浅谈长短桩组合桩基础工作性状及工程设计问题研究

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1、申请同济大学工学博士学位论文长短桩组合桩基础工作性状及工程设计问题研究培养单位：一级学科：二级学科：研究生：指导教师：土木工程学院土木工程岩土工程杨桦杨敏教授二oo六年三月摘要桩筏基础设计与分析中经常会遇到地基土中存在两层或多层土层可作为桩端持力层的情况．采用支承于浅层持力层的短桩基础往往会出现承载力满足要求而沉降量过大的情况，尤其当浅层持力层有软下卧层时，这种现象更为显著；而采用完全坐落于深层持力层上的全长桩基础方案又常常会导致出现大量长桩或超长桩，使得施工难度及工程投资大大增加，同时上部浅层持力层良好的承载能力得不到充分利用，实为可惜。长短桩组合桩基础按沉降控制设计原理设置少量

2、进入深层持力层的长桩以控制沉降，同时为利用浅层持力层良好的承载能力而设置部分短桩。长短桩组合桩基础充分利用和发挥了长桩控制沉降的能力与地基土浅层持力层的承载能力。与常规设计方法相比，长短桩基础减少了长桩数量，节省工程造价。长短桩组合桩桩基础作为一种新的基础形式，提出了一系列新的问题，但目前国内外尚未对其进行系统深入的机理研究，更没有形成比较完善的设计理论和计算方法．因此，为安全地推广和不断发展这种新型基础，有必要对其工作性状进行系统研究。本文采用数值模拟、室内试验及理论分析等研究方法，对长短桩组合桩基础的工作性状及设计方法进行了分析、探讨．主要内容如下：(1)结合常规桩基础分析方法

3、和沉降控制设计理论，按照长桩主要控制变形、短桩主要提供承载力的基本思路，提出高层建筑长短桩组合桩基础设计思想。．(2)根据一简化计算模型，对长短桩组合桩基础工作性状进行三维弹塑性有限元分析．着重对基础整体沉降变形、桩身轴力、桩身侧摩阻力、土中附加应力场、土体位移场以及荷载分担等进行了分析，分析结果可供理论研究和工程参考。(3)在同济大学岩土工程重点实验室内进行了长短桩组合桩基础室内模型试验。进一步研究长短桩组合桩基础在竖向荷载作用下的荷载传递特性、侧摩阻力分布及荷载分担特性等。(4)基于长短桩组合桩基础工作性状，结合弹性理论法、混合法以及国内常用的分层总和法概念，提出了长短桩组合桩

4、基础沉降计算方法。可考虑桩一土一筏共同作用，提出用桩．土相对位移概念考虑桩侧土体非线性滑移，能方便地考虑筏下反力超强度截去(cut—off)、桩桩相互作用影响修正等。并与ANSYS软件及试验结果进行对比分析。最后针对大规模长短桩组合桩基础沉降计算提出基于规范假定的简化算法．(5)对长短桩组合桩基础工程设计问题进行探讨和明确。应用量纲分析方法，得出长短桩组合桩基础工程设计主要影响因素；对何种条件下设计采用长短桩组合桩基础较为合适给出了判定公式；给出了均质地基及分层地基中组合桩基础工程设计原则：并对承载力安全度及沉降计算等设计关心问题进行了论述。(6)结合课题组的两个工程咨询项目，对长

5、短桩组合桩基础的工程实例进行了计算分析．最后，对本文作了总结，并就进一步工作的方向进行了简要的讨论。关键词：长短桩工作性状设计方法数值模拟室内实验沉降计算AbstraetABSTRACTDuringtheanalysisanddesigningofthepUedmftfoundation,onemayalwaysfmdthatthereexisttwoormorebeatingstratainsoil．Thebearingcapacityoftheshotpilefoundationthatbearingonthelowerbearingstrataisenoughwhilethe

6、amountofsettlementistoobig，especiallywhenthereissoftclaybelowthebearingstrata．Toomanylongpilesageneededwhenthelongpilefoundationthatbearingonthedeeperbearingstrataischosen,itmakestheconstructiondifficultyandengineeringinvestmentincreased，thebearingeapaeityofthelowerbearingstratacannotbewelluse

7、datthesametime．Consideringthecasethattheretwobearingstratainsoilandlowsettlementoffoundationiswanted，basedonthecontrollingsettlementprinciple，thedesignphilosophyoflong—shotpilefoundationispresented．11lelongpileistocontrolthesettlementan