一种既有基桩轴向承载力分析方法技术

本发明专利技术属于工程建设领域，具体涉及一种既有基桩轴向承载力分析方法，本发明专利技术的技术效果在于：本发明专利技术根据基桩实际承担的荷载，计算桩周土和桩端土的附加应力。根据预先建立基桩桩侧摩阻力和桩端阻力可提高幅度的上限值范围，以及桩周土和桩端土的附加应力计算结果，分析评价沉降稳定的基桩桩侧摩阻力和桩端阻力可提高幅度的上限值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工程建设领域，具体涉及一种既有基粧轴向承载力分析方法。
技术介绍
如何确定既有基粧轴向承载力是一直尚未解决的技术难题。根据土力学原理，地 基土中附加应力使得地基土压密。粧基础的粧侧摩阻力和粧端阻力均可视为半无限弹性体 内部轴向力，并在粧周土体内形成附加应力，从而使得粧周土密实。粧周土密实程度的变化 将引起粧周土力学性质的变化，从而改变粧周土的侧阻或端阻承载性能。本专利技术提出了如 何根据这一特点对既有基粧的轴向承载性能进行评估的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种既有基粧轴向承载力分析方法，以确定既有基粧轴向承 载能力。 为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种既有基粧轴向承载力分析方 法，包括以下步骤： 1)按照土层性质将基粧自上而下分为η个粧段，η的数值等于基粧穿过的土层数， 每个粧段对应的土层性质基本一致； 2)选择其中一个地层i作为分析对象。地层i底面以上地层k对应的粧段记为粧 段k;当i小于η时，计算地层i的粧周土附加应力；当i等于η时，计算地层i的粧周土附 加应力，同时计算地层i的粧端土附加应力； 地层i的粧周土附加应力计算方法为： a.视地层k底面以上所有粧段为虚粧K，虚粧K的侧摩阻力呈线性分布，虚粧K侧 摩阻力的下缘值即为粧段k的侧摩阻力下缘值，记为Tk，粧段k的侧摩阻力上缘值，记为 ikl，虚粧K侧摩阻力上缘值为粧段k侧摩阻力下缘值与上缘值连线的延长线与粧顶平面交 点代表的数值，记为τ',;所述粧段k侧摩阻力下缘值和上缘值均由实验测得或根据设计 经验所得； b.虚粧K中，粧段k下缘与粧顶平面之间的侧摩阻力分为矩形分布侧摩阻力和三 角形分布侧摩阻力，其中矩形分布侧摩阻力记为Tk，三角形分布侧摩阻力记为Τ'k，则有： Tk=τklku； T，k= (τ，k-Tk)lku/2 ; 其中lk为虚粧粧长；u为粧周长；c.虚粧K中，粧段k下缘与粧顶平面之间的矩形分布侧摩阻力引起的地层i底面 粧周土环带的平均附加应力记为〇zsAl;虚粧K中，粧段k下缘与粧顶平面之间的三角形分 布侧摩阻力引起的地层i底面粧周土环带的平均附加应力记为σzstki;则有： 其中Isrtl、Istkl分别表示地层i底面各点的矩形分布侧摩阻力应力影响系数的平 均值和三角形分布侧摩阻力应力影响系数的平均值，IsAl、Istkl可查表得到； 虚粧K中，粧段k下缘与粧顶平面之间的侧摩阻力引起的地层i底面粧周土环带 的平均附加应力记为〇zkl，则有： 〇zkl= 〇zsrkl+〇zstkl d.虚粧K中，粧段k上缘与粧顶平面之间的侧摩阻力分为矩形分布侧摩阻力和 三角形分布侧摩阻力，其中矩形分布侧摩阻力记为Tkl，三角形分布侧摩阻力记为Τ' kl，则 有： Tkl=τkllklu； Τ，Η=(τ，k-Tkl)lklU/2; 其中lkl为虚粧Κ粧长减去粧段k长度；u为粧周长； e.虚粧K中，粧段k上缘与粧顶平面之间的矩形分布侧摩阻力引起的地层i底面 粧周土环带的平均附加应力记为σ_lki;虚粧K中，粧段k上缘与粧顶平面之间的三角形分 布侧摩阻力引起的地层i底面粧周土环带的平均附加应力记为σzstlki;则有： 其中Isrlkl、Istlkl分别表示地层i底面各点的矩形分布侧摩阻力应力影响系数的平 均值和三角形分布侧摩阻力应力影响系数的平均值，Ulkl、Istlkl可查表得到； 虚粧K中，粧段k上缘与粧顶平面之间的侧摩阻力引起的地层i底面粧周土环带 的平均附加应力记为σzlkl，则有： 〇zlkl= 〇zsrlkl+〇zstlkl f.