受软土侧向变形作用桩身侧压力系统分析

付关伟，邢飞

（浙江华东建设工程有限公司深圳分公司，广东深圳518000）

受软土侧向变形作用桩身侧压力系统分析

付关伟，邢飞

（浙江华东建设工程有限公司深圳分公司，广东深圳518000）

随着经济的不断发展，在对城市、乡村道路和桥梁进行设计和施工的过程中，应对土壤和地质结构进行系统分析和研究，进而制定科学合理的施工方案。在现阶段对软土侧向变形对桥台桩基造成的侧压力计算方式仍不明确，在实际工作中，软土对桥台桩基造成压力大小的计算与沿桩身分布的状况，属于桥台桩基内力变形以及桥台位移分析计算的核心要素。

软土侧向变形；桩身侧压力；压力值计算

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.10.013

1 引言

在软土区域，尤其是在深厚软土地段进行施工时，桥台在台后填土的作用下，使软土侧向产生的位移较大，这样同样使得桩基承受的压力较大，应对桩基受力造成的不良影响进行全面地考虑，对梁板尚未架设的桥台而言，在地面线之上产生土压力之外，侧压力也对桥台基础产生深远的影响。现阶段实行的桥规中，未对软土侧向变形对桥台桩基造成的侧压力计算方式予以明确，在实际工作中，软土对桥台桩基造成压力大小的计算与沿桩身分布的状况，属于桥台桩基内力变形以及桥台位移分析计算的重要因素之一。以下对此展开分析研究。

2 常用的计算方法

2.1 侧压力系数法

根据弹性半无限空间基础知识，来计算桥头路基填土自重对地基造成的竖向压力，再乘以侧压力系数得出地基基础上的水平侧压力，实质上是地面以下深度为z的水平侧压力σy（kPa），计算公式为：

式中，ξ为侧压力的系数，ξ=μ/（1-μ），μ为地基土中的泊松比；σz为路堤填土在地面深度为z的位置造成的竖向压力；Kz为竖向压力分布的系数；γH为桥头路基填土道的容重；H为路基填土的高度。

测力压力系数在计算中的假定主要分为以下几种：（1）桥路堤填土为地面之上一端为无限长度的均布荷载，这样对地基当中的各个土层之间的竖向压力，根据条形基础按照角点法进行计算。对台尾后面结构路基中的部分填土进行计算，可对桥台两椎体产生的护坡影响忽略不计。而填土和桥台污工和接触面造成的压力，应当作为施工中的安全储备[1]。（2）当地基是不同属性的软土时，取其加权的平均值，并假设同一土层为各向同属性的均质土，这样方能计算。（3）桩的计算宽度，使用侧压力系数计算方法得到的σy属于单位面积上的压力数值，要换算到单位桩长上的水平压力，则应乘以上桩自身的计算宽度，实质上是单位桩长的水平侧压力P：

式中，b0为桩自身的计算宽度。

2.2 A.A鲁加法

在使用A.A鲁加法时，对水平侧压力的假定条件和概化分布有以下几种：（1）假设台后和基础填土产生的摩擦力忽略不计，而将其作为一种安全的储备。（2）假设在初级时期桥头填土和桥台后缘之间存在缝隙，此时该部分在无土压力的作用下，只在地基部分中存在水平的侧压力。基于桥头填土能对地基土造成压实的作用，而后对地基土造成的破坏，使棱体发生移动时方能紧贴在桥台上，进而对桥台产生土压力[2]。（3）利用桥头填土的方式，作为沿弹性半空间表面作用的匀分布荷载，与此同时采用匀土层自身线性特点变化的土力学方式进行计算。

2.3 绕流阻力法

沈珠江院士对绕流阻力进行了深化和改进，并对桩基间距有限的状况下对绕流阻力算法进行了研究。假定土层是沿水平方向对垂直桩进行相对运动，桩基表面相对粗糙，而得到单位桩长反向绕流阻力的公式，基于这样的实际状况，适用于对土体移动产生作用于桩身的极限处压力计算公式为：

式中，P为土方移动对桩基造成水平的侧压力，kN/m；σz为竖向压应力，kPa；σc=c·cotφ，c为软土地基的粘聚力，kPa；φ为内摩擦角；μ=π/4+φ/2，d为桩径。该公式适用于2个桩基距离的中心距L不超过下列临界桩间的距离Lc的状况：

而对于φ=0属性的软土有公式（5）：

式中，Cu为土的固结不排水黏聚力，kPa。

3 计算方法的比较

在对各种计算方法的知识理论进行论述后，笔者为了详细地了解各种算法的优缺点，对以上几种算法进行了比较，进而明确各种计算方法的优劣势。

3.1 绕流阻力法和侧压力系数法的比较

当软土地基相对较差而路堤土相对较高时，使用绕流阻力计算法更适用。绕流阻力计算法能对地基强度的竖向和桩径属性对侧压力的影响予以全面分析和考虑，从这一角度而言，该种方法计算后得到的数值更完备[3]。

3.2 A.A鲁加法的分析

A.A鲁加法在实际计算中充分地考虑了地基土属于多层土时能够使用不同侧压力的系数，但该种算法中对压力分布图属于中等密实图所假设而形成的倒三角形为主要的模型。在对深度进行计算时受到一定程度的影响。倒三角形的水平直角边假设为：P0=KγHH，从理论角度而言，这种假设图形与桥头路基假设一端是无限长匀荷载作用下地基附加压力P0=1/ 2ξγHH相差1倍。对于属性是深软弱性质的地基并且基础设计需要计算所有的水平压力时，A.A鲁加法计算的数值要小于实际产生的压力值。

4 结论

论文系统地分析和比较了软土对桩身压力数值的计算方式，主要对极限土压法中的侧压力系数法、A.A鲁加法和绕流阻力法进行了简要地分析论述，通过分析得知，绕流阻力计算法能对地基强度的竖向和桩径属性对侧压力的影响予以全面分析和考虑，从这一角度而言，该种方法计算后得到的数值更完备。

【1】杨校辉，朱彦鹏，黄雪峰，等.静压桩荷载传递与承载性状试验研究[J].水利与建筑工程学报，2016，9(1)：139-143.

【2】贺永明，田世清，李冀，等.超深软土地区桩基偏位复位受力分析[J].公路与汽运，2016，7(2)：172-175.

【3】曹党林，李巧.砂土中静压桩侧摩阻力和侧压力的试验研究[J].福建建设科技，2015，6(3):11-13.

System Analysis on Lateral Pressure on Piles under Lateral Deformation of Soft Soil

FU Guan-wei,XING Fei
（
ShenzhenBranchofZhejiangHuadongConstructionEngineeringCo.Ltd.,Shenzhen 518000,China）

Withthecontinuousdevelopmentofeconomy,thesoilandgeologicalstructureshouldbeanalyzedandstudiedsystematicallyinthe designandconstructionoftheurbanandruralroadsandbridges.Andthenscientificandreasonableconstructionschemeshouldbeformulated. Accordingtothebridgerulesat present,it isnotclearhowtocalculatethelateral pressureon pilescaused by lateral deformation ofsoft soil.In practice,thecalculationofpressureonthe abutment pile fromsoft soil andthe situation ofdistribution alongthe pile are the corefactorsofthe deformationofpilefoundationabutmentandanalysisaswellascalculationofabutmentdisplacement.

lateraldeformationofsoftsoil;lateralpressureonpiles;pressurevaluecalculation

TV315

A

1007-9467（2016）10-0030-02

2016-09-20

付关伟（1972～），男，重庆人，高级工程师，从事岩土工程勘察、岩土设计研究。