桩基沉降计算方法的分析及评价

桩基沉降计算方法的分析及评价

摘要：本文对单桩的荷载传递法、剪切变形传递法、弹性理论法进行了分析及评价，并针对现有桩基沉降计算方法存在的问题，总结了一些前人的改进方法。

关键词：桩基沉降荷载传递法剪切变形传递法弹性理论法

引言

桩基的沉降变形主要包括桩基自身弹性压缩引起的沉降量和桩

端以下地基土的沉降量。而后者主要是由土体中的竖向应力、压缩层厚度、及土的压缩模量决定的。已有计算方法存在着诸多的假设与简化，从而导致计算方法不能很好地应用于工程实践，但是我们可以使计算方法中的关键因素尽可能的贴近实际。

一、单桩沉降计算方法分析及评价

（一）荷载传递法

1、荷载传递法的原理

荷载传递分析法是指，承受竖向压力的单桩通过桩侧摩阻力和端摩阻力将荷载传递扩散到地基土中，根据桩侧摩阻力和端阻力分布函数求解单桩沉降。因此，确定荷载传递函数就成为此法的关键步骤，即确定桩侧摩阻力q与桩侧位移s的函数，称作荷载传递函数。根据确定的桩侧和桩底荷载的传递函数，得出荷载传递法的函数方程：

（1）

其中：

u——单桩截面周长；

ap、ep——单桩截面面积和弹性模量；

——桩侧摩阻力。

2、分析评价及改进

荷载传递法概念清晰，适用范围广，计算简单方便，担它不能计算土体由桩侧荷载在桩端平面以下产生的压缩量，因而无法确定由于土体压缩而产生的桩端沉降s1 ，阳吉宝在[文献1]中提出了一种改进方法，按照该方法，即可弥补现有荷载传递法未考虑桩侧摩阻力对桩端沉降的贡献的不足。该法计算简单方便，相互之间有可比性，降低了因土体参数选取不同所产生的人为误差。

（二）弹性理论法

1、弹性理论法基本原理

弹性理论法假设地基土是均匀、连续、各向同性的线弹性半空间体，根据弹性理论方法来研究单桩在竖向荷载作用下桩土之间的作用力与位移之间的关系，进而得到桩对土，土对桩的共同作用模式。

2、分析评价及改进

弹性理论法认为桩身位移等于毗邻土体位移，桩--土之间不存在相对位移。但大量工程实践表明，单桩在外荷载作用下，由于桩侧摩阻力和桩端摩阻力对半无限空间土体的作用使土体产生了弹性

压缩，从而使桩伴随着周围土体产生了共同的弹性压缩变形，当荷载达到使桩侧土体处于塑性变形的临界值时，桩端阻力发挥作用并产生桩端刺入沉降。此时桩-土沿桩长产生相对滑移，又增加一项

桩土相对滑移沉降。所以弹性理论法认为桩-土之间没有滑移，是不符合实际的。刘绪普在[文献2]中，由弹塑性理论建立了桩端阻力与桩端刺入沉降的关系公式，使单桩p—s曲线的全过程得以完整地描述。

（三）剪切位移法

1、基本原理

图1为cooke（1947）提出的剪切位移法计算单桩沉降的物理模型，他认为，在工作载荷作用下，桩和桩侧土的位移相等，桩沉降时周围土体亦随之发生剪切变形，剪应力从桩侧表面沿径向向四周扩散到周围土体中，剪应力随离开桩侧距离的增大逐渐减小，剪切位移相对减少，在单桩周围形成漏斗状位移分布。以下是剪切变形传递法的推导过程：

剪应变

剪应力

平衡方程

由以上三式可得

积分上式

2、分析评价及改进

cooke提出的基于剪应力传递概念的单桩沉降计算公式，由于忽略了桩端处的荷载传递作用，对短桩误差较大。后来randolph等（1978）对剪切变形传递法作了补充和修正，提出rm与桩长及土层性质有关，并按弹性力学方法补充了桩端沉降sb 的计算式。

二、总结

本文对较常用的桩基沉降计算方法进行了总结比较，虽然岩土工程中桩基础的沉降计算方法比较多，但是由于桩基沉降涉及的因素很多，所涉及的关键因素的确定又很复杂，而且不同地区地基土的成层性存在很大的差异，各个地区几乎都有一套具有自己特色的经验计算公式，各种方法都有其适用范围。可以说桩基沉降的计算机理理论上不可能很完善，但是各式各样的经验方法和近似方法应运而生，它们在某种程度上补充了理论方法的某些不足，为桩基沉降计算提供了有力的和有效的辅助手段。

参考文献：

[1]阳吉宝.单桩沉降计算的荷载传递法讨论[j].岩土工程技术，1998，（4）：32-33.

[2]王学知，赵春风，刘福天，吴杰.考虑桩土接触面滑移单桩沉降分析[j].第三届全国岩土与工程学术大会.四川科学技术出版社，2009：29-33.

[3]刘绪普，龚晓南，黎执长.用弹性理论法和传递函数法联合求解单桩的沉降[j].第四届全国地基处理学术讨论会.肇庆，1995：484-488.