CN110397063A - 一种深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长的计算方法 - Google Patents

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CN110397063A CN201910683520.XA CN201910683520A CN110397063A CN 110397063 A CN110397063 A CN 110397063A CN 201910683520 A CN201910683520 A CN 201910683520A CN 110397063 A CN110397063 A CN 110397063A
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许万贵
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徐浩
胡海波
董芸秀
何静斌
陈锦华
郭穗柱
赵亚婉
武敏
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Abstract

本发明公开了一种深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长的计算方法，通过对深厚软土地区的桥梁桩的承载力进行分析，深厚软土地区桥梁柱基在不同桩顶位移控制量、不同软土厚度、不同桩长以及桩径条件下的承载特性，然后根据仿真结果建立深厚软土地区桥梁桩基承载力的回归公式，再根据桥梁桩基承载力的回归公式计算桩顶位移控制量为60mm的桩长，解决了现行规范关于桩顶位移控制量为40mm在深厚软土地区不适用的工程难题，提出了深厚软土地地区桩长的计算方法。将深厚软土地区桩顶位移控制量增大至60mm，在保证桩基安全性的前提下可大幅提高深厚软土地区桩基承载潜力，可有效减小桩长，大大节省桩基工程造价。

Description

一种深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长的计算方法
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长的计算方法。
背景技术
软土因其高含水量、高孔隙比、低强度、高压缩性等工程特性对深厚软土地区桥梁桩基的承载特性有着很大影响。由于对深厚软土地区桥梁桩基的承载特性缺乏足够认知，设计中往往对桩长盲目取值，广泛存在设计保守问题，这不仅造成了资源浪费，还使得桥头不均匀沉降现象更加严重，影响行车安全及桥梁使用寿命：且软土侧限移动挤压作用、汽车制动力及离心力等是软土地区桥梁桩基不可忽略的横轴向荷载，尤其是软土的侧限移动挤压作用，由于构造物后填土重力的挤压，软土侧向移动，桩-土间产生附加水平压力，引起桩身挠曲，使柱台后仰和向河槽倾移，桥台台帽挤压开裂和基柱断裂等事故屡见不鲜。同时，仅通过减小路面沉降来减小桥面和路面沉降差不仅实施困难，而且成本较高。
目前桥梁桩基础竖向极限承载力常用的确定方法有：理论分析法、静载试验法、经验公式法。竖向承载力的计算有理论方法和规范方法，目前主要采用的是规范公式。现行《公路桥涵地基与基础设计规范》中单桩承载力的计算公式如式1～3所示：
摩擦桩：
其中，qr＝m0λ[[fao]+k2γ2(h-3)] (2)
嵌岩桩：
