表示为：

地基任一点的竖向附加应力：

σ_z＝σ_z,p+σ_z,s

端阻附加应力：

桩长矩形分布侧阻附加应力

桩长kl矩形分布侧阻附加应力

桩长l正立三角形分布侧阻附加应力

桩长kl正立三角形分布侧阻附加应力

其中，Q_srl为l桩长矩形分布侧阻下等效桩顶附加荷载；Q_srkl为kl桩长矩形分布侧阻下等效桩顶附加荷载；Q_stl为l桩长正三角形分布侧阻下等效桩顶附加荷载；Q_stkl为kl桩长正三角形分布侧阻下等效桩顶附加荷载；d为桩径；l为桩长；k为侧阻力局部分布长度与桩长之比；q_p、q_sr、

分别为端阻、l桩长的矩形分布平均侧阻、正立三角形分布平均侧阻；q'_sr、

分别为kl桩长的矩形分布侧阻和正立三角形分布平均侧阻；K_p、K_sr、K_st分别为端阻附加应力系数、l桩长的矩形分布侧阻附加应力系数和正立三角形分布侧阻附加应力系数；K'_sr、K'_st分别为kl桩长的矩形分布侧阻附加应力系数和正立三角形分布侧阻附加应力系数。

进一步地，在考虑桩-桩相互影响时，对桩的附加影响应力的Δσ_Zi按下式计算：

式中：Δσ_zi为相邻基桩对计算基桩压缩层内第i分层的影响应力；k为有效影响半径范围内第k基桩；t为影响基桩数；q_p,k,q_sr,k,

为第k基桩的端阻、矩形分布侧阻、正三角形分布平均侧阻；k_p,i,k_sr,i,k_st,i为第k基桩对被影响基桩第i分层的均化附加应力系数。

进一步地，在计入桩身压缩变形量时，分为正梯形侧阻概化模式、锥头形侧阻概化模式、蒜头形侧阻概化模式和凹谷形分布概化模式，正梯形侧阻概化模式的桩身总压缩量等于端阻作用下桩身压缩量加上l三角形分布侧阻作用下桩身压缩量和l矩形分布侧阻作用下桩身压缩量，其表达式为：

其中，Q_srl为l桩长矩形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_stl为l桩长正三角形分布侧阻下桩顶附加荷载；d为桩径；l为桩长；E_p为桩身混凝土弹性模量；A_p为桩身截面积；

锥头形侧阻概化模式的桩身总压缩量为端阻作用下的桩身压缩量加上l三角形分布侧阻作用下桩身压缩量减去kl三角形分布侧阻作用下桩身压缩量与(1-k)l桩段在Q_stkl作用下压缩量之和，其表达式为：

Q_srl为l桩长矩形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_stl为l桩长正三角形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_stkl为kl桩长正三角形分布侧阻下桩顶附加荷载；k为侧阻力局部分布长度与桩长之比；d为桩径；l为桩长；E_p为桩身混凝土弹性模量；A_p为桩身截面积；

蒜头形侧阻概化模式的桩身压缩总量为端阻作用下桩身压缩量、l矩形分布侧阻作用下桩身压缩量、kl矩形分布侧阻作用下桩身压缩量与(1-k)l桩段在Q_srkl作用下压缩量的四者之和，其表达式为：

Q_srl为l桩长矩形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_srkl为kl桩长矩形分布侧阻下桩顶附加荷载；k为侧阻力局部分布长度与桩长之比；d为桩径；l为桩长；E_p为桩身混凝土弹性模量；A_p为桩身截面积；

凹谷形分布概化模式的桩身压缩总量为端阻作用下桩身压缩量、l矩形分布侧阻作用下桩身压缩量、kl三角形分布侧阻作用下桩身压缩量与(1-k)l桩段在Q_stkl作用下压缩量的四者之和减去l三角形分布侧阻作用下桩身压缩量，其表达式为：

