超深层岩溶地基上桩筏基础选型及工作性状数值分析

结合无锡世贸中心项目,对超深层岩溶桩筏基础选型进行讨论,同时利用ABAQUS对岩溶基础上桩筏基础共同作用进行数值模拟分析,地基土采用弹塑性模型,上部结构与桩筏基础采用弹性模型,对三者在竖向荷载条件下的共同作用进行非线性分析,并结合现场实测数据对岩溶基础上超高层结构桩筏基础工作性状进行研究。分析表明:桩筏基础采用摩擦桩与溶洞灌浆相结合方法处理超深层岩溶地基具有可行性;筏板内力分布及沉降的数值分析结果与实测值相吻合;采用超长摩擦桩可减轻上部结构对深层溶洞的影响;筏板内力分布与上部结构和布桩方式有关。     

岩溶地区某高层建筑复合地基设计

介绍了1栋位于岩溶地区高层建筑的复合地基设计,场地内石灰岩岩溶中等发育,溶洞分布较多,洞高大,综合考虑项目经济性和施工便利性,基础采用复合地基上的筏板基础,计算时考虑地基土作用和筏板的整体弯曲变形和上部结构刚度影响,采用有限元软件对筏板基础进行了分析和设计,并对溶（土）洞进行了处理。相对于传统设计方法,该方法可改进地基土与筏板相互作用的模拟,考虑土的非线性本构,并模拟真实场地土的情况和筏板的真实变形,更接近筏板实际受力情况,比传统设计方法提高安全性和经济性。可为相关工程实践提供参考。     

既有建筑地基横向加筋灌浆托换加固特性研究

针对既有建筑物天然地基上的筏板基础、在筏板基础周围布桩、在筏板基础周围布桩以及在筏板下的软土灌浆、在筏板基础周围布桩以及筏板下的软土灌浆同时采用横向加筋托换等4种基础形式,采用有限元计算方法,计算分析了地基竖向变形、基础板内的剪力以及弯矩分布。在计算条件下,横向加筋灌浆托换加固,能有效地减小建筑物沉降,沉降仅为天然地基的一半。能减少基础板内的附加应力,与仅在建筑物外围基础下布桩加固相比,基础板的最大剪力和最大弯矩分别减少了54%、47%以上。横向加筋灌浆加固后地基的力学特性更接近于天然地基性质。因既有建筑物地基基础多按天然地基设计,有利于既有建筑物的基础工作,不会在既有建筑物基础内引起过大的应力调整。另外,横向加筋灌浆托换技术通过在室外施工的方法加固室内地基土,在不影响底层居民正常生活、不影响工厂正常生产的情况下,使得既有建筑物下的地基土获得整体加固。     

跨越地铁高层建筑桩筏基础数值模拟研究

基于某跨越地铁高层建筑的设计实践,利用ABAQUS建立剪力墙与桩筏基础和地基共同作用的三维有限元数值模型,研究了跨越地铁隧道的桩筏基础受力和变形性状,并分析了上部结构刚度、逐层施工、地铁隧道跨度、跨越地铁隧道方式等因素对其影响。结果表明,上部为剪力墙结构的高层建筑,考虑上部结构刚度作用可显著减小筏板的差异沉降和弯矩。当上部结构刚度达到一定程度后,其对筏板差异沉降和弯矩的调节能力减弱,表现出上部结构刚度贡献的有限性。随着地铁隧道跨度的增加,筏板最大沉降、差异沉降和弯矩都增大。桩筏基础以筏板对角线与地铁隧道中心线重合的方式跨越地铁隧道对筏板的内力和变形影响最小。桩顶反力数值计算结果与实测数据较为吻合。     

CFG桩复合地基与钢筋混凝土筏板基础设计

对于高层建筑钢筋混凝土筏板基础设计,通常将弹性地基梁法的计算结果与简化的倒楼盖法计算结果相比较,采用综合取值的设计方法,其核心就是如何提高地基变形计算的精确性。通过对上部结构-筏板基础与地基的共同作用概念及机理的论述和探讨,并在已有实测结果统计分析的基础上,分别对高层建筑CFG桩复合地基和筏板基础的受力和变形原理进行分析,提出CFG桩复合地基与筏板基础设计时,按现有CFG桩复合地基变形计算理论并考虑上部结构-筏板基础-地基共同作用和土层厚度分布影响的CFG桩复合地基变形计算的改进方法。采用该改进方法对某实际工程的CFG桩复合地基变形进行了计算,其计算结果与该工程沉降观测值大小及其分布规律基本一致。     

