基于单桩载荷试验推算群桩基础沉降的研究

【摘要】：桩基础工程中，一般都要进行单桩的静载荷试验，由此取得单桩的荷载位移曲线(P—S曲线)。目前单桩P—S曲线只是较多地应用于单桩设计承载力的验证，或用于反参数计算。虽然单桩P—S曲线包含了丰富的桩土相互作用信息，应该说在一定程度上直接反应了现场土质状况的力学性态。但是目前很少用于桩基础沉降计算中，P—S曲线没有得到充分合理的利用。因此，如何以单桩荷载试验得到的荷载位移曲线推求群桩沉降是工程界关心的问题。 本文以群桩的桩桩、桩土、土桩相互作用系数为基础，基于单桩载荷试验，探讨单桩变形与群桩沉降之间的关系。主要展开了以下研究： 1．单桩静载荷试验的试验环境虽然对极限承载力影响较小，但是对试桩的荷载位移曲线的影响是不可忽视的。因此在采用桩土体系的刚度时，对堆载法、锚桩法和自平衡法三种常见的试桩方式对荷载位移曲线的影响做了详细地讨论，并且对三种载荷试验得出的荷载位移曲线进行了合理修正。特别是针对工程常用的锚桩试桩法，应用Mindlin解，给出了锚桩上拔量对试桩影响的解答。 2．在考虑单桩桩土相互作用特点的基础上，基于桩土界面剪应力与相对位移呈双曲线关系，建立了合理的单桩计算模型；该模型考虑了桩土界面的非线性，桩以外的土体工作性态是线性的，提出桩土之间的界面是广义的协调变形。 3．本文应用可考虑桩存在的有限元方法对桩—桩相互作用系数进行数值分析，通过大量的数值计算，由数据回归分析推求出相互作用系数的简略计算公式。并且和不可考虑桩存在的Poulos方法进行了比较。对建立合理的力学模型求解相互作用系数有很好的指导意义，为准确地运用单桩载荷试验荷载唯一曲线推求群桩的沉降有很大的意义。 4．针对目前弹性理论在计算桩-桩、桩-土、土-桩相互作用系数时不能考虑桩本身存在的影响，基于Muki理论提出了可以考虑桩存在对相互作用系数影响的力学模型。 a) 基于Muki理论，提出了桩桩相互作用系数计算的力学模型，编制了相应的程序。计算结果比弹性理论计算的相互作用系数要小，但比有限元计算的相互作用系数要大。该力学模型可以从一定程度上考虑桩存在对相互作用系数的影响。 b) 桩对土体的影响系数可以直接应用Muki理论的单桩力学模型计算。 c) 建立了土体对桩影响系数计算模型，模型考虑了桩体存在对相互作用系数的影响。