Q_srl为l桩长矩形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_stl为l桩长正三角形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_stkl为kl桩长正三角形分布侧阻下桩顶附加荷载；k为侧阻力局部分布长度与桩长之比；d为桩径；l为桩长；E_P为桩身混凝土弹性模量；A_P为桩身截面积。

进一步地，在确定总端组与桩定总附加荷载Q之比α时，可通过查询岩土工程勘察报告，根据桩端持力层性质、桩长径比l/d、平均极限侧阻力

和荷载水平因数进行α的确定，其中桩端持力层性质包括较硬、硬和坚硬三个层次，三个层次的桩端持力层均对应桩长径比的区间为l/d≤30、30≤l/d≤60和l/d≥60，平均极限侧阻力的压强分为50、100、200和300四个阶段。

进一步地，在步骤S200中综合判定群基桩侧阻分布概化模式，分解侧阻为正角形和矩形基本单元，并计算桩端平面以下附加应力计算σ_Zi时，需要对其桩基基础压缩层厚度进行确定，其中对桩基基础压缩层考虑的综合因数包括桩群包络线围成面宽度和桩长径比。

进一步地，其压缩层厚度在考虑桩长径比的计算方式为：

式中，Z_n为桩端平面以下的压缩层计算厚度；B为桩群包络线围成面宽度，1.3B为基宽对压缩层厚度的基本影响值；

为基宽对压缩层厚度影响的修正值。

进一步地，其中当桩群包络线围成面宽度B等于10m时，不对压缩层厚度影响值进行修正；

当B<10m时，导致Z_n大于1.3B；

当B>10m时，导致Z_n小于1.3B；

为长径比对压缩层厚度影响的修正值；

当l/d＝50时不修正；当l/d<50时，导致Z_n减小；

当l/d>50时，导致Z_n增大。

进一步地，视上部结构和桩基承台之间存在刚度效应，桩筏基础沉降可采用整体均化分层总和法和基桩叠加分层总和法进行计算；

整体均化分层总和法：根据综合判定方法确定的侧阻概化分布模式和所述端阻比α，将桩基平面图中各基桩自身和相互影响的侧阻、端阻均化附加应力系数自桩端平面起分层叠加，并求得相应的侧阻、端阻附加应力，除以桩数得分层均化附加应力，按分层总和法求得平均沉降；

基桩叠加分层总和法：确定坐标原点，将各编号基桩的x,y坐标列出，分别查表求得各桩的侧阻、端阻分层均化附加应力系数，并计算相应附加应力，并将影响范围内基桩的附加应力分别叠加至计算基桩投影响面内，采用分层总和法求得各基桩沉降。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的考虑了实际情况下的任意布桩模式以及工程条件下的基桩侧阻分布模式，并将群桩的侧阻应力影响准确的计算至桩端平面以下附加应力，使得计算值与实测值、规范统计值更加接近；

(2)本发明的得出的群桩基础最终沉降公式，能够实现查表和采用程序化的计算方式，并简化在计算任意模式和工程环境下的群桩沉降操作。

(3)本发明提供了需要对其桩基基础压缩层厚度的确定，近似且精确的反映承台和上部结构刚度对基桩地基附加应力的影响，并通过准确的公式得出修正值参数范围，总结出了适宜的沉降计算经验修正系数。

附图说明

图1为本发明的正梯形侧阻概化模式桩身压缩计算式分解示意图；

图2为本发明的锥头形侧阻概化模式下桩身压缩量计算分解示意图；

图3为本发明的蒜头形侧阻概化模式下桩身压缩量计算分解示意图；

图4为本发明的凹谷形侧阻概化模式下桩身压缩量计算分解示意图；

图5为本发明的实施例2中的基桩布置三维图结构示意图；

图6为本发明的图5中的基桩布置深标点布置俯视结构示意图；

图7为本发明的实施例2中的各级荷载下地基土分层竖向变形示意图；

图8为本发明的工作荷载下端阻比α参考值表图。

图9为本发明的桩基沉降简易计算方式流程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图9所示，本发明提供了一种基于基桩侧阻概化模式的桩基础沉降简易计算方法，包括如下步骤：