考虑共同作用时上部结构刚度对基础沉降与内力的影响

利用大型通用有限元软件ANSYS14.0建立了框架结构–桩筏基础–地基共同作用的整体有限元分析模型。通过改变上部结构的刚度来研究考虑共同作用后筏板的沉降和筏板内力的变化规律。计算结果表明,随着上部结构刚度的增加,上部结构刚度对建筑物基础沉降的影响越来越小。上部结构刚度较小时,筏形基础主要以整体弯曲变形为主,上部结构刚度较大时,筏板中的应力呈增长趋势。随着上部结构刚度的增加,筏板弯曲变形的增长幅度减弱。     

两阶段变刚度桩筏基础工作机理研究

本文利用ABAQUS有限元软件,对天然筏板基础、常规端承型桩筏基础以及两阶段变刚度桩筏基础三种基础形式进行模拟。通过对比分析桩土荷载分担比、桩侧摩阻力以及三种基础筏板下地基土的沉降,研究三种筏板基础的工作特性,探讨并总结两阶段变刚度桩筏基础的工作机理。分析结果显示,两阶段变刚度桩筏基础工作机理介于天然筏板基础与复合桩筏基础之间,具有较明显的两阶段受力特性,能够充分发挥地基土的承载力,有效提高桩与土的共同承载能力。     

浅谈CFG桩复合地基与钢筋混凝土筏板基础设计

钢筋混凝土筏板基础设计是高层建筑比较基础的一种设计方法,采取综合取值的方法,使得低级的变形计算变得更加准确。通过对上部结构-筏板基础同地基的共同作用,在已经存在的分析结果的基础上,对高层建筑CFG桩复合地基以及筏板基础的受力原理进行分析,采取一种经过改进的办法对CFG桩复合地基所产生的变形进行相关计算,其计算结果与预期的值大体上是一致的。     

桩筏基础在竖向荷载作用下的时间效应

大量桩筏基础下存在较厚的饱和软弱下卧层 ,其变形和内力的研究不仅涉及到筏板、桩和土三者之间的相互作用 ,而且还跟时间有很大的关系。在建筑物施工和使用期间 ,地基变形逐步发展 ,基础的刚度不断变化 ,两者之间产生相互影响。地基的差异沉降还引起筏板及上部结构内力的变化。本文首次研究了存在软弱下卧层的桩筏体系的工作性状随时间变化规律 ,发现桩筏基础筏板内力、变形及桩顶反力受时间的影响较为显著     

筒体结构下筏板内力与变形的数值分析

考虑上部结构、基础与地基三者共同作用 ,采用中厚板理论 ,运用有限单元法 ,分析了筒体结构下桩筏基础中筏板的内力与变形。同时 ,讨论了筏板内力和变形的影响因素     

极限荷载下桩筏基础共同作用性状的室内模型试验研究

利用自制模型槽,通过设计系列单桩带台与群桩的桩筏基础模型试验,研究了极限荷载下桩–筏板–地基土的应力与变形性状。试验结果表明,常规桩距桩筏基础极限荷载下表现出实体深基础性状;而大桩距桩筏基础,基桩先于板下土体达到承载力极限状态,后续荷载基本由板下土体分担,验证了塑性支承桩理论。加载过程中,桩–土的荷载分担比不断变化,6d及以上桩距时,桩达到极限荷载后即趋于稳定。利用桩的极限承载力的桩筏基础设计,应考虑极限荷载与工作荷载下桩–土荷载分担比的不同性状差别。桩间距越大,桩对土体的侧向位移的"遮帘作用"逐渐弱化,板下土体的位移特征趋于天然地基的特征,桩端平面以下土体应力受板下土体分担荷载的影响越明显,6倍桩距可视为常规桩基与复合桩基的分界点。     

