倒阶梯形变截面群桩基础基桩荷载分配简化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于土木工程技术领域，涉及倒阶梯形变截面群粧基础基粧荷载分配简化 方法。
【背景技术】
[0002] 在实际工程中，根据施工需要，钻孔灌注粧一般采用比设计直径稍大的钢护筒，因 此施工出的基粧不可避免地会出现上大下小的倒阶梯形。同时由于在水平荷载和弯矩作 用下，基粧的弯矩也呈上大下小的分布，工程设计人员充分利用了这种效应，将护筒进一步 加大，充分发挥上部大直径基粧部分的抗弯性能。竖向荷载作用下，倒阶梯形粧会有一定 的挤土效应，有利于提高粧的承载力。因此，倒阶梯形粧在大量工程中得以应用，例如苏通 大桥主墩基础采用Φ2. 8πι/Φ2. 5m钻孔灌注粧，京沪高铁大胜关桥主墩基础采用Φ3. 2m/ Φ2. 8m钻孔灌注粧。然而，现行《铁路桥涵地基和基础设计规范》(TB10002. 5-2005)、《公路 桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007)对群粧基础荷载分配的计算方法都是针对等截 面粧的，缺少对该类倒阶梯形变截面群粧基础荷载分配的方法。
[0003] 本方法是在现行规范多排粧内力计算方法的基础上，根据刚度等效的原则，推导 倒阶梯形变截面群粧基础的内力分配方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种倒阶梯形变截面群粧基础基粧荷载分配简化方法，现行 规范多排粧内力计算方法是针对等截面群粧基础，对于工程中出现的倒阶梯形群粧基础荷 载分配不适用，本方法是在现行规范多排粧内力计算方法的基础上，根据刚度等效的原则， 推导倒阶梯形变截面群粧基础的基粧荷载分配简化方法。
[0005] 本发明所采用的技术方案是，倒阶梯形变截面群粧基础基粧荷载分配简化方法， 首先，进行计算假设：
[0006] (1)粧与土共同作用，不计粧土之间的摩擦力和黏粘力，粧与粧侧土受力前后始终 密贴；
[0007] (2)外荷载作用下，粧基础仅产生小变形，即粧在局部冲刷线处的变位小于6mm， 粧及粧侧土均为弹性介质，且土的应力应变关系符合文克尔假定；
[0008] (3)承台为刚体，粧头嵌固，承台与粧为刚性联结，承台变形时粧位不变，粧顶转角 与承台相同；
[0009] 接着按照以下步骤进行：
[0010] 步骤1，确定粧侧土体地基比例系数m值；
[0011] 步骤2,确定基粧的计算宽度b1;
[0012] 步骤3,计算基粧的变形系数a值；
[0013] 步骤4,按照现行规范多排粧内力计算方法计算倒阶梯形变截面群粧各粧粧顶所 承受的荷载Pp QjP M 1;其中P i为第i根基粧粧顶的竖向荷载，Q i为第i根基粧粧顶的水 平向荷载，M1为第i根基粧粧顶的弯矩。
[0014] 本发明的有益效果是可以计算倒阶梯形变截面群粧基础的基粧荷载，进而充分发 挥上部钢护筒形成。
【附图说明】
[0015] 图1是两层土 m值换算示意图。
[0016] 图2是粧间相互影响系数k值计算示意图。
[0017] 图3是基粧等效刚度计算示意图。
[0018] 图4是多排粧粧顶位移与承台位移关系。
[0019] 图5是第i根粧顶作用力图。
[0020] 图6是第i根粧的变位计算示意图。
[0021] 图7是承台中心变位计算示意图（位移法）。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0023] 倒阶梯形变截面群粧基础基粧荷载分配简化方法，首先，进行计算假设：
[0024] (1)粧与土共同作用，不计粧土之间的摩擦力和黏粘力，粧与粧侧土受力前后始终 密贴；
[0025] (2)外荷载作用下，粧基础仅产生小变形（粧在局部冲刷线处的变位小于6mm)，粧 及粧侧土均为弹性介质，且土的应力应变关系符合文克尔假定；