式中：[Ra]—单桩轴向受压承载力容许值(kN)；u—桩身周长(m)；AP—桩端截面面积(m2)；n—土的层数；li—承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚度(m)，扩孔部分不计；qik—与li对应的各土层与桩侧摩阻力标准值(kPa)，宜采用单桩摩阻力试验确定；qr—桩端处土的承载力容许值(kPa)；[fao]—桩端处土的承载力基本容许值(kPa)；h—桩端的埋置深度(m)；k2—容许承载力随深度的修正系数；γ2—桩端以上土层的加权平均重度(kN/m3)；λ—修正系数；m0—清底系数；c1—根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻发挥系数；frk—桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值(kPa)；c2i—根据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩石侧阻发挥系数；hi—桩端嵌入岩层的深度(m)；m—岩石的层数；—覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端frk确定。
以上参数取值可参考《公路桥涵地基与基础设计规范》。
对于深厚软土地区桥梁桩基，在使用规范公式进行桩基承载力设计计算时，无法考虑由于软土固结蠕变引起的桩基沉降。由于路面下覆深厚软土，软土的固结蠕变导致路面产生了较大的沉降，但按照现行规范公式设计计算的桥梁桩基础，在设计荷载作用下，桩顶沉降量很小，且工后沉降量很小，不仅导致路面和桥梁的沉降差较大，还存在过度设计问题。这说明：现行规范单桩竖向承载力公式用于评价深厚软土地区桥梁桩基的竖向承载力显然不合理。
由于摩擦桩的P-S曲线为缓变型，可适当増大桩顶沉降量所对应的承载力作为极限承载力。现行规范中以桩顶位移为40mm作为桩基极限承载力，故取桩顶位移为60mm作为桩基极限承载力时，极限承载力较桩顶位移为40mm时的极限承载力有所提高，且桩基安全性可以满足，取桩顶位移为60mm作为桩基极限承载力时，桩长将有相应变化。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长的计算方法，得出桩顶位移为60mm作为桩基极限承载力时，较40mm作为桩基极限承载力时的桩长折减系数，达到避免因设计保守造成的材料浪费的同时确保深厚软土地区桥梁桩基安全性，进而有效指导深厚软土地区桥梁桩基的桩长的设计计算，适用于深厚软土地区桥梁桩基。
为达到上述目的，本发明所述一种深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长的计算方法，包括以下步骤：
步骤1、得到深厚软土地区桥梁桩基在不同桩顶位移控制量、不同软土厚度、不同桩长以及桩径条件下的承载力；
步骤2、根据步骤1得到的不同桩顶位移控制量下的承载力进行回归分析，得到承载力的回归公式；
步骤3、根据步骤2得到的不同桩顶位移控制量下的承载力的计算回归公式，得到桩长的优化公式，再根据桩长优化公式计算深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长。
进一步的，步骤1中，利用有限元分析方法，得到深厚软土地区桥梁柱基在不同桩顶位移控制量、不同软土厚度、不同桩长以及桩径条件下的承载力。
进一步的，步骤2包括以下步骤：
步骤2.1、选择竖向承载力的公式形式：
令深厚软土地区桩基的承载力为P，影响其大小的因素有：桩长、桩径、土层与桩侧摩阻力标准值和桩端土的容许承载力，其表达式为：P＝f(L,D,H)；L—桩长；D—桩径；H—软土厚度；
步骤2.2、回归方程的求解：
采用SPSS数据分析软件对步骤1得到的桩基极载力数据进行回归分析，得到在桩顶位移控制量为40mm和60mm时对应的承载力回归方程。
进一步的，步骤2得到的回归方程包括：
1)当桩顶位移控制量40mm时
桩基穿越软土层时，设承载力为P11：
P11＝-4631-500H+481L+7673D (1)，
桩基未穿越软土层时，设承载力为P12：
P12＝-4631-90H+71L+7673D (2)，
2)当桩顶位移控制量60mm时
桩基穿越软土层时，设承载力为P21：
P21＝-5705-610H+589L+9107D (3)，
桩基未穿越软土层时，设承载力为P22：
P22＝-5705-105H+84L+9107D (4)。