粧段k侧摩阻力引起的地层i底面粧周土环带的平均附加应力记为σ' zkl，则 有： 〇 'zkl=σzkl-°zikl； g.根据步骤a_f所述方法，计算出粧段k侧摩阻力引起的地层i顶面粧周土环带 平均附加应力，记为zkl;粧段k侧摩阻力引起的地层i顶面与底面之间粧周土环带的 平均附加应力记为σ'，则有： 。，= (〇，zki+〇 " 士）/2 h.重复步骤a_g，计算出粧段1至粧段k侧摩阻力引起的地层i顶面与底面之间粧 周土环带平均附加应力，将粧段1至粧段k侧摩阻力引起的地层i顶面与底面之间粧周土 环带平均附加应力相加得到地层i顶面与底面之间粧周土环带总平均附加应力，记为σ， σ即为所述的地层i的粧周土附加应力。 粧端土附加应力的计算方法为： I.记Q为基粧粧顶实际轴向载荷；记Tn为基粧各粧段总侧摩阻力；当i=η时， 对于地层i底面，若Tn<Q，则继续如下步骤； II.粧端平面粧周环带上任一点j因端阻产生的附加应力记为σζρη]，则有： 其中Ipn]为端阻力引起的粧端平面附加应力系数，可查表得到； 将粧端平面粧周环带上各点附加应力取平均值，可得到粧端平面粧周土环带因端 阻产生的平均附加应力，记为σζρη，〇zpn即为所述的地层i的粧端土附加应力。 3)根据据地层i实际粧周土和粧端土的附加应力，确定地层i对应的粧段i粧 侧摩阻力和粧端摩阻力可提高幅度的上限值；地层i的实际粧周土和粧端土的附加应力越 大，粧段i的粧侧摩阻力和粧端摩阻力可提高幅度的上限值越大。 本专利技术的技术效果在于：本专利技术根据基粧实际承担的荷载，计算粧周土和粧端土 的附加应力。根据预先建立基粧粧侧摩阻力和粧端阻力可提高幅度的上限值范围，以及粧 周土和粧端土的附加应力计算结果，分析评价沉降稳定的基粧粧侧摩阻力和粧端阻力可提 高幅度的上限值。【附图说明】 图1是本专利技术的方法流程图； 图2是本专利技术的虚粧侧摩阻力分布图。【具体实施方式】 如图1所示，一种既有基粧轴向承载力分析方法，包括以下步骤： 1)如图2所示，按照土层性质将基粧自上而下分为η个粧段，η的数值等于基粧穿 过的土层数，每个粧段对应的土层性质基本一致； 2)选择其中一个地层i作为分析对象，如图2所示，地层i对应的粧段记为粧段 i;当i小于η时，计算地层i的粧周土附加应力；当i等于η时，计算地层i的粧周土附加 应力，同时计算地层i的粧端土附加应力； 地层i底面以上粧段k(k= 1~i)对地层i的粧周土附加应力计算方法为： a.视地层k底面以上所有粧段为虚粧K，虚粧K的侧摩阻力呈线性分布，虚粧K 侧摩阻力的下缘值即为粧段k的侧摩阻力下缘值，其大小由线段AB的长度表示，记为τk; 粧段k的侧摩阻力下缘值，其大小由线段DE的长度表示，记为τkl;将BE延长，并与粧顶平 面交于F，则虚粧K侧摩阻力上缘值为线段PF的长度，记为τ',;所述粧段k侧摩阻力下 缘值和上缘值均由实验测得或根据设计经验所得； b.虚粧K中，粧段k下缘与粧顶平面之间的侧摩阻力分为矩形分布侧摩阻力和三 角形分布侧摩阻力，其中矩形分布侧摩阻力记为Tk，三角形分布侧摩阻力记为Τ'k，则有： Tk=τklku； T，k=(T，k-Tk)lku/2; 其中lk为虚粧粧长；u为粧周长； c.虚粧K中，粧段k下缘与粧顶平面之间的矩形分布侧摩阻力引起的地层i底面 粧周土环带的平均附加应力记为〇zsAl;虚粧K中，粧段k下缘与粧顶平面之间的三角形分 布侧摩阻力引起的地层i底面粧周土环带的平均附加应力记为σzstki; Geddes法给出了基粧端阻和侧阻引起的土层附加应力解析式为： 〇zp=本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种既有基桩轴向承载力分析方法，其特征在于：包括以下步骤：1)按照土层性质将基桩自上而下分为n个桩段，n的数值等于基桩穿过的土层数，每个桩段对应的土层性质基本一致；2)选择其中一个地层i作为分析对象，地层i底面以上地层k对应的桩段记为桩段k；当i小于n时，计算地层i的桩周土附加应力；当i等于n时，计算地层i的桩周土附加应力，同时计算地层i的桩端土附加应力；地层i的桩周土附加应力计算方法为：a.