复合桩基承载力的可靠性分析方法

摘要：随着社会的发展，高层建筑的项目越来越多，因而对于桩基的承载力的要求也是越来越高。本问分析了复合桩基承载力的可靠性。

关键词：复合桩基；承载力；可靠性

中图分类号：TU473文献标识码： A

引言

随着技术的发展，地基处理技术和复合地基理论都得到了很大的提高，就目前的情况来看，我国的复合地基技术已经被广泛的运用于各类工程中，主要包括房屋建筑、高等级公路、铁路、机场、道路桥梁等工程建设领域中。复合地基技术的推广应用大大发展了社会效益和经济效益。但是对于复合地基的研究只限于设计、施工、承载、变形等方面，还是有太大的局限性，对于其可靠度方面研究甚少。

1、概述

复合桩基础也被叫做疏桩基础，系指按大桩距(一般在5~6倍桩径以上)稀疏布置的低承台摩擦群桩，又或者指的是端承作用较小的端承摩擦桩与承台底土体共同承载的桩基础。它是一种基础形式，主要是由纯桩基与天然地基的过度形成的。就目前对其的研究情况来看，复合桩基础的设计理论有一定的研究，但是在对其的可靠度的研究还是比较局限，太少，因此，使得复合桩基的可靠性研究受到了一定程度的限制。所以需要整理和收集大量详实可靠的统计资料，并且对其进行相关的分析，主要是通过概率统计的方法进行，其对工程是有非常大的实际应用价值。采用以可靠度理论为基础的概率极限状态设计的方法是地基基础设计的一个发展趋势。

2、确定复合地基承载力

为确定复合地基的承载能力，一般有轻便触探、静力触 探、动力触探、标准贯入法、取芯样试块作无侧限抗压强度试 验进行推算、静载试验等多种方法，其中最常用的是静载试验法。

静载试验法是在处理过的地基土上设置压板，对压板分级 施加一定量的垂直荷载，同时测读地基土的变形，通过分析荷 载沉降曲线（Q-S 曲线）来确定复合地基承载力的方法，这是 一种可靠性很高的传统方法，其准确性和直观性远超过其它几 种方法。因此，对于工程前期试桩或未作试桩的工程桩都应严 格按照《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-9l）附录一“复合 地基载荷试验要点”的要求进行静载荷试验，以确定复合地基 的实际承载力或验收其能否达到设计要求，决不能仅仅根据工 程地质勘探报告提供的参数进行估算。

确定复合地基承载力基本值有三种方法，即比例极限法、 极限荷载法、相对变形法。当荷载沉降曲线（Q-S 曲线）有明 显的比例极限时，可取该比例极限所对应的荷载。当能确定极 限荷载而其值又小于对应比例极限荷载值的1.2 倍时，可取极 限荷载的一半。正确确定复合地基的承载力对整个工程的成败关系重大。

3、桩基可靠度分析的特点

为了能够更好的运用限状态设计原则，将其用到桩基设计中，所以必须对桩承载力作统计分析，然后得出承载力参数。在我国的相关研究中对于土的物理学方面是比较多的，但是对于与桩的承载性状有关的参数研究实在是比较少的，因为得到这类参数的方法比较复杂，不能直接从取土试验求得，而桩的试验资料只是综合地反映了许多土层与桩共同作用的结果，对于每一土层的参数得到它的数据是相当困难的。这部分工作的困难在于:

(1)单桩承载力一般情况下都是桩与同作用的结果，所以他们之间的传递机理与过程也是比较复杂的，桩侧阻力与桩端阻力的发挥是受到很多外界因素的影响的，主要包括性、桩的构造、桩的沉降、作用于桩上的荷载、以及桩土之间的相对位移以及土层的相对位置。所以在对其进行研究的过程中巨大的一个难题就是桩端阻力、桩侧阻力这两个随机变量的规律与代表值的确定方法。