进一步的，步骤3包括以下步骤：
步骤3.1、根据下式计算桩顶位移控制量为60mm时深厚软土地区桥梁桩基的桩长，式中，L11为桩顶移控制量为40mm时深厚软土地区桥梁桩基的桩长，L12为桩顶位移控制量为60mm时深厚软土地区桥梁桩基的桩长，D为桩径；H为软土厚度；
步骤3.2、判断桩顶位移控制量为60mm时深厚软土地区桥梁桩基的桩长是否穿越软土层，若穿越软土层，则以步骤3.1计算得到的桩顶位移控制量为60mm时深厚软土地区桥梁桩基的桩长为深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长，否则，根据下式计算深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长：
进一步的，在步骤3之前，对步骤2得到的承载力的计算回归公式进行检验和验证，承载力的计算回归公式通过检验和验证后再进行步骤3。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：通过对深厚软土地区的桥梁桩的承载力进行分析，深厚软土地区桥梁柱基在不同桩顶位移控制量、不同软土厚度、不同桩长以及桩径条件下的承载特性，然后根据仿真结果建立深厚软土地区桥梁桩基承载力的回归公式，再根据桥梁桩基承载力的回归公式计算桩顶位移控制量为60mm的桩长，解决了现行规范关于桩顶位移控制量为40mm在深厚软土地区不适用的工程难题，提出了深厚软土地地区桩长的计算方法。将深厚软土地区桩顶位移控制量增大至60mm，在保证桩基安全性的前提下可大幅提高深厚软土地区桩基承载潜力，可有效减小桩长，大大节省桩基工程造价。
进一步的，由于对于桩基未穿越软土层时，桩侧阻力和桩端阻力较小，桩顶沉降量较大，桩顶位移控制量采用60mm时，桩长优化效果不佳，且宁波软土地区桥梁桩基普遍穿越软土层，因此，综合考虑桥梁桩基使用情况和桩基安全因素，对于优化前未穿越软土层的桥梁桩基不予优化，仅对优化前穿越软土层的桥梁桩基在采用不同桩顶位移控制量时进行桩长优化。具体的，步骤3包括以下步骤：
步骤3.1、下式计算桩顶位移控制量为60mm时深厚软土地区桥梁桩基的桩长，式中，L11为桩顶移控制量为40mm时深厚软土地区桥梁桩基的桩长，L12为桩顶位移控制量为60mm时深厚软土地区桥梁桩基的桩长，D为桩径；H为软土厚度；步骤3.2，判断桩顶位移控制量为60mm时深厚软土地区桥梁桩基的桩长是否穿越软土层，若穿越软土层，则以步骤3.1计算得到的桩顶位移控制量为60mm时深厚软土地区桥梁桩基的桩长为深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长，否则，根据下式计算深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长：
附图说明
图1为桩顶位移控制量为40mm时的承载力对比曲线；
图2为桩顶位移控制量为60mm时承载力对比曲线；
图3为桩长38.5m，桩径1.0m的桩基P-S曲线对比图；
图4为桩长40.8m，桩径1.0m的桩基P-S曲线对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1，一种深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长的计算方法，包括以下步骤：
步骤1、深厚软土地区桥梁桩基承载力数值仿真分析
为探明深厚软土地区桥梁桩基础的承载特性，利用Msc.Marc有限元分析软件建立计算模型，分析深厚软土地区桥梁柱基在不同桩顶位移控制量、不同软土厚度、不同桩长以及桩径条件下的承载特性。数值仿真计算工况及结果如表1～6所示。
表1软土厚度变化计算工况
表2不同软土厚度的桩基竖向极限承载力
表3桩长变化计算工况
表4不同桩长下的桩基竖向极限承载力
表5桩径变化计算工况
表6不同桩径下的桩基竖向极限承载力
表1至表6中：PH表示桩基竖向极限承载力，H表示软土厚度。
