挤扩支盘后注浆灌注桩单桩沉降计算方法技术

本发明专利技术公开了一种挤扩支盘后注浆灌注桩单桩沉降量计算方法，属于建筑桩基技术领域，本发明专利技术提供了一种挤扩支盘后注浆灌注桩单桩沉降计算方法，采用的方案为：挤扩支盘后注浆灌注桩或为单桩，或为单排桩，或中心距大于6倍桩径的疏桩基础，灌注桩的桩基沉降计算不考虑承台底地基土分担荷载作用，挤扩支盘后注浆灌注桩单桩沉降计算方法如下：对两个等截面桩分别建立坐标系，将上述桩基受力，分别按考虑桩径影响的Mindlin解计算桩端平面以下桩身轴线上地基土中的附加应力，然后对计算点产生的附加应力叠加，采用单向压缩分层总和法计算桩基的沉降量，并计入桩顶至上盘盘顶截面部分桩身压缩量；本发明专利技术适用于建筑桩基沉降量计算领域。

Settlement calculation method for single pile of grouting cast-in-place pile with squeezed branch and disk

【技术实现步骤摘要】
挤扩支盘后注浆灌注桩单桩沉降计算方法
本专利技术公开了一种挤扩支盘后注浆灌注桩单桩沉降量计算方法，属于建筑桩基

技术介绍
桩基础是建筑物基础的重要形式之一，对于高层建筑物和桥梁，绝大部分采用桩基础。20世纪50年代后期，印度开始在膨胀土中采用多节扩孔桩，1978年初，北京市建筑工程研究所对300mm小直径桩身，扩大头直径为480m，桩身长度为5m的两节和三节扩孔短桩进行试验研究。随后2000年左右，在中国许多地方进行挤扩支盘桩的应用推广和机理研究。挤扩支盘混凝土灌注桩是使用专用的挤扩设备，在桩身下部不同部位挤密扩径处土体，进而减少土体的压缩量，然后吊放钢筋笼，灌入混凝土，形成挤扩支盘灌注桩。当在桩底预埋设注浆管并在成桩后进行桩底注浆时，就形成挤扩支盘后注浆灌注桩。由于在桩身不同部位设置了支盘，用端承力代替部分摩阻力，使单桩承载力得到大幅提高、沉降明显减少。进而在增加桩基安全性、降低工程造价和缩短工期方面都取得了显著的经济效益和社会效益。目前挤扩支盘桩在国内部分地区得到应用和推广，积累了一些工程资料，但整体上仍处于技术开发和研究应用阶段。对于承受竖向荷载桩基设计包括两大部分，第一，桩的承载力确定，第二，桩的沉降确定。《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)强制条文规定，设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计。目前对于挤扩支盘后注浆灌注桩的承载力传递机理研究较多，但对沉降研究较少，而且挤扩支盘后注浆灌注桩并没有正式列入现行行业规范《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)和现行国家规范《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)中。目前，对于挤扩支盘后注浆灌注桩承载竖向荷载时的沉降计算还没有定论。本专利技术本着与现行行业规范《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)有关桩基沉降计算的思路统一，提出了挤扩支盘后注浆灌注桩形成的单桩、单排桩或桩中心距大于6倍桩径的疏桩基础单桩沉降计算方法，有助于为承受竖向荷载挤扩支盘后注浆灌注桩的沉降问题提供一种计算方法。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种挤扩支盘后注浆灌注桩形成的单桩、单排桩或桩中心距大于6倍桩径的疏桩基础的单桩沉降计算方法。为了解决上述问题，本专利技术采用了如下方案：挤扩支盘后注浆灌注桩单桩沉降计算方法，挤扩支盘后注浆灌注桩或为单桩，或为单排桩，或中心距大于6倍桩径的疏桩基础，灌注桩的桩基沉降计算不考虑承台底地基土分担荷载作用，挤扩支盘后注浆灌注桩单桩沉降计算方法如下：将挤扩支盘后注浆灌注桩简化为上下两个相连的等直径桩，将变截面桩身等效简化为两个相连的等截面桩身；基桩的受力等效简化为桩顶至上盘盘顶截面承受均匀分布侧阻力，上盘盘顶截面至桩端承受均匀分布侧阻力和均匀分布端阻力；挤扩支盘后注浆灌注桩单桩的沉降量计算为：对两个等截面桩分别建立坐标系，将上述桩基受力，分别按考虑桩径影响的Mindlin解计算桩端平面以下桩身轴线上地基土中的附加应力，然后对计算点产生的附加应力叠加，采用单向压缩分层总和法计算桩基的沉降量，并计入桩顶至上盘盘顶截面部分桩身压缩量。进一步的，所述挤扩支盘后注浆灌注桩在上盘盘顶截面处分为桩顶至上盘盘顶截面和上盘盘顶截面至桩端两个等直径桩，分别建立坐标系，分别应用考虑桩径影响的Mindlin解求解应力影响系数；a.