深厚軟土地層橋梁超長群樁基礎(chǔ)沉降機(jī)理的試驗(yàn)研究

1、深厚軟土地層橋梁超長群樁基礎(chǔ)沉降機(jī)理的試驗(yàn)研究 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文深厚軟土地層橋梁超長群樁基礎(chǔ)沉降機(jī)理的試驗(yàn)研究姓名:蔡君君申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):道路與鐵道工程指導(dǎo)教師:王星華20100510摘要碩學(xué)位論文摘要隨著高速鐵路和客運(yùn)專線的大量興建,對線路的平順性和剛度的要求更加嚴(yán)格,為了滿足其建設(shè)和安全運(yùn)營的要求,就要嚴(yán)格控制線路的沉降量,尤其是橋涵基礎(chǔ),其沉降差異量將會(huì)對高速列車的運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響。目前,研究深厚軟土地區(qū)超長群樁基礎(chǔ)沉降的試樁資料和實(shí)測資料不多,制約了人們對其沉降特性的全面認(rèn)識(shí)。本文以京滬高速鐵路蘊(yùn)藻浜特大橋黃渡橋段和蘇州高架站橋段的施工過程現(xiàn)場監(jiān)測為依托,采用現(xiàn)場試驗(yàn)、模

2、型試驗(yàn)和有限元數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,對深厚軟土地區(qū)的橋梁超長群樁基礎(chǔ)的沉降特性及機(jī)理進(jìn)行了研究。文章首先闡述了國內(nèi)外樁基沉降的研究進(jìn)展及總體研究水平,并從理論上介紹了群樁沉降的工作性狀,總結(jié)了國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的群樁沉降計(jì)算方法,同時(shí)對其假定條件、適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了歸納和比較,便于計(jì)算時(shí)選取合適的方法。隨后從現(xiàn)場試驗(yàn)、模型試驗(yàn)和有限元軟件三維數(shù)值模擬幾方面出發(fā),對豎向荷載作用下超長群樁基礎(chǔ)樁身軸力、樁側(cè)摩阻力、基底土中附加應(yīng)力和孔隙水壓力的分布及?曲線的特性做出了詳細(xì)的分析,所得結(jié)果和規(guī)律均相吻合。通過試驗(yàn)和有限元分析,主要得出如下結(jié)論:在外荷載作用下,樁身軸力隨著深度的增加而逐漸減小,而樁側(cè)

3、摩阻力沿樁身至上而下逐漸發(fā)揮,呈非線性分布,在樁頂以下一定范圍內(nèi)達(dá)到峰值,后逐漸降低并維持在一定值;承臺(tái)底土體中附加應(yīng)力和超孔隙水壓力均隨著深度的增加而逐漸衰減,在承臺(tái)底一定深度內(nèi)其數(shù)值衰減接近至;上部荷載施加后群樁基礎(chǔ)主要發(fā)生于瞬時(shí)沉降和固結(jié)沉降過程。超長群樁基礎(chǔ)中心部位的沉降變形最大,周圍土體的沉降要稍小些,樁端平面以下一定范圍內(nèi)軟弱層土體也發(fā)生沉降。同時(shí),具體分析了不同樁數(shù)、樁間距、樁長和樁徑影響因素下的基礎(chǔ)沉降特性;依據(jù)現(xiàn)場沉降觀測數(shù)據(jù),采用灰色系統(tǒng)理論對工后沉降進(jìn)行了預(yù)測,可為高速鐵路的設(shè)計(jì)和施工提供較為充分的數(shù)據(jù)參考。根據(jù)文章研究成果,提出了相關(guān)群樁基礎(chǔ)工后沉降施工控制措施,對我國

4、同類高速鐵路橋梁樁基礎(chǔ)的建設(shè)具有一定的參考意義。關(guān)鍵詞: 群樁基礎(chǔ),沉降特性,現(xiàn)場試驗(yàn),模型試驗(yàn),有限元碩學(xué)位論文?,? , , , . ,. ?, ? ? ,., , , , ,. , , ?, ?,. ?, .碩士學(xué)位論文,:, , ., , .,. ,.,., , , 一一,一 一 一 ,礦,? ., ? .: , , 原創(chuàng)性聲明本人聲明,所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知,除了論文中特別加以標(biāo)注和致詡的地方外,論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果,也不包含為獲得中南大學(xué)或其他單位的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我共同工作的同志對本研究所作的

5、貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明。作者簽名:旌童墨 日期:翌生年月當(dāng)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本人了解中南大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,即:學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文并根據(jù)國家或湖南省有關(guān)部門規(guī)定送交學(xué)位論文,允許學(xué)位論文被查閱和借閱;學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容,可以采用復(fù)印、縮印或其它手段保存學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫,并通過網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。作者簽名翮簽名至顰日期:鯊年蘭月蟲碩十學(xué)位論文 第一章緒論第一章緒論.概述隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,高速鐵路成為一種發(fā)展趨勢,基礎(chǔ)承受的荷載越來越大,對工后沉降的要求也越來越高。京滬高速鐵路是

