先进制造技术

一种戴帽单桩荷载‑沉降计算方法，包括戴帽桩受力模型分析，根据力学模型获得戴帽桩的桩帽力学平衡条件；基于改进剪切沉降方法获得由桩顶集中荷载和桩帽下方土体均布荷载共同作用产生的带帽桩桩侧总摩阻力；通过积分求解进一步计算得出与桩侧总摩阻力有关的桩身沉降沿深度分布的公式，随即获得带帽单桩荷载与沉降之间的关系。本发明在应对桩‑土相互作用下的戴帽单桩荷载‑沉降计算方面提出了更加高效和精确的方法，丰富了戴帽桩地基的研究内容，为指导工程实践和软土地基加固等方面节约时间和经济成本。

戴帽桩由桩身和桩帽组成，桩身一般为混凝土材料刚性桩体，如灌注桩、预应力管桩、劲性体桩和预制桩等。桩帽多为混凝土桩帽，也可采用钢质桩帽。当采用混凝土制作桩帽时，需要对桩帽进行抗弯承载力和抗剪承载力验算，避免使用素混凝土桩帽。当带帽桩受荷发生沉降时，由于上部荷载的压紧作用，使桩帽和桩身一起向下产生沉降，桩帽下土体因此会受到桩帽的压力，从而能够分担一部分上部荷载。桩帽增大了桩顶与垫层的接触面积，因而能降低作用于桩顶的应力水平，从而减小桩顶进入垫层的刺入量。

戴帽桩常用于地基加固和处理方面。桩帽下土体分担部分荷载一方面使带帽桩承载力与无帽桩相比有所提高，另一方面也使戴帽桩身与周围土体之间的相互作用与无帽桩的情况有所不同。荷载‑沉降关系是桩‑土相互作用的宏观体现，目前对无帽桩‑土相互作用已有较为成熟的理论，但对带帽桩，特别涉及戴帽桩的荷载及沉降关系的研究较少。此外，研究表明带帽桩地基整体沉降小于同条件下无帽桩地基，桩帽对调节桩土沉降差有较好的效果。虽然，在桩‑土相互作用下，戴帽桩的受荷沉降所使用的桩基方法和桩帽间土体方法存在一定的优势，但是二者都是通过基于土体弹性半空间理论的Boussinesq解法计算附加应力，并且前者(桩基方法)在计算过程中存在诸多不确定性，后者(桩帽间土体方法)在确定桩间土体分担荷载时存在困难，特别是桩土应力比难以准确计算，因此其适用范围也非常受限。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明计算方法基于对戴帽桩和土相互作用特征，将整个均布荷载看成桩帽传给桩身顶部的集中荷载Pt以及通过桩帽传递到桩帽下土体顶部的均布荷载q1两部分来建立带帽桩受力模型，创造性地提出通过桩帽传递到桩帽下土体顶部的均布载荷q1引起的桩侧摩阻力τ1(z)，而不考虑桩帽侧面的侧摩阻力，考虑q1引起的桩侧摩阻力τ1(z)来获得戴帽桩桩侧总摩阻力τ(z)，来实现戴帽单桩荷载‑沉降的计算，适用范围广，尤其适用于所有采用戴帽桩进行地基处理时的荷载‑沉降计算，方法简单，易于理解和计算，经验参数少，大部分数据均可通过实验或理论推导获得，便于实际的工程应用，减少了对经验参数的依赖性。该方法计算结果更接近工程实测数据，可靠性高。