一种复合地基褥垫层厚度的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种复合地基褥垫层厚度的确定方法，属于岩土工程复合地基领域，该方法包括如下步骤：根据临界褥垫层厚度时的受力分析，确定临界褥垫层厚度时的临界参数；根据所述临界参数，计算拟设计桩土应力比所对应的拟设计桩顶应力扩散厚度；根据压实度，对拟设计桩顶应力扩散厚度进行换算，确定拟设计桩土应力比所需的褥垫层厚度。本发明专利技术提供方法简单且精度较高，能够科学明确地选择褥垫层厚度，充分发挥桩土应力，从而使复合地基具有更好的工作性能。

【技术实现步骤摘要】
一种复合地基褥垫层厚度的确定方法
本专利技术涉及一种岩土工程复合地基领域，尤其设计房屋建筑领域复合地基垫层厚度的确定方法。
技术介绍
复合地基的工作原理是桩土共同受力，褥垫层厚度对于桩土受力具有显著的影响，改变褥垫层厚度可以调节桩和桩间土的荷载分配，合理的褥垫层厚度，可以同时发挥桩和桩间土的承载力，从而使复合地基更为合理的工作。目前关于褥垫层厚度的选取往往基于经验，行业规范中也只给定了取值范围，并未给出明确的选择依据和方法，同时褥垫层厚度选择时，也并未考虑桩土应力的荷载分配问题，可见，有必要对复合地基中褥垫层厚度问题提出科学的解决办法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种复合地基褥垫层厚度的确定方法，解决现有褥垫层厚度确定完全基于经验，无法考虑桩土应力合理分配问题。为解决上述技术问题，本专利技术是采用下述技术方案实现的：一种复合地基褥垫层厚度确定方法，所述方法包括如下步骤：根据临界褥垫层厚度时的受力分析，确定临界褥垫层厚度时的临界参数；根据所述临界参数，计算拟设计桩土应力比所对应的拟设计桩顶应力扩散厚度；根据压实度，对拟设计桩顶应力扩散厚度进行换算，确定拟设计桩土应力比所需的褥垫层厚度。进一步地，所述临界参数包括临界桩土应力比、临界桩顶应力扩散角、临界桩顶应力扩散圆直径和临界桩顶应力扩散厚度。进一步地，所述拟设计桩土应力比对应的桩顶应力扩散厚度的确定方法包括如下步骤：根据临界桩土应力比，求得临界褥垫层厚度时的临界桩顶应力扩散圆直径；根据拟设计桩土应力比，求得相应的拟设计桩顶应力扩散圆直径；根据临界桩土应力比和临界桩顶应力扩散角，求得临界桩顶应力扩散厚度；根据临界桩顶应力扩散圆直径、拟设计桩顶应力扩散圆直径和临界桩顶应力扩散厚度，结合桩径和桩处理面积的直径，计算确定拟设计桩土应力比所需的拟设计桩顶应力扩散厚度。进一步地，所述拟设计桩顶应力扩散厚度，采用如下公式表示：式中：a、k分别为计算参数；Dd为拟设计桩顶应力扩散圆直径；a、k参数表达式分别如下：式中：Dmax为桩处理面积的直径，D为桩径，Ddc为临界桩顶扩散圆直径，hdc为临界桩顶应力扩散厚度。进一步地，所述拟设计桩土应力扩散圆直径，采用以下公式表示：式中：m为置换率，n为拟设计桩土应力比。进一步地，所述临界桩顶应力扩散厚度，采用如下公式表示：式中：D为桩径，n0为临界褥垫层厚度时的桩土应力比，m为置换率，θc为临界褥垫层厚度时的临界桩顶应力扩散角。进一步地，所述临界褥垫层厚度时的临界桩顶应力扩散角的计算方法，包括：设桩顶应力扩散线为抛物线，结合边界条件求出应力扩散线方程，再把应力扩散线等效为直线，得到临界褥垫层厚度时的临界桩顶应力扩散角，以如下公式表示：式中：为褥垫层的内摩擦角。进一步地，所述临界桩顶应力扩散圆直径，采用如下公式表示：式中：n0为临界褥垫层厚度时的桩土应力比，m为置换率。进一步地，所述临界褥垫层厚度时的临界桩土应力比，采用如下公式表示：式中：λ为临界褥垫层厚度时桩的承载力发挥系数；Ra为单桩承载力特征值；fak为天然土承载力特征值；Ap为桩的截面积。进一步地，所述拟设计桩土应力比所需的褥垫层厚度采用如下公式表示：式中：ρ为褥垫层的压实度，ρmax为桩顶刺入褥垫层后的压实度，hd为拟设计桩顶应力扩散厚度。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：本专利技术提供的褥垫层厚度的确定方法，基于临界褥垫层厚度状态时的受力分析，结合桩土应力比和压实度等参数，计算确定褥垫层厚度，其计算简单且精度较高，为桩土应力设计以及褥垫层厚度选择提供科学解决方法，使桩土应力合理分配、充分发挥作用，从而使复合地基具有更好的工作性能。附图说明图1是本专利技术实施例提供的复合地基褥垫层厚度的确定方法的流程图；图2是本专利技术实施例中临界褥垫层厚度时桩顶应力扩散示意图；图3是本专利技术实施例中不同垫层厚度时桩顶应力扩散示意图；图4是本专利技术实施例中不同桩土应力比时所确定褥垫层厚度的对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种复合地基褥垫层厚度的确定方法，包括以下步骤：基于临界褥垫层厚度时的受力分析，计算临界褥垫层厚度时的临界参数，即临界桩土应力比、临界桩顶应力扩散角、临界桩顶应力扩散圆直径和临界桩顶应力扩散厚度；根据上述临界参数，计算拟设计桩土应力比所对应的拟设计桩顶应力扩散厚度；其中，桩土应力比决定了桩顶应力扩散圆直径，桩顶应力扩散圆直径又与桩顶应力扩散厚度相关，故可利用上述临界参数和拟设计桩土应力比进行计算，得到拟设计桩土应力比对应得拟设计桩顶应力扩散厚度。根据压实度，对拟设计桩顶应力扩散厚度进行换算，可求得拟设计的桩土应力比所需的褥垫层厚度。在本专利技术实施例中，上述褥垫层厚度确定方法具体实现过程如下：取褥垫层厚度为临界状态的褥垫层厚度，对处于临界褥垫层厚度状态的桩土应力进行受力分析。如图2所示，在临界褥垫层厚度时，桩顶向褥垫层中的刺入量为Δc，桩顶至褥垫层顶的距离为桩顶应力扩散厚度hdc；设桩顶应力扩散线为抛物线，结合边界条件即可求出应力扩散线方程，再把应力扩散线等效为直线，则可得到桩顶应力扩散角，如下式所示：式中：θc为临界褥垫层厚度时的桩顶应力扩散角；为褥垫层的内摩擦角。由复合地基中桩、桩间土以及基底压力的受力关系，可求得临界褥垫层厚度时，桩顶应力扩散厚度，如下式所示：式中：D为桩径，n0为临界褥垫层厚度时的临界桩土应力比，m为置换率。其中，式(2)中临界桩土应力比n0的表达式为：式中：λ为临界褥垫层厚度时桩的承载力发挥系数，取0.2～0.4，当单桩承载力的换算桩顶应力与桩间土承载力比值较低时，取大值，较高时取小值；Ra为单桩承载力特征值；fak为天然土承载力特征值；Ap为桩的截面积。需要说明的是，复合地基在受力之初，桩间土首先承担较多荷载，桩承担较少荷载；当褥垫层厚度为临界厚度时，且荷载为复合地基承载力时，可认为桩间土承载力完全发挥，即桩间土承载力发挥系数为1，由于此时褥垫层厚度较大，桩的承载力发挥系数往往很低。通常情况下，桩的承载力发挥系数为0.7～0.9；由于在临界褥垫层厚度时，桩的承载力发挥系数会较低，可近似取0.2～0.4。其中，当单桩承载力的换算桩顶应力与桩间土承载力比值较低时，取大值；较高时，取小值。由上可知，将式(3)带入式(2)即可求解，获得临界褥垫层厚度时的临界桩顶应力扩散厚度hdc。在获取临界桩顶应力扩散厚度为hdc时，临界本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合地基褥垫层厚度确定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n根据临界褥垫层厚度时的受力分析，确定临界褥垫层厚度时的临界参数；/n根据所述临界参数，计算拟设计桩土应力比所对应的拟设计桩顶应力扩散厚度；/n根据压实度，对拟设计桩顶应力扩散厚度进行换算，确定拟设计桩土应力比所需的褥垫层厚度。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合地基褥垫层厚度确定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
根据临界褥垫层厚度时的受力分析，确定临界褥垫层厚度时的临界参数；
根据所述临界参数，计算拟设计桩土应力比所对应的拟设计桩顶应力扩散厚度；
根据压实度，对拟设计桩顶应力扩散厚度进行换算，确定拟设计桩土应力比所需的褥垫层厚度。