6、我國中長期鐵路規(guī)劃網(wǎng)中“四縱四橫”客運(yùn)專線的南北向主骨架,作為其中投資規(guī)模最大、技術(shù)含量最高的一項(xiàng)工程,也是一條具有世界先進(jìn)水平的高速鐵路。該線路全線為新建雙線,與既有京滬鐵路的走向大體并行,設(shè)計(jì)時(shí)速,主要通過有軟土、松軟土等不良地質(zhì)地段,局部通過剝蝕低山丘陵區(qū),為第四系地層覆蓋,系江河、湖泊、海相沉積形成,為黏土、粉質(zhì)黏土夾粉細(xì)砂層,上海地區(qū)和蘇錫常地區(qū)由于常年超采地下水還形成區(qū)域地面沉降現(xiàn)象,形成沉降漏斗區(qū),大部分地區(qū)為深厚軟土地層、松軟土等不良地質(zhì)地段,該地區(qū)橋涵基礎(chǔ)大量采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)。對于高速鐵路或客運(yùn)專線,隨著列車速度的明顯提高,若橋涵的工后不均勻沉降量過大,將會(huì)造

7、成線路的平順性差,從而引起列車振動(dòng)、輪軌動(dòng)力作用增大,導(dǎo)致列車通過時(shí)產(chǎn)生巨大的沖擊力,在高速行車條件下,使列車在平穩(wěn)、舒適、安全性方面嚴(yán)重惡化,甚至導(dǎo)致列車脫軌,這使得控制橋涵基礎(chǔ)沉降和變形成為高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工中的最大特點(diǎn)。京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定中對基礎(chǔ)工后沉降做出了嚴(yán)格的規(guī)定,其中要求無碴橋面橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)的均勻沉降量不應(yīng)超過.,靜定結(jié)構(gòu)相鄰墩臺(tái)沉降量之差不大于.,因此深厚軟土、松軟土區(qū)域橋涵群樁基礎(chǔ)沉降變形控制成了亟待解決的問題。.樁基礎(chǔ)沉降研究現(xiàn)狀樁基礎(chǔ)沉降問題可分為單樁沉降問題和群樁沉降問題。在一柱一樁的情況下,單樁沉降問題是一個(gè)實(shí)際課題,而就軟土地區(qū)的橋涵樁基礎(chǔ)而言,群樁沉降問

8、題更為現(xiàn)實(shí),但群樁沉降問題離不開對單樁沉降問題的研究。豎向荷載下單樁的沉降由以下三部分組成兒:樁身彈性壓縮引起樁頂?shù)某两怠?樁側(cè)荷載傳遞到樁端平面下引起土體壓縮,樁端隨土體壓縮的沉降,;樁端荷載引起土體壓縮所產(chǎn)生的樁端沉降。要計(jì)算以上三部分沉降都必須知道樁側(cè)、樁端各自分擔(dān)的荷載比,以及樁側(cè)碩士學(xué)位論文 第一章緒論阻力沿樁身的分布曲線。此外,樁身荷載的分布還隨時(shí)間變化,即荷載傳遞也存在時(shí)間效應(yīng),一般情況下樁身荷載的推移有向下部和樁端移動(dòng)的趨勢,沉降因土的固結(jié)和次固結(jié)隨時(shí)間發(fā)展是一種普遍現(xiàn)象。因此,計(jì)算單樁沉降時(shí),要根據(jù)荷載特點(diǎn)和工程問題的性質(zhì),選取適當(dāng)?shù)耐劣?jì)算參數(shù)十分必要。在常規(guī)樁距條件下,由于

9、相鄰樁應(yīng)力的重疊導(dǎo)致樁端平面以下應(yīng)力水平提高和壓縮層加深,群樁的沉降量和延續(xù)時(shí)間往往大于單樁,群樁效應(yīng)對沉降的影響,比對承載力的影響更為顯著和重要。.超長鉆子灌注樁基國內(nèi)研究水平鉆孔灌注樁的問世,極大地促進(jìn)了我國樁基礎(chǔ)理論的研究工作,其發(fā)展經(jīng)過實(shí)踐理論的反復(fù)循環(huán)不斷得到提高。年交通部在河南舉行鑒定會(huì)后,隨即組成研究組,并動(dòng)員全國公路橋梁共同協(xié)作,對鉆孔灌注樁的施工工藝、設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究。專題組收集了全國根樁,最大樁徑達(dá).,最大樁長達(dá).的試樁資料進(jìn)行分析整理,提出了鉆孔灌注樁的設(shè)計(jì)計(jì)算方法,研究成果被納入年我國交通部頒發(fā)的公路橋涵設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范試行和年頒發(fā)的公路橋涵地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范.,

