超大直径嵌岩桩基础整体受力体系分析

摘要

超长大直径群桩基础广泛应用于大型桥梁工程和超高层建筑等重要工程当中，其受力比较复杂，现行的规范设计方法都无法准确的反映其受力特性，随着基础建设的不断进行，亟需对这种群桩基础的分析与设计进行更深入的研究。群桩基础一般由承台和其下的基桩组成，所以承台及其下基桩的分析与设计必然也成了分析群桩基础的关键。本文基于湖南赤石特大桥的工程背景，在收集国内外资料的基础上，应用有限元法对赤石特大桥群桩基础进行了数值模拟研究，把上部墩身底部，群桩基础，土三者进行了综合考虑，在这种整体性建模的情况下，分析了群桩基础的整体承载特性。同时在湖南赤石特大桥的现场布置试验仪器进行了针对群桩基础的现场试验。
　　本文首先介绍了超长大直径嵌岩桩，超长大直径群桩基础厚承台的国内外研究现状，以及两者目前研究还需解决的问题。
　　然后总结归纳了国内外对于厚承台设计的各种方法。并结合赤石特大桥群桩厚承台的工程实际背景，给出了由各种规范及方法算出的承台极限承载力，并进行分析比较。
　　其次根据赤石特大桥试桩资料分析了超长嵌岩桩的承载特性，通过对试桩结果进行数值模拟研究，反演分析群桩基础其下土层的主要关键参数，运用其参数进行了赤石特大桥群桩基础的数值模拟。研究了赤石特大桥群桩基础在竖向荷载下的整体受力特性，从群桩基础整体荷载沉降特性，桩顶轴力的分布，桩顶轴力最大值(最小值)与平均值的比值随承台荷载的变化规律，桩顶轴力随承台荷载的变化，基桩桩顶沉降随桩顶轴力的变化规律五个方面对赤石特大桥群桩基础的整体承载特性进行了分析。根据有限元分析得出的承台内部的压应力流及拉应力流，建立了厚承台传力的空间桁架模型。对空间桁架模型进行内力的分析求得基桩的反力，与有限元分析得出的桩顶反力进行分析比较，验证空间桁架模型的合理性。同时对持力层刚度的变化，承台厚度的变化及上部墩身形状对赤石特大桥群桩基础的整体受力特性的影响进行了研究。
　　最后介绍了现场试验的方案及现场试验的具体工作，通过对现场试验已测出的试验数据进行整理，分析了赤石特大桥6号墩和7号墩共12根基桩的承载特性，分析了7号墩承台内部的受力特性，初步验证了厚承台传力的空间桁架模型理论。