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。     

地基刚度对 L形带裙房高层建筑结构-基础-地基共同作用的影响

建立了某实际工程L形带裙房高层建筑三维分析模型,采用分层地基模型模拟地基土,引入缝连接单元,对不设缝带裙房高层建筑进行了上部结构-桩筏基础-地基共同作用分析,主要讨论地基刚度的变化对上部结构和桩筏基础的影响,研究表明:竖向荷载作用下,当地基刚度增大时,上部结构中心区和翼缘区的边柱和角柱轴力减小,而中柱的轴力增大,趋向于非共同作用;主楼与裙房基础的平均沉降随着地基刚度的增加而减小,但当地基刚度增大到一定情况时影响减弱;主楼与裙房各自的沉降差也随地基刚度的增加而减小,减小幅度趋于平缓;随着地基刚度的增加,其桩顶反力曲线趋缓,也即桩顶反力逐渐变得均匀.     

变刚度布桩群桩基础的承载特性

针对大规模的等刚度群桩基础中不同位置的桩易出现蝶形差异沉降、桩顶反力马鞍形分布、承台弯矩增大等问题,采用有限元模型和数值计算方法研究等刚度九桩在施加均布荷载时的沉降、桩顶反力、荷载分担比等问题;通过改变群桩桩长、桩径、桩距、承台厚度建立4组单变量模型,与等刚度群桩模型的沉降、桩顶反力、桩土荷载分担比等数据进行对比,研究变刚度群桩对于差异沉降控制的作用。结果表明,群桩模型的中心桩所受承载力及沉降最大,在变刚度设计中增加中心桩桩长及桩径时,群桩差异沉降控制效果较好。     

刚性筏板下群桩基础共同作用实用分析方法

为了分析实际工程中大规模桩筏基础荷载分担及沉降特性,基于桩-土-筏相互作用理论提出了在竖向荷载作用下考虑土体弹塑性的刚性筏板下群桩基础共同作用的实用分析方法.桩-土-筏相互作用包括桩-土、桩-桩、筏-土和桩-筏相互作用,土体弹塑性考虑了土体模量的双曲线型变化特性.通过对不同尺寸条件下桩筏基础现场实测案例进行分析,介绍了计算过程中相应土体参数的取值方法,并基于基础沉降及桩-土荷载分担比实测和计算值对比结果,验证了该计算方法用于分析实际工程中大规模桩筏基础的合理性.同时基于某工程桩基优化分析,其计算结果表明:考虑筏板的荷载分担能显著降低桩基用量,桩数降为原设计1/3左右时,基础沉降并不会显著增加.     

高层建筑长短桩复合地基性状有限元分析

通过由长短桩复合地基处理高层建筑软弱地基的工程实例,利用有限元法分析了不同的上部结构刚度、长桩长度、长桩置换率、短桩置换率对长短桩复合地基的平均沉降、差异沉降、桩土应力比、桩土荷载分担比所产生的影响及规律。结果表明:上部结构刚度的变化对复合地基性状的影响是有限的;长桩长度在控制平均沉降,改变地基承载力和改善桩顶应力集中方面影响显著;长桩置换率存在一定的合理取值范围;短桩置换率的变化对桩土应力变形影响不大。分析结果能为长短桩复合地基进一步优化设计提供参考。     

传统设计的桩基沉降与反力分布机理及对策分析

通过深入分析桩基沉降组成、应力传递机制、附加应力分布、施工过程中上部结构刚度的形成及其架越效应，揭示了传统设计的桩基蝶形分布沉降与马鞍形分布反力形成的机理．均匀等刚度布桩是蝶形沉降的根源，桩顶反力马鞍形分布主要缘于地基蝶形差异沉降及基础和上部结构的刚度效应．有针对地提出了减轻这种不利分布影响的概念设计对策．     

深厚软土地基桩筏基础筏板厚度承载特性试验

为了获取内陆深厚软土地区桩筏基础复合地基承载特性,通过几何相似比为1∶10的物理模型试验研究和数值模拟,在试验中对基础的沉降、土压力、筏板内力及桩顶反力等数据进行采集,研究了不同工况下内陆深厚软土地基桩筏基础不同筏板厚度的承载变形特征.结果表明:桩筏基础的沉降分为3个阶段:线性阶段、非线性阶段和破坏阶段;加大筏板厚度对于筏板相对刚度具有较大影响,筏板相对刚度处于刚性状态时加大筏板厚度能有效降低总体沉降,并减少差异沉降;加大筏板厚度后,筏板和板下土体更多地承担了荷载;板下地基反力呈现四周大、中心小的趋势.     

