高层建筑长短桩复合地基技术应用及理论探讨

高层建筑长短桩复合地基技术既可以提高地基承载力,又可以减少沉降,经济性好、安全性高,有良好的发展前景。针对该技术的特点,作者参照近年来国内外的工程应用和研究情况以及自己的研究成果,确定了该技术的主要影响因素,主要为褥垫层厚度、长桩的长度及置换率、短桩的长度及置换率、上部结构刚度,并对这些因素在沉降和荷载分担比上进行探讨,得出有益结论。结论如下:褥垫层厚度对筏板底的差异沉降基本不影响,平均沉降则随之增大略有增加,但有一定的极限;当褥垫层厚度在一定范围内时,长桩荷载分担比随褥垫层厚度的增大而显著减小,土体显著增大,短桩荷载分担比有所增大,继续增加褥垫层厚度后,各部分荷载分担比趋于稳定;长桩长度对筏板底的差异沉降影响有限,其增幅缓慢,平均沉降则随之减小;长桩荷载分担比随长桩长度的增加而增大,土体和短桩则随之减小,但有一定极限;长桩置换率超过一定范围后,对筏板底沉降和桩土荷载分担比影响不明显;短桩长度和短桩置换率对筏板底沉降和桩土荷载分担比影响较小;上部结构刚度对筏板底差异沉降和桩土荷载分担比影响较小,筏板底的平均沉降随上部结构刚度增大而增大,随后增幅变缓。这些结论可为该类型复合地基的设计和应用提供参考。     

垫层厚度对长短桩复合地基性状影响的试验研究

为了研究垫层厚度对长短桩复合地基工作性状的影响,在室内模型试验的基础上,对无垫层2、cm垫层和5 cm垫层三种情况下长短桩复合地基的荷载与沉降的关系、桩土应力比、荷载分担比等问题进行了分析,结果表明,长短桩复合地基的沉降量随着垫层厚度的增加而增加;长桩桩土应力比随垫层厚度的增加而减小,短桩桩土应力比的变化不如长桩明显;无垫层时,长桩荷载分担比较大,桩间土和短桩荷载分担比很小,铺设垫层后,随垫层厚度的增加,长、短桩荷载分担比都逐渐减小,桩间土荷载分担比逐渐增大。     

长短桩复合地基荷载分担比的试验研究

为了研究长短桩复合地基竖向荷载分担比的变化规律,在室内模型试验的基础上,对不同桩间距、垫层厚度、长桩长度、短桩长度、长桩模量和短桩模量等情况下长短桩复合地基荷载分担比的变化性状进行了分析。结果表明,随桩间距的减小,长桩和短桩的荷载分担比均增大,桩间土的荷载分担比减小,通过减小桩间距来提高长桩荷载分担比是不经济的;随垫层厚度的增加,长桩的荷载分担比减小,桩间土的荷载分担比增大,短桩的荷载分担比变化较小,垫层的设置能明显改善桩、土荷载分担的分配;随长桩长度的增加,长桩的荷载分担比增大,桩间土的荷载分担比减小,短桩的荷载分担比变化较小,增加长桩长度能一定程度提高长桩荷载分担比;短桩长度对荷载分担比的影响较小;随长桩模量的增大,长桩的荷载分担比增大,桩间土的荷载分担比减小,短桩的荷载分担比变化较小,增加长桩模量能显著提高长桩荷载分担比;随短桩模量的增大,长桩的荷载分担比减小,短桩和桩间土荷载分担比均增大,增加短桩模量对荷载分担比分配有一定影响。     

筋箍碎石桩复合地基桩土应力比的计算与分析

针对筋箍碎石桩复合地基的受力变形特点,考虑桩-土的初始应力状态,假定桩为具有恒定剪胀角的弹塑性体,且满足摩尔库伦屈服准则与非关联流动法则,土体和加筋体为线弹性材料,考虑桩-筋材-土三者间相互作用,导得了筋箍碎石桩复合地基桩土应力比计算新公式.为验证本文计算公式的可行性,将本文方法计算结果与弹塑性极限分析方法结果进行对比分析,两者吻合良好.在此基础上,分析探讨了筋材刚度、桩周土变形模量、面积置换率等因素对筋箍碎石桩复合地基桩土应力比的影响.分析结果表明:筋材刚度是桩土应力比的主要影响因素,桩土应力比随筋材刚度、面积置换率、桩体内摩擦角的增大而增大,随着桩周土变形模量和桩体剪胀角的增大而减小.     

夯实水泥土楔形桩复合地基工作性状试验研究

针对软土地基中的夯实水泥土桩复合地基,分别进行1组圆柱形桩和3组不同楔角楔形桩的9桩复合地基对比试验,研究这4组复合地基在相同条件下的桩－土平均沉降差、桩体应力、平均桩－土应力比、平均沉降随荷载变化的规律.研究结果表明:夯实水泥土楔形桩能有效地调节桩－土沉降差和地基沉降,提高地基承载力:增大楔形桩的楔角能使桩体较早地发挥其承载性能:在一定荷载范围内,夯实水泥土楔形桩复合地基的平均桩一土应力比夯实水泥土圆柱形桩复合地基的平均桩一土应力比大:随着荷载的增加,桩体所分担的荷载是有限的,夯实水泥土楔形桩复合地基的平均桩－土应力增长趋于稳定或下降,即楔形桩的倾斜侧壁能有效地缓解桩体应力集中现象.     

