刚性桩复合地基承载性状研究及优化设计

【摘要】：刚性桩复合地基目前已被广泛应用,其本质是桩、土共同承担荷载,但由于目前的设计理论未能准确地反映本质,以致计算方法都存在不足之处。因此有必要对刚性桩复合地基的桩土共同作用的承载性状作进一步的研究。本文借助有限差分数值模拟软件建立了单桩刚性桩复合地基三维模型,分析了刚性桩复合地基常见的破坏模式,以及桩、土承载力发挥的规律。 分析结果表明摩擦型桩复合地基常见的破坏模式是桩先发生刺入破坏,继而发生复合地基整体破坏。工作荷载下,刚性桩发挥的承载力有可能大于承载力特征值,即刚性桩的安全系数可能低于设计时预想的安全系数,但这并不影响复合地基的整体安全。 本文亦指出桩间土承载力的发挥直接与桩顶和桩端的刺入量有关,刺入量越大,桩间土承载力的发挥程度就越高。基于对不同土质中刚性桩复合地基承载特性的研究,提出褥垫层厚度应根据地基土质尤其是桩端土质来确定,地基土质较软的情况下,褥垫层可以设置得薄些,甚至可以不设垫层。 本文也系统地比较分析了刚性桩复合地基与复合桩基的异同,分析表明这两者本质上并无区别,是否铺设褥垫层视乎地基土质和安全要求而定,工程应用上没必要将两者明确区分。但设计理念上,两者截然不同。复合桩基设计中将桩和土看作相互独立,考虑桩土共同作用,明确桩土所分担的荷载。鉴于复合桩基的设计方法较刚性桩复合地基的常规设计方法合理、先进,本文借鉴复合桩基的设计方法,提出按沉降控制的刚性桩复合地基优化设计方法。该优化设计方法已应用到实际工程当中,并取得良好的效果。