步骤2深厚软土地区桥梁桩基承载力计算回归公式的建立
针对深厚软土地区桥梁桩基的特点，研究各个影响因素之间的关系，利用数理统计回归分析方法建立深厚软土地区桥梁桩基在不同桩顶位移控制量下承载力的理论计算公式。
1、选择竖向承载力的公式形式
令深厚软土地区桩基的承载力为P，影响其大小的因素有：桩长、桩径、土层与桩侧摩阻力标准值和桩端土的容许承载力，其表达式如公式(4)所示：
P＝f(L,D,H,qik,qr) (4)
其中：L—桩长；D—桩径；qik—与桩长对应的各土层与桩侧摩阻力标准值(kPa)；qr—桩端土体承载力容许值(kPa)。
由于宁波地区典型软土有两层，数值仿真中采用的土层参数为宁波地区典型软土的统计特征值，对宁波地区具有相当的代表性。因此，在利用数值仿真计算结果进行桩基承载力回归分析时，土层参数可予以简化，从而得到以下公式形式:
P＝f(L,D,H) (5)
其中：H—软土厚度。
2、回归方程的求解
根据有限元计算分析结果：表1至表6中可以看出，桩基承载力随桩长、桩径以及软土厚度变化呈线性变化，且桩基承载力还与是否穿越软土层有关，穿越软土层指桩穿过软土层。当桩基未穿越软土层时，桩基承载力随桩长呈线性变化；当桩穿软土层时，桩基和软土的相对深度对桩承载影响不大。为了使回归结果更加准确，回归中增加桩基穿越软土长度l这一变量，l满足回归完成后，将回代至公式(5)便分别得出桩穿越软土层和未穿越软土层的桩基承载力回归公式。
采用SPSS数据分析软件对表2、4、6中的桩基极限承载力数据进行回归分析，得到在桩顶位移控制量为40mm和60mm时对应的承载力回归方程：
1)当桩顶位移控制量40mm时
桩基穿越软土层时，设承载力为P11：
P11＝-4631-500H+481L+7673D (6)
桩基未穿越软土层时，设承载力为P12：
P12＝-4631-90H+71L+7673D (7)
2)当桩顶位移控制量60mm时
桩基穿越软土层时，设承载力为P21：
P21＝-5705-610H+589L+9107D (8)
桩基未穿越软土层时，设承载力为P22：
P22＝-5705-105H+84L+9107D (9)
步骤3深厚软土地区桥梁桩基承载力回归方程的检验
步骤3.1、逻辑检验，首先对不同桩顶位移控制量对应的承载力的回归方程进行逻辑检验。
在软土厚度、桩径及桩长相同的情况下，不同桩顶位移控制量情况下对应承载力大小顺序为：P21＞P11，与工程实际经验相符。桩顶位移控制量40mm对应的回归方程中，在其他值不变时，仅增加H时，P11增小；仅増加L时，P11増大；仅增加D，P11增大；在桩顶位移控制量60mm对应的回归方程中，在其他值不变时，仅增加H，P21増小：仅增加L，P21増大：仅增加D，P21増大。由此可知，方程中P1、P2与变量H、L、D的关系与工程实际经验相符。
3.2、数理检验
(1)桩顶位移控制量为40mm时
对P11和P12的回归方程进行数理检验。选取水平α＝0.05，根据数据分析，得到表7～9。
表7回归统计
表8方差分析1
自由度 F分布计算值
回归分析 4 523.0399
残差 85
总计 89
表9方差分析2
线性回归系数 标准误差 T分布
常数项 -4631.08 975.6466 -4.74668
H -90.2804 24.0533 -3.75335
L 71.48546 25.09119 2.849026
D 7673.845 684.8136 11.20574
l 410.4793 31.85717 12.88499
从表8、9可以看出：
F＝523.0399＞F0.05(-4，89-1)＝2.50，回归方程相合性显著，能够有效反映实际情况。
|T1|＝|-3.7|＝3.7＞T0.05/2＝2.78
|T2|＝|2.8|＝2.8＞T0.05/2＝2.78
|T3|＝|11.2|＝11.2＞T0.05/2＝2.78
|T4|＝|12.9|＝12.9＞T0.05/2＝2.78