桩顶至上盘盘顶截面部分按桩的实际截面积和长度计算等截面桩，只考虑侧阻力；上盘盘顶截面至桩端简化为以支盘最大投影面积为桩身等效截面积，上盘盘顶至桩端长度为等效桩长的大直径等截面桩；b.桩顶至上盘盘顶截面部分坐标原点为原挤扩支盘后注浆灌注桩桩顶，以纵坐标z＝l为沉降起始计算点，l为原挤扩支盘后注浆灌注桩桩长，计算该段侧阻力在桩端以下桩身轴线上地基不同深度产生的应力影响系数；c.上盘盘顶截面至桩端部分坐标原点为上盘盘顶截面所在平面，以纵坐标z＝l2为沉降起始计算点，其中l2为上盘盘顶至桩端长度，分别计算该段简化后的侧阻力和端阻力在桩端以下桩身轴线上地基不同深度产生的应力影响系数；d.桩顶至上盘盘顶截面和上盘盘顶截面至桩端两部分基桩侧阻力分布均简化为沿桩身均匀分布模式，桩端端阻力简化为按支盘最大投影面积内均匀分布模式；e.桩端等效端阻力、桩顶至上盘盘顶截面桩侧阻力和上盘盘顶截面至桩端桩侧阻力在桩端平面以下桩身轴线上第i层土的二分之一厚度处应力影响系数Ip、Isr1和Isr2按公式(2-1)和公式(2-2)分别计算，或者查现行行业标准《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)附录F《考虑桩径影响的Mindlin(明德林)解应力影响系数》，直接确定Ip、Isr1和Isr2；其中：按式(2-1)计算上盘盘顶截面至桩端的Ip时，以r＝D/2，l＝l2代入公式替换，r为计算段基桩半径，单位为m；D为上盘盘顶截面至桩端段桩径，单位为m；z为沉降计算点到上盘盘顶截面的距离，单位为m；按式(2-2)计算桩顶至上盘盘顶截面的Isr1时，以r＝d/2，l＝l1代入公式替换，r为计算段基桩半径，单位为m；d为桩顶至上盘盘顶截面段桩径，单位为m；z为沉降计算点到桩顶的距离，单位为m；按式(2-2)计算上盘盘顶截面至桩端的Isr2时，以r＝D/2，l＝l2代入公式替换，r为计算段基桩半径，单位为m；D为上盘盘顶截面至桩端段桩径，单位为m；z为沉降计算点到上盘盘顶截面的距离，单位为m；泊松比μ取0.35；f.当计算点下正应力叠加结果为负值时，应按零取值。进一步的，所述挤扩支盘后注浆灌注桩桩基的最终沉降计算深度Zn，按应力比法确定，即Zn处由桩引起的附加应力σz与土的自重应力σc应符合下式要求：σz≤0.2σc。(3-1)进一步的，承台底地基土不分担荷载的桩基最终沉降量s按如下公式计算：其中，n--沉降计算深度范围内土层的计算分层数；分层数应结合土层性质，分层厚度不应超过计算深度的0.3倍；s--挤扩支盘后注浆灌注桩在桩端平面以下桩身轴线上最终沉降量，单位为mm；se--桩顶到上盘盘顶长度段计算桩身压缩量，单位为mm；σz1i--桩顶到上盘盘顶长度段，均匀分布侧阻力在桩端平面以下桩身轴线上第i层土的二分之一厚度处产生附加应力，单位为kPa；σz2i--上盘盘顶至桩端长度段，桩端等效端阻力和均匀分布侧阻力在桩端平面以下桩身轴线上第i层土的二分之一厚度处产生附加应力之和，单位为kPa；△zi--第i计算土层厚度，单位为m；Esi--第i计算土层的压缩模量，单位为MPa，采用土的自重压力至土的自重压力加附加压力作用时的压缩模量；Q——为挤扩支盘后注浆灌注桩在荷载效应准永久组合作用下，桩顶的附加荷载，单位为kN；Q1--在荷载效应准永久组合作用下，桩顶至上盘顶面截面部分桩身承担的轴力之和，单位为kN，数值上等于桩顶到上盘盘顶长度段的侧阻力之和，可按Q1＝πd∑qsjlj计算，其中qsj为桩周第j层土侧阻力，lj为桩周第j层土层厚度，d为桩顶至上盘顶面截面部分桩径；Q2--在荷载效应准永久组合作用下，上盘盘顶截面处桩身轴力，按Q2＝Q-Q1计算，单位kN；l1--桩顶到上盘盘顶截面长度，单位为m；l2--上盘盘顶截面至桩端长度，单位为m；Aps--桩顶到上盘盘顶截面长度段桩身截面面积，单位为m2；α—桩端阻力比，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.挤扩支盘后注浆灌注桩单桩沉降计算方法，其特征在于，挤扩支盘后注浆灌注桩或为单桩，或为单排桩，或中心距大于6倍桩径的疏桩基础，灌注桩的桩基沉降计算不考虑承台底地基土分担荷载作用，挤扩支盘后注浆灌注桩单桩沉降计算方法如下：将挤扩支盘后注浆灌注桩简化为上下两个相连的等直径桩，将变截面桩身等效简化为两个相连的等截面桩身；基桩的受力等效简化为桩顶至上盘盘顶截面承受均匀分布侧阻力，上盘盘顶截面至桩端承受均匀分布侧阻力和均匀分布端阻力；挤扩支盘后注浆灌注桩单桩的沉降量计算为：对两个等截面桩分别建立坐标系，将上述桩基受力，分别按考虑桩径影响的Mindlin解计算桩端平面以下桩身轴线上地基土中的附加应力，然后对计算点产生的附加应力叠加，采用单向压缩分层总和法计算桩基的沉降量，并计入桩顶至上盘盘顶截面部分桩身压缩量。