10、對促進(jìn)鉆孔灌注樁的發(fā)展起到很積極的作用。從總體來說,目前我國最新頒布的建筑樁基技術(shù)規(guī)范.【和鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范.都是采用分項(xiàng)沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式來進(jìn)行計(jì)算的。但是目前的規(guī)范均是以小直徑樁、短樁為理論和試驗(yàn)基礎(chǔ),而目前在鐵路、公路橋梁建設(shè)中,大量的超長鉆孔灌注群樁得到了應(yīng)用,這些都是超出規(guī)范計(jì)算范圍的?？偟膩碚f,超長鉆孔灌注樁的現(xiàn)狀就是理論研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐,特別是超長鉆孔灌注樁的荷載傳遞機(jī)理、群樁效應(yīng)、承臺(tái)一樁一土的共同作用、沉降問題、承臺(tái)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題一直是巖土工程中的難點(diǎn)及熱點(diǎn)。.樁基沉降國內(nèi)、研究進(jìn)展樁基的應(yīng)用非常廣泛,關(guān)于樁基沉降的研究一直是一個(gè)熱點(diǎn)。早期的樁基沉降計(jì)

11、算方法多為經(jīng)驗(yàn)法,計(jì)算較簡單。到目前為止,國內(nèi)外諸多專家學(xué)者在樁基沉降計(jì)算理論方面已進(jìn)行了一系列的工作,并取得了大量的成果。在國外,斯凱普頓,根據(jù)有限的現(xiàn)場觀測資料得到了樁沉降和單位荷載下單樁沉降之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式【。隨后默耶霍夫,、維西克,等利用群樁試驗(yàn)資料建立了砂土中群樁沉降與單樁沉降之問的純經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。所碩士學(xué)位論文 第一章緒論有這些經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式均是建立在現(xiàn)場或模型試驗(yàn)基礎(chǔ)上,未能很好的反映樁與樁、樁與土、樁一土承臺(tái)之問的相互作用機(jī)理,無法真實(shí)反映群樁的工作特性。明德林【于年提出半無限彈性體內(nèi)作用一集中力的應(yīng)力解答,為發(fā)展彈性理論法奠定了基礎(chǔ)。蓋德斯,¨根據(jù)半無限彈性體中應(yīng)力解答,

12、將作用于樁端土上的壓應(yīng)力簡化為一集中荷載;將通過樁側(cè)摩阻力作用于樁周土的剪應(yīng)力簡化為沿樁軸線的若干集中力,并假定樁側(cè)摩阻力沿深度矩形分布或正三角形分布,分別給出了土中豎向應(yīng)力解。從世紀(jì)年代開始,許多學(xué)者以彈性理論為基礎(chǔ)對樁基礎(chǔ)的沉降性狀作了大量的研究。德阿波羅尼,等】利用解完整地研究了樁基礎(chǔ)的沉降問題。保羅斯和大衛(wèi),提出了剛性單樁沉降計(jì)算的彈性理論解法。同年,將剛性單樁解推廣至剛性群樁。建議采用相互作用系數(shù)方法系數(shù)法,即在單樁計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上,運(yùn)用彈性理論疊加原理,把在彈性介質(zhì)中兩根樁的計(jì)算結(jié)果按相互作用系數(shù)方法擴(kuò)展至群樁。曼帝斯并在以上工作的基礎(chǔ)上得到可壓縮性單樁沉降計(jì)算的彈性理論解弋運(yùn)用彈

13、性理論法。隨后的布特費(fèi)爾德巴內(nèi)爾依,【對位于均質(zhì)土中帶承臺(tái)的剛性及可壓縮性群樁的沉降性狀進(jìn)行了全面地分析。他們認(rèn)為的幾個(gè)假設(shè)影響了解的精度,如假設(shè)樁端光滑,樁端阻力均布等。因此他們在分析中考慮了小擴(kuò)孔樁樁端應(yīng)力的非均勻分布及徑向變形協(xié)調(diào),理論較法更為嚴(yán)謹(jǐn)。鑒于己有的沉降分析方法多數(shù)是基于土體理想均質(zhì)、各向同性的假設(shè)下得到,】對位于土剪切模量隨深度線性變化的土及成層的非均質(zhì)土中的單樁進(jìn)行分析并導(dǎo)出了相應(yīng)的沉降計(jì)算方法。這些方法均以彈性連續(xù)介質(zhì)理論模擬樁周土體的響應(yīng),并運(yùn)用半無限彈性體內(nèi)作用一豎向集中荷載的解答求解。我國學(xué)者也在應(yīng)用彈性理論計(jì)算群樁沉降方面作出了大量的工作。黃紹銘】基于應(yīng)力解,采用

14、單向壓縮法提出了一種在軟土中樁基沉降估算方法,這種方法假定樁不可壓縮且為帶柔性承臺(tái)群樁。黃強(qiáng)等¨引通過引入樁基等效沉降系數(shù),在計(jì)算復(fù)雜但更合理的解與計(jì)算簡便但不太合理的解之間建立關(guān)系,得到群樁沉降計(jì)算的等效作用法,后來成為現(xiàn)行的樁基沉降計(jì)算的規(guī)范法。王梅等在彈性理論的基礎(chǔ)上引入分層總和法,提出成層土中單樁和群樁的沉降計(jì)算方法。楊敏等對解進(jìn)行修幣,將其應(yīng)用于非均勻土中單樁和群樁的沉降分析,并對利用應(yīng)力解計(jì)算單樁沉降作了較為詳細(xì)的討論,對樁身衙載分配的解法作了進(jìn)一步改進(jìn)。陳國興等】綜合利用解和解得到一種高層建筑樁基沉降計(jì)算的實(shí)用方法。艾智勇等】給出了多層地基內(nèi)部作用豎向集中荷載的廣義碩士

