桩基变刚度调平设计的实施方法研究

针对高层建筑桩–箱、桩–筏基础反力、变形的实测结果显示,按常规理念设计的桩–箱、桩–筏基础有两点不足:一是碟形差异沉降引起上部结构较大次生应力;二是马鞍形的反力分布导致基础筏板内力增大。通过大比例尺模型试验结果分析,提出了以调整桩土支承刚度分布为主线,根据荷载、地质特征和上部结构布局,考虑相互作用效应,采取增强与弱化结合、减沉与增沉结合、局部平衡、整体协调,实现差异沉降、承台(基础)内力和资源消耗的最小化。对于变刚度调平设计,进行上部结构–基础–地基(桩土)共同作用分析,进一步优化布桩和承台配筋,结合工程实例对变刚度调平设计中的具体强化指数和弱化指数的取值进行分析说明。     

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。     

变刚度桩筏基础变形特性试验研究

分别以天然地基筏板和4组变刚度桩筏基础模型对比试验为基础,分析基桩平面布置、几何尺寸与基础沉降的关系,从而为桩筏基础变刚度调平概念设计提供试验依据。试验研究表明：与上部结构共同作用的桩筏基础,总体上其沉降分布表现为中心区域沉降较大而边角位置沉降较小;筏下均匀布桩较之天然地基,基础沉降量的最大值大约减少70%;基础中心区域桩长增加1倍或者桩数增加1／3,沉降量的最大值约减少50%;上部结构与核心筒下局部加大基桩几何尺寸和适当增加桩数能够有效地减少沉降量的最大值以及沉降差,从而达到调平的效果;筏下布桩有助于减少基础周边的地表沉降,可使其影响局限于1／4基础宽度范围之内。图11表3参12     

海口双子塔-南塔桩-筏基础设计与研究

海口双子塔-南塔超高层建筑采用桩-筏基础,其上部结构传力复杂、水平及竖向荷载大、内筒与外框地基差异变形及群桩效应明显,基础设计难度大。分析研究了桩-筏基础设计中单桩承载力特征值取值、超高层塔楼核心筒与巨柱间的差异沉降控制、水平荷载影响等关键问题,总结了巨型外框-核心筒超高层结构桩-筏基础的设计要点。基于承载力及变形控制要求比选了3种不同的基础设计方案,结果表明采用变刚度调平设计方法有效地减少了不同区域的差异沉降,桩身承载力满足要求,经济指标更优。     

移动硅谷创新中心三期基础变刚度调平设计

介绍了北京移动硅谷创新中心三期大底盘多塔楼结构的基础设计遥根据各塔楼基底压力和地质情况袁分别采用天然地基和CFG桩复合地基遥在塔楼CFG桩复合地基设计时袁引入桩基规范中基础变刚度调平的设计理念院强化塔楼筒体下地基土支承刚度袁相对弱化塔楼框架区地基刚度遥实测数据表明袁基础变刚度调平设计在提高地基承载力的同时袁又减小了差异沉降尧底板内力和上部结构次内力袁达到了节省造价的预期遥     

变刚度调平设计中桩基承载性状研究

桩基变刚度调平设计的框筒结构体系大比尺模型试验和实际工程桩顶反力测试结果均显示工作荷载作用下,核心筒不同区位桩顶反力随荷载水平的提高而增加,核心筒外围框架柱下桩顶反力也与核心筒下桩顶反力一样趋于均匀。可见,变刚度调平设计可调整反力分布,改善筏板的受力性状。模型试验中核心筒桩顶反力提高的比率是角桩最大、边桩次之、中心桩最小,角桩、边桩、中心桩反力与平均值的比值为:1.15∶1.02∶0.83。工程实测中外框架角桩下桩反力外框架边柱下桩反力核心筒下桩反力。这主要由于群桩效应引起的桩基竖向支撑刚度弱化,外框架柱下角桩处桩数少,群桩效应影响较弱。     

沉降控制复合桩基性状研究

复合桩基是从桩土共同作用出发,考虑桩与土间的荷载分配,由桩和承台底地基土共同承担荷载的桩基。以沉降控制复合桩基为对象,分析其适用范围、工作机理和设计方法。通过对合肥某住宅楼的工程试验,分别从筏板和承台内钢筋应力,筏板和承台下土体反力以及桩基反力几个方面分析了复合桩基的受力机制。     

复合地基变刚度调平设计研究

基于数值模拟,对比分析了6种变刚度复合地基模型的不均匀沉降、桩顶反力、土反力、筏板内力;比较了变桩长、变桩径和变桩间距等方法实现复合地基变刚度调平的效果,并进行优化布桩分析.研究表明:基础差异沉降随荷载的增加先增大后减小;变桩长、变桩距相结合的方案有利于改善筏板的内力状况,降低筏板的弯矩,减小不均匀沉降,为最理想的调平方案.     

