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考虑深开挖影响的超长桩荷载传递机理及沉降计算研究

张立明  
【摘要】:高层、超高层建筑的建设使超长桩得到了广泛的应用,同时也促进了超深基坑的发展。超长桩的荷载传递机理与普通短桩存在较大差别,基坑开挖导致位于坑底的超长桩的工作性状更为复杂,研究超长桩以及开挖影响下的超长桩基础的承载性状和沉降计算理论非常必要。 首先,基于超长桩静载试验进行实测分析,考察了超长桩的各方面性状。结果表明,超长桩侧阻发挥过程为由桩顶向下逐步发挥,工作状态下桩身侧阻呈现出单驼峰式的分布,且驼峰位于桩身的中部附近,长细比越大驼峰位置相对越靠近桩顶。超长桩在工作荷载下端阻比均较小,大多数不超过2%。 进而,采用有限元法研究了不同长度的单桩荷载传递机理,根据其工作特性对传统桩基础沉降计算方法进行改进。结果表明,工作荷载下,短桩过渡到超长桩,轴力主要承担部分由桩身下部逐渐转为桩身中上部,侧阻由三角形分布转为单驼峰式分布。因此采用单驼峰式分布模式计算超长桩基础地基中附加应力及沉降,其计算沉降值较基于Geddes解的传统方法更接近于实测值。 采用有限元法研究了基坑开挖条件下坑内单桩荷载传递机理,并对开挖影响下的超长桩基础地基竖向附加应力及沉降计算方法进行分析。结果表明,基坑开挖导致单桩刚度降低,并可导致桩身出现较大的拉力。且开挖条件下超长桩侧阻和端阻不同步发挥的现象更明显,不利于荷载向桩身下部传递及实际承载能力的发挥。短桩过渡到超长桩,工作荷载下桩身侧阻分布由三角形转变为“R”形,且超长桩侧阻主要发挥在桩身中上部,当桩长超过一定值时桩身下部较大范围甚至保持着负的摩阻力。考虑开挖条件下侧阻分布特点和土体回弹再压缩性质的沉降计算要较Geddes假设以及单驼峰式更合理且沉降值更接近于实测结果。 通过有限元法进行了基坑开挖对坑内桩影响的参数分析。计算了不同基坑开挖尺寸及桩长的情况下,桩身由于受到基坑开挖影响产生的刚度降低、最大拉力及位置和侧阻分布随各因素的变化。 分析结果表明,开挖导致基坑中不同位置处单桩刚度不同程度的降低,中心桩刚度降低程度最大,边桩次之,角桩最小;由于基坑开挖导致的不同位置处单桩刚度的不同可能加剧群桩基础的“碟形”沉降,导致筏板和上部结构开裂。开挖导致坑底的单桩几乎全长受拉,位于基坑中心处的桩拉力最大,边桩次之,角桩最小;当基坑开挖深度很大、桩长也较大时,基坑内工程桩的桩身配筋长度、配筋量、裂缝控制均要考虑桩身可能产生的最大拉应力及其位置。 最后,给出了不同基坑开挖尺寸及桩长条件下基坑中不同位置处的单桩工作荷载下侧阻分布曲线。在以上研究基础上,以MATLAB为平台开发了考虑各种侧阻分布形式的沉降计算软件。


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