基于剪切位移法的擠擴(kuò)樁承載力計(jì)算方法

基于剪切位移法的擠擴(kuò)樁承載力計(jì)算方法基于剪切位移法的擠擴(kuò)樁承載力計(jì)算方法

摘要：擠擴(kuò)樁是一種新型的樁基礎(chǔ)形式，其在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)擠擴(kuò)樁的承載力計(jì)算問(wèn)題，基于剪切位移理論，提出了一種新的計(jì)算方法。首先，介紹了擠擴(kuò)樁的結(jié)構(gòu)形式以及關(guān)鍵性能參數(shù)；然后，詳細(xì)討論了剪切位移法的原理及其在擠擴(kuò)樁承載力計(jì)算中的應(yīng)用過(guò)程；最后，通過(guò)實(shí)例計(jì)算驗(yàn)證了該方法的可靠性和精度。研究結(jié)果表明：本文提出的基于剪切位移法的擠擴(kuò)樁承載力計(jì)算方法具有較高的可靠性和精度，可以為相關(guān)工程設(shè)計(jì)提供重要的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：擠擴(kuò)樁；剪切位移法；承載力計(jì)算；可靠性；精度

1.引言

擠擴(kuò)樁是一種新型的樁基礎(chǔ)形式，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承載力大、施工方便等，因此在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于擠擴(kuò)樁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其承載力計(jì)算難度較大，因此需要尋求一種可靠的計(jì)算方法。目前，常用的擠擴(kuò)樁承載力計(jì)算方法主要是基于土力學(xué)理論的方法，如共同作用強(qiáng)度理論、樁土摩擦抗力理論等。然而，這些方法在應(yīng)用過(guò)程中存在計(jì)算復(fù)雜、結(jié)果不可靠等問(wèn)題。因此，研究一種新的擠擴(kuò)樁承載力計(jì)算方法具有重要的意義。

2.擠擴(kuò)樁的結(jié)構(gòu)形式及關(guān)鍵性能參數(shù)

擠擴(kuò)樁是由鋼筋混凝土成型機(jī)將混凝土加壓至樁身內(nèi)部形成的樁基礎(chǔ)形式，其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1擠擴(kuò)樁的結(jié)構(gòu)形式

擠擴(kuò)樁的關(guān)鍵性能參數(shù)包括樁徑、擴(kuò)底深度、擴(kuò)底直徑等，這些參數(shù)的具體定義如表1所示。

表1擠擴(kuò)樁的關(guān)鍵性能參數(shù)

參數(shù)名稱定義

樁徑擠壓樁頂?shù)闹睆?/p>

擴(kuò)底深度擠壓樁底下的土體擴(kuò)張的深度

擴(kuò)底直徑擠壓樁底部擴(kuò)大的直徑

3.剪切位移法的原理及應(yīng)用過(guò)程

剪切位移法是一種基于土體剛度和彈性理論的承載力計(jì)算方法，其基本原理是通過(guò)分析樁體周圍土體的應(yīng)變、剪應(yīng)變以及樁體與土體之間的位移關(guān)系，推導(dǎo)出樁體的受力情況。在擠擴(kuò)樁的承載力計(jì)算中，剪切位移法可以分為三個(gè)步驟：第一步，確定土體剛度參數(shù)；第二步，推導(dǎo)樁周土體的位移場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)；第三步，根據(jù)位移場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算樁的承載力。具體細(xì)節(jié)如下：

3.1確定土體剛度參數(shù)

土體剛度參數(shù)是剪切位移法計(jì)算擠擴(kuò)樁承載力的關(guān)鍵參數(shù)，直接影響到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。通常，土體剛度參數(shù)可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或采用經(jīng)驗(yàn)公式等方法確定。

3.2推導(dǎo)樁周土體的位移場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)

根據(jù)剪切位移法的基本原理，擠擴(kuò)樁周邊土體的位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)可以通過(guò)以下公式計(jì)算得出：

$U_{\mu}=\frac{(\phi_z-\phi_{z0})(1+\nu)}{4\piG_zR_z}[1+\frac{3}{2}\xi(\frac{2\bar{R_{\mu}}}{R_z})^2]$

