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。     

广义复合桩基的变刚度调平设计

差异沉降是导致基础内力和上部结构次应力增大、板厚与配筋增加的根源所在。本文分别对摩擦桩复合桩基和端承桩复合桩基的变刚度调平进行了数值分析。结果显示:摩擦桩复合桩基可以通过不同桩长、桩径、桩距的设置方式来对桩基的支承刚度进行合理的分布,以达到减小差异沉降的目的。端承桩复合桩基通过设置变形调节器,不仅解决了端承桩基无法利用地基土承载力的难题,而且可对调节器支承刚度的进一步优化和调整,还能显著减小基础的不均匀沉降。     

控制差异沉降的复合桩基优化设计方法

目前以变形为控制条件的复合桩基设计理论是桩筏基础研究中的热点问题,而人为合理的调整地基土刚度和桩基支承刚度的方法是控制复合桩基差异沉降的有效手段之一。文章以复合桩基非线性设计理论为基础,从优化设计的角度出发,考虑上部结构、基础和地基的共同作用,讨论了设置变刚度垫层、改变桩长、桩径、桩距及布桩方式对基础差异沉降和内力的影响,并提出了复合桩基优化设计的发展方向。     

基于差异沉降控制的油罐桩筏基础设计与分析

桩筏基础产生差异沉降的原因是基础底部的支承刚度分布不均匀,可以通过改变部分桩长来调整基础刚度分布的方法来解决。工程实测值和数值模拟分析表明,中间采用长桩,边角采用短桩可以减小差异沉降,在计算中需要引入地基土非线性特性。     

土岩溶组合地区可控刚度桩筏基础设计

在土岩溶组合地层的高层建筑设计中,由于地基土支承刚度不均匀,导致建筑物基础的承载力不足或不均匀沉降较大,常规设计方法无法保证建筑物安全。以典型工程为例,详细论述桩筏基础主动控制技术应用于该项目的设计计算过程,并通过有限元模型与现场监测数据验证其合理性与可靠性。该工程在黏土分布区采用桩侧和桩端后注浆摩擦桩,在基岩区域通过削弱基岩支承刚度,采用在桩顶设置刚度调节装置的桩(墩)基础,保证了黏土分布区支承刚度与基岩区支承刚度相匹配,满足承载力的同时有效地控制了基础的差异沉降。同时数值计算结果也表明,此工程基础设计方案是合理的,实测结果显示建筑物的不均匀沉降和总体沉降量均较小,验证了在桩顶设置刚度调节装置在土岩溶复杂地质条件下的适应性,取得了显著的经济效益。     

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。     

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。     

超大主裙连体结构基础设计的变刚度调平

以苏州中心广场项目为例,阐述了桩基础变刚度调平在超长超宽主裙楼连体结构桩筏基础设计中的应用。考虑了土层分布以及上部结构刚度对地基和基础的影响;通过调整桩径、桩距、桩端持力层、各区域基础底板厚度等方式改变了基桩的支承刚度分布;在降低基础沉降差异、减少筏板开裂的同时,降低了工程造价。     

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     

Physical modeling of behaviors of cast-in-place concrete piled raft compared to free-standing pile group in sand

Similar to free-standing pile groups, piled raft foundations are conventionally designed in which the piles carry the total load of structure and the raft bearing capacity is not taken into account. Numerous studies indicated that this method is too conservative. Only when the pile cap is elevated from the ground level, the raft bearing contribution can be neglected. In a piled raft foundation, pile–soil–raft interaction is complicated. Although several numerical studies have been carried out to analyze the behaviors of piled raft foundations, very few experimental studies are reported in the literature. The available laboratory studies mainly focused on steel piles. The present study aims to compare the behaviors of piled raft foundations with free-standing pile groups in sand, using laboratory physical models. Cast-in-place concrete piles and concrete raft are used for the tests. The tests are conducted on single pile, single pile in pile group, unpiled raft, free-standing pile group and piled raft foundation. We examine the effects of the number of piles, the pile installation method and the interaction between different components of foundation. The results indicate that the ultimate bearing capacity of the piled raft foundation is considerably higher than that of the free-standing pile group with the same number of piles. With installation of the single pile in the group, the pile bearing capacity and stiffness increase. Installation of the piles beneath the raft decreases the bearing capacity of the raft. When the raft bearing capacity is not included in the design process, the allowable bearing capacity of the piled raft is underestimated by more than 200%. This deviation intensifies with increasing spacing of the piles.     