S100、端阻比α通过查询岩土工程勘察报告，根据桩端持力层性质、桩长径比、平均极限侧阻力和荷载水平因素，查表综合进行确定；

S200、根据桩侧土层性质、竖向分布和端阻比、长径比，综合判定新建工程基桩的侧阻概化分布，分解侧阻为正三角形和矩形基本单元，查基桩均化附加应力系数表确定Mindlin解附加应力相关参数，计算桩端平面以下附加应力计算σ_Zi；

S300、考虑桩-桩相互影响，叠加法计算基桩地基附加应力的影响应力Δσ_Zi，在考虑桩-桩相互影响，同时考虑上部结构刚度对沉降结构影响，将在群桩基础中各基桩桩顶通过承台连接在一起的群桩荷载视为自由荷载即承台和基础刚度为零，将各桩端阻和侧阻产生的附加应力在计算桩面域内叠加，求出每根桩端平面下的附加应力，再将附加应力按桩数进行平均，求出均化的附加应力；

S400、计入桩身压缩变形量S_e；

S500、得出群桩基础最终沉降公式：

群桩的基础沉降变形一般由三部分组成：桩端贯入变形，地基土整体压缩变形和桩身压缩变形组成，桩端阻力在桩端平面形成应力集中柱体，引起桩端局部压缩即贯入变形，导致基桩沉降变形加大，群桩的侧阻、端阻产生的应力在桩端平面以下的叠加效应导致地基土出现整体压缩，该整体压缩是群桩基础沉降变形的主要组成部分。

在步骤S200中，所述基桩侧阻概化分布还包括：

将每种侧阻分解为沿桩长l和桩端以上局部桩长kl分布的2～3个基本单元，所述基本单元包括矩形基本单元和正三角形基本单元；

考虑到受荷桩附加应力场的如下特点：桩端以下2d深度范围端阻附加应力系数k_p在桩自身投影面范围内存在较大差异；桩端以下4d深度范围侧阻附加应力系数k_sr、k_st和与该桩相距S_a＝3d、6d、9d处的各桩端平面下侧阻附加应力系数在桩自身投影截面范围内存在较大差异，基桩均化附加应力系数表是通过对基桩自身投影截面内附加应力系数和受影响桩在投影截面范围内侧阻附加应力系数进行均化，即取曲面的平均矢高，并将均化后基桩附加应力系数编制而成；

群桩中的基桩顶部附加荷载Q作用下桩端以下的地基竖向附加应力σ_Z由端阻附加应力σ_Z，P、基桩侧阻基本单元附加应力的代数和σ_Z，S组成,其表示为：

地基任一点的竖向附加应力：

σ_z＝σ_z,p+σ_z,s

端阻附加应力：

桩长矩形分布侧阻附加应力

桩长kl矩形分布侧阻附加应力

桩长l正立三角形分布侧阻附加应力

桩长kl正立三角形分布侧阻附加应力

其中，Q_srl为l桩长矩形分布侧阻下等效桩顶附加荷载；Q_srkl为kl桩长矩形分布侧阻下等效桩顶附加荷载；Q_stl为l桩长正三角形分布侧阻下等效桩顶附加荷载；Q_stkl为kl桩长正三角形分布侧阻下等效桩顶附加荷载；d为桩径；l为桩长；k为侧阻力局部分布长度与桩长之比；q_p、q_sr、

分别为端阻、l桩长的矩形分布平均侧阻、正立三角形分布平均侧阻；q'_sr、

分别为kl桩长的矩形分布侧阻和正立三角形分布平均侧阻；K_p、K_sr、K_st分别为端阻附加应力系数、l桩长的矩形分布侧阻附加应力系数和正立三角形分布侧阻附加应力系数；K'_sr、K'_st分别为kl桩长的矩形分布侧阻附加应力系数和正立三角形分布侧阻附加应力系数。