15、學(xué)位論文 第一章緒論課題解答,并將其應(yīng)用于軸向荷載作用下分層地基中的單樁分析。浙江大學(xué)張忠苗】等人提出了考慮樁身壓縮的沉降計(jì)算方法。隨著數(shù)值分析水平的提高,加上以為代表的眾多國內(nèi)外學(xué)者們在這一領(lǐng)域的杰出工作,樁基礎(chǔ)的彈性理論到目已發(fā)展成為一種較完整的理論體系,并已經(jīng)成為人們研究樁基礎(chǔ)工作性狀的重要理論依據(jù)之一。此外,目前對于樁身的荷載傳遞規(guī)律及沉降計(jì)算多用荷載傳遞法來進(jìn)行分析,該法由賽德和雷西提出。根據(jù)不同求解微分方程的方法分為兩種:一種是解析法,由凱迪,、左滕。悟等人提出,該方法將傳遞函數(shù)簡化假定為某種曲線方程,然后直接求解平衡微分方程;另一種方法是位移協(xié)調(diào)法,由和,柯依爾和等【提出,它是采

16、用實(shí)測或通過試驗(yàn)方法得到傳遞函數(shù),然后建立各樁單元的靜力平衡條件及位移協(xié)調(diào)條件進(jìn)行求解。后來的眾多國內(nèi)外學(xué)者又相繼在改進(jìn)和應(yīng)用荷載傳遞法及試驗(yàn)研究方面作了許多工作并取得了大量的成果。奧尼爾,根據(jù)樁基足尺試驗(yàn)所測得的荷載一沉降曲線推出其相應(yīng)的荷載提出三折傳遞函數(shù),并用來分析單樁和群樁的荷載傳遞機(jī)理。房衛(wèi)民等【線樁側(cè)阻力荷載傳遞函數(shù)模型,導(dǎo)出了基樁受力過程中荷載一沉降曲線的理論解,并提出了由沉降量來確定基樁豎向極限承載力的計(jì)算公式。潘時(shí)聲黔提出一種荷載傳遞法與振動(dòng)法相結(jié)合的試樁技術(shù),以后又提出分層積分的荷載傳遞法用來分析在成層土中,土參數(shù)隨深度變化等多種情況下樁的荷載傳遞規(guī)律,并用來計(jì)算樁的剛度。

17、陽吉寶【】建議用解考慮樁側(cè)摩阻力對樁端沉降的貢獻(xiàn),并對已有的荷載傳遞函數(shù)進(jìn)行了修正。荷載傳遞法由于假定樁側(cè)任何點(diǎn)的位移只與該點(diǎn)上的摩阻力有關(guān),而與其它點(diǎn)的應(yīng)力情況無關(guān),即忽視了土的連續(xù)性,故在理論上有一定的局限性。但因其計(jì)算簡便、能考慮土的成層性及應(yīng)力一應(yīng)變的非線性特征等又深受工程界的重視。王志達(dá)等以荷載傳遞函數(shù)法為基礎(chǔ),考慮樁土共同作用,建立了合適的雙曲線模型來反映樁側(cè)和樁端的荷載傳遞情況,推導(dǎo)了單層地基條件下的荷載一沉降解析解,進(jìn)而將其應(yīng)用于成層地基,為今后樁基沉降計(jì)算提供了一種新方法。此外,庫克于年提出了剪切變形法,在其建立的摩擦樁荷載傳遞物理模型中假定單樁沉降只與樁側(cè)土的剪切變形有關(guān)。

18、但是由于忽略了樁端處的荷載傳遞作用,對短樁誤差較大。拉道夫年沃什對的剪切變形傳遞法作了補(bǔ)充和修正,提出影響半徑隨土的非均質(zhì)性及泊松比變化,并將樁端視為剛性墩,按彈性力學(xué)方法計(jì)算樁端沉降。楊嶸昌和宰金氓】則進(jìn)一步將剪切位移法推廣到塑性階段,并用于樁一土一承臺(tái)結(jié)構(gòu)的非線性共同作用分析。胡德貴將其推廣應(yīng)用于樁、日土分層的情碩士學(xué)位論文 第一章緒論況,它能考慮群樁基礎(chǔ)間土的分層和樁對土的“加筋效應(yīng)”,樁與樁相互作用系數(shù)能夠不借助于計(jì)算機(jī)手工計(jì)算出來,從而使計(jì)算得到簡化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展水平的提高,出現(xiàn)了許多樁基沉降的數(shù)值計(jì)算方法,如有限單元法、邊界元法、有限差分法、有限條分法、混合法等。有限條分法首

