可控刚度桩筏基础在不均匀地基中的应用研究

福建省厦门市某项目地基为典型的不均匀地基,经多次论证,基础形式拟采用可控刚度桩筏基础,通过桩顶设置不同刚度的变形调节装置调节桩基支承刚度,控制桩筏基础整体沉降差。数值分析结果显示,整块筏板呈典型"碟形"沉降,差异沉降仅1cm,总沉降量与差异沉降控制良好,避免建筑物出现倾斜。区域Ⅰ中地基土承载力得到充分发挥,桩顶反力均满足设计要求,表明本工程可控刚度桩筏基础设计方案合理可行。     

可控刚度桩筏基础在岩溶地区的工程实践

在岩溶地区建筑物设计过程中,由于工程地质条件复杂,常采用摩擦桩与端承桩共同作用的桩筏基础形式,当建筑物层数较高,上部荷载的增大导致传统桩筏基础面临承载力不足和差异沉降过大等问题。以典型工程为例,介绍了可控刚度桩筏基础的设计方案,充分利用了地基土承载力。采用有限元建模的方法,从筏板沉降、筏板应力、桩顶反力等方面对传统桩筏基础和可控刚度桩筏基础设计方案进行了对比分析,验证了可控刚度桩筏基础用于该工程的优越性。本项目对同类工程有很好的借鉴作用。     

可控刚度桩筏基础变刚度调平的工程实践

基底下的地基土支承刚度不均匀导致的建筑基础差异沉降问题在中软土及土岩溶组合地区较为突出,因此,减少其差异沉降是高层建筑桩筏基础设计中的关键点。本文介绍的典型工程采用以天然地基为主、部分区域内采用桩顶设置刚度调节装置的人工挖孔桩的变刚度调平设计方法,在解决因地基土差异沉降过大引起的差异沉降问题的同时,还充分利用了良好的天然地基承载力,取得了良好的经济效益和社会效益。通过现场测试数据与结果进行对比分析,验证可控刚度桩筏基础应用于该项目的合理性与可靠性。现场实测结果显示,本工程D区域采用可控刚度桩筏基础后,建筑物总沉降和差异沉降均满足设计要求,地基土分担了上部结构65%的荷载,充分发挥了地基土体承载力。设计思路及相关经验可供类似工程借鉴与参考。     

可控刚度桩筏基础在某总部大楼应用分析

厦门某总部大楼建筑工程地质条件较好,为充分发挥基底土层较高的承载能力,该项目拟采用可控刚度桩筏基础方案。采用MIDAS数值模拟软件和盈建科计算软件对可控刚度桩筏基础方案的桩顶反力、地基土承载力和基础沉降3个方面进行了对比,验证了该方案的合理性和经济性。结果表明:可控刚度桩筏基础可以实现桩土共同作用,减少基础差异沉降。选取合适的调节器刚度,可使地基土承载力得到充分发挥,可控刚度桩筏基础取得良好受力性能的同时,实现了较好的经济效益,具有一定的优越性。     

《刚度可控式桩筏基础设计规范》编制思路及要点

常规桩筏基础在其整体刚度控制与优化方面存在一定困难,刚度可控式桩筏基础通过在桩顶设置专门研制的刚度调节装置,可方便有效地调节与优化桩筏基础的整体支承刚度,使桩筏基础应用范围拓展到桩土变形不协调需考虑桩土共同作用、减小基础差异沉降或调整筏板内力、混合支承桩基础协同工作等新的领域。本文结合《刚度可控式桩筏基础设计规范》的编制,对刚度可控式桩筏基础的定义、技术指标、设计计算以及检测与监测等关键环节进行了详细的介绍。     

基于Geddes应力解的桩筏基础沉降计算

桩基础沉降计算理论在国内应用较多的是Geddes应力法,目前在应用Geddes解计算桩基础沉降时,一般不考虑筏板刚度的影响,假定所有桩均分上部荷载,理论上存在缺陷。为了使桩筏基础的沉降计算更加合理,本文将薄板理论与Geddes解结合在一起,提出分析桩筏基础的新方法。该方法采用Kirchhoff薄板理论模拟基础底板,土被当成各向同性弹性半空间体,桩与桩之间以及桩土之间的相互作用通过Geddes解实现,采用有限单元法计算出每根桩分担的荷载,据此桩顶荷载,根据Geddes解计算桩基沉降。本方法解决了桩基沉降计算理论上的不足,使计算原理和计算结果更加合理。同时,在有限元计算中,采用对角阵近似代替群桩的满秩刚度矩阵,使计算时间大大缩短,能够分析较大规模的桩筏基础。     

自适应位移调节下摩擦桩系列模型试验研究

 为深入研究设置位移调节器后桩筏基础桩土共同作用机制及变刚度调平效果,通过2组室内模型试验,对比分析摩擦型单、群桩在常规工况及位移调节下的工作性状。试验结果表明：(1) 单桩试验中位移调节器明显改变荷载传递规律,优先并充分发挥筏底土体承载能力,优化桩土荷载分担比,但是桩顶以下一定范围内存在负摩阻力;(2) 摩擦型群桩试验中使用位移调节器,可优化桩基支承刚度,充分发挥地基土承载力的同时顺利实现桩筏基础的变刚度调平,有效减小筏板差异沉降。试验成果可为进一步的理论研究提供试验依据。     

