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《华北科技学院》 2016年
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组合桩复合地基沉降与可靠度研究

叶泽川  
【摘要】:随着地基变形控制设计原则的提出,组合桩复合地基越来越广泛的运用于工程实践。组合桩复合地基是由多种不同长度、不同桩径或者不同材料的桩组合形成的复合地基。其中,不同长度的桩组合形成的复合地基被叫做长短桩复合地基,它是运用最广泛的组合桩复合地基[1]。一般来说,短桩采用散体材料桩或者柔性桩,主要所用是对地基承载力进行提高。长桩作为变形设计的主控桩,在增加地基承载力的情况下,主要是减小地基竖向变形。长桩一般采用刚度较大的桩。组合桩复合地基虽然已经广泛运用于工程实践,但是对其作用机理和工作形状的研究相对滞后。本文为了研究长短桩复合地基的工作机理,进行了一系列室内模型试验。研究了不同桩长、不同桩径和不同桩距对沉降变形的影响,分析了桩身应力、桩间土应力以及桩土应力比规律。主要有以下结论:(1)增加长桩长度、桩径,减小桩距对地基沉降控制有显著效果。(2)通过素土地基和复合地基桩间土应力的比较分析,可以看出短桩能够有效提高承载力。桩能把荷载传递到下部土层,从而使附加应力的传递和分不与天然地基不同,现行的沉降计算方法依然采用天然地基的附加应力传递方法。(3)长桩桩身应力并不是桩顶最大,而是在桩顶下约三分之一桩长的位置最大,这是由于褥垫层的存在使得桩顶刺入造成负摩擦阻力而成。在最大应力之后,由于桩周土摩擦作用,桩身应力逐渐变小,将上部荷载逐渐传递到下部土层。荷载较小时,桩土相对运动比较小,所以图形比较平直,随着荷载增大,摩擦阻力增大,桩身应力迅速增大和衰减,表现出明显的弯曲图形。短桩桩身最大应力的位置大约在桩中间位置,之后因摩擦阻力逐渐减小。(4)中心长桩上半部分桩土应力比先是增大随后逐渐降低。因为桩刺入后,上部土层逐渐压实而呈现的应变硬化。下半部分桩土应力比则一直是逐渐增大的,这说明下部分桩的桩身应力随着下卧层被压实、刺入越来越困难而逐渐增大。(5)角上长桩桩土应力比一直呈现增大趋势,角上长桩周围的土并不能像中心长桩那样给他一个逐渐增大的围压,随着荷载增大,上部分桩间土应力增大,角桩周围土可以向另外三面发生侧向位移,而不能形成围压效应。随着地基变形逐渐增大,角桩桩身应力逐渐增大,而其周围土并不能分担更多的荷载,所以其桩土应力比一直增大。(6)长桩和短桩应力比随着荷载增大一直在增大,说明随着荷载增大,长桩刺入越来越困难,其分担的荷载比例继续增大。(7)长桩的桩土应力比随深度的变化是一致的,呈现出两头大、中间小的特点。这其实也是长桩为主控桩的原因,由于长桩担负着将荷载传递到下部土层的使命,其两端应力值较大,桩土应力比也较大。短桩的桩土应力比则随着深度增加不断变小,正与长桩上半部分桩土应力比变化类似。组合桩复合地基沉降的准确计算依赖于对其作用机理的准确把握,其中,对于组合桩复合地基应力场的研究是关键。本文中,对于桩身应力、桩间土应力及桩土应力比对沉降影响的研究,为沉降计算方法的探讨提供了基础。在本文所列的三种沉降计算方法中,规范法和复合模量法都存在一个问题,就是由于理想化模型造成的复合地基压缩模量计算不准,由于桩的应变和桩间土应变差异性巨大,复合模量法更加凸显这个问题。但是如果可以获得桩身应力和桩间土应力,复合模量法一样可以得到比较准确的沉降值。在实际工程中,如果可以比较准确的得到桩身刺入量,一样可以通过复合模量法算出比较准确的沉降值。规范法要计算准确的沉降量,绕不开众多经验系数的选择。虽然目前在各类沉降计算方法中,规范法的计算值比较接近实际值,但复合模量法和弹性力学方法在复合地基压缩模量的计算上有所突破的话,有望得到更加简单、精确的计算方法。
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