空中华西村结构与桩筏共同作用研究

采用ABAQUS对空中华西村上部结构和桩筏基础进行了整体三维弹塑性数值模拟。计算采用Mohr-Coulomb模型和混凝土塑性损伤模型分别描述土和混凝土的非线性材料特性,采用Winkler模型描述桩的力学行为,在此基础上模拟了沉降过程中上部结构、筏板、桩以及土的共同作用过程。和以往的分析手段相比,该方法能够模拟上部结构刚度以及混凝土开裂损伤引起的沉降变化、筏板混凝土和钢筋应力的重分布及桩基反力分布的变化。该方法计算假定较少,为基础设计和验算提供了比传统方法更可靠的数值依据。     

用于调整差异沉降的预留净空桩筏基础模型试验研究

预留净空桩筏基础是一种新的利用桩土相互作用的形式,可用于调整建筑物筏板–桩–土相互作用和减少差异沉降。进行了砂土中常规桩筏基础和桩顶预留净空桩筏基础的模型试验研究。分析表明:在相同荷载作用下,在试验条件下,相对于常规桩筏基础来说,预留净空桩筏基础的实质作用在于可使桩间土压缩提前发生,显著提高桩间土分担荷载的比例,在可压密土中可强化桩土相互作用,桩端刺入量显著下降,使得桩土更趋于整体沉降。预留净空桩筏基础可有效利用土的承载力,减小桩顶应力过分集中,且对桩端阻力有显著的强化作用。     

Seismic behavior of piled raft with ground improvement supporting a base-isolated building on soft ground in Tokyo

The static and seismic behavior of a piled raft foundation, supporting a 12-story base-isolated building in Tokyo, is investigated by monitoring the soil–foundation–structure system. Since the building is located on loose silty sand, underlain by soft cohesive soil, a piled raft with grid-form deep cement mixing walls was employed to cope with the liquefiable sand as well as to improve the bearing capacity of the raft foundation. To confirm the validity of the foundation design, field measurements were carried out on the ground settlements, the pile loads, the contact pressure and the pore-water pressure beneath the raft from the beginning of the construction to 43 months after the end of the construction.On March 11, 2011, 30 months after the end of the construction, the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake struck the building site. The seismic response of the ground and the foundation–structure system was successfully recorded during the earthquake, and a peak horizontal ground acceleration of 1.75 m/s² was observed at the site of the building. Based on static and dynamic measurement results, it was found that there was little change in the foundation settlement and the load sharing between the raft and the piles before and after the earthquake. It was also found that the horizontal accelerations of the superstructure were reduced to approximately 30% of those of the ground near the ground surface by the input losses due to the kinematic soil–foundation interaction in addition to the base isolation system.Consequently, the piled raft with grid-form deep cement mixing walls was found to be quite stable in the soft ground during and after the earthquake.     

Centrifuge model tests on piled raft foundation in sand subjected to lateral and moment loads

Piled raft foundation has been widely recognized as a rational and economical foundation system with the combined effects of raft and piles. However, the behavior of laterally loaded piled raft foundation has not been well understood due to the complicated interaction of raft–ground–piles. A series of static horizontal loading tests were carried out on three types of foundation models, i.e., piled raft, pile group and raft alone models, on sand using a geotechnical centrifuge. In this paper, the influences of relatively large moment load and rotation on the overall performance of laterally loaded piled raft foundation were examined. From the centrifuge model tests, it is found that the vertical displacement due to horizontal loads is different between piled raft and pile group foundation, and this vertical displacement has significant influences on the performance of laterally loaded piled raft foundation. The horizontal resistance of the pile part in the piled raft foundation is higher than those observed in the pile group foundation due to raft base contact pressure. The vertical displacement of the foundation due to the horizontal loads affects the vertical resistances of piles, which results in the different mobilization of moment resistances between the piled raft and pile group foundations.     