在考虑桩-桩相互影响时，对桩的附加影响应力的Δσ_Zi按下式计算：

式中：Δσ_zi为相邻基桩对计算基桩压缩层内第i分层的影响应力；k为有效影响半径范围内第k基桩；t为影响基桩数；q_p,k,q_sr,k,

为第k基桩的端阻、矩形分布侧阻、正三角形分布平均侧阻；k_p,i,k_sr,i,k_st,i为第k基桩对被影响基桩第i分层的均化附加应力系数。

如图1至图4所示，在计入桩身压缩变形量时，分为正梯形侧阻概化模式、锥头形侧阻概化模式、蒜头形侧阻概化模式和凹谷形分布概化模式；

其中，正梯形侧阻概化模式的桩身总压缩量等于端阻作用下桩身压缩量加上l三角形分布侧阻作用下桩身压缩量和l矩形分布侧阻作用下桩身压缩量，其表达式为：

其中，Q_srl为l桩长矩形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_stl为l桩长正三角形分布侧阻下桩顶附加荷载；d为桩径；l为桩长；E_p为桩身混凝土弹性模量；A_p为桩身截面积；

锥头形侧阻概化模式的桩身总压缩量为端阻作用下的桩身压缩量加上l三角形分布侧阻作用下桩身压缩量减去kl三角形分布侧阻作用下桩身压缩量与(1-k)l桩段在Q_stkl作用下压缩量之和，其表达式为：

Q_srl为l桩长矩形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_stl为l桩长正三角形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_stkl为kl桩长正三角形分布侧阻下桩顶附加荷载；k为侧阻力局部分布长度与桩长之比；d为桩径；l为桩长；E_p为桩身混凝土弹性模量；A_p为桩身截面积；

蒜头形侧阻概化模式的桩身压缩总量为端阻作用下桩身压缩量、l矩形分布侧阻作用下桩身压缩量、kl矩形分布侧阻作用下桩身压缩量与(1-k)l桩段在Q_srkl作用下压缩量的四者之和，其表达式为：

Q_srl为l桩长矩形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_srkl为kl桩长矩形分布侧阻下桩顶附加荷载；k为侧阻力局部分布长度与桩长之比；d为桩径；l为桩长；E_p为桩身混凝土弹性模量；A_p为桩身截面积；

凹谷形分布概化模式的桩身压缩总量为端阻作用下桩身压缩量、l矩形分布侧阻作用下桩身压缩量、kl三角形分布侧阻作用下桩身压缩量与(1-k)l桩段在Q_stkl作用下压缩量的四者之和减去l三角形分布侧阻作用下桩身压缩量，其表达式为：

Q_srl为l桩长矩形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_stl为l桩长正三角形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_stkl为kl桩长正三角形分布侧阻下桩顶附加荷载；k为侧阻力局部分布长度与桩长之比；d为桩径；l为桩长；E_P为桩身混凝土弹性模量；A_P为桩身截面积。

参考图8所示表格，在确定总端组与桩定总附加荷载Q之比α时，可通过查询岩土工程勘察报告，根据桩端持力层性质、桩长径比l/d、平均极限侧阻力

和荷载水平因数进行α的确定，其中桩端持力层性质包括较硬、硬和坚硬三个层次，三个层次的桩端持力层均对应桩长径比的区间为l/d≤30、30≤l/d≤60和l/d≥60，平均极限侧阻力的压强分为50、100、200和300四个阶段。

实施例2

在步骤S200中综合判定群基桩侧阻分布概化模式，分解侧阻为正角形和矩形基本单元，并计算桩端平面以下附加应力计算σ_Zi时，需要对其桩基基础压缩层厚度进行确定，其中对桩基基础压缩层考虑的综合因数包括桩群包络线围成面宽度和桩长径比，同时为了测定桩筏基础桩端压缩层深度影响范围，试验筏板核心筒下基桩布置为桩径150mm、桩长4.5m的钻孔灌注桩，桩间距为450mm，桩群平面外包络线宽度为4.5m；