基于厚壁圆筒模型的筋箍碎石桩沉降计算

为解决现有方法难以考虑加筋材料实际受力状态而低估筋箍碎石桩复合地基沉降的问题,假设桩土等应变且均为线弹性材料,选取单桩有效加固单元整体作为分析对象,其中碎石桩同时受到加筋材料和土环的约束作用,而土环则可以考虑为同时受到单桩有效加固范围外土体的静止土压力和内部碎石桩鼓胀压力共同作用的厚壁圆筒,再结合广义胡克定律得到应力应变关系,进而导出了筋箍碎石桩复合地基沉降计算的新方法.采用工程实例验证并与已有方法进行比较,同时分析了外荷载水平、置换率对复合地基总沉降和桩土应力比的影响.与已有方法相比,该方法可以使上部荷载和筋箍碎石桩侧向受力变形联动进而调整加筋材料内力,从而更符合筋箍碎石桩实际受力变形情况,计算值与实测值相对误差为+5.70%,与现有保守计算方法相比误差最小.参数分析表明:置换率对于控制复合地基总沉降具有重要作用,外荷载一定时复合地基总沉降与桩土应力比均随着置换率提高而减小.     

基于厚壁圆筒模型的筋箍碎石桩沉降计算

为解决现有方法难以考虑加筋材料实际受力状态而低估筋箍碎石桩复合地基沉降的问题,假设桩土等应变且均为线弹性材料,选取单桩有效加固单元整体作为分析对象,其中碎石桩同时受到加筋材料和土环的约束作用,而土环则可以考虑为同时受到单桩有效加固范围外土体的静止土压力和内部碎石桩鼓胀压力共同作用的厚壁圆筒,再结合广义胡克定律得到应力应变关系,进而导出了筋箍碎石桩复合地基沉降计算的新方法.采用工程实例验证并与已有方法进行比较,同时分析了外荷载水平、置换率对复合地基总沉降和桩土应力比的影响.与已有方法相比,该方法可以使上部荷载和筋箍碎石桩侧向受力变形联动进而调整加筋材料内力,从而更符合筋箍碎石桩实际受力变形情况,计算值与实测值相对误差为+5.70%,与现有保守计算方法相比,误差最小.参数分析表明:置换率对于控制复合地基总沉降具有重要作用,外荷载一定时复合地基总沉降与桩土应力比均随着置换率提高而减小.     

粉土中刚性长短桩复合地基承载力发挥度参数影响研究

通过有限元分析,研究了相同承台板沉降下短桩桩长、桩径、桩间距、褥垫层厚度变化对长短桩复合地基中桩与土承载力发挥度的影响.研究表明:相同承台板沉降下,增加桩长、桩径、桩间距,减小褥垫层厚度会提升长短桩复合地基承载力.短桩桩长变化对长、短单桩承载力发挥度的影响较小.增加桩径和褥垫层厚度,会提高单桩承载力发挥度.随桩间距增大,长桩单桩承载力发挥度增加,短桩单桩承载力发挥度减小.短桩桩长、桩间距、褥垫层厚度增大,桩间土承载力发挥度增加;增加桩径,桩间土承载力发挥度减小.     

包裹碎石桩在粉质黏土地基中的承载特性研究

为了探究包裹碎石桩对粉质粘土地基的加固效果,本文基于模型试验和数值模拟方法,对包裹碎石桩与传统碎石桩复合地基承载力特性进行了研究,并分析了碎石模量、碎石内摩擦角和土工格栅刚度等参数对包裹碎石桩复合地基承载及变形的影响。结果表明：传统碎石桩复合地基在荷载小于20kPa时,沉降增大不明显。当荷载大于30kPa时,沉降迅速增大,复合地基失稳破坏;在一定的粒径范围内,相同级配下,碎石粒径越大,碎石桩整体变形越小,承载能力越高;包裹碎石桩的碎石模量在高应力状况下,对复合地基沉降的影响效果较为明显。当桩土模量比大于30时,其对复合地基的沉降影响逐渐减弱;增大碎石内摩擦角能有效增大桩土应力比,并提高桩身应力传递效率。随着内摩擦角的增大,复合地基的沉降逐渐减小,在高荷载水平下,其影响效果更加明显;土工格栅的包裹能减少复合地基沉降,但影响程度有限,当包裹刚度J>1000kN/m时,对沉降的影响逐渐减弱。     