设置变形调节装置桩筏基础工作机理及应用领域

常规桩筏基础在不断推进的工程实践中面临新的困难。为迎接新的挑战,笔者等在厦门地区对设置变形调节装置桩筏基础进行了工程试点应用,取得了显著的经济效益和社会效益。本文在详细介绍设置变形调节装置桩筏基础工作机理的基础上,重点对其应用领域进行了阐述。结果表明:和常规桩筏基础相比,设置变形调节装置桩筏基础通过调节器的设置,实现了桩基支承刚度的人为干预和按需调节。设置变形调节装置桩筏基础主要可应用于端承型桩基桩土共同作用、变刚度调平设计、老桩的再生利用以及土岩结合地基等支承刚度严重不均匀的情况。     

基于Mindlin解的转炉桩筏基础设计

以某炼钢厂房的桩筏基础设计为工程背景,采用Mindlin和Boussinesq弹性理论计算桩土刚度,Reissner厚板理论分析桩基筏板,并利用该方法对转炉桩基础和厂房柱基础共同组成桩筏体系的总体沉降、差异沉降、桩顶反力、筏板内力等结果进行了计算。此法较现有的桩基设计规范中基于筏板绝对刚性假定的计算方法有一定的优越性。通过分析计算结果总结变化规律,发现荷载密度对此类基础的局部沉降、桩顶反力影响较大。     

变刚度调平布桩模式下筏底地基土承载性状研究

针对桩基变刚度调平设计方法进行了现场大型模型试验和具体工程实测跟踪分析,测量了变刚度调平布桩模式下筏底地基土反力,对比模型试验和工程实测结果分析了不同荷载级别下桩土荷载传递特性和桩土荷载分担比规律。按变刚度调平原则进行设计的桩筏基础,主楼荷载向两侧裙房传递的范围约为裙房1.25跨左右,荷载扩散强度随裙房层数增多而增大。筏板边缘与中心点处土反力比值在1.89~1.23之间。相当于工作荷载时,筏板下地基土约分担总荷载的37.5%,并随荷载增大而提高。这说明变刚度调平设计将核心筒外围设计为复合桩基既合理又能有效地发挥桩和承台的承载作用,减小用桩量,还可最大限度减小差异沉降。     

设置变形调节装置桩筏基础设计方法及工程实践

设置变形调节装置桩筏基础通过调节装置实现对桩土支承刚度的调整与优化,使其可应用于端承型桩基桩土共同作用、变刚度调平设计、老桩的再生利用以及土岩结合地基等支承刚度严重不均匀的情况。作为一种新的桩筏基础形式,工程实践表明设置变形调节装置桩筏基础可取得显著的经济效益和社会效益。为推动其进一步应用与发展,形成成套设计理论与方法,本文详细介绍了变形调节装置桩筏基础的设计过程,并通过一工程实例对其设计方法进一步进行了分析,供广大工程技术人员参考。     

位移调节器用于端承型桩筏基础的模型试验研究

位移调节器是用于调节物体支承接触点之间位移的特殊装置,可用来保证端承型桩筏基础桩–土的变形协调和共同作用。为研究端承型桩筏基础中位移调节器的设置对桩–土–筏相互作用的影响,进行了位移调节器设置前后端承型桩筏基础的室内模型对比试验。试验测量了桩身轴力、筏板沉降及桩间土反力,分析了不同荷载级别下端承型桩筏基础的荷载传递规律、整体沉降与差异沉降分布特征以及桩土荷载分担比等内容,结果表明：与常规端承型桩筏基础相比,位移调节器的设置改变了桩筏基础的荷载传递规律,顺利实现了桩土的共同作用,同时适当支承刚度的调节器可优先且充分地发挥筏底土体承载能力,优化桩土荷载分担比。结论可为进一步理论研究提供试验依据。     

Comparative study of load distribution ratio of various piled raft foundations based on coupled stiffness matrix

Load distribution ratio of piled raft foundation was investigated based on an interactive foundation analytical method that considers the coupling effect between the stiffness of the superstructure, the piled raft, and the soil. Series of numerical analysis was performed to verify the proposed analytical routine in comparison with various methods and field measurements. Through the comparative studies between various piled rafts with different aspects, it was found that the proposed analytical method derived accurate results in structural response compared with actual field data, in settlement, load distribution ratio, and raft bending moment. And it was also found that the proposed analytical method was capable of considering interaction between superstructure and foundation in predicting the behavior of building structures. As a result, it was found that in most cases, the pile in the piled raft foundation supports a majority portion of the structural load. However, for cases where the length of the pile was short and acts as a short column, the load distribution ratio between raft and pile may be overturned and shows significantly different behavior and load distribution ratio.     

