单桩的结构特性与性状-土体的极限抗力与侧向受荷桩性状

对于钢管桩、套管混凝土桩或较低荷载水平下的钢筋混凝土桩,可认为桩的抗弯刚度EI为常数,即桩表现为结构线性特性。对于结构线性桩,存在如下特性：

(1)对于砂土中的侧向受荷桩

(a)k=(2.38～3.73)Gs=(0.92～1.43)Es,平均值为3.23Gs或1.24Es;

(b)Gs=(0.25～0.62)NSPT(MPa),平均值为0.50NSPT(MPa)。相应的土体杨氏模量Es=(0.65～1.6)NSPT(MPa),平均值为1.3NSPT(MPa);

(c)Ng=(0.55～2.5),α0=0 m和n=1.7;对于挤土桩和截面加强桩,Ng=(1.0～2.5);对于部分挤土桩和钻孔桩,Ng=(0.4～1.6);

(d)Lcr/d=7.4～16.1,平均值为10.3。一般选择10d深度内的土体平均弹性参数确定地基反力模量k是准确的;

(e)可选取5d深度内的土体重度、内摩擦角确定土体的极限抗力;

(f)可采用增大桩宽的方法提高桩的极限抗力,降低桩的侧向变形;

(g)土体极限抗力与桩的施工方法、桩头约束条件有关。分析表明,常用的Reese LFP,Barton LFP和Broms LFP可能只适用于钻孔桩或少量排土桩。

(2)对于黏土中的侧向受荷桩

(a)k=(2.7～3.92)Gs,平均值为3.04Gs。该结果与砂土中的侧向受荷桩非常一致;

(b)Gs/Su=Ir=25～315,平均值为95Su;(www.xing528.com)

(c)Ng=0.7～3.2,α0=(0.05～0.2)m;

(d)可选取(5～7)d深度内的平均不排水强度确定极限抗力;

(e)对于(5～7)d深度内相对均质土体,n=0.7;对于分层土体,n值可视土体组成条件而变化,一般的,对于上软下硬土层,n值较大,对于上硬下软土层,n值较小。

(3)对于侧向受荷嵌岩桩

(a)k=(3.72～6.2)Gm,平均值为4.54Gm,该值比黏土中侧向受荷桩的对应值约大50%;

(b)Gm=(1.77～839.4)qur或Em=(4.43～2 098.5)qur,平均值为Gm=170qur或Em=425qur。Em值的变化范围较大,选用时需要一定的工程经验。对于重要工程,有必要进行原位测试(如DMT试验)确定Em值;

(c)在设计荷载条件下,一般可取6d深度内的变形模量和2.5d深度内的LFP;

(d)LFP可采用如下简单形式,即pu=AL(α0+x)2.5,其中AL与qur在数值上相等,α0=(0.11～0.45)d,平均值为0.22d。如果采用Reese LFPR分析嵌岩桩的性状时,αr=0.03～0.55。

根据第5章的分析还表明,最大荷载发生深度比塑性滑移深度小或比较接近。据此,第五章还推导了土体中侧向受荷桩极限荷载计算方法和方程。因此,本文的弹塑性方法适用于侧向受荷桩的弹性直到塑性破坏阶段。这也表明,桩的变形分析和极限荷载设计本质上是统一的,而不是分离的。

另外,采用理想p-y曲线也能准确地预测海洋砂土中侧向受荷桩的性状。值得说明的是,对于未胶结海洋钙质砂,n=1.7,α0=0;对于胶结钙质砂,α0＞0。在循环荷载作用下,由于桩土界面处发生裂隙或土体强度出现软化,Ng值为静载时的56%～64%。