埕岛粉喷桩复合地基应力比试验

桩土应力比是反映桩体和桩间土协同工作的重要指标,也是复合地基承载力和沉降计算的重要参数,与地基土的物理力学性质密切相关,影响因素复杂。结合某大型工程,首次对埕岛软土上粉喷桩复合地基进行大型应力比试验,得到埕岛粉喷桩复合地基应力比随荷载、时间、褥垫层厚度、褥垫层刚度的变化规律,并进行有限元分析,对两种结果进行对比。结果表明:粉喷桩复合地基桩土应力比值没有时间效应;粉喷桩复合地基桩土应力比与褥垫层厚度负相关,一定厚度褥垫层可协调桩土工作,宜试验确定最佳厚度范围;应力比与褥垫层弹性模量正相关,模量达到某一值时桩土应力比不再变化,应根据桩体材料选用适当弹性模量褥垫材料;该地区粉喷桩复合地基桩土应力比主要分布在6.5～9.0。     

基于DUNCAN-CHANG模型的刚性桩复合地基沉降变形分析

为研究影响刚性桩复合地基沉降的影响因素,对刚性桩复合地基进行室内压缩试验,基于DUNCAN-CHANG模型利用有限元软件对不同桩长、不同桩径、不同褥垫层厚度和不同桩数(相同置换率)等影响刚性桩复合地基沉降的主要影响因素进行数值模拟.结果表明:随着桩长和桩径的增加,刚性桩复合地基沉降减小,控制桩长比控制桩径对刚性桩复合地基沉降影响效果更加显著,桩侧正负摩阻力的分界点大致在0.4～0.6倍桩长范围内变化,桩土应力比则是在15～17之间变化;当褥垫层厚度较小时,对桩侧摩阻力和桩土之间的受力调节效果不明显,而褥垫层厚度较大时,造成的总体沉降增大,在实际工程中应对褥垫层厚度进行合理设计,建议采用30～50cm.     

桩承土工格栅加筋垫层复合地基力学变形特性三维数值分析

桩承土工格栅加筋垫层复合地基作用机理复杂,设计计算主要以经验为主,给设计与施工带来盲目性。采用有限元分析软件Ansys,建立群桩三维模型,对其力学变形特性进行了分析,结合工程实例,将数值模拟结果与现场监测结果进行比较分析,两者较为吻合。结果表明：桩与桩端土均具有最优弹性模量;桩土最大应力比在桩顶下某一深度,桩身最大轴向应力在桩顶下中性点,由于应力集中,在桩端处两者均突然减小;桩端土刚度在离桩底某一深度范围对桩土应力比产生影响;加筋垫层刚度仅在其下某一深度范围内对桩间土应力产生影响,刚度较小时对应力比的调节作用更明显;加筋垫层尺寸对桩身轴向应力和桩侧摩阻力都产生显著影响,桩顶下0.3倍桩长处最显著。     

褥垫层对CFG桩复合地基加固作用的分析研究

褥垫层的设置对CFG（水泥粉煤灰碎石桩）复合地基的沉降特性有着较大影响,本文以广梧高速公路十八合同段k131＋010的CFG复合地基为实例,通过对褥垫层的作用机理进行详细讨论,得出最小褥垫层厚度公式,并运用三维有限差分程序FLAC-3D模拟了在不同褥垫层参数下CFG桩复合地基的沉降量及桩土应力比值．通过对模拟结果的分析表明,合理的褥垫层设计对桩土共同承担荷载起着重要的调节作用,可减少用桩数量,提高地基加固的效果．     

变刚度刚性桩复合地基上筏板基础的计算方法

建立了变刚度刚性桩复合地基的桩-土体系近似分析模型,并采用无单元法模拟筏板,有限元方法模拟褥垫层,将三者耦合建立了刚性桩复合地基筏板基础的一种计算方法.根据大比尺模型实验的结果,对该方法的合理性和可行性进行了论证.     

混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基承载特性分析

为了探讨混凝土芯水泥土搅拌桩群桩基础在软土地基中的受力特征,以及褥垫层的移动趋势,进行混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基加固软土地基的室内模型试验。通过监测分级荷载作用下复合地基的沉降和桩顶、桩底以及桩间土不同位置的应力分布的变化来探讨复合地基承载特性。对桩顶平面处A桩周围土层表面埋设标志物,分析了褥垫层材料的移动态势和桩间土体的沉降量的规律。试验结果表明:复合地基在上部荷载作用下,加载初期是由桩来承担大部分上部荷载;由于褥垫层的调节作用,桩顶面处的桩土应力比逐渐增大,达到峰值后比值有所减小直到趋于稳定。混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基在上部荷载作用下的沉降曲线(P-S曲线)为缓变型;褥垫层向群桩所围成几何图形的中心移动,桩周土的水平位移和竖向沉降都以桩为中心呈现由近及远不断减少的趋势。研究结果为工程实践提供了有益的参考。     

桩土荷载分担比量化的概率模型

运用随机理论,基于二维模拟实验,对刚性桩复合地基褥垫层材料中应力场的分布规律进行了细观研究。结果表明:桩体刺入时,褥垫层在不断的自组织搭拱中产生了一个应力转移的过程;垫层的刚度、材料各向异性的程度与桩土应力比成正比,来源于搭散粒拱、应力的横向转移,力链伸向桩体。探讨了一个简化的量化荷载分担比的概率模型,为更好地研究刚性桩复合地基的可预测性以及其它多种材料组合系统结构的预报研究提供了参考和借鉴。