刚性长短桩复合地基长短桩相互作用机制的试验研究

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1、刚性长短桩复合地基长短桩相互作用机制的试验研究-->1绪论1.1研究背景随着经济、技术的发展，建筑用地的日益短缺，高层、超高层建筑日趋增多。上部荷载的增加，对地基承载能力及沉降的控制要求也逐渐增高。长短桩复合地基作为一种新型的地基处理形式，充分利用了桩间土的承载力，降低了工程造价，备受学者的关注。复合地基与传统桩基的最大区别在于复合地基中桩与土体共同承担荷载。复合地基从二战以后，开始在工程上采用，近年来，复合地基的应用也越来越多。不同的时代背景、施工工艺、建筑材料、建筑规格等造就了复合地基形式的不

2、断改进与发展。复合地基有很多形式，包括CFG桩复合地基、混凝土桩复合地基、长短桩复合地基、碎石桩复合地基、搅拌桩复合地基等。目前，很多学者通过对刚性基础或柔性基础下，桩体采用刚性桩或柔性桩的复合地基形式进行了大量的研究，也得出了很多宝贵的结论。中国建科院、同济大学及郑州大学等院校科研机构采用理论分析、模型试验和数值模拟等方法对桩与土的发挥系数、承载性状研究做了大量的工作。但是对于刚性基础下刚性长短桩复合地基，长桩与短桩间的相互作用机制的研究较少。本文采用室内模型试验的方法，对长桩与短桩间相互影响进

3、行了试验研究，旨在为复合地基承载性状提供试验数据支持。..........1.2刚性长短桩复合地基研究现状Alamgir等（1996）[1]假定桩和桩间土均为线弹性体，分析了柔性基础下端承桩复合地基，选择合适的典型单元体变形模式，该典型单元体侧面剪应力为零，另考虑桩土界面位移协调条件，通过分析桩与桩间土的平衡关系给出了柔性基础下端承桩复合地基中附加应力和沉降计算的解析解。牛顺生（2006）[2]通过深入分析各种桩体复合地基承载力的计算方法，得到了长短桩复合地基承载力的计算方法；在Geddes法的基

4、础上，根据复合地基桩侧摩阻力分布的特点，利用Mindlin解和Boussinesq解导出了桩端下卧土层顶面的附加应力计算公式，并提出了沉降计算方法。李秀（2006）[3]在长桩、短桩、褥垫层承载机理的基础上，根据三者的协同作用，在一定的假设下，建立了组合桩复合地基桩土荷载传递的微分方程，推导出桩、土分担荷载的解析解，并通过MATLAB进行验证，表明此种方法与已有的研究结果有较好的相似性。曹明，陈龙珠，陈胜立等[4]（2007）采用积分方程法推导出第二类Fredholm积分方程，计算出桩桩、桩土、土

5、土之间的相互作用系数，并用叠加原理验证了该方程的正确性。郭院成，李明宇[5]（2009）通过分析柔性基础下长短桩复合地基中桩顶褥垫层内受力分布，建立了力学模型理论，推导出柔性基础下刚性长短桩复合地基桩土应力比的解析公式。将柔性基础下长短桩4桩现场静载试验测得的桩土应力比结果与推导出的公式进行了对比验证。结果表明，该公式有很好的工程适用性。并得出结论：该条件下的桩土应力比与上部荷载的大小、褥垫层的厚度呈正比，同桩径成反比。曹明，陈龙珠，陈胜立[6]（2011）利用桩-桩、桩-土、土-土之间的相互作用

6、系数，建立了一种分析单桩沉降以及各桩荷载分担比的方法。此种方法将相互作用的两根桩分解为两根虚拟桩和半空间无限土体，很好的考虑了桩的“加筋效应”。因不对群桩进行整体分析，计算率较高，具有一定的工程应用前景。詹祥元[7]（2012）对长短桩复合地基的沉降变形规律和影响因素进行了深入探讨，归纳了长短桩复合地基沉降优化设计思路。研究表明：在进行沉降控制设计时，在满足地基承载力的条件下，长桩长度和长短桩长度比是影响复合地基总沉降的关键。张明飞[8]（2012）对“非线性变形模量法”进行了一些改进，提出了一种

7、新的长短桩布置形式，即短桩顶部不设置垫层。将此新形式与传统布桩形式进行对比，发现除正常满足承载力和沉降要求之外，也节省了14%的桩，该方法具有一定的工程实用性。......2刚性长短桩复合地基静载试验2.1引言刚性长短桩复合地基自开始在工程上应用以来，已进行了大量的试验研究。对桩承载力发挥度、桩身轴力、桩侧摩阻力、桩土应力比、桩土荷载分担比等进行了研究。近年来，对群桩的整体空间效应，也开始有了现场试验研究。群桩的数量对试验结果有很大影响，由于复合地基试验所消耗的时间、人力、物力都非常大，试验时具体

8、采用多大规模的复合地基是一个难题。原位试验中，桩长一般大于10m，对于桩身轴力的测量、桩端压力量测设备的布置都存在一定困难。为进一步探求长桩与短桩间的相互作用机制，进行一系列室内大比例缩尺试验。.........2.2试验内容根据本文的研究内容，模型试验包括1组长桩单桩、1组短桩单桩、1组长桩单桩复合地基、1组短桩单桩复合地基、1组4桩长短桩复合地基共5组静载荷试验。试验中，利用微型土压力盒、钢筋应变计、混凝土应变片、位移计分别对桩顶、桩间土、桩端的压应力和桩身应变、桩顶沉降进行了