余宇;王方;黎鸿
【摘 要】以长沙地区应用广泛的洛阳铲灌注桩为研究对象,结合桩理论推导建立洛阳铲灌注桩复合地基极限承栽力极限状态方程.采用了Monte-Carlo模拟方法对可靠指标进行计算,通过实例对洛阳铲灌注桩复合地基承载力的可靠指标进行敏感性分析,发现并论证了置换率与桩间土调整强度系数对可靠指标的影响.国籍法
【期刊名称】《四川建筑》
【年(卷),期】2010(030)003
【总页数】3页(P70-71,73)
【关键词】可靠度分析;灌注桩;复合地基;Monte-Carlo
【作 者】余宇;王方;黎鸿
【作者单位】中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙,410083;中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙,410083;中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙,410083
【正文语种】中 文
青岛海尔药业【中图分类】TU473.1+4
洛阳铲灌注桩作为一种简单经济的桩基础形式,在长沙及其周边地区被普遍应用。桩间土和桩体这两种弹性模量不同的材料组成了复合地基形式,极大地改善了地基承载能力。但是洛阳铲灌注桩的承载力计算十分复杂,土工参数的变异性与施工等因素对洛阳铲灌注桩承载力的影响很大[1]。传统的安全系数法已不能保证实际的安全,人们越来越多地倾向于可靠性分析这一新的设计方法。本文以洛阳铲灌注桩复合地基为研究对象,建立随机变量的极限状态方程,并采用 Monte-Carlo模拟法进行可靠度计算,对影响可靠度指标的一些因素进行了分析。
1 极限状态方程的建立
由于洛阳铲灌注桩复合地基极限承载力的可靠性研究并不多,本文尝试以桩理论结合复合
地基承载的普遍性,推导出洛阳铲灌注桩复合地基极限承载力的极限状态方程。
从加固原理上看洛阳铲灌注桩复合地基属于柔性桩复合地基[2]。柔性桩大多是桩体先发生破坏的破坏模式,强度主要受桩身强度控制,因此本文采用柔性桩复合地基极限承载力的计算公式:复方谷氨酰胺
式中:Quk为单桩极限承载力(kN);psf为桩间土极限承载力;m为复合地基面积置换率;α为桩间土强度调整系数;Ap为桩体截面积(m2)。
洛阳铲灌注桩的单桩极限承载力标准值原则上通过实验确定,这里我们根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系,按下式计算[3]:
式中:Qsk为单桩总极限侧阻力标准值(kN);Qpk为单桩总极限端阻力标准值(kN);u为桩身的周边长度;qsik为桩侧第 i层土的极限侧阻力标准值(kPa),可按当地经验取值;li为在第 i层的桩身长度;qpk极限端阻力标准值(kPa),可按当地经验取值;Ap桩身的横截面面积。
桩间土承载力采用汉森公式计算,表示为:
式中:γ1为基础底面以下持力层土的重度,地下水位以下用有效重度;q为基底平面处的有效旁侧荷载(kPa);Nγ,Nc,Nq为承载力系数,根据地基土的内摩擦角 φ值查表确定;Sγ,Sc,Sq为基础形状系数,由式(4)近似计算:
dc,dq为基础埋深系数,由式(5)近似计算:
式中 d为基础埋深。生物通
根据以上分析,本文得出以复合地基极限承载力、恒载效应和活载效应为基本变量的极限状态方程如下所示:Z=Pcf-SG-SQ=0,即
式中:SG,SQ分别是作用于基础底面的恒载效应与活载效应。其中,几何尺寸参数及桩间土强度调整系数α、置换率 m一般由设计给定,变异性很小,可视为常量;土的物理力学指标可假定为服从正态分布[4];荷载效应中 SG服从正态分布,变异系数为 0.07;SQ服从极值Ⅰ型分布,变异系数为2.333。
2 计算方法
针对土工参数离散性较大,一般不服从正态分布的特点,本文采用Monte-Carlo模拟法计算可靠度,避免了传统使用 JC法偏差较大的问题,只要模拟次数足够多,就能生成比较精确的失效概率和可靠指标。由于计算量巨大,本文选用 Matlab软件编写Monte-Carlo模拟的程序[5]。本程序借用 Matlab软件强大的数学计算功能,能自动生成满足条件的指定分布的随机数,代入极限状态方程中进行模拟,计算速度大大超过一般工程语言的程序,模拟次数设置 105次,使计算精度得到保障。
3 洛阳铲灌注桩复合地基算例分析
hp小型机长沙某大学训练综合楼工程工程占地面积为 5691m2,总建筑面积为 10558m2,训练综合楼主体结构为现浇钢筋混凝土框架,基础采用天然地基柱下独立基础,基础持力土层为粉质黏土③。地基承载力特征值 fak≥260 kPa。本工程采用洛阳铲灌注桩,有效桩长 6.2m,桩径 350mm,置换率6.22%。成桩形式见图1。
图1 灌注桩大样
3.1 实例工程的地质条件
①杂填土:杂,湿,主要由粉质黏土、建筑垃圾和生活垃圾等组成,层厚 1.50～4.30m。
偏硅酸
②耕土:黑褐,松软,湿,主要由粉质黏土组成,含植物根系和有机质成分,层厚 0.60～1.30m。
③粉质黏土层:红褐、黄褐,硬塑,稍湿,手搓具砂感,局部夹有黑铁锰氧化物及灰白条带,摇震无反应,稍具光滑,干强度中等,韧性中等,局部段含砾,全场均有此层,层深 4.80～9.20m。
④粉砂层:黄褐,稍密,饱和,可见细微白云母片,主要成分为石英,级配较差,胶结性差,泥质充填,含泥量约为15%。现勘探发现局部有此层,其层厚为 2.6m。
⑤圆砾层:黄褐、灰褐,饱和,中密,可见细微白云母片,主要成分为石英、长石,颗粒最大粒径为 55mm,大部分在 2～20mm之间,颗粒呈圆形、亚圆形,级配一般,泥砂质充填,胶结性很差,含泥量约为 10%。该层全场分布,其层厚为1.40～7.40m。
⑥中风化石灰岩:灰黑,干,硬,中厚层状构造,岩石呈柱状,碎块状,全场分布,最大厚度 14.00m。
3.2 土层物理力学性质
各土层物理力学性质指标如表 1。
3.3 计算分析
随机变量统计参数见表2。
计算中认为各随机变量是相互独立的。计算得到的失效概率和可靠度指标为:
可见该复合地基是满足承载要求的。
同时,本文选择了置换率 m和桩间土强度调整系数α进行可靠指标的敏感度分析,从图2和图3中可以看出,在其他指标不变的情况下,可靠指标随着置换率的增大而提高,由3.23提高到6.23;可靠指标随着桩间土调整系数的增大而变小,由 3.78减小到2.94。
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