视地层k底面以上所有桩段为虚桩K，虚桩K的侧摩阻力呈线性分布，虚桩K侧摩阻力的下缘值即为桩段k的侧摩阻力下缘值，记为τk，桩段k的侧摩阻力上缘值，记为τk1，虚桩K侧摩阻力上缘值为桩段k侧摩阻力下缘值与上缘值连线的延长线与桩顶平面交点代表的数值，记为τ′k；所述桩段k侧摩阻力下缘值和上缘值均由实验测得或根据设计经验所得；b.虚桩K中，桩段k下缘与桩顶平面之间的侧摩阻力分为矩形分布侧摩阻力和三角形分布侧摩阻力，其中矩形分布侧摩阻力记为Tk，三角形分布侧摩阻力记为T′k，则有：Tk＝τklku；T′k＝(τ′k‑τk)lku/2；其中lk为虚桩桩长；u为桩周长；c.虚桩K中，桩段k下缘与桩顶平面之间的矩形分布侧摩阻力引起的地层i底面桩周土环带的平均附加应力记为σzsrki；虚桩K中，桩段k下缘与桩顶平面之间的三角形分布侧摩阻力引起的地层i底面桩周土环带的平均附加应力记为σzstki；则有：σzsrki=TkIsrki/lk2;]]>σzstki=Tk′Istki/lk2;]]>其中Isrki、Istki分别表示地层i底面各点的矩形分布侧摩阻力应力影响系数的平均值和三角形分布侧摩阻力应力影响系数的平均值，Isrki、Istki可查表得到；虚桩K中，桩段k下缘与桩顶平面之间的侧摩阻力引起的地层i底面桩周土环带的平均附加应力记为σzki，则有：σzki＝σzsrki+σzstki；d.虚桩K中，桩段k上缘与桩顶平面之间的侧摩阻力分为矩形分布侧摩阻力和三角形分布侧摩阻力，其中矩形分布侧摩阻力记为Tk1，三角形分布侧摩阻力记为T′k1，则有：Tk1＝τk1lk1u；T′k1＝(τ′k‑τk1)lk1u/2；其中lk1为虚桩K桩长减去桩段k长度；u为桩周长；e.虚桩K中，桩段k上缘与桩顶平面之间的矩形分布侧摩阻力引起的地层i底面桩周土环带的平均附加应力记为σzsr1ki；虚桩K中，桩段k上缘与桩顶平面之间的三角形分布侧摩阻力引起的地层i底面桩周土环带的平均附加应力记为σzst1ki；则有：σzsr1ki=Tk1Isr1ki/lk12;]]>σzst1ki=Tk1′Ist1ki/lk12;]]>其中Isr1ki、Ist1ki分别表示地层i底面各点的矩形分布侧摩阻力应力影响系数的平均值和三角形分布侧摩阻力应力影响系数的平均值，Isr1ki、Ist1ki可查表得到；虚桩K中，桩段k上缘与桩顶平面之间的侧摩阻力引起的地层i底面桩周土环带的平均附加应力记为σz1ki，则有：σz1ki＝σzsr1ki+σzst1ki；f.桩段k侧摩阻力引起的地层i底面桩周土环带的平均附加应力记为σ′zki，则有：σ′zki＝σzki‑σz1ki；g.根据步骤a‑f所述方法，计算出桩段k侧摩阻力引起的地层i顶面桩周土环带平均附加应力，记为σ″zki；桩段k侧摩阻力引起的地层i顶面与底面之间桩周土环带的平均附加应力记为σ′，则有：σ′＝(σ′zki+σ″zki)/2；h.重复步骤a‑g，计算出桩段1至桩段k侧摩阻力引起的地层i顶面与底面之间桩周土环带平均附加应力，将桩段1至桩段k侧摩阻力引起的地层i顶面与底面之间桩周土环带平均附加应力相加得到地层i顶面与底面之间桩周土环带总平均附加应力，记为σ，σ即为所述的地层i的桩周土附加应力；桩端土附加应力的计算方法为：Ⅰ.记Q为基桩桩顶实际轴向载荷；记Tn为基桩各桩段总侧摩阻力；当i＝n时，对于地层i底面，若Tn＜Q，则继续如下步骤；Ⅱ.桩端平面桩周环带上任一点j因端阻产生的附加应力记为σzpnj，则有：σzpnj=(Q-Tn)Ipnj/ln2;]]>其中Ipnj为端阻力引起的桩端平面附加应力系数，可查表得到；将桩端平面桩周环带上各点附加应力取平均值，可得到桩端平面桩周土环带因端阻产生的平均附加应力，记为σzpn，σzpn即为所述的地层i的桩端土附加应力；3)根据据地层i实际桩周土和桩端土的附加应力，确定地层i对应的桩段i桩侧摩阻力和桩端摩阻力可提高幅度的上限值；地层i的实际桩周土和桩端土的附加应力越大，桩段i的桩侧摩阻力和桩端摩阻力可提高幅度的上限值越大。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宇，马晔，张理轻，宋春霞，张学峰，
申请(专利权)人：交通运输部公路科学研究所，杭州公科路桥技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11