[0026] (3)承台为刚体，粧头嵌固，承台与粧为刚性联结，承台变形时粧位不变，粧顶转角 与承台相同。
[0027] 接着按照以下步骤进行：
[0028] 步骤1，确定粧侧土体地基比例系数m值；
[0029] 步骤2,确定基粧的计算宽度b1;
[0030] 步骤3,计算基粧的变形系数a值；
[0031] 步骤4,按照现行规范多排粧内力计算方法计算倒阶梯形变截面群粧各粧粧顶所 承受的荷载P 1 (第i根基粧粧顶的竖向荷载）、Q1 (第i根基粧粧顶的水平向荷载）和M1 (第 i根基粧粧顶的弯矩）；
[0032] 具体来说：
[0033] 步骤1中粧侧土体地基比例系数m值的计算方法如下：
[0034] 地基土水平抗力系数的比例系数m值通过粧的水平静载试验确定。但由于费用、 时间等原因，未进行基粧的水平静载试验的，可采用规范提供的经验值。
[0035] (1)由于粧的水平荷载与位移关系是非线性的，即m值随荷载与位移增大而有 所减小，因此，m值的确定要与粧的实际荷载相适应。一般结构在地面处最大位移不超过 10mm，对位移敏感的结构、桥梁工程为6mm。
[0036] (2)粧周土体对抵抗水平力所起的作用与其本身的变形有关：土体压缩得越厉 害，其抗力发挥的程度越大。自粧顶向下，粧在水平方向的变形越来越小。因此当基粧侧面 由几种土层组成时，从地面或局部冲刷线起，应求得主要影响深度h"米范围内的平均m值 作为整个深度内的m值。
[0037] hm= 2(1 + 1)，且hmS h (1)式中：Ilni--粧身挠曲主影响影响深度；
[0038] Cl1一一倒阶梯形粧上段直径，如图1所示。
[0039] h--粧长
[0040] 对于刚性粧，Iini= h。
[0041] ①当hA 1财，如图I (a)所示：
[0043] 式中：m--双层地基当量地基比例系数
[0044] hi--粧侧自地面或局部冲刷线起第一层土的厚度，如图I (a)所示；
[0045] Iii1--第一层土的地基比例系数；
[0046] h2--主要影响深度范围内第二层土的厚度，如图I (a)所示；
[0047] m2--第二层土的地基比例系数；
[0048] ②当IiniM财，如图I (b)所示：
[0050] 式中：m3--直径为(12基粧部分的当量地基比例系数
[0051] h3--主要影响深度范围内直径为d2的粧长，如图I (b)所示。
[0052] 步骤2中基粧的宽度Id1计算方法如下：
[0053] 为了将空间受力简化为平面受力，并综合考虑粧的截面形状及多排粧粧间的相互 遮蔽作用。计算粧的内力与位移时不直接采用粧的设计宽度（直径），而是换算成实际工作 条件下相当于矩形截面粧的宽度匕，Id 1称为粧的计算宽度。
[0056] 对单排粧或L1S 0. 6h丨的多排粧：
[0057] k = 1.0 (6)
[0058] 对 L'O. 6h^多排粧：
[0060] 式中=L1--与外力作用方向平行的一排粧的粧间净距，如图2所示；
[0061] Ii1一一地面或局部冲刷线以下粧柱的计算埋入深度，可按下式计算，但Ii1值不得 大于粧的入土深度（h)，Ii1 = 3 (d+1) m ;
[0062] d--粧的当量直径，m;
[0063] dnd2 一一变截面粧上、下段的直径；
[0064] InI2一一地面或局部冲刷线下3(d+l)m范围内变截面粧上、下段的粧长，如图2所 示，如果均为大直径段，则I2= 0。
[0065] b2--根据与外力作用方向平行的所验算的一排粧的粧数η而定的系数。当η = 1 时 b2= 1，当 η = 2 时 b 2= 0· 6,当 η = 3 时 b 2= 0· 5,当 n ^ 4 时 b 2= 0· 45。
[0066] 为了不致使计算宽度发生重叠现象，要求计算得出的Id1S 2d。
[0067] 步骤3中基粧的变形系数a值计算方法如下：