上式中，T1为软土厚度H的检验统计量；T2为桩长L的检验统计量；T3为桩径D的检验统计量；T4为桩基穿越软土深度l的检验统计量；T0.05/2为T分布置信概率为1-α(0.05)的上侧分位数。
综上所述，P11和P12的线性回归方程数理检验通过，即公式(6)和公式(7)可作为确定桩顶位移控制量为40mm深厚软土地区桥梁桩基承载力的理论计算公式。
(2)桩顶位移控制量为60mm时
对P21和P22的回归方程进行数理检验。选取水平α＝0.05，根据数据分析，得到表10～12。
表10回归统计
表11方差分析1
自由度 F分布计算值
回归分析 4 574.5306
残差 85
总计 89
表12方差分析2
线性回归系数 标准误差 T分布
常数项 -5705.47 1132.209 -5.03924
H -105.274 27.91313 -3.77148
L 84.5508 29.11758 2.903772
D 9107.546 794.7057 11.46028
l 505.2236 36.96929 13.66604
从表11、12可以看出：
F＝574.5306＞F0.05(-4,89-1)＝2.50，回归方程相合性较好，可有效反映实际情况。
|T1|＝|-3.7|＝3.7＞T0.05/2＝2.78
|T2|＝|2.9|＝2.9＞T0.05/2＝2.78
|T3|＝|11.5|＝11.5＞T0.05/2＝2.78
|T4|＝|13.7|＝13.7＞T0.05/2＝2.78
综上所述，P21和P22的线性回归方程数理检验通过，即公式(8)和公式(9)可作为确定桩顶位移控制量为60mm深厚软土地区桥梁桩基承载力的理论计算公式。
步骤4深厚软土地区桥梁桩基承载力回归方程的验证
桩基承载力回归方程是对数值模拟计算成果进行回归分析得出的，但由于地层情况、施工环境复杂等原因导致数值模拟与实际情況存在一定的差异，需通过桩基静载试验成果对回归出的桩基承载力计算公式的可靠性进行检验。
宁波地区桩基试桩资料如表13所示，由于本发明研究的就是桩顶沉降控制量由40mm变为60mm时桩长的折减系数，因此需要研究桩顶最大沉降量大于40mm的桩；P-S曲线为缓变型的桩承载潜力稍大，才有研究的价值。所以选取其中最大沉降量大于40mm且P-S曲线为缓变型的桩基对回归出的桩基承载力计算公式的可靠性进行检验。试桩资料如表14所示。
表13宁波部分地区桩基设计及现场静载试验主要指标
表14试桩资料汇总
编号 1 2 3 4 5 6
桩长(m) 55.4 58.1 53.9 56.9 56.0 48.6
桩径(mm) 700 700 700 700 700 700
软土厚度(m) 44.0 44.0 44.0 44.0 44.0 44.0
最大沉降量(mm) 46.2 49.7 46.6 40.1 49.5 47.9
1、40mm对应承载力方程验证
基于桩P-S曲线可得出在桩顶位移控制量为40mm时桩实际承载力，且桩均穿越软土层，将参数代入式(6)计算桩理论承载力，如表15、图1所示。
表15承载力对比
编号 1 2 3 4 5 6
实际承载力(kN) 5983 5831 5939 6380 5874 5813
理论承载力(kN) 5387 6686 4617 6109 5676 5913
误差绝对值(％) 10.0 14.7 22.3 4.2 3.4 1.7
从表15和图1可看出：桩顶位移控制量为40mm时，桩的实际承载力与回归方程得出的理论承载力相差最大为22.3％，最小为1.7％，承载力对比的六组中，误差在15％以下为五组。因此，由数值模拟得出的桩顶位移控制量为40mm的桩基承载力公式是可靠的。
2、60mm对应承载力方程验证
目前在进行桩基静载试验中，静载加至设计加载荷载或设计荷载的2倍或桩顶位移达到40mm即可终止加载。然而，由于桩基设计保守，桩的实际承载力要远大于设计荷载，当试验中所加荷载达到最大时，桩桩顶沉降量依然较小，即使桩顶沉降量较大，静载试验也在沉降量达到40mm时终止。因此，对桩顶位移控制量为60mm时的承载力方程的验证需对原桩基P-S曲线进行拟合，从而得到桩顶位移为60mm时的桩顶荷载。基于赵春凤等人(2010年，同济大学学报)的研究成果，采用完整指数函数法对原有的P-S曲线回归分析得出桩顶位移控制量为60mm情况下的桩顶荷载，其数值可用于检测桩顶位移控制量为60mm对应承载力方程的验证。
