變剛度復(fù)合地基變形控制設(shè)計理論研究.pdf

1、復(fù)合地基的受力機理復(fù)雜，影響地基變形的因素很多，諸如天然地基物理特性、樁身強度、樁間距、樁長、樁身尺寸、上部結(jié)構(gòu)剛度等都會對復(fù)合地基的變形產(chǎn)生影響。針對這些問題，綜合運用理論分析、數(shù)值模擬等方法，對不布樁模式下的地基變形情況進行了系統(tǒng)研究，對各種因素影響規(guī)律進行了分析。在此基礎(chǔ)上，給出了控制復(fù)合地基變形的優(yōu)化設(shè)計方法，最后通過工程實踐證明該方法適用、經(jīng)濟，滿足工程精度要求。
　　對地基單一受力區(qū)域三維分層中的樁基礎(chǔ)，運用分層材料介

2、質(zhì)的廣義 Kelvin基本解的邊界元法，就單樁位移和群樁共同作用進行了理論分析，并建立了分層地基中樁基礎(chǔ)邊值問題的邊界積分方程；對地基相鄰受力區(qū)域按照剛性基礎(chǔ)分析，假定被影響剛性基礎(chǔ)的基底與地基緊密接觸，將接觸面劃分為n個矩形網(wǎng)格，在上部荷載與相鄰區(qū)域基礎(chǔ)荷載影響下，考慮基礎(chǔ)埋深和建筑物高度對傾斜的影響，建立了剛性基礎(chǔ)地基反力和整體傾斜基本方程，應(yīng)用迭代法對相鄰區(qū)域共同作用進行分析。
　　本文采用FLAC3D有限差分程序，考慮樁身

3、長L、樁直徑D、樁間距S、上部剛度K、復(fù)合地基的置換率m等影響因素，對應(yīng)不同布樁模式建立了8組共39個數(shù)值模型，分別就均布荷載和非均布荷載兩種受力模式下的地基變形特征展開系統(tǒng)數(shù)值模擬研究，并對各種影響要素進行理論分析。數(shù)值模擬研究結(jié)果表明：
　　(1)水平方向變形特征：①樁頂位置在所有變剛度模式下的各關(guān)鍵豎向變形均符合指數(shù)衰減特征，最大變形值位于荷載形心，最小值則位于基礎(chǔ)端角，其次是板邊。水平方向變形等值線均呈現(xiàn)同心圓形狀，與基礎(chǔ)

4、形狀及加載區(qū)域形狀關(guān)系不密切。②樁底位置由于剪切位移的連續(xù)性，表現(xiàn)出較好的自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力，在所有變剛度模式中未出現(xiàn)變形突變，樁底變形情況受樁長影響最大，樁距、樁徑對變形無影響，隨土層深度增加，變形逐步過渡為平滑的碗形。
　　(2)豎向變形特征：①樁頂位置變形表現(xiàn)為“同心圓柱”，而且這種情況會一直持續(xù)到約樁長一半。②樁底位置由于不存在上部剛度約束，其變形情況與平面、豎向布樁形式有關(guān)。
　　(3)應(yīng)力分布特征：①復(fù)合地基4個端角

5、樁頂位置的主應(yīng)力、豎向反力呈現(xiàn)高度應(yīng)力集中，使得該范圍復(fù)合地基進入承載力極限狀態(tài)，但是變形受鄰域影響仍會繼續(xù)發(fā)展，變剛度模式對該范圍調(diào)節(jié)能力有限。次一級應(yīng)力集中現(xiàn)象出現(xiàn)板邊中部，形成一個環(huán)繞基礎(chǔ)的應(yīng)力帶；地基內(nèi)部應(yīng)力水平受地基豎向剛度變化影響較大，表現(xiàn)為隨剛度加強而聚集；變樁長模式對調(diào)整應(yīng)力分布最為有效的，變樁徑、變樁距模式影響不大；②樁底位置應(yīng)力特征表現(xiàn)為樁身將豎向荷載傳遞至土層深部，豎向應(yīng)力水平在樁端位置有所提高。
　　(4)

6、變樁長對地基變形調(diào)節(jié)能力最強。隨著荷載形心區(qū)域樁長的增加，邊緣區(qū)域和角點區(qū)域地基變形量都會明顯減小；邊緣區(qū)域和角點區(qū)域樁長增加同樣會減小中心區(qū)域的地基變形量，且各個關(guān)鍵點的變形總量與復(fù)合地基的整體樁身體積置換率成線性反比關(guān)系。
　　(5)最佳控制地基變形的布樁模式為：在均布荷載計算模式下，中區(qū)、邊區(qū)、角區(qū)的樁長（其他設(shè)計參數(shù)一致）滿足5:4:3規(guī)律；在非均布荷載作用下的中區(qū)、邊區(qū)、角區(qū)的理想樁長則是5:4:3乘以各自區(qū)域的荷載大小

7、比例系數(shù)。
　　(6)樁徑、樁距的調(diào)整導(dǎo)致復(fù)合地基應(yīng)力水平的變化異常復(fù)雜；無論改變樁徑、樁距對基礎(chǔ)局部傾斜沒有影響；變樁徑模式提高了局部地基剛度，豎向反力向剛度較大區(qū)域聚集，樁土共同作用減弱，局部地基變形量反而有增大趨勢。
　　在此基礎(chǔ)之上以先“放”后“抗”為原則，本文給出了系統(tǒng)的變剛度復(fù)合地基設(shè)計解決方案。簡單的歸納為：中、邊、角；5:4:3；內(nèi)強外弱；共同作用；整體考慮；相鄰兼顧；反復(fù)迭代。
　　本文得到的一些規(guī)律