19、先用于分析上部結(jié)構(gòu)物,并取得了相當(dāng)?shù)某晒Α?提出將有限條分法用于單樁,以分析層狀地基中單樁的特性。隨后郭等人】將這種方法發(fā)展成無限層法 ,使其可以更有效地求解層狀地基中樁與土體的相互作用問題。在此基礎(chǔ)上,等¨根據(jù)疊加原理將這種無限層法推廣至群樁中,用以分析層狀地基中群樁的特性。有限單元法是數(shù)值計(jì)算中比較成熟的一種方法,早在年就利用有限單元法對單樁的荷載一沉降機(jī)理進(jìn)行了研究,其首次使用二維軸對稱有限單元法來分析硬粘土中鉆孔灌注樁的荷載傳遞機(jī)理,首次在樁側(cè)和樁端運(yùn)用了接觸面單元,利用接觸面單元上下接觸面間的位移差成功地分析了樁端以外土的拉裂現(xiàn)象,并指出破裂帶不會(huì)伸展到樁尖的上側(cè)。其后德賽

20、 劌對砂土中的樁進(jìn)行了有限元分析,并指出通過有限元分析得到的荷載一沉降曲線對指導(dǎo)樁基工程的設(shè)計(jì)有實(shí)用價(jià)值。奧特維阿尼 利用三維有限元對豎向受荷的群樁進(jìn)行空間分析,指出剛性承臺(tái)使豎向受荷群樁中各基樁荷載分配不均,與地基土接觸的承臺(tái)不僅將部分荷載傳遞給地基土,而且還改變樁一土的荷載傳遞機(jī)理。婁亦紅等【】使用有厚度的接觸面單元與有限元、無界元相耦合進(jìn)行數(shù)值分析,求解樁土相互作用體系的應(yīng)力和變形,計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)能較好地吻合。倪新華】采用三維有限元一無限元耦合的方法,在樁土體系的主要受力區(qū)采用三維有限元離散,在次要受力區(qū)采用無限元離散方案,使計(jì)算量有所減少。王旭東等】以有限層和有限元法為基礎(chǔ),建

21、立低承臺(tái)群樁共同作用基本方程,采用有限層法建立地基上支承體系的柔度矩陣,改變傳統(tǒng)采用解的做法,使該法能夠考慮地基土的層狀非均質(zhì)、正交各向異性等因素。付春友等【】運(yùn)用有限元軟件建立群樁.土體.承臺(tái)三維有限元非線性模型,考慮樁土問接觸,在其接觸面引入接觸單元,模擬樁土間復(fù)雜的相互作用,對群樁沉降性狀進(jìn)行了分析。以上這些均可視為有限元方法的改進(jìn),雖然學(xué)者們?yōu)閷⒂邢拊獞?yīng)用于群樁分析和計(jì)算作了很大的努力,但因進(jìn)行群樁分析的影響因素過多,計(jì)算工作量很大,使有限單元法難以應(yīng)用于工程實(shí)踐中。目前多用該法分析群樁工作機(jī)理、指導(dǎo)實(shí)際工程設(shè)計(jì)及分析校核其它的群樁計(jì)算方法。為減少群樁沉降計(jì)算的工作量,自世紀(jì)年代起,許

22、多國內(nèi)外學(xué)者致力于混合算法 的研究。這種混合算法簡單而言,就是將幾種方法結(jié)合起來使用的方法。如半解析數(shù)值法、碩士學(xué)位論文 第一章緒論各種數(shù)值計(jì)算方法的禍合分析方法等。此外,世紀(jì)年代隨著灰色系統(tǒng)理論發(fā)展而發(fā)展起來的灰色預(yù)測理論也被逐漸應(yīng)用于樁基工程的沉降預(yù)測研究。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、最優(yōu)化理論、分形理論等辦被廣泛應(yīng)用于樁基工程的研究,其中包括樁基沉降的預(yù)測【 。這些數(shù)值計(jì)算方法的出現(xiàn),極大地豐富了樁基工程的研究手段和研究方法,并廣泛用于對理論計(jì)算結(jié)果的比較中。在試驗(yàn)研究方面,年,布蘭科特、塔維雷斯牙內(nèi)在橋墩下用四根摩擦樁做試驗(yàn),其實(shí)測結(jié)果為:樁長的樁身彈性壓縮為;/樁長深度的樁側(cè)摩阻力為負(fù)值即此深度范圍

23、內(nèi)的沉降.處沉降為大于群樁頂?shù)某两?樁端下沉,而樁端下土層沉降僅為,說明樁端發(fā)生刺入變形天;長期實(shí)測的天群樁頂沉降為,樁身側(cè)摩阻力為正值,樁端發(fā)生刺入變形,樁間土發(fā)生剪切變形,樁端以下的土的壓縮很小僅。由這個(gè)實(shí)測結(jié)果得出結(jié)論:摩擦型群樁樁端以下粘土的固結(jié)沉降很小;群樁的沉降最終由樁端刺入變形和樁間土的剪切變形組成。等在超固結(jié)硬粘土中進(jìn)行了一組高承臺(tái)群樁試驗(yàn),根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果討論了群樁與單樁荷載傳遞的差異性以及群樁沉降隨荷載水平的變化規(guī)律。等在倫敦超固結(jié)土中采用壓入鋼管樁進(jìn)行了一排三樁的群樁試驗(yàn),在樁身設(shè)置傳感器量測樁軸向力及在土中埋置豎向沉降標(biāo)和水平向設(shè)置測斜儀量測土的豎向位移?？乱晾椎仍谏詈褴?/p>

