埕岛刚性桩可靠度研究

摘要

由于岩土和桩基工程的特殊性和复杂性,可靠性设计理论在桩基工程中的应用尚不成熟,而埕岛地区大规模工程建设起步较晚,技术落后,实践不足,区域性理论和实验研究滞后。桩基可靠度与当地岩土性质密不可分,具有强烈的地域性,不同地域土性参数的不确定性和土层剖面概率模型的建立和描述,是桩基工程可靠度分析中的关键和难点,也是桩基可靠度地域性的根本原因。刚性桩作为目前在沿海及三角洲地区软土地基中应用最广的桩基型式,其承载力的传递机理、变形沉降与桩周土密切相关,而该地区软土独特的工程性质,对桩基可靠度有重要影响。
　　 软土在该地区分布较为广泛,其工程特性一般表现为含水量高、强度低、压缩性大以及渗透性低等特点,但研究资料是短期代表性不足的,理论是简单粗浅的,数据是零散的,实践是局部的。文章在对该地区软土系统全面调研基础上,补充必要现场试验,以现代数理统计分析为手段,对软土物理力学性质参数进行了详实的统计分析;系统研究了软土物理力学参数间的相关性,并得出参数间的相关方程,得出了该地区地域性软土的力学模型;结果可以作为该地区检验室内外试验指标的参考依据,指导工程实践,是桩基可靠度研究的基础。
　　 在该地区软土工程特性研究成果基础上,文章从理论和试验两个角度,以成孔灌注桩、钢桩和粉喷桩三种刚性桩型为例,对该地区单桩承载力及其影响因素和相关性进行了系统研究。影响桩.土间滑移的主要因素有桩顶的荷载、桩体的密度、桩-土体间的粘聚力、桩-土间的摩擦系数;影响桩侧摩阻力的主要因素有桩顶的荷载、土体的内摩擦角、桩体的密度、桩-土间的摩擦系数、土体的密度;影响桩端应力的主要因素有桩-土体间的粘聚力、桩-土间的摩擦系数。从而建立了该地区桩-土模型和可靠度模型,结果可以作该地区桩基设计评价依据,指导工程实践,解决桩基测试过程复杂,周期长,成本高,样本少,代表性差的问题。
　　 对粉喷桩复合地基进行了静荷载试验、桩土应力比测试,不同龄期的单桩载荷试验试验,水泥土室内强度等试验研究,确定粉喷桩复合地基承载力及桩土应力比等重要设计参数,对粉喷桩单桩承载力的时间效应进行了系统研究。通过数据分析理论推导,得出了该地区单桩复合地基和多桩复合地基的桩土应力比变化趋势和桩土应力比主要分布。
　　 结合该地区静载试桩资料,分析了桩基的工作机理;运用可靠度理论,结合有限元方法和非线性有限元,采用蒙特卡洛法进行桩基的可靠度数值模拟,分析了影响可靠指标的主要因素,对数值模拟荷载与沉降曲线与现场载荷试验得到的曲线进行比较分析,进行适当的参数调整,反演分析,对单桩可靠度进行了研究。结合现场试验和桩基检测资料,详细研究了“群桩效应”,即群桩可靠度。
　　 在该地区单桩和群桩可靠度研究上,借鉴非线性有限元优化方法,基于目标函数对设计变量的敏感程度,对粉喷桩复合地基进行优化设计研究。在现行规范满足强度和变形要求可靠度的前提下,以水泥用量为目标函数,以实际工程为例,分析设计变量对复合地基承载力及沉降的影响程度,计算得出设计变量桩长、置换率和水泥掺入比三者之间的最优化组合,为该地区桩基工程实践提供了有益的参考。