一种考虑次固结效应的吹填土单桩桩侧负摩阻力计算方法

摘要

本发明公开了一种考虑次固结效应的吹填土单桩桩侧负摩阻力计算方法，其通过对场地吹填土进行一维次固结试验，获得孔隙比‑时间对数(e‑lgt)曲线，利用曲线拟合获得次固结系数及相应计算参数，计算任意时刻的次固结沉降量，获得桩侧负摩阻力中性点位置，并进一步计算得到总的桩侧负摩阻力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种桩基础承载过程中负摩阻力的计算方法，尤其涉及一种在吹填土场地上的考虑次固结效应的单桩桩侧负摩阻力计算方法。

背景技术

目前，围海造田已成为解决沿海地区土地供需矛盾的最简单有效 的途径之一，如海上机场、沿海码头、海底隧道和沿海城市等。近年 来，所有沿海城市都开始大量投资于土地围垦项目。到2019年，中 国通过圈地的方式形成了3200多平方公里的土地。一般来说，围海 造地的理想材料自然是砂石填埋，但开荒和填海的成本很高，由此造 成的山地过度开发和环境问题也越来越严重。国家也有规定，禁止任 意开采砂石，这就使得填海造地的原料变得稀缺。正是这种现状催生 了一种新的土地复垦方式-吹淤，将大量难以处理的疏浚泥浆作为吹 淤材料，变废为宝。

在吹填土地上进行地基预处理时，常采用排水板+桩基加载或真空预压的方式进行预处理，但由于沿海地区存在海床淤泥等各种软土地基，地基预处理后的施工沉降依旧很大。另一方面，地基处理对于后期的建筑结构的建设仍然是必需的，其中桩基被广泛采用，因其承载力高、施工快捷、成本低、对不同地质条件适应性强。但吹填造陆方式导致了吹填区域土层中存在较厚的软弱层(如淤泥质土、淤泥等)，场地内分布的软弱土层厚度大且大多尚未完成固结，因此设计中需要考虑负摩阻力对桩基承载力的影响。对于吹填软弱土地基上的桩基，当桩周土层产生的沉降量超过桩基的沉降量，土体对桩会产生一个下拉荷载，这就是所谓的桩侧负摩阻力，负摩阻力致使桩基荷载增加，荷载抗力减小，沉降增大，严重还会影响到建构筑物的正常使用甚至结构安全。

根据以往工程实践若在软基变形计算中忽略次固结沉降，其结果与实际情况相比会出现很大的偏差，这会影响到其上建构筑物的安全运营。目前在估算软基沉降时很少考虑次固结沉降，且规范多没有考虑次固结效应进行负摩阻力的计算方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种考虑次固结效应的吹填土单桩桩侧负摩阻力计算方法，该方法通过对场地吹填土进行一维次固结试验，获得孔隙比-时间对数(e-lgt)曲线，利用曲线拟合获得次固结系数及相应计算参数，计算任意时刻的次固结沉降量，获得桩侧负摩阻力中性点位置，并进一步计算得到总的桩侧负摩阻力。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种考虑次固结效应的吹填土单桩桩侧负摩阻力计算方法，其包括如下步骤：

a、利用次固结试验获得e-lgt曲线，通过次固结e-lgt曲线上拟合得到t

其中，t为次固结开始到计算时刻的时间，e

b、在确定吹填土总变形量后，将其代入下式，得到特定时刻的考虑吹填土次固结时变发展的桩侧负摩阻力中性点位置，计算公式如下：

其中，S

c、确定中性点位置后，可计算得到特定时刻的考虑吹填土次固结时变发展的桩侧负摩阻力，计算公式如下：

其中，R为桩身外半径，D为中性点位置，k

进一步的，获得t

(1)、通过一维次固结试验获得所计算吹填土体孔隙比-时间对数(e-lgt)曲线，以曲线拐点为主次固结阶段的分界点，分界点时刻为主固结结束时间t

(2)、通过对所计算吹填土体进行分级加载，计算其压缩系数C

(3)、取次固结阶段e-lgt曲线首尾两个时刻，按下式计算次固结系数C

并根据如下公式计算A、B：

其中，k

(4)、利用下式拟合次固结阶段e-lgt曲线，确定常数m：

进一步的，孔隙比-时间对数(e-lgt)曲线通过一维次固结试验获取。

进一步的，所述一维次固结试验需将普通固结仪的土盒护环进行改造，定制高度为8cm的土盒护环。

本发明和现有技术相比所具有的优点是：本发明提供的考虑次固结效应的吹填土单桩桩侧负摩阻力计算方法，利用加高土盒护环改进的固结仪进行场地吹填土的一维次固结试验，并通过试验获得的e- lgt曲线准确区分土体的主次固结阶段，以及次固结系数C

附图说明

图1为本发明的场地吹填土一维次固结试验获得的孔隙比-时间对数(e-lgt)曲线示意图。

具体实施方法

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例，见图1所示：一种在吹填土场地上的考虑次固结效应的单桩桩侧负摩阻力计算方法，首先，对固结仪进行加高土盒护环至8cm 的改造，然后按照固结试验要求，利用改进后的固结仪进行场地吹填土的一维次固结试验，直至土体变形恒定；将试验获得的孔隙比-时间对数(e-lgt)曲线的拐点为主次固结阶段的分界点，分界点时刻记为主固结结束时间t

取次固结阶段e-lgt曲线首尾两个时刻，按下列公式(公式1) 计算次固结系数C

按照公式(2)和公式(3)计算A、B，其中k

计算得到上述结果后，利用公式(4)的曲线与次固结阶段e-lgt 曲线进行拟合，确定常数m。

将上述计算得到参数代入任意时刻土体考虑次固结变形的总变形量计算公式(5)，计算得到特定时刻的吹填土总变形量。

其中，t为次固结开始到计算时刻的时间(s)，e

在确定吹填土总变形量后，将其代入公式(6)，得到特定时刻的考虑吹填土次固结时变发展的桩侧负摩阻力中性点位置。

式中，S

确定中性点位置后，就可以计算得到特定时刻的考虑吹填土次固结时变发展的桩侧负摩阻力，如公式(7)所示。

式中，R为桩身外半径，D为中性点位置，k

以上实施例为本发明的较佳实施例，其并不因此而限定本发明的保护范围，凡在本发明的基础上，所做的同等修改、同等替换及改进，均应包含在本发明的保护范围之内。