24、粘土中采用打入鋼管樁進(jìn)行了一組低承臺(tái)群樁試驗(yàn),得出了軟粘土中純摩擦樁的沉降變形特在粉土中采用鉆孔灌注樁進(jìn)行了一系列不同樁點(diǎn)。我國的學(xué)者劉金礪等【問距的高、低承臺(tái)群樁試驗(yàn),得到了豎向荷載下鉆孔灌注群樁的沉降變形性狀及其工作與破壞性狀。年,進(jìn)行了群樁模型試驗(yàn)得到一個(gè)重要成果:沉降比群樁沉降/單樁沉降同彈性力學(xué)計(jì)算值基本一致,而且樁的長徑比大于以后,其值趨于穩(wěn)定值樁間距/樁徑分別為.、.時(shí),其值約為.和.,可取為.?？梢灶A(yù)想,隨著各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)事業(yè)的發(fā)展,特別是近年來國內(nèi)高速鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展,樁基沉降問題將得到越來越廣泛的重視,樁基沉降已成為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中不可或缺的一部分,系統(tǒng)完善的樁基沉降計(jì)算理論

25、與控制方法也將使得樁基的承載力得到更充分的發(fā)揮,可以充分利用樁對基礎(chǔ)沉降的控制能力,同時(shí)也可以減少樁基沉降變形對于周邊環(huán)境的和上部結(jié)構(gòu)的不利影響。因此,繼續(xù)發(fā)展和完善樁基沉降變形控制技術(shù),具有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。.樁基沉降計(jì)算存在的問題在樁基礎(chǔ)的實(shí)際應(yīng)用中,對于樁基設(shè)計(jì)理論和計(jì)算模型的合理性與準(zhǔn)確性、碩士學(xué)位論文 第一章緒論影響因素、樁基沉降計(jì)算特別是軟土地區(qū)的群樁基礎(chǔ),其研究都不甚完善。目前,樁基沉降計(jì)算仍存在的主要問題在于:豎向荷載作用下的群樁基礎(chǔ),其沉降性狀是樁、承臺(tái)、地基土之相互影響的綜合結(jié)果,樁土問是否滑移狀態(tài)以及力的傳遞過程均不甚清楚,理論模型不夠完善;影響樁基沉降的因素很多

26、,包括樁長、樁的平面布置情況、樁與土的相對壓縮性、土層的地質(zhì)情況、以及荷載大小和荷載持續(xù)時(shí)日等。這些因素中有的具有不確定性,有的難以充分表達(dá)清楚,因此,可以說至今還未能提出一個(gè)計(jì)算樁基沉降相對完善的方法;由于樁基工后沉降計(jì)算涉及樁周土的固結(jié)問題,不僅要考慮土體的變形性質(zhì),考慮樁與周圍土體的共同作用,還要考慮土與孔隙水相互關(guān)聯(lián)的固結(jié)變形,影響因素眾多,參數(shù)難以準(zhǔn)確獲取,因而使得樁基礎(chǔ)變形計(jì)算模型的確定變得非常困難,因而計(jì)算時(shí)如何選取合適的參數(shù)仍值得探討;到目前為止,公路、鐵路以及工業(yè)與民用建筑等部門的樁基規(guī)范均按照承載力的要求進(jìn)行樁基設(shè)計(jì),然后采用經(jīng)驗(yàn)公式對樁基沉降進(jìn)行校核,但對于修建在軟弱地層

27、上的高速鐵路橋梁樁基礎(chǔ),沉降已成為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的一個(gè)控制因素,僅采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行沉降校核是無法滿足設(shè)計(jì)和施工要求的【¨】;以往人們對豎樁的承載力和沉降都是單獨(dú)考慮的,對他們的相互影響和相互制約以及可變關(guān)系很少給予充分的注意和考慮,這就使得在某些情況下樁基設(shè)計(jì)難以趨于完善,甚至有可能在某些場合下導(dǎo)致設(shè)計(jì)的失誤。由于上述問題的存在,這就要求從豎向荷載下群樁基礎(chǔ)的受力機(jī)理出發(fā),建立合理的樁基受力變形模型,找出影響群樁基礎(chǔ)沉降的主要因素,并計(jì)算出樁基礎(chǔ)沉降隨時(shí)間變化發(fā)展規(guī)律,進(jìn)而改善樁基受力性能,提高樁基承載力,減小樁基工后沉降。.論文研究的目的與意義高速鐵路對線下基礎(chǔ)的沉降要求很高,樁基礎(chǔ)沉降

28、要比較小,而且較為均勻,可以滿足對沉降要求特別高的上部結(jié)構(gòu)的安全需要和使用要求,同時(shí)對樁基承載力的要求也更高,因此本標(biāo)段線下大量采用鋼筋混凝土鉆孔灌注群樁。對于類似本標(biāo)段內(nèi)的深厚軟土地層,樁基設(shè)計(jì)為摩擦樁,樁長往往達(dá)到甚至更長,橋涵基礎(chǔ)沉降產(chǎn)生的主要原因就在于其下部樁基礎(chǔ)的沉降變形。因此,如何控制軟土地區(qū)樁基沉降量、保證樁基承載力成為保證整個(gè)工程質(zhì)量的控制因素。眾所周知,高速鐵路群樁基礎(chǔ)的沉降性狀足樁、承臺(tái)、地基土之問相互影響的綜合結(jié)果,其沉降計(jì)算涉及的影響因素遠(yuǎn)不同于單樁,涉及樁周土的固結(jié)問題,碩士學(xué)位論文 第一章緒論不僅要考慮土與孔隙水相互關(guān)聯(lián)的固結(jié)蠕變變形性質(zhì),還要考慮承臺(tái)一樁一土體共同