【技术特征摘要】
1.挤扩支盘后注浆灌注桩单桩沉降计算方法，其特征在于，挤扩支盘后注浆灌注桩或为单桩，或为单排桩，或中心距大于6倍桩径的疏桩基础，灌注桩的桩基沉降计算不考虑承台底地基土分担荷载作用，挤扩支盘后注浆灌注桩单桩沉降计算方法如下：将挤扩支盘后注浆灌注桩简化为上下两个相连的等直径桩，将变截面桩身等效简化为两个相连的等截面桩身；基桩的受力等效简化为桩顶至上盘盘顶截面承受均匀分布侧阻力，上盘盘顶截面至桩端承受均匀分布侧阻力和均匀分布端阻力；挤扩支盘后注浆灌注桩单桩的沉降量计算为：对两个等截面桩分别建立坐标系，将上述桩基受力，分别按考虑桩径影响的Mindlin解计算桩端平面以下桩身轴线上地基土中的附加应力，然后对计算点产生的附加应力叠加，采用单向压缩分层总和法计算桩基的沉降量，并计入桩顶至上盘盘顶截面部分桩身压缩量。2.根据权利要求1所述的挤扩支盘后注浆灌注桩单桩沉降计算方法，其特征在于，所述挤扩支盘后注浆灌注桩在上盘盘顶截面处分为桩顶至上盘盘顶截面和上盘盘顶截面至桩端两个等直径桩，分别建立坐标系，分别应用考虑桩径影响的Mindlin解求解应力影响系数；a.桩顶至上盘盘顶截面部分按桩的实际截面积和长度计算等截面桩，只考虑侧阻力；上盘盘顶截面至桩端简化为以支盘最大投影面积为桩身等效截面积，上盘盘顶至桩端长度为等效桩长的大直径等截面桩；b.桩顶至上盘盘顶截面部分坐标原点为原挤扩支盘后注浆灌注桩桩顶，以纵坐标z＝l为沉降起始计算点，l为原挤扩支盘后注浆灌注桩桩长，计算该段侧阻力在桩端以下桩身轴线上地基不同深度产生的应力影响系数；c.上盘盘顶截面至桩端部分坐标原点为上盘盘顶截面所在平面，以纵坐标z＝l2为沉降起始计算点，其中l2为上盘盘顶至桩端长度，分别计算该段简化后的侧阻力和端阻力在桩端以下桩身轴线上地基不同深度产生的应力影响系数；d.桩顶至上盘盘顶截面和上盘盘顶截面至桩端两部分基桩侧阻力分布均简化为沿桩身均匀分布模式，桩端端阻力简化为按支盘最大投影面积内均匀分布模式；e.桩端等效端阻力、桩顶至上盘盘顶截面桩侧阻力和上盘盘顶截面至桩端桩侧阻力在桩端平面以下桩身轴线上第i层土的二分之一厚度处应力影响系数Ip、Isr1和Isr2按公式(2-1)和公式(2-2)分别计算，或者查现行行业标准《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)附录F《考虑桩径影响的Mindlin(明德林)解应力影响系数》，直接确定Ip、Isr1和Isr2；其中：按式(2-1)计算上盘盘顶截面至桩端的Ip时，以r＝D/2，l＝l2代入公式替换，r为计算段基桩半径，单位为m；D为上盘盘顶截面至桩端段桩径，单位为m；z为沉降计算点到上盘盘顶截面的距离，单位为m；按式(2-2)计算桩顶至上盘盘顶截面的Isr1时，以r＝d/2，l＝l1代入公式替换，r为计算段基桩半径，单位为m；d为桩顶至上盘盘顶截面段桩径，单位为m；z为沉降计算点到桩顶的距离，单位为m；按式(2-2)计算上盘盘顶截面至桩端的Isr2时，以r＝D/2，l＝l2代入...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建军，吴昱璇，杜兆龙，宋述捷，常慧，裴永，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14