[发明专利]一种桩基的优化设计方法

说明书

本发明涉及土木建筑工程技术领域，尤其是一种桩基的优化设计方法，包括以下步骤：建立符合工程特点的复合地层桩基受力分析模型并确定各分层土体的几何参数、物理力学参数；计算桩基的轴力受力分布并进行桩基结构强度判断；计算桩基中性面深度；根据桩基的中性面深度判断桩基的承载模式，并确定桩基荷载的计算方法；在桩端不承载条件下，根据桩基的中性面位置进行桩基的设计参数优化；在桩端承载条件下，分别计算桩基的桩侧承载轴力分布、桩底受载大小及其分布，并根据上述参数优化桩基的设计参数满足安全要求。本发明的优点是：通过建立符合工程特点的复合软土地层桩基承载模式、设计计算方法，建立了复合地层桩基设计过程技术经济合理优化。

技术领域

本发明涉及土木建筑工程技术领域，尤其是一种桩基的优化设计方法。

背景技术

软土复合地层桩基设计是一个非常复杂的工程力学问题。涉及桩基的承载模式、桩土共同作用、安全性以及技术经济合理性等，现行设计规范中采用工程类比和摩擦承载模型设计桩基参数，并结合现场抽样试桩检验桩基工程的安全性。缺乏对桩基承载模式及其动态转化规律的正确判断及符合工程实际的桩体位移计算方法，设计中往往缺少桩基技术经济合理性优化，造成经济上的浪费或安全方面的不确定性和技术风险。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种桩基的优化设计方法，通过建立符合工程特点的复合软土地层桩基承载模式、设计计算方法，解决了桩基承载模式的定量评价、桩基受力及位移的合理计算模型和计算方法，从而建立了复合地层桩基设计过程技术经济合理优化。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种桩基的优化设计方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：建立符合工程特点的复合地层桩基受力分析模型并确定各分层土体的几何参数、物理力学参数；计算所述桩基的轴力受力分布并进行桩基结构强度判断；计算桩基中性面深度；根据所述桩基的中性面深度判断桩基的承载模式，并确定桩基荷载的计算方法；

在桩端不承载条件下，根据所述桩基的中性面位置进行所述桩基的设计参数优化；

在桩端承载条件下，分别计算所述桩基的桩侧承载轴力分布、桩底受载大小及其分布，并根据上述参数优化所述桩基的设计参数满足安全要求。

所述桩基的轴力受力分布通过下式计算：

式中，N_zm为桩基轴向受力、P为桩基的桩顶荷载、D为桩基的桩体直径、μ为泊松比、ψ_m为第m层内摩擦角、γ为容重、ΔH为土层厚度、E为桩底下部土体平均弹性模量、△H_i为第i层土体的厚度、γ_i和γ_m分别为第i层和第m层地层的土体密度、C_m为第m层土体粘聚力。

所述桩基的中性面的深度通过下式计算：

式中，Z⁰为所述中性面的深度、η，ξ为中间变量，P为桩基的桩顶荷载。