29、作用影響,以及在高速行車動(dòng)力荷載下的響應(yīng)川。到目前為止,鐵路、公路以及工業(yè)與民用建筑等部門的樁基規(guī)范均按照承載力的要求進(jìn)行樁基設(shè)計(jì),然后采用經(jīng)驗(yàn)公式對樁基沉降進(jìn)行校核,但對于修建在軟弱地層上的高速鐵路橋梁超長群樁基礎(chǔ),工后沉降己成為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的一個(gè)控制因素,僅采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行沉降校核無法滿足設(shè)計(jì)和施工要求 。這就要求提出從合理的理論依據(jù)出發(fā)的群樁沉降計(jì)算方法,得出群樁基礎(chǔ)沉降隨時(shí)問推移如何發(fā)展,求出沉降時(shí)間關(guān)系曲線,找出影響樁基沉降的主要因素,進(jìn)而提出減少工后沉降所能采取的工程措施。因此,本課題的研究對于群樁基礎(chǔ)的發(fā)展不僅具有重要的理論價(jià)值,還具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。.研究的主要內(nèi)容及技術(shù)路線.

30、論文研究的主要內(nèi)容本文以實(shí)際工程京滬高速鐵路為背景,主要對軟土地區(qū)高速鐵路橋涵超長群樁基礎(chǔ)的沉降特性進(jìn)行研究,通過土工試驗(yàn),掌握沿線地區(qū)軟土的基本物理力學(xué)特性、水理特性、應(yīng)力一應(yīng)變特性等,為滿足研究需要,以獲得更加接近實(shí)際的軟粘土非線性本構(gòu)模型的計(jì)算參數(shù)及合適取值。結(jié)合已有單樁沉降理論及成果,文中主要對以下內(nèi)容展開研究:對現(xiàn)有群樁基礎(chǔ)的工作形狀、沉降計(jì)算方法進(jìn)行概括性闡述,即綜述目前群樁沉降理論計(jì)算方法和規(guī)范計(jì)算方法,并比較目前各種算法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍;根據(jù)現(xiàn)場工程實(shí)際情況,選取具有代表性的工點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn),以現(xiàn)場試驗(yàn)埋設(shè)測試元件所測的結(jié)果為基礎(chǔ),研究深厚軟土地區(qū)群樁基礎(chǔ)在豎向荷載作用下樁頂沉降

31、、樁身軸力和樁側(cè)摩阻力沿樁身分布規(guī)律以及樁側(cè)土體中附加應(yīng)力、超靜孔壓等分布情況,為分析樁一土一承臺(tái)間荷載傳遞、沉降規(guī)律以及群樁一土一承臺(tái)之間的相互作用機(jī)理提供基礎(chǔ);利用京滬高速鐵路既有統(tǒng)一設(shè)置的沉降觀測系統(tǒng),在橋梁先架方向上進(jìn)行架梁前后承臺(tái)、墩身沉降觀測,對各施工階段和鋪軌后群樁基礎(chǔ)沉降進(jìn)行觀測,根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測的沉降變形數(shù)據(jù),研究橋涵群樁基礎(chǔ)沉降規(guī)律、工后沉降量及沉降穩(wěn)定性,并進(jìn)行相關(guān)沉降預(yù)測;通過群樁室內(nèi)大型模型試驗(yàn)的研究,在不同荷載條件下,考慮土體固結(jié)過程,對群樁基礎(chǔ)的沉降工作性狀、受力特性、樁土共同工作性能、荷載傳遞特性、群樁效應(yīng)等進(jìn)行了一系列的分析和探討,并將試驗(yàn)結(jié)果與己有的研究成果碩學(xué)

32、位論文 第一章緒論進(jìn)行了對比分析;利用大型通用有限元軟件,對以該實(shí)際工程為背景的軟土地層中群樁基礎(chǔ)進(jìn)行三維非線性有限元數(shù)值模擬分析,選擇合適的本構(gòu)模型,主要是分析豎向荷載作用下的沉降性狀及受力機(jī)理,與現(xiàn)場及模型試驗(yàn)分析得出的規(guī)律進(jìn)行對比,并對群樁沉降的主要影響參數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析;對現(xiàn)場試驗(yàn)、模型試驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行了對比分析和總結(jié),進(jìn)而提出相應(yīng)的沉降控制措施,并對今后應(yīng)深入研究的高速鐵路超長群樁基礎(chǔ)沉降問題提出了相關(guān)的建議。.論文研究的技術(shù)路線為獲得預(yù)期的研究成果,本論文采用資料調(diào)研?理論研究?現(xiàn)場測試?模型試驗(yàn)?數(shù)值分析的總體研究思路。室內(nèi)試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)包括土體特性測試和模型樁基試驗(yàn)。為獲取

