将可靠度理论应用于复合地基早已引起了工程界的广泛关注, 但目前大多数研究仅停留在桩基承载力极限状态的可靠性研究方面, 对复合地基沉降控制的可靠性研究很少涉及。前任对于单桩的沉降, 曾采用一次二阶矩随机有限元法、二次二阶矩法研究了柔性桩沉降的可靠度, 但没有涉及变形在空间的分布特性的影响, 具有一定的盲目性, 在某些情况下的误差较大。鉴于此, 本文建立了复合地基沉降随机可靠度的计算模型, 把计算参数视为随机变量, 以目标可靠度为控制指标去指导复合地基的设计。
结构可靠度分析的前提是建立极限状态方程并确定基本变量。复合地基沉降极限状态, 是指复合地基在满足承载力有足够安全度的前提下, 在外荷载作用下产生的总沉降达到或超过上部结构正常使用或耐久性能的规定的建筑物沉降量。
复合地基的沉降极限状态方程为:
式中:SR为复合地基容许沉降值;
S为复合地基总的沉降量。
(1) 桩身截面参数PA、UP, 桩长L, 桩数n, 垫层底面积CA等一般都是事先设计给定的, 并且施工后变异很小, 可视为设计常量;土的重度γ变异性很小, 将其视为常量;为简化起见, 荷载效应SG视为常量;桩基沉降经验系数ψ、群桩等效沉降系数ψe、沉降计算经验系数ψs及垫层上路堤自重G的变异性较小, 视为确定性变量;群桩效应系数ηs, ηp是由设计直接给定的, 也视为常量。
(2) 土的压缩模量E si, Esj变异较大, 视为随机变量;桩周土极限侧阻力fsi和极限端阻力fp为随机变量, 其中fsi服从正态分布, fp服从对数正态分布;荷载效应SQ的变异性不可忽视, 视为随机变量处理。
(3) 容许沉降量sR视为定值, 但视不同的情况取值不同。
(4) 功能函数RS-P0'⋅ψS⋅ξC1-P0⋅ψ⋅ψe⋅ξC2=0
有了上述式子, 可以通过编制程序求解复合地基沉降的随机可靠度。
通过迭代计算可以求得可靠性指标, 用迭代框图可以表示为 (图1) 。
山东济菏高速公路某合同段台背路基采用粉喷桩进行加固, 粉喷桩直径为50cm, 三角形布设, 桩长8m;桥头过渡段采用钢筋混凝土搭板, 搭板长8m, 桩间距150cm;地下水位3m~3.5m。路堤截面如图2。
经过计算, 含桩层以下第五层土底面的附加应力与自重应力之比为0.234>0.2, 亚粘土底面的附加应力与自重应力之比为0.168<0.2, 所以含桩层以下的压缩层应计算到亚粘土层。本工程的路桥过渡段设有搭板, 容许沉降量[SR]=12.4cm=0.124m。
根据上述思路编制复合地基沉降可靠度MATLAB程序, 算得该复合地基沉降的可靠性指标为2.2, 失效概率为Φ (-β) =1.39%, 可靠概率为98.61%。
(1) 可靠度理论可以作为桥台粉喷桩复合地基可靠性的计算方法, 且计算精度满足工程要求。
(2) 实践证明, 利用随机可靠度模型来评价复合地基的可靠度要比传统的方法更加完善、更加适用于桥台粉喷桩复合地基的可靠性。
(3) 为了保证对桥台粉喷桩复合地基做出的可靠性评价准确、可信, 大量数据的数据采集工作是不可少的。
摘要：应用可靠度理论对桥台粉喷桩复合地基进行随机可靠度分析, 方法采用一次二阶矩法。通过编制复合地基沉降可靠度MATLAB程序, 计算出了某高速公路路堤极限状态的可靠度及相应的失效概率。说明可靠度理论可以作为桥台粉喷桩复合地基可靠度的计算方法。
关键词：粉喷桩,沉降,可靠度
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