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岩土研究院

格形结构地基稳定性计算

318 2021-12-28 09:29:54

地基承受由建筑物传下的荷载,其内部应力随之变化,当荷载过大导致地基中较大区域的应力超过其抵抗极限时,地基内将出现与地面连通的塑形变形面,从而发生破坏。格形钢板桩结构由于稳定性很大程度依靠其自身重量,类似于重力式,因而在设计中,地基的稳定性是一个十分关键的问题。一般说来,除非格体直接放在良好的岩石基础上,否则均应对地基的稳定性进行核算。地基的稳定性由两方面的条件确定,一为地基应力,一为地基承载力,本节将分别加以叙述。

一、格形结构地基应力的计算

由于格形结构自身的复杂性,加之持力基桩等原因,地基应力的计算较为困难。目前通用的计算方法中所作的一些假定也与实际情况出人较大,尚有待于进一步进行研究。

I.地基应力的线性假设

在计算格形结构的地基应力时,目前仍假设其为直线分布,很显然这种假设与实际情况的偏差较比在有刚性底板的常规重力式中更大,之所以这样假定除了因为理论及计算上现存的困难外,还基于以下的考虑。首先,地基顶面应力的分布对地基中应力分布的影响是随着深度的增加而减小的,表面压力分布方式假定的偏差,对地基的计算影响不至于很大。大量的工程经验以及模型试验结果也表明这种近似处理方法尚可满足一般的工程计算控制要求。

其次,对于无底的格形结构,上部的自重、外荷载分别由格体钢板桩、内部填料、持力基桩三部分传人地基,由于持力基桩一般都深入地基,其轴力的很大部分直接通过桩身传递,因而在地基计算中可分开单独考虑,这样作用于地基顶面的力就可只考虑钢板桩与填料两部分的影响。通常情况下在开始时这两部分下传的力的集度是相差很大的,即板桩桩尖的压强远大于填料的压强。这种压差的存在将导致其交界处产生局部的塑性变形区,从而发生相对错动并在钢板桩与填料间产生摩擦力,这种摩擦力将使原压强小的一方的压强增大,而原压强大的一方则减小。据此,当可断定,当这种调节作用趋于稳定时,板桩与填料各自下传的压强应当没有过大的突变,同样在填料自身各部位之间,在填料与持力基桩之间,也将发生类似的情况,从而使地基顶面的应力重新分布,并趋于均匀,趋于线性。

2.持力基桩的考虑

格形结构中的持力基桩所受的力通常包括; 上部桩端荷载。桩侧压力,桩侧摩阻力,及桩尖阻力几部分,其中桩侧摩阻力分布较为复杂。在不同的条件下可大可小,甚至可能改变方向,见图3.8.1。

经验表明,基桩所受的水平力一般通过桩侧对填料的压力传给填料,并且这种传递主要集中在桩顶附近,因而在地基计算中可不加考虑。而基桩受到的垂直力及桩身上部所受的填料负摩擦力则将以桩侧摩擦力及桩尖压力的形式传入地基,从而引起地基应力的变化。本文建议,当持力基桩为摩擦桩,且桩尖在计算面以下深度不大时,在地基应力计算中可不考虑持力基桩的影响。当持力基桩入土深度较大时,则应根据具体情况分别对待。如果地基为较好的砂性土,而且桩尖处的极限阻力不是很大的话,计算中最好也按最不利的原则不考虑桩力的下传,当地基土质较差、桩侧阻力小而桩尖已打人承载力较大的持力层时,持力基桩的轴力大部分将传入下面的硬土层,此时在地基应力的计算中可扣除由持力基桩传递的部分荷载。

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3.计算顶面的选择

在格形结构建筑物中,格内填料与原地基壤土性能的差异通常不是很大, 因而究意哪部分应归入上部,哪一部分归人地基不是很明确。当格内保留一部分原海底土层时情况更是这样。对此,目前工程中常用的处理方法是取格形钢板桩较浅侧的桩尖水平面作为地基的计算顶面。本文考虑到当格内保留有较差的粘性土层,且其上部没有起封闭作用的硬土层时。格内的软土有绕过板桩桩尖从下面被挤出的可能,故建议在此特殊情况下,取该软土层顶面作为地基计算顶面进行复核。

4.地基应力计算

在上述假设的基础上即可按力系平衡的关系来确定地基应力,见图3.8.2。

图中 G、P、M,、Mg分别为格体换算宽度范围内的竖向合力、水平合力及对前趾处的倾覆力矩、稳定力矩。除在计算中应考虑建筑物顶部荷载及持力基桩传力的修正外,其算法基本与抗滑、抗倾稳定计算中的算法相同。

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