如图5和图6所示，在核心筒中心区不同深度土层内布置深标点6个，且6处标点的深度依次为2.25m、4.5m、6.75m、9m、11.25m、13.5m。

如图7所示，桩承台下的土体竖向压缩变形随深度增加而减小，各级荷载下减小的趋势基本一致，在第五级荷载P＝5364kN之前，各级荷载下桩长L＝4.5m范围内，竖向位移减小的幅度不大，如在第三级荷载下，筏板处的沉降为3.32mm，4.5m深度处的沉降为2.78mm，桩间土压缩量为0.54mm；在第四级荷载下，筏板处的沉降为8.50mm，4.5m深度处的沉降为6.83mm，桩间土压缩量为1.67mm；而在第八级极限荷载下，筏板处的沉降为47mm，4.5m深度处的沉降为32.59mm，桩间土压缩量为14.41mm，表明荷载水平较高时，桩端将产生显著的刺入变形，导致桩间土出现较大压缩，当桩筏基础总荷载加至P＝3250kN上部结构荷载标准值时，筏板处沉降为14.74mm，4.5m处土体沉降为12.15mm，6.75m处土体沉降为5.14mm，9m处土体沉降为1.026mm，可见桩端以下1倍桩群宽度范围内土体压缩为7.01mm，1.5倍桩群宽度以下土体基本无压缩，由于此次试验桩端无相对较好持力层，致使桩端阻占总荷载的份额较小，压缩影响深度范围也相对较小。

据此，其压缩层厚度在考虑桩长径比的计算方式为：

式中，Z_n为桩端平面以下的压缩层计算厚度；B为桩群包络线围成面宽度，1.3B为基宽对压缩层厚度的基本影响值；

为基宽对压缩层厚度影响的修正值。

其中当桩群包络线围成面宽度B等于10m时，不对压缩层厚度影响值进行修正；

当B<10m时，导致Z_n大于1.3B；

当B>10m时，导致Z_n小于1.3B；

为长径比对压缩层厚度影响的修正值；

当l/d＝50时不修正；当l/d<50时，导致Z_n减小；

当l/d>50时，导致Z_n增大。

这样可以近似的考虑上部结构的影响，也可以忽略上部结构的叠加影响范围受桩土模量影响，满足各种复杂布桩形式的需要，同时为了考虑在变刚度调平中变桩径群沉降计算目的时候，桩-桩相互影响的叠加后均化应力时区别与普通全等径桩计算的区别，并对计算粗桩径桩对细桩径桩影响时查表s_a/d依据的与细桩径桩对粗桩径桩影响时查表依据的s_a'/d'并不等同，进行不同查表计算，在短桩直接叠加到长桩桩端平面下的变刚度调平设计桩群中，将考虑上部结构刚度足够趋使桩基附加应力场均化，进而将长桩桩端平面下应力场均化，并据此计算桩基沉降。

视上部结构和桩基承台之间存在刚度效应，桩筏基础沉降可采用整体均化分层总和法和基桩叠加分层总和法进行计算；

整体均化分层总和法：根据综合判定方法确定的侧阻概化分布模式和所述端阻比α，将桩基平面图中各基桩自身和相互影响的侧阻、端阻均化附加应力系数自桩端平面起分层叠加，并求得相应的侧阻、端阻附加应力，除以桩数得分层均化附加应力，按分层总和法求得平均沉降；

基桩叠加分层总和法：确定坐标原点，将各编号基桩的x,y坐标列出，分别查表求得各桩的侧阻、端阻分层均化附加应力系数，并计算相应附加应力，并将影响范围内基桩的附加应力分别叠加至计算基桩投影响面内，采用分层总和法求得各基桩沉降。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种基于基桩侧阻概化模式的桩基础沉降简易计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

