浅论广义复合桩基设计理论与方法

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1、南京工业大学博士学位论文广义复合桩基设计理论与方法姓名：周峰申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：宰金珉；梅国雄20070520摘要本文对常规复合桩基的概念范畴进行了拓展，提出了广义复合桩基的概念，并对广义复合桩基从理论到实践进行了较深入分析和探讨，主要内容如下：(1)详细阐述了广义复合桩基的概念，分别对其作用机理、使用原则以及设计方法进行了系统深入地探讨：基础设计中，当地基强度和变形两者之一或两者均不能满足设计要求时，使基桩与地基土在满足总体安全度和变形的双重要求下，共同承担上部荷载的桩基础称为广义复合桩基；根据基桩的受力性能特点，广义

2、复合桩基具体又可分为摩擦桩复合桩基和端承桩复合桩基。目前在软土地区广泛使用的沉降控制复合桩基可被纳入摩擦桩复合桩基的范畴。对摩擦桩复合桩基和端承桩复合桩基工作机理进行了分析，揭示了两者在桩土共同承担上部结构荷载方式上的差异：摩擦桩复合桩基依靠桩尖刺入迫使土分担荷载，桩土荷载分担作用常呈交替式发展，土分担比在桩进入非线性的工作阶段后快速上升并趋于稳定；而端承桩复合桩基由于设置了桩顶变形调节器，其桩土分担作用基本同步发挥，分担比较快趋于稳定。摩擦桩复合桩基中，为保证桩土的变形协调，可人为令单桩荷载接近或达到其承载力极限值，使其形成“塑性支承桩”的

3、工作状态。也正是基于这样的考虑，本文仍建议将地基土承载力满足率妒≥o．5作为摩擦桩复合桩基的应用条件之一，以满足整体安全度的要求，另外妒<0．5，摩擦桩复合桩基的经济效益亦不明显。按设计过程，详细给出了广义复合桩基的设计方法与相应的计算公式。(2)对几种不同类型的变形调节装置进行了研制和开发，着重介绍了获国家专利(专利号：ZL200520071955．2)的钢圈式调节器的研制过程、构造要求以及安装方法。室内试验和实际应用表明，研制成功的调节器具有质量可靠、性能稳定、施工方便的特点，而且Q—S曲线近似呈线性变化，大大简化了设计过程。调节器可单独

4、使用，亦可多个并联或串联使用，以获得所需的接触刚度，从而满足不同接触力和接触变形的要求。(3)提出非线性改进广义文克尔模型，修正了文克尔模型不能考虑地基土非线性和土介质连续性的缺点，能反应地基土马鞍形、抛物线形以及钟形反力分布。编制了可以分析非线性改进广义文克尔地基上桩筏基础的简化程序。算例和工程实例分析不仅表明该程序的可用性，而且说明本文提出的非线性改进广义文克尔地基模型具有～定的合理性。(4)提出人为调节广义复合桩基中地基和桩基支承刚度分布的方法，以达到减少和控制差异沉降的目标。对上述方法进行了二维和三维数值分析，数值分析和试验结果表明，

5、上述方法具有～定的合理性和可行性。(5)介绍了地基承载力弹塑性解的推导过程和相应的计算公式，分析了载荷板试验中的尺寸效应，在上述工作的基础上，给出了确定地基土承载力的合理建议。(6)开展了广义复合桩基的工程实践、大型现场测试研究和对比分析研究，结果表明，建筑物的各项指标基本达到预期结果，满足设计要求。经济效益分析也表明，在花岗岩残积土地区，广义复合桩基与常规桩基相比，不仅能显著节约基础造价，而且能减少基础的建造周期。上述工程实践的成功实施，不仅验证了本文提出的广义复合桩基设计理论的合理性、经济性，还展示了其广阔的应用前景。(7)广义复合桩基的

6、理论基础依然是桩土的共同作用，特别是塑性支承桩概念的使用和桩项变形调节器的设置，在保证桩土满足变形协调的同时，使桩筏基础有了零差异沉降控制的可能。因此可以讲，广义复合桩基既延续了常规复合桩基的设计思想，也是常规复合桩基的重要发展。关键词：广义复合桩基变形调节器非线性改进广义文克尔模型地基承载力差异沉降控制ABSTRACTC0nccptofgene豫lcompositepilefoundati∞isextendedinthjspaper．neconccPtofgcneralizedcompositcpilef加ndationisprcscntc

7、d，卸dthegcneralizedcompositepilefoundationisstudiedf内mthe0巧t0itsapIplication．Themaincontentsafeasfbllows：(1)弧econceptofg％efalizcdcompositcpilcfoundationisexpounded舶mactionmechanism，usingprincipleanddesi印method．Illfoundationdesign，whenoneofcapacity柚ddefomationofsoilfoundation

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