基于实测桩基P-S曲线，利用完整指数函数法得出桩顶位移控制量为60mm承载力。穿越软土层时，桩长折减的空间较大，所以所选取的试桩均穿越软土层，将各参数代入式(8)计算桩基理论承载力。如表16、图2所示。
表16承载力对比
编号 1 2 3 4 5 6
实际承载力(kN) 6739 6547 6426 6673 6601 6637
理论承载力(kN) 6460 050 5518 8111 6813 7091
误差绝对值(％) 4.1 23.0 14.1 21.5 3.2 6.8
从表16和图2可看出：桩顶位移控制量为60mm时，桩的实际承载力与回归方程得出的理论承载力相差最大为23.0％，最小为4.1％，承载力对比的六组中，误差在15％以下为五组。因此，由数值模拟得出的桩顶位移控制量为60mm的桩基承载力公式是可靠的。
步骤5深厚软土地区桥梁桩基优化后桩长的计算
软土地区桩基P-S曲线为缓变型，随着桩顶荷载位移控制量的增加，对应的桩基承载力也在逐增加，在上部荷载一定的情况下，桩顶位移控制量为60mm的桩长较桩顶位移控制量40mm会有一定的折减。因此，当桩基设计采用桩顶位移控制量为60mm时，应对桩长可进行修正。
1、桩顶位移控制量60mnm
当地质条件相同、设计荷载为P，采用不同桩顶位移控制量情况下都应满足：P21＝P、P22＝P。在P21＝P22前提下，当桩基优化前穿越软土层时，联立式(6)和式(8)提出桩长折减系数；当桩基优化前未穿越软土层时，联立式(7)和式(9)提出桩长折减系数；当桩基优化前穿越软土层，优化后未穿越软土层时，联立式(6)和式(9)提出桩长折减系数。因此，对于桩基优化前后均穿越软土层、桩基优化前后均未穿越软土层和优化前穿越软土层且优化后未穿越软土层应进行讨论。
1)优化前后均穿越软土层
采用桩顶位移控制量为60mm进行桩长优化、优化前桩长为L11(桩顶移控制量为40mm)、优化后桩长为L12。且优化前后桩基均穿越软土层，P21＝P22时，可得方程：
-4631-500H+481L11+7673D＝P22＝-5705-610H+589L12+9107D (10)
桩基长的优化公式为：
2)优化前后均未穿越软土层
采用桩顶位移控制量为60mm进行桩长优化，优化前桩长为L21、优化后桩长为L22。且优化前后桩基均穿越软土层，P21＝P22时，可得方程：
P1＝-4631-90H+71L21+7673D＝P22＝-5705-105H+84L22+9107D (12)
桩基长的优化公式为：
3)优化前穿越软土层，优化后未穿越软土层
优化前桩基穿越软土层，但桩基超越软土层长度较小，采用桩顶位移控制量为60mm进行桩长优化，桩长减小，导致桩全部位于软土层。优化前桩长为L31、优化后桩长为L32。P21＝P22时，可得方程：
-4631-500H+481L31+7673D＝P2＝-5705-105H+84L32+9107D (14)
桩长的优化公式为：
对于桩基未穿越软土层时，桩侧阻力和桩端阻力较小，桩顶沉降量较大，桩顶位移控制量采用60mm时，桩长优化效果不佳，且宁波软土地区桥梁桩基普遍穿越软土层，因此，综合考虑桥梁桩基使用情况和桩基安全因素，对于优化前未穿越软土层的桥梁桩基不予优化，仅对优化前穿越软土层的桥梁桩基在采用不同桩顶位移控制量时进行桩长优化。
由于在宁波软土地区，桩径1.0m、1.2m、1.4m和1.6m应用最广泛，因此根据公式(11)得到桩径分别为1.0m、1.2m、1.3m、1.4m、1.6m，软土层厚度为m、5m、10m、15m、20m、25m、30m、35m、40m、45m，桩长为10m、20m、30m、40m工况下，桩顶位移控制量由40mm增至60mm情况下的桩长折减系数，见表17。
表17桩长折减系数
