[发明专利]一种碎石桩极限承载力的确定方法

说明书

一种碎石桩单桩承载力的确定方法，其步骤主要是：基于库伦强度理论，确定破裂面与最大主应力作用方向的夹角；在碎石桩受上部荷载作用时，既考虑地基土对桩体的侧限约束力，也考虑了桩体自重应力的影响，并通过将桩体受力简化至桩间土破裂面方向，建立受力平衡模型，从而得出碎石桩单桩承载力与地基土和桩体自重应力的相互关系，进而得出更为准确的碎石桩单桩承载力。该方法计算简单，考虑影响因素更全面，计算结果更符合工程实际，为工程设计和施工提供准确、可靠的依据，避免浪费。

技术领域

本发明涉及一种碎石桩极限承载力的确定方法。

背景技术

碎石桩复合地基是由砂石等散体材料组成，在软弱地基中成孔后将这些散体材料分批填入土中，形成具有一定深度和较大直径的密实砂桩，与天然地基形成改良后的人工地基，以解决地基承载力不足的问题。碎石桩适用于挤密松散的砂土、粉土、素填土和杂填土地基。随被加固土质不同机理有所差别：对砂土、粉土和碎石土具有置换和挤密作用；对黏性土和填土，以置换作用为主，兼有不同程度的挤密和促进排水固结的作用。由于其具有施工简便，造价低，改良效果较好等特点，碎石桩在现今的路基治理工程中得到广泛应用，如软弱地基加固、堤坝边坡加固、消除可液化砂土的液化性、消除湿陷性黄土的湿陷性等方面。

碎石桩复合地基是一个复杂桩土共同作用的体系，桩体的布置形式(碎石桩桩径和桩间距)对改良后的地基承载力起主要影响作用。过小的桩径或过大的桩间距可能导致地基承载力不足，甚至导致路基失稳或沉降变形，堤坝边坡整体滑塌破坏等；过大的桩径或过小的桩间距则导致建设成本过高，建设效率低，形成浪费。而碎石桩极限承载力是决定其桩径和桩间距的唯一参数，所以，如何确定桩体极限承载力是碎石桩设计的关键技术问题。

目前，现有碎石桩复合地基承载力设计理论主要依据Brauns理论计算得出。Brauns认为在荷载作用下，桩体产生鼓出变形，使桩周土进入被动极限平衡状态，是在假设不考虑地基土和桩体自重作用等情况下推导出碎石桩的单桩极限承载力模型。但是，碎石桩复合地基是一个复杂桩土共同作用的体系，其承载力与桩体材料、成桩方式、桩体诸多参数和地基土的性质有关，其中地基土的侧限约束对桩体承载力有很大影响，而随地基土深度增加，自重应力增加，其侧限约束力也增加；桩体直径越大，桩土置换率越高，承载力越高。显然，如果不考虑地基土和桩体自重作用，无法精确的确定单桩承载力。

而基于Brauns(1978)计算模型，碎石桩极限荷载计算模型有以下四种：圆筒形孔扩张理论计算模型、Wong H.Y(1975)计算模型、Hughes与Withers(1974)计算模型和被动土压力法计算模型等。但是四种碎石桩单桩承载力计算模型均未考虑地基土自重和桩体自重对极限荷载的作用，被动土压力法虽考虑了土体重度的作用，但都没有考虑桩体自重影响。以致各个理论计算精度不一，结果不一致，很难决定那种计算模型符合实际，与现场原为测试实验结果差别较大，尤其对于直径稍大的碎石桩，与工程实际相差更大。

以上分析可知，为满足碎石桩复合地基的设计和施工需要，亟需开发一种计算简单、结果准确的碎石桩极限承载力的确定方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种碎石桩极限承载力的确定方法，该方法计算简单，得出的碎石桩极限承载力更准确，为地基处理中碎石桩的设计和施工提供更准确、可靠的依据，从而保证路基、边坡的安全稳定，减少工程建设成本、提高建设效率，避免浪费。

本发明为实现其发明目的采用的技术方案是：一种碎石桩极限承载力的确定方法，包括以下步骤：

A、碎石桩破坏面倾角

计算碎石桩发生鼓胀破坏时的桩体破坏面倾角δ_p：

式中，为碎石桩内摩擦角；

B、桩间土破坏面倾角