（2）统计工作是一个比较繁杂且又琐碎的工作，它有非常多的要求，即数量足够多且条件相同的子样组成样本。但是因为会受到实验条件的限制，主要是现场试验代价昂贵，所以一般情况下都是在每个每个工程中取2~3根工程试桩，所得测得的数据非常的少，由因为全国各个地区的工程地质条件是各不相同的，因此对于土层的性质和分布也就存在着很大的差异，即使是同一工程中的单桩静载荷试验，可能得到的结果也是有很大的不同，要想找出足够多的条件相同的子样十分困难。

4、桩基可靠性的分析模型

桩基可靠性分析一般都会受到很多外界因素的影响，其包括水文与地质、桩的材料性能、几何参数、计算公式精度等，对于这些因素他们之间又都是存在着随机性，所以将其称为“随机变量”，计为Xi(i=1，2，3…，n)，按极限状态方法设计时，对于不同的结构性能呢，会建立包括有关变量的内在关系式，其为：

Z=g(X1，X2，……，Xn)(1)

如果功能函数只是和两个正态基本变量有关联的时候，同时极限状态方程是线形方程时，结构的功能函数为：

Z=g(R，S)=R-S(2)

式中R代表着结构抗力；S主要代表了结构的荷载效应组合。

根据概率的相关理论来说，结构的失效概率为：

Pf=P(Z

5、桩基可靠性分析的方法

就目前的情况来看，对桩基可靠性分析的方法可以分为3种，包括校准法、求抗力、近似概率设计。“校准法”就是对已经收集到的相关数据和资料经过的一系列的统计和分析，从而得出的桩抗力以及荷载效应的统计参数(均值、方差、变异系数等)，也就是说已经知道桩的抗力和效应的统计特征，对现有的范桩基设计的安全系数法进行了相关的反演算，从而得到的靠指标，又或者说是失效概率，得到的结果对现行规范进行校准。总的来说这个方法其实就是一种检验的过程，它主要是针对单一安全系数法进行，同时也把它叫做半经验半概率设计法。

第二种方法就是求抗力，它主要是对已知的荷载效应和目标可靠性指标进行计算，从而得出单桩极限状态下的抗力，但是因为荷载是属于一个随机的变量，所以结果的可信度也不是特别高。第三种就是概率极限状态设计法，也把它叫做近似概率设计，概率极限状态直接设计法。但是因为概率运算是比较复杂的过程，因此对于这种情况通常的情况下会采用多系数或单一系数的设计表达式，这样做能够大大的简化概率极限状态设计中的复杂概率。

6、工程实例

某公路桥梁结构基础,由12根钻孔灌注桩组成,桩的承载能力由混凝土的抗压强度和土的支撑能力来确定,计算时取桩尖持力层为第3层,桩尖入土深度为0.5m,通过对这12根桩的抗力值R进行计算,并对抗力值进行K-S检验,结果对数正态拟和较好,认定为对数正态分布;恒载SG服从正态分布,活载SQ服从极值Ⅰ型分布。已知:抗力平均值μR=170.8 kN,变异系数δR=0.16;恒载平均值μSG=40 kN,标准差σSG=3.5;平均值μSQ=35 kN,标准差σSQ=6.0。求桩基的可靠性指标,表1为六次迭代的结果。其中,第一次与第二次求得的β值之差为:β2-β1=1.0638,大于允许误差。因此,还需进行迭代,直到第六次迭代得到的β6与第五次迭代得到的β5之差为0.0002小于允许误差,所以第六次迭代的β6=4.2508即为所要求的计算值。

表1可靠性指标迭代计算表

根据式(3)该桩基的破坏概率为

对于公路桥梁来说, 0.0012 %的破坏概率是可以接受的。因此,单从可靠性方面来说,设计是合理的。

结束语

随着社会的发展，复合桩基被广泛的应用于工程中，对于复合桩基承载力的概率分析方法的应用，在一定的程度上起到了推动作用，主要是通过对复合桩基由传统的定值设计方法向概率极限状态设计法过渡从而使其得到很好实现，复合桩基有很多的不确定因素，所以相对于它的研究也就更少，同时又正因为不确定因素的原因，因此从概率方面着手研究可能更有意义。

参考文献

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