抗拔桩破坏特性及承载力研究

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何思明： 抗拉桩破坏特性及承载力研究
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式（ 是根据图 ! （ 破裂面计算得到的抗拔桩承 !） "） 载力公式。 当采用图 !（ 的破裂面计算承载力时， 得到的计 #） 算公式为
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式中
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算
例
一等截面抗拔桩基础置于砂土层中， 砂土重度为 内 摩 擦 角 $ ! 5*6 ， 抗拔桩桩长 " ! ,/01 23 4+， 桩径 ! ,0* 4。 ,* 4 ， 根据文中建议的桩周土破裂面方程为
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.’ ! * ) + ., （ $*） * . +’ ! * + . +, , 从而最终确定了 根据上式可以确定 , 值的大小，
破裂面方程和桩的极限抗拔承载力。
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由单元体竖向力系平衡条件得
抗拔桩基础是建筑物基础的一种重要型式， 他广 泛应用于输电线路基础、 高耸构筑物基础、 水闸基础 等。与承压桩相比， 人们对抗拔桩的工作机理的认识 要肤浅得多， 有关这方面的资料、 研究报告 也 要 少 得 多。抗拔桩的极限抗拔力主要受 两 个 方 面 的 因 素 控 制： 一是结构物本身的强度； 二是桩周土的 性 质 以 及 接触面上的几何特征和材料的物理力学性质等。一般 说来 0抗拔桩的破坏形态可分为 ) 类（ 见图 !） 。
由此可见， 笔者提出的抗拔桩破裂面方程完全包
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（ 所示的复合破裂面。 @） 含了 : 种可能的抗拔桩破坏型式。 或者说， : 种可能的 破坏情况仅为笔者提出的破裂面方程的特例。因此， 本文中提出的抗拔桩破裂面方 程 具 有 更 广 泛 的 实 际 意义。
$ !夹角。
根据上述两点假设并结合图 ! ，我们可以构造出 如下方程用于描述抗拔桩的破裂面：
:
抗拔桩极限承载力
为研究抗拔桩的极限承载力， 我们以图 : 所示的
式中 参数。
" -% % )"* # （ 456 7 $ ! $ :） % -& $ 为土的内摩擦角； " 为抗拔桩桩长； ’ 为待定
对上式积分并运用边界条件 （ 见图 !） ： & % (， %%
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抗拔桩极限承载力计算为例 8 : 9， 其中破裂面由方程式 （ 确定。 4） 取图中一微单元进行极限平衡分析。作用在单元 滑裂面上的法向应 力 为 %) ， 切 向 阻 力 为 %*， 滑裂面 长度为 %+ ，根据摩尔 7 库伦准则， %) 与 %* 有如下关 系：
： 在国内外众多抗拔桩原位及室内测试资料的基础上， 建立了 抗 拔 桩 桩 周 土 体 的 破 裂 面 方 程 ， 以往假设的各种抗拔桩桩周 土的破裂形状都是其特例。在此基础上研究了抗拔桩的极限承载力， 并提出了一个极值原理。 ：抗拔桩 ；破裂面方程 ；极限承载力 ；极值原理 ： +, -$).! ：/ ：何思明， 男， 工学硕士， 高级工程师， 从事岩土工程设计及科研工作。 !"#$ 年生，
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将其代入式（ 或（ 就可得出一个关 于 , 的 $(） $)） 参数方程。 为求解上述方程， 笔者提出 一 个 极 值 原 理 ： 在所 有可能的破裂面中， 真正破裂面是使得抗拔荷载为最 小时对应的破裂面。用数学公式可表达为
-$. 8+:
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对上式积分。可求出抗拔桩的极限承载力：
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抗拔桩破坏特性及承载力研究
何思明
（ 中国第十九冶金建设公司建筑设计研究院，四川 攀枝花 *!$"() ）
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% " %( （ ’） " # $ # $ )"* ’./ 0 $ ! ’ ( ! 这种破坏就是图 % （ 所示的情况。 =） 抗拔桩的破裂面方程为 （ !）当 ’ 趋于 > 时， % （ &%(? 3） )"* # ’./ 0 $ ! $ 所示的破裂面情况。 这种就是图 % （ #） （ :） ’ 取其他值时得到的破裂面形状就是图 %
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（ .） 其中