深厚软土地区桥梁桩基合理桩长折减系数的工程实例验证
折减系数是基于数值模拟和回归分析的基础上提出的，为了验证其可靠性，以下结合实际工程对桩长折减系数进行对比验证。
1、折减系数验证原理
桩端土层不变的情况下，采用不同的桩顶位移控制量对桩长进行折减，桩基承载力的减小值为折减部分桩侧摩阻力的减小值，折减部分桩侧摩阻力等于桩顶位移控制量由40mm增加至60mm对应的承载力增加值，即：
P2-P1＝LDπqk (16)
式中：P2—桩顶位移控制量为60mm对应的承载力；
P1—桩顶位移控制量为40mm对应的承载力；
L—桩长减小值(m)；D—实际桩径(m)；
qk—桩侧摩阻力标准值(kPa)。
将相应的基本参数代入式(16)中，可得出折减的桩长L，由可得出相应的折减系数，再与相应的表格中折减系数进行对比，η为折减系数。
2、折减系数的验证
现收集软土地区两组桩基现场静载试验资料进行折减系数的验证。
1.折减系数验证实例一
1)工程概况
某工程桩基现场静载试验位于宁波地区，其土层基本信息如表18所示。
表18桩长折减系数
试验桩为钻孔灌注桩，桩长38.5m，桩径1.0m，试验得出承载力数据如表19所示。
表19现场静载试验数据
荷载(MN) 0 1.16 1.74 2.32 2.90 3.48 4.06 4.64 5.22 5.80 6.38
本级沉降(mm) 0.00 3.41 2.32 3.08 3.09 4.49 5.47 5.17 4.94 7.48 10.23
累计沉降(mm) 0.00 3.41 5.73 8.81 11.90 16.39 21.86 27.03 31.97 39.45 49.68
一般现场静载试验所加最大荷载为设计荷载的2.0倍。当加至最大荷载时，柱顶位移未达到40mm情况下试验终止，因此深厚软土地区柱顶位移控制量为60mm对应的承载力无法通过现有试验得出。由表19可知，P-S曲线为缓变型，因此可采用完整指数函数法对原有的P-S曲线回归分析得出相应柱顶位移控制量情况下的柱顶荷载。由表19中的数据回归的曲线如图3所示。
从图3可以看出：当桩顶位移大于5mm时，在相同荷载下，由静载试验得出的荷载与回归P-S曲线对应的沉降相差小于5％，且桩顶沉降大于27mm小于50mm时，两曲线的误差在2％以下，因此回归方程可较精准地表示桩顶位移随荷载大小变化规律。
2)位移控制量60mm桩长折减验证
柱顶位移为40mm时，由实测P-S曲线得出荷载P1＝5892kN，柱顶位移为60mm时，通过回归分析得出相应的荷载为P2＝6547kN。桩长为38.5m，桩径为1.0m，相对应的侧摩阻力标准值为45kPa，将P1和P2代入式(16)，可得出L＝3.38，折减系数查表10相应的折减系数为0.913，与表中系数相差3.7％，折减系数相近，误差较小，说明本发明提出的折减系数较为可靠，即通过了工程实例验证。
2.折减系数验证实例二
1)工程概况
在周立军等(2004年，东南大学)研究的基础上，对类似软土地区某工程桩基的桩长折减系数进行验证，现场静载试验位于无锡地区，其土层基本信息如表20所示。
表20桩长折减系数
试验桩为钻孔灌注桩，桩长40.8m，桩径1.0m，试验得出承载力数据如表21所示。
表21现场静载试验数据
由表21可知，P-S曲线为缓变型，因此可采用完整指数函数法对原有的P-S曲线回归分析得出相应柱顶位移控制量情况下的柱顶荷载。由表21中的数据回归的曲线如图4所示。
从图4可以看出：当桩顶位移大于5mm以后，在相同荷载下，由静载试验得出的荷载与回归P-S曲线对应的沉降相差小于10％，回归的曲线可较精准地表示桩顶随荷载的沉降变化规律。
2)位移控制量60mm桩长折减验证
柱顶位移为40mm时，由实测P-S曲线得出荷载P1＝8785kN，柱顶位移为60mm时，通过回归分析得出相应的荷载为P2＝9388kN。桩长为40.8m，桩径为1.0m，相对应的侧摩阻力标准值范围为50kPa～80kPa，将P1和P2代入式(16)，当桩侧摩阻力为50kPa时，可得出L＝3.8，折减系数当桩侧摩阻力为80kPa时，可得出L＝2.4，折减系数查表10相应的折减系数为0.889，与表中系数相差2％，折减系数相近。