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。     

"承台效应"的研究及典型工程事故浅析

针对当前设计中忽视、甚至于不考虑地基土承载的保守、传统的设计理念,和对当前现有的考虑地基土承载的代表性结论和现场实测、模型试验结果的综述,并通过对按变刚度调平概念设计进行布桩的大型模型试验筏底土反力结果的分析,初步总结了变刚度调平后筏底地基土反力的分布情况。并介绍了《建筑桩基技术规范》(征求意见稿)中关于“承台效应”的提法和考虑地基承载简化计算的修订情况。最后,通过典型的工程事故分析说明了忽视“承台效应”所引发的严重后果。     

可控刚度桩筏基础桩土共同作用的工程实践

端承型桩等支承刚度较大的桩基础,在正常工作荷载作用下,桩顶较小的竖向变形无法保证桩土共同作用的实现,这可能导致良好的天然地基承载力得不到充分利用,造成极大的浪费。介绍的典型工程成功解决了支承刚度较大的桩基础难以实现桩土共同作用的问题,同时还实现了桩筏基础的变刚度调平,通过对工程设计及数值分析过程的详细论述与描写,并将现场测试数据与分析结果进行对比分析,验证可控刚度桩筏基础应用于该项目的合理性与可靠性。数值分析及现场实测结果显示,本工程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63%的的荷载,桩基数量大幅度降低,减少了高能耗建材的使用和桩基施工对周边环境的影响,取得了显著的经济效益和社会效益。本工程可控刚度桩筏基础实施所取得的相关经验与成果可供类似工程借鉴与参考。     

基于特尔菲–理想点法的隧道围岩分类研究

基于理想点法的基本原理,选取岩石单轴饱和抗压强度Rc、岩石质量指标RQD、岩体完整性系数Kv、结构面强度系数Kf、地下水渗水量ω作为评价指标,通过特尔菲科学方法确定其权重系数,建立隧道围岩分类模型,并利用广州抽水蓄能电站第1期工程围岩实测资料进行模型检验。结果表明:特尔菲–理想点法判别结果与实际围岩类别大致相同,且和人工神经网络判别结果、突变级数法判别结果基本符合,从而验证了特尔菲–理想点法用于围岩分类是可行的。最后,运用建立的特尔菲–理想点法围岩分类模型对浙江省诸永高速公路西华岭隧道围岩类别进行判别,经计算分析发现,所选洞段围岩判定结果与设计围岩类别相吻合,进一步证明了该方法用于隧道围岩分类的合理性和有效性。这一方法在西华岭隧道中的成功应用,不仅可以为该隧道设计、施工提供参考,同时对以后同类隧道工程围岩分类有一定的参考价值。     

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。     

超高层筒中筒结构桩筏基础共同作用现场实测与数值分析

通过对陕西省邮政电信网管中心大楼桩筏基础的沉降观测及反力的部分现场实测结果的分析,利用大型有限元软件ANSYS ,地基土采用弹塑性本构关系,筏板采用中厚板理论,建立了超高层筒中筒结构、桩筏基础和地基土的三维有限元模型,进行了三者在竖向荷载作用下共同作用的非线性数值分析,对黄土地区超高层建筑桩筏基础的沉降、受力和桩土分担比进行了探讨。分析表明:基础沉降、桩土荷载分担比等实测结果与数值分析吻合较好,在黄土地区建设超高层建筑采用超长灌注桩对于减小基础沉降有显著效果;筒体结构对基础刚度贡献的影响范围约为8层;筏板内力分布复杂,与上部结构形式和布桩方式等因素密切相关,且筏板悬挑端部弯矩很大。     

桩土变形计算模型和变刚度调平设计

不同基宽压缩层深度、基础和桩侧土变形范围、双桩相互影响系数以及桩顶荷载分布的测试结果说明 ,土 -土、桩 -土、桩 -桩相互作用效应较连续介质弹性理论值明显弱化。这是导致按弹性理论计算沉降和相互作用影响偏大的基本原因。本文提出土 -土、桩 -土、桩 -桩相互作用影响计算修正模型 ,应用于高层建筑地基 -基础 -上部结构共同作用计算 ,工程验证表明实测沉降等值线与计算接近 ;并提出共同作用变刚度调平优化设计概念与方法 ,应用于 7项工程 ,收到了大幅节约桩基造价、减小差异沉降的效果。     

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。     

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。     

长、短桩及长短组合桩加固地基特性分析

 在典型工程的地基加固方案优化设计中,采用有限元分析法,对天然地基上的筏板基础、短桩加固、长短组合桩加固、长桩加固等方案进行系统计算与分析。作用相同荷载时,短桩加固地基的荷载水平–变形曲线接近天然地基,长短组合桩加固地基的荷载水平–沉降曲线接近长桩加固地基。基础中心剖面上土体的沉降分布及5 m深处平面上的沉降分布也是短桩加固地基接近于天然地基,长短组合桩加固地基接近于长桩加固地基。短桩加固地基与天然地基具有相似的塑性开展强度及范围,且集中在上部土层。长短组合桩加固地基则与长桩加固地基相似,塑性点往深部传递到桩端持力层。长短组合桩与长桩加固地基的反力分布及大小接近。     

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。