刚性桩复合地基与复合桩基工作性状对比试验研究

针对高层建筑筏板荷载分布特点,采用内密外疏布桩方式,通过现场缩尺(1:10)模型试验,完成了带上部结构的复合地基与复合桩基载荷试验,分析了筏板沉降、桩端平面以下地基沉降和筏板外侧地面沉降、筏板下桩土反力分布、桩身轴力和侧摩阻分布及桩土荷载分担比,研究了工作荷载下复合地基与复合桩基的工作性状。与复合桩基相比,得出复合地基总沉降大、差异沉降小、桩端平面以下沉降小、桩上段存在负摩阻、桩间土荷载分担比大、桩荷载分担比小的试验结果;复合地基可以更好地调动浅层地基土承载力,而复合桩基则能更好地调动深层地基土承载力,所得结论可为进一步理论研究及工程设计提供有益参考。     

岩溶地区端承桩复合桩基的工程实践

岩溶地区高层建筑基础若采用常规桩基,需进行一桩一探的施工勘探,不仅造价高工期长,而且成桩质量难以保证。本文介绍某工程天然地基虽具有较高的承载力,但仍无法满足高层建筑基础沉降量与软弱下卧层承载力的要求。本文提出端承桩复合桩基的方法,通过在桩顶设置变形调节装置,协调桩、土变形差,实现端承型桩的桩土共同作用,使天然地基承担大部分的上部结构荷载,不足部分由引入的少量桩基来承担。本文详细介绍了端承桩复合桩基的设计方法,并采用数值计算的方法对不同组别的复合桩基深入分析,结果显示,若刚度按实际计算值控制,端承桩复合桩基各项测试指标与设计值较为吻合,该工程目前已进入上部结构施工阶段。本工程采用端承桩复合桩基的设计方法可取得显著的经济效益,本案例可供同类工程借鉴。     

摩擦端承桩复合桩基设计研究

提出一种摩擦端承桩复合桩基设计方法 ,即在剪力墙或柱下集中布桩 ,桩顶与筏板 (或承台 )间设置一定厚度的软垫或专用变形器。通过迫使桩间土先于桩顶发生沉降使其承担预定的荷载 ,随后增加的荷载则由桩、土共同承担。该法可充分发挥地基土的承载力 ,大幅度减少用桩量和筏板厚度及配筋 ,其经济效益明显优于常规桩基和复合地基。对其承载机理和变形特性进行了初步研究 ,得出了承载力和沉降近似计算公式 ,并成功应用于工程实践 ,取得了很好的经济效益     

分层土中桩筏基础荷载分担问题的有限元分析

采用三维有限元方法建立桩筏基础模型来考虑各种影响因素对桩土分担比的影响。地表硬壳层的存在能够有效地提高筏板的分担作用。通过对不同桩距和布桩方式桩筏基础的计算,发现当桩距径比增大时,桩间土的承载作用有显著提高,但当大于7d之后则无显著变化。此外,还研究了不同桩端土的相对刚度以及应力水平下桩筏基础共同作用性状,可供工程设计人员参考,以优化设计并满足较高的经济性。     

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。     

深厚软土超长预应力高强混凝土管桩轴向受力性状的试验研究

通过在管桩的钢筋笼里面添加带应变计的附加钢筋,对珠海保税区深厚软土地基中超长预应力高强混凝土(PHC)管桩进行了轴向静载试验和桩身轴力的测试,探讨了深厚软土地基中超长PHC管桩的竖向承载特性和荷载传递机理。结果表明在深厚软土地基中,超长PHC管桩表现出端承摩擦桩的承载性状,因此应当选择压缩性较小的土层作为持力层;超长PHC管桩的桩端土刚度对桩侧摩阻力的发挥有极大的影响,提高桩端土刚度对桩侧摩阻力有明显的增强作用;适当地增加桩长可以提高桩基的极限承载力;在长细比较大的超长PHC管桩设计中,除了从极限承载力和桩顶沉降来考虑外,还应该注意桩身强度的影响;同时,在沉降计算中,要充分考虑桩身压缩引起的沉降。该试验方法和试验结果对今后PHC管桩的研究和设计应用具有重要的指导意义。     

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。     

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。