独立柱基下承台、群桩与土共同工作机理研究

摘要

桩、土及承台共同工作是当前桩基研究的热点，“桩基础设计时，应结合地区经验考虑桩-土-承台的共同工作”是新地基基础规范提出的明确要求。由于岩土工程的区域性和岩土性质的不确定性，结合本地区的实际情况进行相应的研究，在一般规律的基础上探索本地桩基的受力机理和沉降特性，挖掘其承载力潜力，提高本地区的设计水平，从传统不考虑土的荷载分担的方法向考虑共同工作的新思路转变，促进共同作用理论的发展，有着十分重要的现实意义。 为了研究群桩基础中承台、群桩、和土的共同作用及其工作性状，首先在漳山电厂进行了天然地基、单桩原位载荷试验，同时进行了与实体建筑基础相同尺寸的四桩承台的原位载荷试验并埋设土压力盒及桩身传感器，分别对承台下基土反力、桩侧摩阻力等进行了测定，取得了可靠、有效的现场试验成果。其中首次在我省采用的四桩承台大型现场试验，其规模在全国也不多见。在随后进行的电厂工程建设中，选择了主厂房山墙下四组群桩基础，埋设了土压力盒、桩顶反力计和桩身传感器进行了实体工程测试，得到的结果与试桩结果一起为研究群桩共同工作提供了宝贵的实验资料。通过本文的研究，取得以下成果： (1)根据四桩承台试桩结果分析了桩、土与承台的相互作用特性，对承台下基土反力的分布、群桩基础中的荷载传递规律、荷载分担等进行了研究，并与单桩的情形进行了比较，得出在本次试验条件下的群桩效率系数为1.227。认为桩间土是能够分担荷载的，土反力随着承台沉降的发展而增加，在荷载未达到极限荷载前呈现内大外小的抛物线分布，之后呈现内小外大的马鞍形分布。 (2)通过对实体工程基础的测试，发现实体承台下土反力的发挥明显比试验承台下土反力的大，并且土反力基本上呈现内小外大的马鞍形分布，实测中土反力荷载分担比最终达到20％左右；通过分析对比，认为适当提高承台外区面积、缩小桩距会提高承台下土的荷载分担。承台下土荷载分担比随着工程的进展表现出动态的变化，总的趋势是随着荷载的增加而逐渐增加。在工作荷载下桩侧摩阻力最大值仍处在桩的下段，表明桩的承载力尚未完全发挥出来。 (3)通过对比试桩与实体条件下的土反力分布形式，认为基础埋深对承台下土反力有较大的影响。首次提出应对复合桩基进行承载力的深度修正，并推导出深度修正公式。通过对几组群桩的承载力值进行深度修正后，土的荷载分担比能增加13％～18％。 (4)在复合桩基刚度分布与调整的基础上，提出了适合独立柱基变刚度设计的布桩方式，即应采取中心布桩、适当缩小桩距、扩大承台外区的方式，这样能较充分利用承台下土的承载力，提高其荷载分担，进而减少用桩量，达到经济实用的效果。 (5)通过有限元模拟计算，从位移的角度分析了天然地基、单桩、无承台群桩及低承台群桩在竖向荷载作用下的不同工作性状。认为在群桩上部一定范围内，承台与群桩对桩间土的夹持作用使得这部分成为一个整体，在荷载作用下共同向下沉降。在此基础上首次提出了群桩基础的半整体工作模型。 (6)通过对不同深度条件下复合桩基在竖向荷载作用下的有限元模拟计算，发现承载力值与基础埋深的关系呈双曲线形，表明承载力的深度修正应该在一定的深度范围内进行，本次有限元计算得到此深度大约6.0m左右。 (7)最后总结本次研究成果，首次推导出群桩基础半整体工作模式的承载力计算公式，并计算了各群桩的极限承载力值和承载力设计值，通过与试桩结果对比，验证了该公式的正确性。

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述及选题

1.1桩基基本理论

1.2课题的意义及研究内容

第二章现场试验

2.1工程概况

2.2工程地质条件

2.3地基方案的优化设计

2.4现场试验方案与内容

2.5试验结果与分析

2.6结论

第三章独立承台群桩现场工程实体测试

3.1概述

3.2工程测试方案

3.3工程原位实测结果及分析

3.4小结

附图

第四章实体测试分析

4.1承台下土反力特性

4.2承台下土荷载分担影响因素

4.3桩顶荷载及其荷载传递特性

4.4荷载随沉降变化特性

4.5土反力的发挥及其系数

4.6小结

第五章复合桩基的深度修正

5.1概述

5.2天然地基承载力的深度修正

5.3复合地基之基础埋深修正

5.4复合桩基之基础埋深修正

5.5小结

第六章独立柱基工作机理分析

6.1竖向荷载下的共同作用

6.2独立柱基的变刚度调平设计

6.3独立柱基的三维有限元模拟

6.3.1计算方案

6.3.2本构模型

6.3.3边界条件

6.3.4计算假定及说明

6.3.5计算结果

6.3.6埋深修正有限元模拟

6.4小结

第七章半整体工作模式

7.1复合桩基的概念和设计思路

7.2半整体工作模式的概念

7.3半整体工作模式分析

7.4基于半整体工作模式的经验公式

7.5小结

第八章结论及进一步展望

8.1现场试验条件下的桩、土共同工作

8.2实体条件下的桩、土共同工作

8.3复合桩基的深度修正

8.4独立柱基工作机理分析

8.5研究展望

参考文献

附图

致谢

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