S100、确定基桩端阻比α，即总端阻与桩顶总附加荷载Q之比；

S200、综合判定基桩侧阻概化分布：分解基桩侧阻为基本单元，查基桩均化附加应力系数表确定Mindlin解附加应力参数，并计算桩端平面以下附加应力σ_Zi；

S300、通过叠加法计算基桩地基附加应力的影响应力Δσ_Zi；

S400、计入桩身压缩变形量S_e；

S500、得出群桩基础最终沉降公式：

其中，在计入桩身压缩变形量时，分为正梯形侧阻概化模式、锥头形侧阻概化模式、蒜头形侧阻概化模式和凹谷形分布概化模式；

正梯形侧阻概化模式的桩身总压缩量等于端阻作用下桩身压缩量加上l三角形分布侧阻作用下桩身压缩量和l矩形分布侧阻作用下桩身压缩量，其表达式为：

其中，Q_srl为l桩长矩形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_stl为l桩长正三角形分布侧阻下桩顶附加荷载；d为桩径；l为桩长；E_p为桩身混凝土弹性模量；A_p为桩身截面积；

锥头形侧阻概化模式的桩身总压缩量为端阻作用下的桩身压缩量加上l三角形分布侧阻作用下桩身压缩量减去kl三角形分布侧阻作用下桩身压缩量与(1-k)l桩段在Q_stkl作用下压缩量之和，其表达式为：

Q_srl为l桩长矩形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_stl为l桩长正三角形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_stkl为kl桩长正三角形分布侧阻下桩顶附加荷载；k为侧阻力局部分布长度与桩长之比；d为桩径；l为桩长；E_p为桩身混凝土弹性模量；A_p为桩身截面积；

蒜头形侧阻概化模式的桩身压缩总量为端阻作用下桩身压缩量、l矩形分布侧阻作用下桩身压缩量、kl矩形分布侧阻作用下桩身压缩量与(1-k)l桩段在Q_srkl作用下压缩量的四者之和，其表达式为：

Q_srl为l桩长矩形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_srkl为kl桩长矩形分布侧阻下桩顶附加荷载；k为侧阻力局部分布长度与桩长之比；d为桩径；l为桩长；E_p为桩身混凝土弹性模量；A_p为桩身截面积；

凹谷形分布概化模式的桩身压缩总量为端阻作用下桩身压缩量、l矩形分布侧阻作用下桩身压缩量、kl三角形分布侧阻作用下桩身压缩量与(1-k)l桩段在Q_stkl作用下压缩量的四者之和减去l三角形分布侧阻作用下桩身压缩量，其表达式为：

Q_srl为l桩长矩形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_sll为l桩长正三角形分布侧阻下桩顶附加荷载；Q_stkl为kl桩长正三角形分布侧阻下桩顶附加荷载；k为侧阻力局部分布长度与桩长之比；d为桩径；l为桩长；E_P为桩身混凝土弹性模量；A_P为桩身截面积；

在确定总端组与桩定总附加荷载Q之比α时，可通过查询岩土工程勘察报告，根据桩端持力层性质、桩长径比l/d、平均极限侧阻力

和荷载水平因数进行α的确定，其中桩端持力层性质包括较硬、硬和坚硬三个层次，三个层次的桩端持力层均对应桩长径比的区间为l/d≤30、30≤l/d≤60和l/d≥60，平均极限侧阻力的压强分为50、100、200和300四个阶段；

所述步骤S200还包括：确定桩基基础压缩层厚度，所述桩基基础压缩层需考虑的因素包括桩群包络线围成面宽度和桩长径比；

其压缩层厚度在考虑桩长径比的计算方式为：

式中，Z_n为桩端平面以下的压缩层计算厚度；B为桩群包络线围成面宽度，1.3B为基宽对压缩层厚度的基本影响值；

为基宽对压缩层厚度影响的修正值。

2.根据权利要求1所述的一种基于基桩侧阻概化模式的桩基础沉降简易计算方法，其特征在于：所述步骤S100中，端阻比α通过查询岩土工程勘察报告，根据桩端持力层性质、桩长径比、平均极限侧阻力和荷载水平因素，查表综合进行确定；

所述步骤S200中，所述基桩侧阻概化分布还包括：

将每种侧阻分解为沿桩长l和桩端以上局部桩长kl分布的2～3个基本单元，所述基本单元包括矩形基本单元和正三角形基本单元；

所述基桩均化附加应力系数表是通过对基桩自身投影截面内附加应力系数和受影响桩在投影截面范围内侧阻附加应力系数进行均化，即取曲面的平均矢高，并将均化后基桩附加应力系数编制而成；