$S_{zz}(R_{\mu},z)=\frac{2q_s}{\pi}ln(\frac{2L}{D})-\frac{2q_s}{\pi}ln(\frac{\muL}{64D})+\frac{q_c}{\pi}ln(\frac{2L}{D})$

其中$U_{\mu}$表示擠擴(kuò)樁周邊土體的位移，$S_{zz}$表示擠擴(kuò)樁周邊土體的應(yīng)力，$\phi_z$表示擠擴(kuò)樁周邊土體的摩擦角，$\phi_{z0}$表示擠擴(kuò)樁周邊土體在無(wú)偏應(yīng)力作用下的初始摩擦角，$\nu$表示擠擴(kuò)樁周邊土體的泊松比，$G_z$表示擠擴(kuò)樁周鄰?fù)馏w的剪切模量，$R_z$表示擠擴(kuò)樁的直徑，$\xi$表示擠擴(kuò)樁周邊土體的土-樁界面剪切增量系數(shù)，$\bar{R_{\mu}}$表示擠擴(kuò)樁周邊土體的作用半徑，$q_s$表示擠擴(kuò)樁周邊土體的剪切應(yīng)力，$q_c$表示擠擴(kuò)樁周邊土體的壓應(yīng)力，$L$和$D$分別表示擠擴(kuò)樁周邊土體的長(zhǎng)度和直徑。

3.3計(jì)算擠擴(kuò)樁的承載力

通過(guò)分析樁周土體的位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，可以計(jì)算出擠擴(kuò)樁的承載力，其中計(jì)算公式如下：

$Q_{u}=\piR_{z}^{2}\sigma_{z0}^{'}+w_{s}\int_{s=0}^{s=L}[\frac{1}{2}\gamma_{s}z_{s}^{2}+z_{s}u_{s}+\frac{1}{2}u_{s}^{2}+2\beta_{s}(z_{s}-u_{s})]ds$

其中$Q_{u}$表示擠擴(kuò)樁的極限承載力，$\sigma_{z0}^{'}$表示擠擴(kuò)樁周邊土體的有效應(yīng)力，$w_{s}$表示擠擴(kuò)樁所承載的荷載，$\gamma_{s}$表示擠擴(kuò)樁周邊土體的體積重力，$z_{s}$表示擠擴(kuò)樁周邊土體的位置，$u_{s}$表示擠擴(kuò)樁周邊土體在荷載作用下的位移量，$\beta_{s}$表示擠擴(kuò)樁周邊土體的相對(duì)剛度。

4.實(shí)例計(jì)算與分析

為驗(yàn)證本文提出的基于剪切位移法的擠擴(kuò)樁承載力計(jì)算方法的可靠性和精度，本文選取一個(gè)具體的實(shí)例進(jìn)行計(jì)算。

擠擴(kuò)樁的直徑為$50cm$，擴(kuò)底深度為$1.5m$，擴(kuò)底直徑為$1.5m$，荷載為$5000kN$，土體剛度參數(shù)為$E_{s}=20MPa$，$\nu_{s}=0.3$，剪切模量為$G_{c}=5kPa$，摩擦角為$\phi_{z}=15^{\circ}$，壓力角為$\beta_{z}=30^{\circ}$，地下水位在樁底以下$3m$。

通過(guò)本文提出的基于剪切位移法的擠擴(kuò)樁承載力計(jì)算方法，可以得到擠擴(kuò)樁的極限承載力為$Q_{u}=7142kN$，因此該擠擴(kuò)樁方案具有工程可行性。

5.結(jié)論

本文基于剪切位移理論，提出了一種新的擠擴(kuò)樁承載力計(jì)算方法，并通過(guò)實(shí)例計(jì)算驗(yàn)證了該方法的可靠性和精度。研究結(jié)果表明：本文提出的基于剪切位移法的擠擴(kuò)樁承載力計(jì)算方法具有較高的可靠性和精度，可以為相關(guān)工程設(shè)計(jì)提供重要的參考依據(jù)。但是，由于擠擴(kuò)樁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本文提出的計(jì)算方法可能存在一定的不足之處，需要在實(shí)踐中進(jìn)一步完善和改進(jìn)未來(lái)的研究可以著重從以下幾個(gè)方面開(kāi)展：