位移调节器用于混合支承桩基础的模型试验

为了研究位移调节器对混合支承桩筏基础的桩-土-筏板共同作用的影响,通过2组室内模型试验对安装调节器桩筏基础的作用机制进行对比分析。结果表明:桩筏基础设置位移调节器后,受荷时桩顶向上"刺入",桩顶一定范围有负摩阻力分布;和常规桩基础相比,设置位移调节器改变了桩筏基础的荷载传递规律;合适刚度的调节器不仅可以充分发挥地基土承载力,而且可以优化摩擦-端承混合桩基支承刚度,减小筏板的差异沉降。     

筒体-桩筏-地基土共同作用非线性数值分析

考虑上部结构、基础与地基土三者共同作用,以及土的弹塑性性质,采用中厚板理论分析筏板,建立了全三维有限元模型,对筒体结构下桩筏基础受力作了非线性数值分析。通过对弹性模型和弹塑性模型计算结果的比较,明确了非线性分析的意义。研究了地基土应力、应变随荷载的变化情况及桩顶反力分布的发展过程,并指出筏板厚度的增加并不总是使桩顶反力趋于不均匀。同时,讨论了土塑性及基础沉降曲面形状对桩筏基础工作性状的影响。     

桩筏复合结构加固高速铁路深厚软基长期性状的现场试验研究

结合杭甬高速铁路上虞北站深厚软土地基处理加固工程,开展典型路基断面桩筏复合结构长期工作特性的现场试验研究,测试获得筏板变形、地基沉降、桩顶反力、筏板钢筋应力及筏板下土压力随时间的变化规律。研究结果表明:桩筏复合结构可以满足深厚软基高铁无砟轨道工后沉降控制要求;筏板沉降沿路基横向呈现中心大、边缘小的分布形式,桩顶反力则沿筏板横向呈边缘大、中间小的马鞍形分布;铺轨6月后,筏板的累计工后沉降仅为0.48 mm,边缘处桩顶反力约为平均桩顶荷载的1.41倍、中心处桩顶反力约为平均桩顶荷载的0.75倍;筏板与其下的地基之间存在接触压力,且沿筏板横向呈抛物线型分布,大约承担30%上部荷载。     

砂土中桩筏基础承载力的模型试验研究

本文设计一个试验模型来研究桩筏基础的承载力,对桩身轴力和桩顶反力、桩侧摩阻力、桩筏基础的沉降和承载力进行了细致的研究。试验结果表明：桩顶反力中心桩最小、边桩稍大、角桩最大;桩侧摩阻力的强化效应和退化效应同时存在;群桩基础的承载力一般由沉降控制。     

具有软弱下卧层地基的桩土共同作用体系实测研究

为了研究桩土共同作用体系的工作机理,对实际工程通过单桩静载试验、基底土压力试验、桩顶反力试验和沉降观测等进行原型现场测试﹒结果表明:在桩土共同作用体系中,在承载方面,地基土的承载能力得以有效发挥,最终能分担28.07%的上部荷载;在变形方面,对结构平均沉降最终能产生比桩更大的影响,土在承载和变形方面的效用均呈现滞后性,桩率先进入工作状态,始终承担绝大部分上部荷载﹒软弱下卧层对沉降的影响体现在沉降速率上,对最终沉降量的影响不显著;结构平均沉降是桩顶变形与地基变形相互协调的结果.     

桩间距对软黏土中桩筏基础沉降特性影响研究

为了研究桩间距对软黏土中桩筏基础共同作用特性的影响,基于大型通用有限元软件ABAQUS,本构模型采用Mohr-Coulomb破坏准则,进行理想弹塑性分析,同时考虑土的应力应变非线性特性以及筏板对承载力的影响,讨论了桩间距不同时,桩筏基础边桩、角桩、中心桩的荷载沉降特点。结果表明:当桩间距设置不同时,桩筏基础中各基桩桩顶荷载分布不均匀,从而各基桩的沉降也出现不同的特点。随桩间距增大,筏板下桩顶沉降分布由角桩沉降最大逐渐转化为中心桩沉降最大。     

