刚—柔性桩复合地基特性研究

论文摘要

刚-柔性桩复合地基目前研究远远滞后于工程实践，本文从系统的现场试验、有限元数值分析、理论研究三方面对刚-柔性桩复合地基特性进行研究，主要研究工作如下： 1．对刚性桩和柔性桩进行了系统的测试，分别对两种桩的破坏模式、桩侧摩阻力分布形式、轴力分布规律、荷载传递情况、弹性压缩量等进行对比。此外，还对规范给出两种桩承载力计算公式进行了修正。 2．进行了多个大型刚-柔性桩复合地基静荷载试验，对刚-柔性桩复合地基承载和变形特性进行了系统的试验研究，比较了不同褥垫层参数、不同置换率下刚-柔性桩复合地基沉降情况，分析了褥垫层参数以及置换率对刚-柔性桩复合地基的桩土应力、桩土应力比以及荷载分担比的影响，探讨了复合变形模量以及承载力发挥度随褥垫层参数以及置换率变化情况。重点对有褥垫层刚-柔性桩复合地基和无褥垫层刚-柔性桩复合地基的荷载-沉降关系、土反力分布、桩身应力分布、荷载传递机理进行了全面的试验比较，试验结果表明有褥垫层刚-柔性桩复合地基的桩土共同作用情况优于无褥垫层刚-柔性桩复合地基。此外，对刚-柔性桩复合地基中刚性桩和自由状态下刚性桩的荷载传递规律及变形性状进行比较。 3．探讨了原位试验的埋设及测试技术，全面系统地开展了刚-柔性桩复合地基的现场原位测试，测试内容包括土深层沉降、建筑物沉降、承台下桩土应力、刚性桩沿桩身应力、柔性桩沿桩身应力、土沿深度应力、孔隙水沿深度压力，研究了刚-柔性桩复合地基在长期荷载作用下的应力场和位移场的分布规律、荷载分担比的变化规律。通过原位试验结果比较了刚-柔性桩复合地基中刚性桩和柔性桩在不同部位的荷载传递规律，分析了地基应力沉降状况与上部结构刚度的关系。 4．在现场试验基础上对条形基础下刚-柔性桩复合地基进行有限元模拟分析。着重讨论了褥垫层参数、承台参数、刚性桩参数、柔性桩参数以及土参数变化对刚-柔性桩复合地基承载变形特性的影响。 5．在弹性模型基础上，根据剪切位移法理论推导了荷载分担比解析解：根据有限元分析成果建立了经验公式。本文提出的荷载分担比解析解和经验公式与工程实测结果接近，对荷载分担比的估算有一定的价值。 6．分析了目前求解复合地基复合模量的计算方法，根据剪切位移法理论提出了刚-柔性桩复合地基复合模量的解析解，工程实例表明传统的面积加权法计算方法得到的结果小于实测值，而本文方法精度相对较高，误差可以满足工程要求。此外还分析了刚性桩桩长、柔性桩桩长、刚性桩模量、柔性桩模量、土模量以及置换率对刚-柔性桩复合地基复合模量的影响。 7．总结了目前刚-柔性桩复合地基沉降计算的研究成果，根据刚-柔性桩复合地基的特点在沉降计算中考虑了桩的遮帘与加筋效应、把加固区划分为双层地基、通过虚拟土桩方法考虑不同桩长剪应力的扩散问题、考虑了土-土之间的作用。在理论推导基础上编制了沉降计算程序，计算结果表明沉降计算程序相对精确，可以满足工程要求。 8．根据基础结构类型对刚-柔性桩复合地基进行了划分，并分析了不同类型刚-柔性桩复合地基的特点，依据各自特点提出了设计思路、设计步骤、承载力评价、承载力修正、设计及施工注意事项，结合工程实例说明以上设计方法的可行性。在工程实例中比较了不同地基处理方案，探讨了刚-柔性桩复合地基的具体设计施工问题，提出了一些有效技术措施保证刚性桩、柔性桩以及土共同作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 刚-柔性桩复合地基的工程应用
• 1.2.1 刚-柔性桩复合地基的适用条件
• 1.2.2 刚-柔性桩复合地基的注意事项
• 1.3 刚-柔性桩复合地基的研究现状
• 1.4 桩土共同作用试验研究现状
• 1.5 本文的研究思路和内容
• 第二章 单桩承载变形性状试验研究
• 2.1 小直径纯摩擦长桩承载变形性状
• 2.1.1 试验概况
• 2.1.2 试验原理及方法
• 2.1.3 承载变形机理
• 2.1.4 桩身弹性压缩量分析
• 2.2 水泥搅拌桩承载变形性状
• 2.2.1 试验概况
• 2.2.2 桩身传感器的埋设
• 2.2.3 水泥土强度试验
• 2.2.4 桩身弹性压缩量分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 刚-柔性桩复合地基静荷载试验研究
• 3.1 试验原理和方法
• 3.1.1 试验概述
• 3.1.2 试验技术
• 3.2 带褥垫层刚-柔性桩复合地基特性分析
• 3.2.1 沉降分析
• 3.2.2 土应力分析
• 3.2.3 刚性桩荷载传递规律
• 3.2.4 柔性桩荷载传递规律
• 3.2.5 应力比随深度变化规律
• 3.3 无褥垫层刚-柔性桩复合地基特性分析
• 3.3.1 沉降分析
• 3.3.2 土反力分布情况
• 3.3.3 刚性桩荷载传递规律
• 3.3.4 柔性桩荷载传递规律
• 3.3.5 应力比随深度变化规律
• 3.4 变参数刚-柔性桩复合地基研究
• 3.4.1 沉降特性分析
• 3.4.2 承载特性分析
• 3.4.3 复合变形模量
• 3.4.4 破坏模式
• 3.4.5 承载力发挥度
• 3.5 刚-柔性桩复合地基中刚性桩和自由状态下刚性桩性能比较
• 3.5.1 沉降分析
• 3.5.2 桩轴力分布性状
• 3.5.3 摩阻力分布情况
• 3.5.4 桩身弹性压缩量对比
• 3.6 本章小结
• 第四章 刚-柔性桩复合地基原位试验研究
• 4.1 原位试验概况
• 4.1.1 试验目的
• 4.1.2 试验内容
• 4.1.3 试验仪器的原理和方法
