軟土地基樁受力性狀和沉降特性試驗與理論研究.pdf

1、樁基礎(chǔ)是一種常見的基礎(chǔ)型式，已被廣泛應(yīng)用于高層建筑、高速鐵路、高速公路、橋梁、港口碼頭、大型構(gòu)筑物等工程中。已有研究表明，鉆孔灌注樁使用過程中存在著樁端沉渣、樁端持力層擾動、樁身質(zhì)量、樁側(cè)泥皮及鉆孔應(yīng)力松弛等而導(dǎo)致同一場地鉆孔灌注樁承載力離散的問題。鉆孔灌注樁的受力性狀有待深入研究。本文通過現(xiàn)場試驗和理論分析對軟土地基豎向荷載作用下單樁和群樁的受力性狀展開研究。本文主要工作及創(chuàng)新成果如下：
　　 1.對溫州鹿城廣場鉆孔施工時穿越

2、約40 m巨厚卵石層的超長嵌巖樁的施工方法和軟土地基大噸位靜載試驗方案的設(shè)計展開了研究，并對超長樁的荷載-沉降性狀、樁身壓縮規(guī)律、樁側(cè)阻力和樁端阻力的發(fā)揮特性、樁端沉渣對端阻的影響等進行了深入研究。研究表明，在最大加載條件下，超長樁表現(xiàn)為端承摩擦樁性狀。在使用荷載下，樁頂沉降的90％以上來自樁身壓縮，在進行超長樁設(shè)計時，要充分考慮樁身質(zhì)量對試樁沉降的影響。同時，樁底沉渣清除的干凈與否，也直接影響超長樁的沉降。超長樁樁側(cè)上部土層摩阻力具有

3、不同程度的軟化現(xiàn)象，而中下部土層側(cè)摩阻力具有微弱的強化效應(yīng)。
　　 2.利用破壞和非破壞試樁的現(xiàn)場對比試驗揭示了試樁未加載至破壞和試樁破壞時受力性狀的異同。研究發(fā)現(xiàn)，最大試驗荷載下非破壞性試樁淺層土側(cè)阻完全發(fā)揮并出現(xiàn)側(cè)阻軟化趨勢，而破壞性試樁全樁長范圍側(cè)阻均表現(xiàn)為軟化性狀。非破壞性試樁實測得到的樁端位移-樁端力曲線表現(xiàn)為硬化特性，而試樁破壞性試驗中實測得到的樁端位移-樁端力曲線表現(xiàn)為軟化特性。
　　 3.通過現(xiàn)場試驗研究

4、了樁端下沉渣厚度不同以及樁端持力層不同時超長樁實測側(cè)阻，闡述了樁端強度提高對側(cè)阻的強化作用。研究發(fā)現(xiàn)，端阻和側(cè)阻不是相互獨立的，樁端土強度的提高對側(cè)阻有強化作用，尤其是樁端附近的側(cè)阻。樁端土成拱作用和樁端附近樁身壓縮的側(cè)脹作用引起的樁側(cè)附近法向應(yīng)力和樁端附近樁側(cè)土黏聚力及樁-土界面摩擦角的增加是造成樁端土強度提高對側(cè)阻強化作用的主要原因。
　　 4.通過采用樁土共同作用設(shè)計方法的某工程實測數(shù)據(jù)，分析了基礎(chǔ)底板下不同位置處樁頂反力

5、、基礎(chǔ)底板中鋼筋內(nèi)力及樁、土荷載分擔比等。現(xiàn)場實測結(jié)果表明，大樓竣工時樁頂反力超過單樁極限承載力的50%，這和傳統(tǒng)設(shè)計方法是不同的。隨建筑層數(shù)的增加，土分擔荷載的比例逐漸減少，裝修完成時土承擔了上部荷載的20%。大樓結(jié)頂時基礎(chǔ)底板內(nèi)鋼筋實測應(yīng)力很小，遠低于鋼筋所能承受的最大抗壓值或抗拉值。
　　
　　 5.提出了三種單樁沉降簡化計算方法。單樁沉降簡化計算方法一中單樁樁頂沉降由樁端力引起的沉降，樁身壓縮和樁側(cè)阻力引起的沉

6、降組成。單樁沉降簡化計算方法二中采用雙曲線模型模擬樁側(cè)阻力與樁土相對位移間的關(guān)系，采用雙折線模型模擬樁端位移與樁端阻力間的關(guān)系，運用迭代的方法得到了單樁受力性狀。單樁沉降簡化計算方法三采用側(cè)阻軟化荷載傳遞模型，同時假定樁端位移-荷載關(guān)系曲線符合雙折線模型，運用二分法得到了單樁沉降。本文提出的單樁沉降簡化計算方法可考慮地基土的成層性和非線性特性。
　　 6.在單樁沉降簡化計算方法的基礎(chǔ)上，提出了3種群樁沉降計算方法。第一種群樁沉降

7、計算等代墩法的關(guān)鍵是獲得合理的單樁沉降值，并選擇恰當?shù)娜簶杜c單樁沉降關(guān)系系數(shù)值ω。筆者根據(jù)粉土和軟土中單樁和群樁模型樁的試驗結(jié)果反算得到單樁與群樁沉降關(guān)系系數(shù)ω值約為0.25～0.45。第二種群樁沉降計算方法在樁-樁之間的相互作用假定為彈性的基礎(chǔ)上，考慮群樁中的“加筋和遮簾效應(yīng)”對兩樁相互作用系數(shù)的影響，并區(qū)分樁身位移和樁端位移的相互影響，得到了一種兩樁相互作用系數(shù)的計算方法，并將其應(yīng)用到群樁沉降簡化計算方法中。第三種群樁沉降計算方法中

8、利用雙曲線模型模擬樁側(cè)阻力和樁土相對位移間的關(guān)系以及樁端位移-荷載關(guān)系?？紤]群樁中各基樁的相互作用，得到了群樁中基樁側(cè)阻和端阻雙曲線荷載傳遞函數(shù)中各參數(shù)的確定方法，并將荷載傳遞法擴展到群樁受力性狀的分析中，提出了一種可快速估算群樁中任一基樁受力性狀的簡化算法。
　　 7.利用荷載傳遞法并結(jié)合剪切位移法分析了成層土中錨樁法靜載試驗時錨樁對試樁樁頂剛度的影響，并考慮了“加筋和遮簾效應(yīng)”對試樁樁頂剛度的影響。算例分析表明，實際工程中需