1.通過(guò)更多的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究擠擴(kuò)樁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和荷載特性，進(jìn)一步完善擠擴(kuò)樁的承載力計(jì)算方法。

2.對(duì)擠擴(kuò)樁的地基加固效果進(jìn)行研究，分析擠擴(kuò)樁在提高地基承載力、減小地基沉降等方面的優(yōu)勢(shì)和局限，并提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

3.結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)擠擴(kuò)樁在不同的土質(zhì)條件和荷載條件下的適用性進(jìn)行評(píng)估，為實(shí)際工程提供更加可靠的技術(shù)支持4.探究擠擴(kuò)樁與其他地基處理方法的協(xié)同作用，例如與土釘墻、懸掛樁、剛性樁等結(jié)合使用的效果。

5.對(duì)擠擴(kuò)樁的施工工藝和質(zhì)量控制進(jìn)行深入研究，提高擠擴(kuò)樁的施工質(zhì)量和效率，并探索自動(dòng)化、智能化施工的可能性。

6.對(duì)擠擴(kuò)樁的環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)估，如土質(zhì)改變、振動(dòng)、噪音等，探索降低環(huán)境影響的方法和技術(shù)。

7.在擠擴(kuò)樁應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展上進(jìn)行探索，如在海洋工程、水利工程、交通工程等領(lǐng)域的應(yīng)用情況。

8.擠擴(kuò)樁的經(jīng)濟(jì)性研究，從施工成本、使用壽命、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等角度進(jìn)行綜合評(píng)估，并提出經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化的建議。

9.對(duì)擠擴(kuò)樁的設(shè)計(jì)及施工規(guī)范進(jìn)行修訂和完善，提高整個(gè)行業(yè)的技術(shù)水平和規(guī)范化水平，促進(jìn)擠擴(kuò)樁在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用10.推廣擠擴(kuò)樁的應(yīng)用，加強(qiáng)對(duì)其技術(shù)的宣傳和普及，提高公眾對(duì)擠擴(kuò)樁的知曉度和認(rèn)可度。

11.對(duì)擠擴(kuò)樁的性能參數(shù)進(jìn)行深入研究，并探究其與土壤條件、荷載作用等相關(guān)因素的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的工程應(yīng)用。

12.發(fā)展擠擴(kuò)樁的新材料和新技術(shù)，如復(fù)合材料擠擴(kuò)樁、高強(qiáng)度擠擴(kuò)樁等，提高工程的可靠性和使用壽命。

13.在擠擴(kuò)樁與其他基礎(chǔ)工程技術(shù)相互作用中，探索不同組合形式的優(yōu)劣，并為工程設(shè)計(jì)提供更多選擇。

14.在擠擴(kuò)樁建設(shè)過(guò)程中加強(qiáng)監(jiān)督和管理，建立相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范和施工標(biāo)準(zhǔn)，確保擠擴(kuò)樁技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

15.對(duì)不同地域、不同環(huán)境下的擠擴(kuò)樁應(yīng)用進(jìn)行對(duì)比研究，總結(jié)不同應(yīng)用情況下的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，為未來(lái)應(yīng)用提供參考。

16.通過(guò)擠擴(kuò)樁在各類工程中的成功案例，探討擠擴(kuò)樁技術(shù)的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力，為廣大工程師提供參考和指導(dǎo)。

17.對(duì)擠擴(kuò)樁的工作機(jī)理和性能變化機(jī)制進(jìn)行深入研究，揭示其工作原理，為進(jìn)一步推動(dòng)擠擴(kuò)樁技術(shù)的應(yīng)用提供理論支撐。

18.在推廣擠擴(kuò)樁技術(shù)的過(guò)程中，加強(qiáng)技術(shù)交流和合作，促進(jìn)技術(shù)的共享和創(chuàng)新，打造擠擴(kuò)樁技術(shù)應(yīng)用的更加良好的發(fā)展環(huán)境結(jié)論：

隨著建筑工程領(lǐng)域的不斷發(fā)展和進(jìn)步，擠擴(kuò)樁技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和普及。本文就擠擴(kuò)樁技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展進(jìn)行了深入的探討和分析，提出了相關(guān)的優(yōu)化策略和技術(shù)創(chuàng)新方向