一种既有基桩轴向承载力分析方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于工程建设领域，具体涉及一种既有基粧轴向承载力分析方法。
【背景技术】
[0002] 如何确定既有基粧轴向承载力是一直尚未解决的技术难题。根据土力学原理，地 基土中附加应力使得地基土压密。粧基础的粧侧摩阻力和粧端阻力均可视为半无限弹性体 内部轴向力，并在粧周土体内形成附加应力，从而使得粧周土密实。粧周土密实程度的变化 将引起粧周土力学性质的变化，从而改变粧周土的侧阻或端阻承载性能。本发明提出了如 何根据这一特点对既有基粧的轴向承载性能进行评估的方法。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种既有基粧轴向承载力分析方法，以确定既有基粧轴向承 载能力。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种既有基粧轴向承载力分析方 法，包括以下步骤：
[0005] 1)按照土层性质将基粧自上而下分为η个粧段，η的数值等于基粧穿过的土层数， 每个粧段对应的土层性质基本一致；
[0006] 2)选择其中一个地层i作为分析对象。地层i底面以上地层k对应的粧段记为粧 段k;当i小于η时，计算地层i的粧周土附加应力；当i等于η时，计算地层i的粧周土附 加应力，同时计算地层i的粧端土附加应力；
[0007] 地层i的粧周土附加应力计算方法为：
[0008] a.视地层k底面以上所有粧段为虚粧K，虚粧K的侧摩阻力呈线性分布，虚粧K侧 摩阻力的下缘值即为粧段k的侧摩阻力下缘值，记为Tk，粧段k的侧摩阻力上缘值，记为 ikl，虚粧K侧摩阻力上缘值为粧段k侧摩阻力下缘值与上缘值连线的延长线与粧顶平面交 点代表的数值，记为τ',;所述粧段k侧摩阻力下缘值和上缘值均由实验测得或根据设计 经验所得；
[0009] b.虚粧K中，粧段k下缘与粧顶平面之间的侧摩阻力分为矩形分布侧摩阻力和三 角形分布侧摩阻力，其中矩形分布侧摩阻力记为Tk，三角形分布侧摩阻力记为Τ'k，则有：
[0010] Tk=τklku；
[0011] T，k= (τ，k-Tk)lku/2 ;
[0012] 其中lk为虚粧粧长；u为粧周长；
[0013]c.虚粧K中，粧段k下缘与粧顶平面之间的矩形分布侧摩阻力引起的地层i底面 粧周土环带的平均附加应力记为〇zsAl;虚粧K中，粧段k下缘与粧顶平面之间的三角形分 布侧摩阻力引起的地层i底面粧周土环带的平均附加应力记为σzstki;则有：
[0016] 其中Isrtl、Istkl分别表示地层i底面各点的矩形分布侧摩阻力应力影响系数的平 均值和三角形分布侧摩阻力应力影响系数的平均值，IsAl、Istkl可查表得到；
[0017] 虚粧K中，粧段k下缘与粧顶平面之间的侧摩阻力引起的地层i底面粧周土环带 的平均附加应力记为〇zkl，则有：
[0018] 〇zkl= 〇zsrkl+〇zstkl
[0019] d.虚粧K中，粧段k上缘与粧顶平面之间的侧摩阻力分为矩形分布侧摩阻力和 三角形分布侧摩阻力，其中矩形分布侧摩阻力记为Tkl，三角形分布侧摩阻力记为Τ' kl，则 有：
[0020] Tkl=τkllklu；
[0021] Τ，Η=(τ，k-Tkl)lklU/2;
[0022] 其中lkl为虚粧Κ粧长减去粧段k长度；u为粧周长；
[0023] e.虚粧K中，粧段k上缘与粧顶平面之间的矩形分布侧摩阻力引起的地层i底面 粧周土环带的平均附加应力记为σ_lki;虚粧K中，粧段k上缘与粧顶平面之间的三角形分 布侧摩阻力引起的地层i底面粧周土环带的平均附加应力记为σzstlki;则有：
[0026] 其中Isrlkl、Istlkl分别表示地层i底面各点的矩形分布侧摩阻力应力影响系数的平 均值和三角形分布侧摩阻力应力影响系数的平均值，Ulkl、Istlkl可查表得到；
[0027] 虚粧K中，粧段k上缘与粧顶平面之间的侧摩阻力引起的地层i底面粧周土环带 的平均附加应力记为σzlkl，则有：
[0028] 〇zlkl= 〇zsrlkl+〇zstlkl
[0029] f.粧段k侧摩阻力引起的地层i底面粧周土环带的平均附加应力记为σ' zkl，则 有：
[0030] 〇 'zkl=σzkl-°zikl；
[0031] g.根据步骤a_f所述方法，计算出粧段k侧摩阻力引起的地层i顶面粧周土环带 平均附加应力，记为zkl;粧段k侧摩阻力引起的地层i顶面与底面之间粧周土环带的 平均附加应力记为σ'，则有：
[0032] 。，= (〇，zki+〇 " 士）/2