通过以上验证实例发现：本发明提出深厚软土地区桥梁桩基的桩长折减系数可较好地适用于宁波深厚软土地区，且在其他深厚软土地区具有一定的借鉴与参考价值。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、得到深厚软土地区桥梁桩基在不同桩顶位移控制量、不同软土厚度、不同桩长以及桩径条件下的承载力；
步骤2、根据步骤1得到的不同桩顶位移控制量下的承载力进行回归分析，得到承载力的回归公式；
步骤3、根据步骤2得到的不同桩顶位移控制量下的承载力的计算回归公式，得到桩长的优化公式，再根据桩长优化公式计算深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长。
2.根据权利要求1所述的一种深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长的计算方法，其特征在于，步骤1中，利用有限元分析方法，得到深厚软土地区桥梁柱基在不同桩顶位移控制量、不同软土厚度、不同桩长以及桩径条件下的承载力。
3.根据权利要求1所述的一种深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长的计算方法，其特征在于，步骤2包括以下步骤：
步骤2.1、选择竖向承载力的公式形式：
令深厚软土地区桩基的承载力为P，影响其大小的因素有：桩长、桩径、土层与桩侧摩阻力标准值和桩端土的容许承载力，其表达式为：P＝f(L,D,H)；L—桩长；D—桩径；H—软土厚度；
步骤2.2、回归方程的求解：
采用SPSS数据分析软件对步骤1得到的桩基极载力数据进行回归分析，得到在桩顶位移控制量为40mm和60mm时对应的承载力回归方程。
4.根据权利要求1所述的一种深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长的计算方法，其特征在于，步骤2得到的回归方程包括：
1)当桩顶位移控制量40mm时
桩基穿越软土层时，设承载力为P11：
P11＝-4631-500H+481L+7673D (1)，
桩基未穿越软土层时，设承载力为P12：
P12＝-4631-90H+71L+7673D (2)，
2)当桩顶位移控制量60mm时
桩基穿越软土层时，设承载力为P21：
P21＝-5705-610H+589L+9107D (3)，
桩基未穿越软土层时，设承载力为P22：
P22＝-5705-105H+84L+9107D (4)。
5.根据权利要求4所述的一种深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长的计算方法，其特征在于，步骤3包括以下步骤：
步骤3.1、根据下式计算桩顶位移控制量为60mm时深厚软土地区桥梁桩基的桩长，式中，L11为桩顶移控制量为40mm时深厚软土地区桥梁桩基的桩长，L12为桩顶位移控制量为60mm时深厚软土地区桥梁桩基的桩长，D为桩径；H为软土厚度；
步骤3.2、判断桩顶位移控制量为60mm时深厚软土地区桥梁桩基的桩长是否穿越软土层，若穿越软土层，则以步骤3.1计算得到的桩顶位移控制量为60mm时深厚软土地区桥梁桩基的桩长为深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长；否则，根据下式计算深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长：
6.根据权利要求1所述的一种深厚软土地区桥梁桩基的合理桩长的计算方法，其特征在于，在步骤3之前，对步骤2得到的承载力的计算回归公式进行检验和验证，承载力的计算回归公式通过检验和验证后再进行步骤3。
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