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软弱地基中桩筏基础工作性状及分析设计方法研究

陈仁朋  
【摘要】: 软弱地基中桩筏基础的研究一直是岩土工程中的一个重要课题,也是土木工 程设计的一项关键技术。本文对软弱地基桩筏基础的工作性状和分析设计方法进 行了系统和深入的研究。 采用考虑桩土界面可以滑移的单桩和群桩弹塑性模型,分析单桩和群桩的荷 载传递特性以及桩土相互作用系数随荷载水平的变化。揭示了目前普遍采用的弹 性理论法所得的桩土桩相互作用系数偏大的不足,并和单桩与群桩实测结果进行 了比较,两者相当吻合。 群桩应力分析是桩筏相互作用分析的基础,建立了群桩应力分析模型。将筏 板基底平均附加荷载乘以桩端荷载传递系数作用在桩端平面上,桩端以下按照 Boussinesq解计算应力分布。采用弹性理论法和有限元法分析了大量的实例,在此 基础上运用回归分析方法获得了桩端荷载传递系数的表达式。按照本文群桩应力 分析模型计算的桩端下卧层应力和弹性理论及有限元法相比基本一致,但是具有 计算简便的优点。 提出了群桩中单桩P~S曲线和群桩中单桩非线性刚度的计算方法。在有限元 法分析群桩沉降组成的基础上,将群桩的桩顶沉降分为桩身压缩和桩端整体沉降。 桩身压缩按照静载荷试验确定或者单桩分析理论确定,桩端整体沉降按照群桩应 力分析模型采用分层总和法计算,获得群桩中任意桩的P~S曲线及群桩中单桩的 非线性刚度。按照上述方法确定群桩中单桩刚度和实测吻合,避免了弹性理论计 算的角桩和中心桩刚度相差几倍甚至几十倍的不合理现象。通过群桩沉降工程实 例分析,比较了规范法和本文法的计算结果,发现规范法存在压缩层厚度偏大, 所得的沉降结果偏大的问题。 桩端下卧层全体由于埋深大,取样困难,工程上往往很难合理地确定土体的 压缩性。本文根据土体埋深和土性的不同分别采用室内常规压缩试验、高压团结 实验和原位试验相结合的压缩性指标确定方法,并建立了根据原位试验和土层埋 深估算压缩模量的公式。 建立了软弱地基上桩筏基础的整体分析模型。根据上述理论和方法将桩简化 为弹簧,作用在筏板下,筏极采用16节点三维退化实体单元模拟。该模型可以考 虑变厚度筏板、厚筏、不规则筏板、异形基础及高层建筑主楼和裙楼的整体分析, 同时计及地基和桩的水平约束作用。避免了常规薄板有限元只能分析规则的薄板 的不足。 驮弱地基中桂氏A的工作位状义汾浙馒针十法研亢 掏辱 通过大量实例分析提出了一个桩筏基础相对刚度表达式。分析了筏板内力、 不均匀沉降、桩反力的分布等随桩筏基础相对刚度的变化规律,提出了根据桩筏 基础相对刚度进行板厚设计的方法。 最后,将本文方法用于上海某大型锅炉基础、上海之江大厦和杭州市双牛大 厦等工程的基础设计。并与其它设计方法进行了比较,发现本方法具有分析简便、 上体参数容易确定、分析结果符合实际的特点,具有广阔的工程应用前景。


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