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式中
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获得了抗拔桩破裂面方程后， 下面讨论几个特 例。
. 为土体侧向压力系数； "为土体重度。 将式（ 代入式（ 得 &） 3）
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为简化公式， 上式中将桩体部分的重度假设与周 围土体重度相同。两边取极限得
# （ ) ! *01 ) ,075 ,7） ,* ,), 由式（ ， 式（ 及运用极值原理， 采用数值方 $+） $)） 法进行计算， 最终确定 , ! ",$+ 。
以此为基础， 我们可以研究抗拔桩的极限承载力 与桩长、 桩径、 桩周土的物理力学特性的关系， 这些问 题， 作者将另文讨论。
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$ , 为桩基础的有效重量； # 为桩周破裂角。
Hale Waihona Puke Baidu
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抗拔桩破裂面方程
根据国内外抗拔桩的测试结果， 笔者建议了抗拔
桩的破裂面参数方程， 并以此来计算抗拔桩的极限抗 拔力， 以及根据极值原理确定待定参数， 从而最终确 定抗拔桩的桩周破裂面方程及极限承载力。 以及 ()*)+,-. 和 /0#12 （ "#$$# （ %&’% 年） %&’3 年） 等指出， 在极限抗拔荷载作用下， 抗拔桩破 裂 面 在 桩 端处与桩表面相切， 而在地表面， 破裂面与 水 平 面 成 茜平一等人的研究结果也表明， 在铅 456 7 $ ! 夹角。 直荷载作用下， 抗拔锚板两侧土中的破裂面呈对称的 喇叭形， 其切线方向在板边缘近似垂直， 在地表处， 无 论是砂土还是粘质砂土均接近 456 7 $ 为此， 我们有理由作出如下假设： （ 抗拔桩的破裂面在 %）在极限抗拔荷载作用下， 桩端处与桩端表面相切； （ !） 抗 拔 桩 破 裂 面 在 地 表 处 与 水 平 面 成 456 7 （ 因 % ! "， 故有 %）当 ’ 趋于无限大时，
" *
考
文
献
当桩周土为无粘性土时， 上式可简化成：
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刘祖德 0 抗拔桩基础 8 9 :0 地基处理， ： ,;;1 ， <（ =） ,+0 茜平一， 刘 祖 德0 浅 埋 斜 锚 板 板 周 土 体 的 变 形 破 坏 特 性 ： 8 9 :0 岩土工程学报， ,;;+ ， ,= （ ,） <+-<<0
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,，即可获得笔者建议的用于描述抗拔桩破裂面形状
的参数方程：
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在地表的破坏范围：
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’(!
（ ’） 式中
%* % %) )"*$ ? , %+ ,， & 为桩周土的内摩擦角和内聚力。
由单元体水平向平衡关系得
（ 3）
式中 ( 为桩的半径。当 % % " 时 1 可求得抗拔桩破裂面
（ $)）
85:
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式中
"#$#， $%&# 与 .# 存在如下关系： .)
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&’ ! "%)( &) # "%) % ! ・ "! "!# " "#$# $ % $%&# " &# &#
! ’(&$ ) "#’# " #& & # %" )"
其中 ，&) ! "#’# ( ! "! "!# " &# 于是式（ 可简化为 $"）
（ $"）
)
结
语
上述 ( 节内容的讨论， 包括了如下内容： （ $）建议了用于描述抗拔桩破裂面形状的参数 方程； （ "）证明以往假设的 ’ 种可能的破裂面均为本 文建议破裂面的特例； （ ’）提出了一个用于承载力计算的极值原理； （ (）根据建议的破裂面参数方程研究了抗拔桩 的极限承载力。 参
!
前
言
依据不同的破坏 面 形 状 就 可 以 计 算 出 各 自 对 应 的极限抗拔力1 ! 2。 对于给定的具体问题， 破裂 面 是 确 定 的 ， 不可能 同时存在多个破裂面。因此， 如何确定给定问题的破 裂面就成为研究抗拔桩问题的关键。确定了破裂面形 状也就决定了抗拔桩的极限承载力。 抗拔桩的极限承载力大多是按下面的公式计算： （ !3 4 （ ".% " 5 678! " # ） # $# !） 式中 " 5 为土压力系数； ! 为桩土外摩擦角； " 为土体 有效重度； # 为桩的埋设深度； $ 为桩的直径。