不同桩长、桩径桩筏基础的分析方法

针对具有不同桩长、桩径群桩的桩筏基础进行研究,采用筏基无单元方法对筏板进行模拟,基于共同作用原理,以桩与桩、桩与土相互作用的解析模型为基础,建立了层状地基上不同桩长、桩径、桩体材料情况下,桩筏基础与地基共同作用的一种分析方法。旨在解决具有特殊桩群,或通过桩长、桩径、桩体材料的变化、优化桩土刚度分布、调平设计时的桩筏基础计算问题。该方法可方便地用于非均匀布桩、非规则平面形状桩筏基础的计算和优化分析。与基于实际工程的大型模型试验结果的比较表明,该方法是合理可行的,并具有较好的实用性。     

由单桩载荷试验推算群桩沉降的相互作用系数法

传统的相互作用系数法只能计算群桩的弹性沉降,且所得相互作用系数也明显偏大。采用三维数值方法拟合单桩荷载–沉降曲线,通过弹性及弹塑性分析确定土的弹性参数和桩–土弹塑性接触面参数;由此建立双桩模型,计算分析了桩顶荷载水平、桩距径比、桩端土–桩周土模量比、桩–土模量比、桩长径比、桩–桩之间存在第三桩等因素对相互作用系数的影响,并利用多项式回归拟合;根据数值分析及实测结果,提出了在相互作用系数法中利用单桩载荷曲线分析群桩线弹性和非线性沉降的方法,将相互作用系数法扩展至群桩沉降的非线性计算上。算例分析表明:计算结果与实测值吻合较好;较常规的数值模拟,节省了大量的运算机时,可用于大规模的较大桩距桩筏基础的分析计算。     

大规模桩筏基础非线性共同作用简化分析方法

提出一种分析桩筏基础非线性共同作用的简化分析方法。将单桩的载荷试验结果应用到桩筏基础的沉降分析中,从而使得沉降预测结果更符合工程实际情况。将筏板假定为弹性薄板,筏板下的群桩假定为相互作用的非线性弹簧,使用双曲线函数拟合载荷试验的Q-S曲线,并用它来模拟桩在荷载下的非线性响应。采用相互作用系数法分析桩-桩间的相互作用,同时考虑桩的“加筋”对相互作用系数的影响。为了简化计算,采用多项式拟合桩-桩、桩-土相互作用系数。使用弹性半空间或有限层理论分析土节点间的相互作用。经过实例分析比较,该方法不但可以节省大量机时,而且可以得到较满意的预测结果。该简化方法可以用于工程实践。     

桩筏基础相互作用非线性简化分析

提出一种桩筏基础相互作用的简化分析方法。对筏板和土体的接触面进行单元离散,在单桩弹塑性分析的基础上,分析了桩–桩、桩–土、土–土的相互作用关系。推导了桩土体系的刚度矩阵,得到刚性筏板群桩基础的竖向荷载沉降关系,桩的轴力沿深度的分布和桩、筏板各自分担的荷载。无需对桩和土体沿深度方向进行单元离散,简化了计算过程。由于考虑了土体的非均匀性和桩土相互作用的非线性特性,计算模型更好地反映了土体的实际性状。与有限元、边界元计算值以及实际工程实测值进行对比分析,验证了本文方法的正确性,并可应用于实际工程问题的分析。     

自适应调节下广义复合基础设计方法与工程实践

差异沉降是导致基础内力和上部结构次应力增大、基础板厚与配筋增加的根源,因此,保证筏板的零差异沉降是建筑物结构体系保持最优状态的根本措施,而实现这一措施最有效的方法就是合理布置与调整地基与桩基的支承刚度。另外,端承桩基础如何充分利用良好的地基土承载力仍然是桩土共同作用理论应用的一大难题。为此,专门研制了置于桩顶的变形调节器,并报导了它的构造和工作特性,通过它对桩土支承体系支承刚度进行人为干预下的自适应调节,提出了广义复合基础的设计方法。一项工程实践表明:本方法不仅成功解决了上述问题,而且取得了良好的经济效益。     

长短桩桩筏基础相互作用系数解法及分析

采用积分方程法推导出求解桩-桩、桩-土、土-土之间的相互作用系数所需要的第二类Fredholm积分方程,利用叠加原理对长短桩桩筏基础进行计算分析,通过与其它计算方法的比较验证了计算方法的正确性.并对长短桩桩筏基础的沉降、各桩以及土之间的荷载分担情况进行了分析.该方法可以用来分析大规模的长短桩桩筏基础,具有较好的工程应用前景.     

变刚度布桩复合地基模型试验研究

以模型试验方法研究了变刚度复合地基的承载特征、沉降分布、变形影响范围、桩土荷载分担比及基桩荷载传递特性。试验数据表明:在荷载较大的核心筒区密集布桩而在荷载较小的边角区稀疏布桩或不布桩,能有效地减少基础沉降差,同时减少基桩工程量,复合地基筏下布桩的平均桩顶反力应小于基桩的单桩极限承载力以保证基础总体沉降满足安全要求。