• 4.2 原位试验仪器的布置
• 4.2.1 工程概况
• 4.2.2 测试点布置方案
• 4.2.3 传感器量程的选择
• 4.3 测试结果分析
• 4.3.1 沉降分析
• 4.3.2 土反力情况
• 4.3.3 荷载分担比情况
• 4.3.4 桩顶应力情况
• 4.3.5 桩荷载传递情况
• 4.3.6 孔隙水压力分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 刚-柔性桩复合地基有限元分析
• 5.1 有限元分析方法
• 5.1.1 有限元基本方程
• 5.1.2 基本假定、计算简图与计算参数
• 5.1.3 计算方案及有限元计算结果的验证
• 5.2 褥垫层参数对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.2.1 褥垫层厚度对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.2.2 褥垫层模量对刚-柔性复合地基特性影响
• 5.3 承台对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.3.1 承台厚度对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.3.2 承台模量对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.3.3 承台宽度对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.4 刚性桩参数对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.4.1 刚性桩长度对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.4.2 刚性桩直径对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.4.3 刚性桩模量对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.4.4 刚性桩间距对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.5 柔性桩参数对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.5.1 柔性桩长度对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.5.2 柔性桩直径对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.5.3 柔性桩模量对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.6 土模量对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.6.1 地基全部土质对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.6.2 加固层土质对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.6.3 下卧层土质对刚-柔性桩复合地基特性影响
• 5.7 本章小结
• 第六章 刚-柔性桩复合地基荷载分担比研究
• 6.1 荷载分担比的理论解
• 6.2 有限元实用计算公式
• 6.3 工程实测和理论解、经验公式的比较
• 6.4 本章小结
• 第七章 刚-柔性桩复合地基复合模量解析解研究
• 7.1 研究现状
• 7.2 复合模量的理论推导
• 7.3 工程实例
• 7.4 关于不同参数对复合地基复合模量影响的分析
• 7.5 本章小结
• 第八章 刚-柔性桩复合地基沉降计算方法研究
• 8.1 现有刚-柔性桩复合地基沉降计算方法分析
• 8.2 刚-柔性桩复合地基沉降计算方法
• 8.3 工程实例比较
• 8.4 本章小结
• 第九章 刚-柔性复合地基设计方法研究
• 9.1 刚-柔性复合地基的分类
• 9.1.1 条形基础刚-柔性桩复合地基
• 9.1.2 筏板基础刚-柔性桩复合地基
• 9.1.3 独立承台基础刚-柔性桩复合地基
• 9.1.4 改良型刚-柔性桩复合地基
• 9.2 条形基础刚-柔性桩复合地基设计研究
• 9.2.1 设计思路
• 9.2.2 设计步骤
• 9.2.3 承载力评价
• 9.2.4 施工注意事项
• 9.2.5 基础设计优化实例
• 9.3 筏板基础刚-柔性桩复合地基设计研究
• 9.3.1 设计思路
• 9.3.2 设计步骤
• 9.3.3 承载力评价
• 9.3.4 承载力的修正
• 9.4 改良型刚-柔性桩复合地基
• 9.4.1 设计思路
• 9.4.2 设计步骤
• 9.4.3 工程实例1
• 9.4.4 工程实例2
• 9.4.5 工程实例3
• 9.5 本章小结
• 第十章 结论与展望
• 10.1 主要工作
• 10.2 主要成果
• 10.3 主要结论
• 10.4 对进一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 附录 浙江大学岩土工程研究所历届博士学位论文目录