[0033] h.重复步骤a_g，计算出粧段1至粧段k侧摩阻力引起的地层i顶面与底面之间粧 周土环带平均附加应力，将粧段1至粧段k侧摩阻力引起的地层i顶面与底面之间粧周土 环带平均附加应力相加得到地层i顶面与底面之间粧周土环带总平均附加应力，记为σ， σ即为所述的地层i的粧周土附加应力。
[0034] 粧端土附加应力的计算方法为：
[0035] I.记Q为基粧粧顶实际轴向载荷；记Tn为基粧各粧段总侧摩阻力；当i=η时， 对于地层i底面，若Tn<Q，则继续如下步骤；
[0036] II.粧端平面粧周环带上任一点j因端阻产生的附加应力记为σζρη]，则有：
[0038] 其中Ipn]为端阻力引起的粧端平面附加应力系数，可查表得到；
[0039] 将粧端平面粧周环带上各点附加应力取平均值，可得到粧端平面粧周土环带因端 阻产生的平均附加应力，记为σζρη，〇zpn即为所述的地层i的粧端土附加应力。
[0040] 3)根据据地层i实际粧周土和粧端土的附加应力，确定地层i对应的粧段i粧 侧摩阻力和粧端摩阻力可提高幅度的上限值；地层i的实际粧周土和粧端土的附加应力越 大，粧段i的粧侧摩阻力和粧端摩阻力可提高幅度的上限值越大。
[0041] 本发明的技术效果在于：本发明根据基粧实际承担的荷载，计算粧周土和粧端土 的附加应力。根据预先建立基粧粧侧摩阻力和粧端阻力可提高幅度的上限值范围，以及粧 周土和粧端土的附加应力计算结果，分析评价沉降稳定的基粧粧侧摩阻力和粧端阻力可提 高幅度的上限值。
【附图说明】
[0042] 图1是本发明的方法流程图；
[0043] 图2是本发明的虚粧侧摩阻力分布图。
【具体实施方式】
[0044] 如图1所示，一种既有基粧轴向承载力分析方法，包括以下步骤：
[0045] 1)如图2所示，按照土层性质将基粧自上而下分为η个粧段，η的数值等于基粧穿 过的土层数，每个粧段对应的土层性质基本一致；
[0046] 2)选择其中一个地层i作为分析对象，如图2所示，地层i对应的粧段记为粧段 i;当i小于η时，计算地层i的粧周土附加应力；当i等于η时，计算地层i的粧周土附加 应力，同时计算地层i的粧端土附加应力；
[0047] 地层i底面以上粧段k(k= 1~i)对地层i的粧周土附加应力计算方法为：
[0048] a.视地层k底面以上所有粧段为虚粧K，虚粧K的侧摩阻力呈线性分布，虚粧K 侧摩阻力的下缘值即为粧段k的侧摩阻力下缘值，其大小由线段AB的长度表示，记为τk; 粧段k的侧摩阻力下缘值，其大小由线段DE的长度表示，记为τkl;将BE延长，并与粧顶平 面交于F，则虚粧K侧摩阻力上缘值为线段PF的长度，记为τ',;所述粧段k侧摩阻力下 缘值和上缘值均由实验测得或根据设计经验所得；
[0049] b.虚粧K中，粧段k下缘与粧顶平面之间的侧摩阻力分为矩形分布侧摩阻力和三 角形分布侧摩阻力，其中矩形分布侧摩阻力记为Tk，三角形分布侧摩阻力记为Τ'k，则有：
[0050] Tk=τklku；
[0051] T，k=(T，k-Tk)lku/2;
[0052] 其中lk为虚粧粧长；u为粧周长；
[0053] c.虚粧K中，粧段k下缘与粧顶平面之间的矩形分布侧摩阻力引起的地层i底面 粧周土环带的平均附加应力记为〇zsAl;虚粧K中，粧段k下缘与粧顶平面之间的三角形分 布侧摩阻力引起的地层i底面粧周土环带的平均附加应力记为σzstki;
[0054] Geddes法给出了基粧端阻和侧阻引起的土层附加应力解析式为：
[0055] 〇zp=aQIp/l2；
[0056] σzsr=βQIsr/l2；
[0057] 〇zst= (l-a-0)QIst/l2；
[0058] 其中〇zp为基粧端阻引起的土层附加应力，〇 _为基粧均匀分布侧摩阻力引起的 土层附加应力，σzst基粧线性增长侧阻引起的土层附加应力，Q为粧顶荷载；1为粧长；a 为粧端阻力比；β为矩形分布侧阻力比；Ip、Isr、Ist分别为端阻集中力应力影响系数、矩形 分布侧摩阻力应力影响系数、三角形分布侧摩阻力应力影响系数；
[0059] 对于本发明中的虚粧而言，令=Tk、（1-a-P)Q=Τ'k，则有：
[0062] 其中Isrtl、Istkl分别表示地层i底面各点的矩形分布侧摩阻力应力影响系数的平 均值和三角形分布侧摩阻力应力影响系数的平均值，IsAl、Istkl可查表得到；
[0063] 虚粧K中，粧段k下缘与粧顶平面之间的侧摩阻力引起的地层i底面粧周土环带 的平均附加应力记为〇zkl，则有：
[0064] 〇zkl= 〇zsrkl+〇zstkl
[0065] d.虚粧K中，粧段k上缘与粧顶平面之间的侧摩阻力分为矩形分布侧摩阻力和 三角形分布侧摩阻力，其中矩形分布侧摩阻力记为Tkl，三角形分布侧摩阻力记为Τ' kl，则 有：
[0066] Tkl=τkllklu；
[0067] Τ，Η=(τ'k-Tkl)lklU/2;
[0068] 其中lkl为虚粧Κ粧长减去粧段k长度；u为粧周长；
[0069] e.虚