深水沉箱-桩复合基础水平承载性能试验研究

摘要

以交通运输建设科技专题《水深大于50m特大型桥梁深水基础适宜结构型式及其设计方法研究》为依托，以琼州海峡为工程背景，在室内模型试验的基础上，结合相关分析计算理论，重点研究了深水设置沉箱-桩复合基础的水平承载性能，以及裙边对其水平承载性能的影响，提出水平抗力计算方法，并给出合理的控制措施。
　　设计了桩顶嵌固单桩、桩顶自由单桩、单体沉箱、沉箱-裙边，沉箱-桩、沉箱-桩-裙边等6组室内模型水平承载试验，通过单桩试验对比分析桩顶自由与嵌固在水平荷载作用下基本内力特性及承载规律，为后续试验做准备;带沉箱的各组试验相互对比得知沉箱-桩复合基础受水平荷载作用时，钢管桩始终表现出弹性桩的受力特点，说明当沉箱-桩复合基础自身强度足够时，其水平承载力应以泥面位移为控制条件;并且得到了前后排桩身内力及桩侧土抗力分布的一般规律;增设裙边能够减小桩身内力，并能有效控制沉箱-桩复合基础的水平变位等。
　　对目前关于沉箱-桩复合基础的理论的适应性和不足之处开展研究，然后分别采用玉置法、规范法、地基系数折减法及等效单桩法（GEP法）对试验模型进行计算，计算结果与试验值基本一致，但均比试验值小。对GEP法未考虑底部土抗力及侧摩阻力这一缺陷进行了修正，利用LPILE软件再对试验模型进行计算，其结果较修正前提高了约51％，更接近实测值，说明修正的GEP法更为合理，能推算群桩的荷载位移曲线，可实现荷载-位移相协调的设计。
　　利用修正GEP法和LPILE软件针对琼州海峡3000m级协作桥主塔的沉箱-钢管桩复合基础，在考虑7m冲刷、9m冲刷和不考虑冲刷三种工况下分别进行了计算，表明桩箱结合处是整个复合基础的薄弱点，在设计时应适当加强，冲刷对整个基础的水平承载力影响不大，设计时可不考虑沉箱的抗水平力作用，作为安全储备，上述试算结果对工程设计具有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 深水基础简介

1．3 深水沉箱-桩复合基础相关理论研究现状

1．3．1 水平承载桩基研究现状

1．3．2 沉箱(沉井)承载性能研究现状

1．3．3 其他相关理论研究现状

1．4 本课题主要研究内容

第二章 沉箱-桩复合基础水平承载模型试验研究

2．1 模型试验简介

2．2 试验目的和方案

2．2．1 试验目的

2．2．2 试验方案

2．3 试验设备、装置

2．3．1 混凝土试验槽

2．3．2 试验加载系统

2．3．3 数据量测及采集系统

2．3．4 钢管桩

2．3．5 试验模型

2．3．6 土的模拟

2．4 量测内容及方法

2．4．1 桩身应变量测

2．4．2 沉箱底部及侧面土压力量测

2．4．3 水平位移量测

2．4．4 加载与卸载

2．5 试验过程

2．6 模型试验成果处理方法

2．6．1 土压力计算

2．6．2 桩身轴力计算

2．6．3 桩身弯矩的计算

2．6．4 桩身位移计算

2．6．5 土抗力的计算

2．7 本章小结

第三章 室内模型试验成果及分析

3．1 单桩水平荷载试验

3．1．1 荷载位移关系

3．1．2 桩身弯矩

3．1．3 桩身位移

3．1．4 桩身剪力分布

3．1．5 桩侧土抗力分布

3．2 单体沉箱及带裙边沉箱水平荷载试验

3．2．1 荷载位移关系

3．2．2 沉箱底部及侧壁土抗力

3．3 沉箱-桩及沉箱-桩-裙边复合基础水平荷载试验

3．3．1 荷载位移关系

3．3．2 桩身弯矩分布规律

3．3．3 桩身挠曲

3．3．4 桩身剪力

3．3．5 桩侧土抗力

3．4 桩与沉箱水平荷载分担比

3．4．1 基底摩擦系数

3．4．2 试验装置摩擦系数测定

3．4．3 沉箱-桩复合基础

3．4．4 沉箱-桩-裙边复合基础

3．5 本章小结

第四章 沉箱-桩复合基础水平承载理论分析

4．1 水平承载单桩的计算方法

4．2 沉箱-群桩复合基础水平承载理论研究

4．2．1 群桩效率法

4．2．2 地基系数折减法

4．2．3 等效单桩法(GEP法)

4．3 沉箱-桩复合基础的理论计算

4．3．1 GEP法计算过程

4．3．2 计算结果分析

4．4 工程案例分析

4．4．1 工程背景介绍

4．4．2 理论计算

4．4．3 计算结果

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

附录

参考文献

致谢