大间距桩筏基础地震响应离心模型试验研究

针对饱和软土地基中大间距摩擦型桩筏基础抗震问题,采用离心振动台开展了桩筏基础地震响应的试验研究。为模拟实际软土场地浅部超固结黏土和深部正常固结黏土的地层特征,试验在高岭土土样表面预铺砂层,然后在50g离心加速度下进行固结。上部结构简化为质点和杆构件,基础形式包括桩头刚接和桩头自由2种类型的大间距桩筏基础模型。试验分析了模型的加速度和位移、土层内部孔隙水压力以及桩身应变等响应。试验结果表明:在软土场地自振频率范围内,结构–基础–地基三者相互作用十分明显,基础与结构加速度放大系数高于其它频率范围;桩头刚接与桩头自由的基础在地震时均产生了较周围地表土体更大的竖向沉降,但震后较长时间内基础与地表沉降速率基本一致;地震结束时,桩头刚接的上部结构侧向位移与基础倾斜值均较桩头自由时减少一半以上,但上部结构加速度放大作用更加明显;桩筏基础承载能力因土体软化行为有所降低,震后部分上部荷载由群桩转移到筏板,但桩筏荷载分担比例总体变化不大。试验揭示了软土震陷时桩基的变形控制机理,为软土地基减沉桩基础的抗震设计提供参考。     

桩间距对桩筏基础结构性能影响的模型试验研究

 为研究桩间距对桩筏基础结构性能的影响,设计并进行不同桩间距的桩筏基础系列模型试验。结果表明,设置不同的桩间距可调配群桩基础中桩与筏板的分担作用,调整桩筏基础的受力性能。常规桩距桩筏基础以桩为承载主体,地基土的荷载分担次之;当桩间距大于6倍桩径后,桩较早进入塑性支承状态,地基土分担荷载能力增强,桩与筏板荷载分担的主次作用发生转换,筏板逐渐转换为基础的承载主体。随着桩间距增大,筏板内力分布由整体弯曲过渡到以局部弯曲为主。桩筏基础桩顶荷载分布规律受桩间距的影响,随着桩间距增大,桩顶荷载由角桩最大逐渐转化为中间桩最大。建议桩筏基础设计方法应考虑桩间距设置对筏板与桩土体系相对刚度、筏板内力和桩顶荷载不均匀特征的影响。     

穿越软土层嵌岩桩筏基础沉降特征与计算方法

结合某双塔高层建筑核心区桩筏基础和核心区外独立承台桩基础沉降变形监测资料,分析了嵌岩桩筏基础的沉降特征。结果表明,双塔核心区嵌岩桩筏基础沉降变形的整体性较好,沉降随施工加载过程增长较为稳定,而核心区外嵌岩桩基础的沉降对主楼施工和环境条件(如地下水)较为敏感,施工中出现了桩体上浮现象。根据桩顶荷载计算的嵌岩桩桩身压缩量与实测沉降相比,实测值远大于计算值。考虑嵌岩桩施工和桩筏基础工作特点,提出了穿越软土层的嵌岩桩筏基础沉降的两个主要影响因素:沉渣效应和桩侧负摩阻。在此基础上,提出了考虑沉渣和桩侧阻影响的桩筏基础沉降估算方法,并通过本工程及文献中的工程实测对提出公式的适用性进行了检验。     

生态复合墙结构桩筏基础优化设计分析

为了研究生态复合墙结构在地基基础与结构相互作用时桩筏基础的优化设计方法,建立生态复合墙-剪力墙混合结构和纯剪力墙结构在相互作用条件下的数值计算模型,计算了结构及地基基础的内力及变形。结合计算结果,分析了相互作用对桩筏基础、地基的应力、应变等的分布规律的影响,并将两种结构计算结果对比分析,研究了筏板厚度、混凝土强度、桩长、桩径等因素的变化对上部结构、桩筏基础的应力、应变及桩顶反力、桩筏荷载分担比等的影响,为生态复合墙结构桩筏基础基于地基-基础-结构相互作用的优化设计提供了参考。     

炼钢转炉桩筏基础优化设计及分析

以炼钢厂房的转炉桩筏基础设计为工程背景,采用Poulos解分析桩土刚度,厚板理论分析筏板,计算得到桩筏基础的总体沉降、差异沉降、桩顶反力、筏板内力等结果。在准确分析的前提下,对桩数、筏板厚度进行优化,板厚由3 m优化为2.3 m,同时减少6根桩,节省造价18.36%,且优化结果能够满足规范的要求。本工程转炉设备已安全投产,优化设计取得了良好经济效益。