附加应力σ_Zi的判断依据包括：桩侧土层性质、端阻比和长径比。

3.根据权利要求1所述的一种基于基桩侧阻概化模式的桩基础沉降简易计算方法，其特征在于：在步骤S200中，群桩中的基桩顶部附加荷载Q作用下桩端以下的地基竖向附加应力σ_Z由端阻附加应力σ_Z，P、基桩侧阻基本单元附加应力的代数和σ_Z，S组成,其表示为：

地基任一点的竖向附加应力：

σ_z＝σ_z,p+σ_z,s

端阻附加应力：

桩长矩形分布侧阻附加应力

桩长kl矩形分布侧阻附加应力

桩长l正立三角形分布侧阻附加应力

桩长kl正立三角形分布侧阻附加应力

其中，Q_srl为l桩长矩形分布侧阻下等效桩顶附加荷载；Q_srkl为kl桩长矩形分布侧阻下等效桩顶附加荷载；Q_stl为l桩长正三角形分布侧阻下等效桩顶附加荷载；Q_stkl为kl桩长正三角形分布侧阻下等效桩顶附加荷载；d为桩径；l为桩长；k为侧阻力局部分布长度与桩长之比；q_p、q_sr、

分别为端阻、l桩长的矩形分布平均侧阻、正立三角形分布平均侧阻；q′_sr、

分别为kl桩长的矩形分布侧阻和正立三角形分布平均侧阻；K_p、K_sr、K_st分别为端阻附加应力系数、l桩长的矩形分布侧阻附加应力系数和正立三角形分布侧阻附加应力系数；K'_sr、K'_st分别为kl桩长的矩形分布侧阻附加应力系数和正立三角形分布侧阻附加应力系数。

4.根据权利要求1所述的一种基于基桩侧阻概化模式的桩基础沉降简易计算方法，其特征在于：在考虑桩-桩相互影响时，对桩的附加影响应力的Δσ_Zi按下式计算：

式中：Δσ_zi为相邻基桩对计算基桩压缩层内第i分层的影响应力；k为有效影响半径范围内第k基桩；t为影响基桩数；q_p,k,q_sr,k,

为第k基桩的端阻、矩形分布侧阻、正三角形分布平均侧阻；k_p,i,k_sr,i,k_st,i为第k基桩对被影响基桩第i分层的均化附加应力系数。

5.根据权利要求1所述的一种基于基桩侧阻概化模式的桩基础沉降简易计算方法，其特征在于：其中当桩群包络线围成面宽度B等于10m时，不对压缩层厚度影响值进行修正；

当B<10m时，导致Z_n大于1.3B；

当B>10m时，导致Z_n小于1.3B；

为长径比对压缩层厚度影响的修正值；

当l/d＝50时不修正；当l/d<50时，导致Z_n减小；

当l/d>50时，导致Z_n增大。

6.根据权利要求1所述的一种基于基桩侧阻概化模式的桩基础沉降简易计算方法，其特征在于：视上部结构和桩基承台之间存在刚度效应，桩筏基础沉降可采用整体均化分层总和法和基桩叠加分层总和法进行计算；

整体均化分层总和法：根据综合判定方法确定的侧阻概化分布模式和所述端阻比α，将桩基平面图中各基桩自身和相互影响的侧阻、端阻均化附加应力系数自桩端平面起分层叠加，并求得相应的侧阻、端阻附加应力，除以桩数得分层均化附加应力，按分层总和法求得平均沉降；

基桩叠加分层总和法：确定坐标原点，将各编号基桩的x,y坐标列出，分别查表求得各桩的侧阻、端阻分层均化附加应力系数，并计算相应附加应力，并将影响范围内基桩的附加应力分别叠加至计算基桩投影响面内，采用分层总和法求得各基桩沉降。

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