长短桩组合桩基础工作性状及工程设计问题研究

论文摘要

桩筏基础设计与分析中经常会遇到地基土中存在两层或多层土层可作为桩端持力层的情况。采用支承于浅层持力层的短桩基础往往会出现承载力满足要求而沉降量过大的情况，尤其当浅层持力层有软下卧层时，这种现象更为显著；而采用完全坐落于深层持力层上的全长桩基础方案又常常会导致出现大量长桩或超长桩，使得施工难度及工程投资大大增加，同时上部浅层持力层良好的承载能力得不到充分利用，实为可惜。 长短桩组合桩基础按沉降控制设计原理设置少量进入深层持力层的长桩以控制沉降，同时为利用浅层持力层良好的承载能力而设置部分短桩。长短桩组合桩基础充分利用和发挥了长桩控制沉降的能力与地基土浅层持力层的承载能力。与常规设计方法相比，长短桩基础减少了长桩数量，节省工程造价。 长短桩组合桩桩基础作为一种新的基础形式，提出了一系列新的问题，但目前国内外尚未对其进行系统深入的机理研究，更没有形成比较完善的设计理论和计算方法。因此，为安全地推广和不断发展这种新型基础，有必要对其工作性状进行系统研究。本文采用数值模拟、室内试验及理论分析等研究方法，对长短桩组合桩基础的工作性状及设计方法进行了分析、探讨。主要内容如下： （1） 结合常规桩基础分析方法和沉降控制设计理论，按照长桩主要控制变形、短桩主要提供承载力的基本思路，提出高层建筑长短桩组合桩基础设计思想。 （2） 根据一简化计算模型，对长短桩组合桩基础工作性状进行三维弹塑性有限元分析。着重对基础整体沉降变形、桩身轴力、桩身侧摩阻力、土中附加应力场、土体位移场以及荷载分担等进行了分析，分析结果可供理论研究和工程参考。 （3） 在同济大学岩土工程重点实验室内进行了长短桩组合桩基础室内模型试验。进一步研究长短桩组合桩基础在竖向荷载作用下的荷载传递特性、侧摩阻力分布及荷载分担特性等。 （4） 基于长短桩组合桩基础工作性状，结合弹性理论法、混合法以及国内常用的分层总和法概念，提出了长短桩组合桩基础沉降计算方法。可考虑桩—土—筏共同作用，提出用桩-土相对位移概念考虑桩侧土体非线性滑移，能方便

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.2 桩基础设计应用现状
• 1.3 群桩基础沉降计算与变形性状研究
• 1.4 桩筏体系共同作用研究现状
• 1.5 长短桩复合地基研究现状
• 1.6 本文主要研究工作
• 第二章 长短桩组合桩基础设计思想及工作性状有限元分析
• 2.1 引言
• 2.2 长短桩组合桩基础设计思想
• 2.3 有限元分析计算模型
• 2.3.1 群桩基桩及筏板模型
• 2.3.2 层状地基模型
• 2.3.3 桩土相互作用模型
• 2.3.4 传递函数确定
• 2.3.5 计算区域及网格划分
• 2.4 长短桩组合桩基础工作性状分析
• 2.4.1 算例简介
• 2.4.2 工作性状分析
• 2.4.3 桩端土层性状影响
• 2.4.4 荷载大小对性状的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 长短桩组合桩基础室内模型试验
• 3.1 引言
• 3.2 模型试验
• 3.2.1 模型桩设计与制作
• 3.2.2 应变片设计
• 3.2.3 桩身应力计算
• 3.2.4 试验仪器
• 3.2.5 试验方案
• 3.2.6 试验步骤
• 3.3 试验数据整理及分析
• 3.3.1 单桩试验结果
• 3.3.2 三桩试验结果
• 3.3.3 九桩试验结果
• 3.3.4 十五桩试验结果
• 3.4 模型试验缺陷分析
• 3.4.1 方案设计
• 3.4.2 模型相似比
• 3.4.3 试验操作过程
• 3.4.4 应变片的粘贴和数值量测
• 3.5 本章小结
• 第四章 长短桩组合桩基础沉降计算方法
• 4.1 引言
• 4.2 等桩长基础沉降计算方法
• 4.2.1 等代实体基础法
• 4.2.2 以Geddes单桩荷载应力公式为依据的群桩简化算法
• 4.3 长短桩组合桩基础沉降计算方法
• 4.3.1 单桩分析模型
• 4.3.2 群桩相互作用分析模型
• 4.3.3 筏板分析模型
• 4.3.4 筏板刚度矩阵简化
• 4.3.5 桩-筏-土体系共同作用分析模型
• 4.3.6 压缩层厚度取值
• 4.4 沉降计算方法的修正
• 4.4.1 桩-土滑移
• 4.4.2 相互作用系数修正
• 4.5 算例分析
• 4.5.1 三桩算例
• 4.5.2 五桩算例
• 4.5.3 二十五桩算例
• 4.6 模型试验结果模拟
• 4.6.1 单桩结果模拟
• 4.6.2 九桩结果模拟
• 4.7 简化算法
• 4.7.1 方法简述
• 4.7.2 结果分析
• 4.8 本章小结
• 第五章 长短桩组合桩基础工程设计问题研究
• 5.1 引言
• 5.2 设计影响因素量纲分析
• 5.2.1 均质土地基量纲分析
• 5.2.2 分层土地基量纲分析
• 5.3 桩数的确定
• 5.4 合理桩长判定
• 5.5 均质土地基长短桩组合桩基础设计
• 5.6 分层土地基长短桩组合桩基础设计
• 5.7 其他设计问题探讨
• 5.7.1 承载力安全度问题
• 5.7.2 沉降计算问题
• 5.7.3 布桩方式问题
• 5.8 本章小结
• 第六章 长短桩组合桩基础工程实例分析
• 6.1 引言
• 6.2 工程实例1
• 6.2.1 工程概况
• 6.2.2 设计方案
• 6.2.3 方案有限元分析
• 6.2.4 优化结果分析
• 6.3 工程实例2
• 6.3.1 工程概况
• 6.3.2 补桩方案
• 6.3.3 补桩方案计算分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 引言
• 7.2 主要结论
• 7.3 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介