2.根据权利要求1所述的复合地基褥垫层厚度确定方法，其特征在于，所述临界参数包括临界桩土应力比、临界桩顶应力扩散角、临界桩顶应力扩散圆直径和临界桩顶应力扩散厚度。


3.根据权利要求2所述的复合地基褥垫层厚度确定方法，其特征在于，所述拟设计桩顶应力扩散厚度的确定方法包括如下步骤：
根据临界桩土应力比，求得临界褥垫层厚度时的临界桩顶应力扩散圆直径；
根据拟设计桩土应力比，求得相应的拟设计桩顶应力扩散圆直径；
根据临界桩土应力比和临界桩顶应力扩散角，求得临界桩顶应力扩散厚度；
根据临界桩顶应力扩散圆直径、拟设计桩顶应力扩散圆直径和临界桩顶应力扩散厚度，结合桩径和桩处理面积的直径，计算确定拟设计桩土应力比所需的拟设计桩顶应力扩散厚度。


4.根据权利要求3所述的复合地基褥垫层厚度确定方法，其特征在于，所述拟设计桩顶应力扩散厚度，采用如下公式表示：



式中：a、k分别为计算参数；Dd为拟设计桩顶应力扩散圆直径；a、k参数表达式分别如下：






式中：Dmax为桩处理面积的直径，D为桩径，Ddc为临界桩顶扩散圆直径，hdc为临界桩顶应力扩散厚度。


5.根据权利要求4所述的复合地基褥垫层厚度确定方法，其特征在于，所述拟设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖耀廷，陈肖峻，
申请(专利权)人：湖北文理学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42