刚性长短桩复合地基变形刚度研究

摘要

长短桩复合地基是在复合地基的理论与实践不断发展的基础上出现的一种新型的地基处理形式。由于其既能满足工程上对地基承载力及变形的要求,又能达到节约资金的较好经济效果,在工程界得到越来越广泛的应用。但是,目前人们对长短桩复合地基的荷载传递机制及相互作用机理还处在初步研究阶段,相关研究还不够深入,设计理论还不够完善,尚处在初步探索阶段。
　　 本文主要采用三维有限元数值模拟与理论分析相结合的方法,从单桩复合地基、等长桩复合地基的荷载传递机制入手,研究复合地基,特别是长短桩复合地基中长桩侧摩阻力和端阻力与短桩侧摩阻力和端阻力发挥过程中的相互作用机理,进一步研究竖向荷载在长桩、短桩和桩间土之间的分配机制和变化过程；进而根据荷载传递机制及侧阻和端阻的作用机理,以单桩复合地基、等长桩复合地基的变形刚度为基础,建立长短桩复合地基的变形刚度。初步得到如下结论:
　　 (1)复合地基中桩侧摩阻力与桩侧土压力有关,当桩土产生相对滑动之后,桩侧摩阻力随着桩侧土压力的增大而增大；桩侧土压力与土体竖向应力有关,也就是与上部荷载在土体中的传递途径有关；
　　 (2)由于上部荷载向周围土体中扩散,单桩复合地基中,上部荷载向下传递的深度有限,桩侧土压力受上部荷载影响不大,桩侧摩阻力受上部荷载影响也不明显；群桩复合地基中,角桩、边桩、中心桩的桩侧土压力受上部荷载的影响深度逐渐增大；而不考虑承台外土体的群桩复合地基中心桩桩侧土压力全长受到上部荷载的影响,桩侧摩阻力与桩侧土压力有相同的变化趋势；
　　 (3)桩端阻力的发挥除了与桩端土体性质有关外,还与桩侧摩阻力有关。在桩侧摩阻力达到极限值之前,增加的上部荷载由桩侧摩阻力和桩端阻力共同承担,桩端土应力增加较缓慢；当桩侧摩阻力达到极限值以后,不能再承担新增加的上部荷载,所以新增加的上部荷载只能有桩端土承担,此后桩端土应力增加较快；
　　 (4)长短桩复合地基中,桩侧摩阻力的发挥也与桩侧土压力有关,端阻力发挥与侧阻和上部荷载有关。长桩的侧阻和端阻大于短桩,桩土应力比也大于短桩,并且随着短桩桩长的减小,长桩端阻增大,桩土应力比增大,而短桩端阻和桩土应力比减小；
　　 (5)长短桩复合地基中,水平方向的加固范围,长桩大于短桩,并且随着短桩长度的减小,短桩在水平方向的加固范围逐渐减小；
　　 (6)最后,在模拟分析单桩、等长桩复合地基变形刚度的基础上,本文给出了长短桩复合地基变形刚度的计算方法。