高层建筑桩筏基础中筏板受力数值模拟研究

建立了粉煤灰地基上高层建筑-桩筏基础-地基共同作用的数值分析模型,通过模拟不同距径比和桩长的桩筏基础,研究了筏板的受力响应问题。数值模拟分析表明在上部结构荷载作用下筏板及桩体周围的位移量较大,离桩筏基础越远位移量越小,筏板的沉降呈盆状;桩距径比越大筏板沉降量越大,桩长越大筏板沉降量越小。由于桩体轴力的作用,筏板边缘桩体位置处的剪应力出现集中,且筏板负弯矩有极大值;筏板内弯矩随着上部结构荷载的增大而增大;桩距径比越大筏板内的弯矩越小,桩长越大筏板内的弯矩越大。     

CFG桩复合地基承载力分析

某客运专线某标段采用CFG桩加固技术。对CFG桩进行了低应变动测、单桩承载力试验、复合地基承载力试验及理论计算。结果表明：一类桩占93.9%,二类桩占6.1%;单桩承载力及复合地基承载力特征值均大于设计值。建立了三维有限元模型,模拟分析了CFG桩顶及桩间土应力随加载水平的变化关系以及CFG桩及桩间土应力分担比。模拟结果表明：1)随着荷载的增加,CFG桩顶应力及桩间土应力也随之增大,但CFG桩顶应力的增长速率大于桩间土;2)加载初期,CFG桩与桩间土应力分担比逐渐增大,且增长速度较快;随着荷载的增加,桩土应力分担逐渐趋于稳定。     

桩-筏复合基础的非线性分析与设计

在当前的工程实践中,对复合桩基的处理是按上部荷载全部由桩传到地基中去来对待的,认为承台只起连接桩顶和传递上部荷载的作用。但实际上,上部荷载是由桩、承台和地基三者共同承担的。因此,应用有限元和无限元相结合的方法,对桩筏复合基础进行非线性分析,进一步揭示复合桩基的工作原理具有实际意义和理论价值。将按单桩极限承载力设计复合桩基的新方法运用于工程实例的结果表明,复合桩设计新方法具有明显的优越性。     

静载及循环荷载下砂土中复合桩基承载特性模型试验研究

随着桩基的广泛应用,对桩土间承载机理的研究越来越多.根据桩土间接触作用,采用大比例桩土模型进行了室内试验.为更好地仿真桩土间的摩阻效果,试验过程中对桩的材料进行了改进,并开发了一套竖向静载及循环加载系统和测试装置.通过对砂土中复合桩基进行竖向静载和循环加载试验,基于模型桩基的桩顶沉降、桩身轴力、桩侧摩阻力及桩底反力等数据的分析,发现桩基承载性能随加载次数增加而增强:桩顶沉降提高了29.6%,桩身轴力提高了40.4%,桩侧摩阻力下降,桩底反力提高了50%,且桩基极限承载力提高了25%,为继续研究服役期桩基不同加载条件下的桩-土作用提供了数据支撑.     

桩-筏复合基础的非线性分析与设计

在当前的工程实践中，对复合桩基的处理是按上部荷载全部由桩传到地基中去来对待的，认为承台只起连接桩顶和传递上部荷载的作用。但实际上，上部荷载是由桩、承台和地基三者共同承担的。因此，应用有限元和无限元相结合的方法，对桩筏复合基础进行非线性分析，进一步揭示复合桩基的工作原理具有实际意义和理论价值。将按单桩极限承载力设计复合桩基的新方法运用于工程实例的结果表明，复合桩设计新方法具有明显的优越性。     

天然地基上的筏板基础受力及变形分析

对天然地基上采用筏板基础的两栋建筑的实测资料进行分析，总结了不同刚度的筏板基础的受力和变形特点。分析发现，筏板基础的刚度对基底土反力分布产生很大的影响，而地基土的弹性模量变化对土反力分布影响不大，但对筏板的相对弯曲及沉降影响较大；在上部结构的施工过程中，筏板的中性轴在不断上移，筏板内的钢筋应力值始终很小，因此建议设计时应减少筏板的配筋率。     

生态复合墙结构-筏基-黄土地基共同作用分析

运用有限元软件ABAQUS建立生态复合墙结构、筏板基础和黄土地基共同作用数值模型,分析了筏板厚度变化对基础沉降、筏板应力应变、基底反力和上部结构框架柱内力的影响。计算结果表明:增大筏板厚度能有效减小基础自身的差异沉降;筏基逐渐呈现出刚性基础的特性;基底反力向筏板边角部位集中;基础的不均匀沉降减小,上部结构产生的次应力减小,结构内力与常规设计越接近,中柱弯矩最为明显。