33、場地處的土層參數(shù),將取土樣進(jìn)行室內(nèi)密度試驗(yàn)、顆粒分析試驗(yàn)、土的含水率及界限含水率試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、固結(jié)試驗(yàn)以及蠕變試驗(yàn)等土工試驗(yàn),主要測取如下基本物理參數(shù):含水量、容重、比重、孔隙比、液限、塑限、塑性指數(shù)、液性指數(shù)、滲透性系數(shù)等。獲取的力學(xué)指標(biāo)有:壓縮曲線、壓縮系數(shù)、壓縮模量、泊松比、蠕變曲線和土的側(cè)壓力系數(shù)、值等。開展室內(nèi)模型試驗(yàn),通過改變樁長及樁頂荷載大小等影響因素,研究荷載沿樁身傳遞、土中應(yīng)力、應(yīng)變的時(shí)間變化規(guī)律以及孔隙水壓分布等規(guī)律?，F(xiàn)場試驗(yàn)及模型試驗(yàn)現(xiàn)場試驗(yàn)包括橋涵工后沉降觀測和樁土應(yīng)力變形測試。工后沉降觀測通過與本標(biāo)段全線沉降觀測工作相結(jié)合,對各施工階段和鋪軌運(yùn)營后群樁

34、基礎(chǔ)沉降進(jìn)行觀測,掌握橋涵基礎(chǔ)沉降規(guī)律、工后沉降總量及沉降穩(wěn)定性,以確定工后沉降是否滿足規(guī)范要求;現(xiàn)場樁土共同工作的應(yīng)力變形測試和模型試驗(yàn),通過對承臺(tái)下土體反力、樁身應(yīng)力應(yīng)變、樁周土體應(yīng)力應(yīng)變以及孔隙水壓力的測試,為研究深厚軟土地區(qū)樁基礎(chǔ)的承載特性及樁側(cè)摩阻力、端阻力的分布規(guī)律及固結(jié)蠕變對樁側(cè)摩阻力、樁端阻力發(fā)揮特性的影響,為揭示承臺(tái)與樁土的協(xié)同工作機(jī)理、軟土地區(qū)橋涵基礎(chǔ)沉降規(guī)律以及樁基工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工提供理論分析依據(jù)。理論研究與數(shù)值分析以理論分析為基礎(chǔ),結(jié)合現(xiàn)場測試結(jié)果以及應(yīng)用數(shù)值分析方法和技術(shù)水平進(jìn)行以下研究工作:碩士學(xué)位論文 第一章緒論采用軟土本構(gòu)模型,考慮軟土固結(jié),模擬承臺(tái)一群樁一

35、土體在豎向靜力荷載下的受力特性及沉降變形規(guī)律;計(jì)算分析不同參數(shù)變化時(shí)對群樁的沉降及受力變化規(guī)律的影響;根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果對比現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果規(guī)律,對有限元模型進(jìn)行評價(jià),以建立更合理的超長群樁基礎(chǔ)沉降艦律的計(jì)算模型。、碩士學(xué)位論文 第二章樁基礎(chǔ)沉降理論研究及計(jì)算方法第二章群樁基礎(chǔ)沉降理論計(jì)算研究.概述群樁的沉降變形性狀由于在荷載傳遞與變形的過程中受承臺(tái)一樁一土的相互作用的影響而變得遠(yuǎn)比平板基礎(chǔ)和單樁要復(fù)雜的多,單樁的沉降計(jì)算方法多數(shù)已不再適用于群樁。一般情況下,群樁的沉降主要包括:由樁身彈性壓縮引起的樁頂沉降;由樁側(cè)剪應(yīng)力引起的樁端沉降;由樁端應(yīng)力引起的樁端沉降;由承臺(tái)土反力引起的樁端沉降;由各樁相互

36、影響引起的樁端附加沉降:由土的白重固結(jié)或濕陷、震陷引起的樁端沉降對于某些特殊情況而言【引。對于端承樁來說,由于樁端地層沉降量和樁身壓縮量都很小,其工作機(jī)理相對比較簡單,主要是樁身強(qiáng)度和樁端土、土極限承載力的問題。而摩擦樁和端承摩擦樁的問題就比較復(fù)雜,它們有較多的共同作用問題和不均勻沉降問題,并且群樁的沉降量也很難準(zhǔn)確確定,因此軟土中的群樁作用機(jī)理要復(fù)雜的多。群樁低承臺(tái)的沉降就其發(fā)生變形的部位可分為樁問土的壓縮變形及樁端平面以下地基土的整體壓縮變形兩部分。群樁沉降計(jì)算時(shí),需要考慮一個(gè)重要的因素,即群樁效應(yīng)。群樁效應(yīng)】是指樁頂荷載通過樁側(cè)摩阻力傳到樁周和樁端土層中產(chǎn)生應(yīng)力重疊,這使得樁群中任一樁的

37、工作形狀明顯不同于單樁,群樁承載力將不等于各單樁承載力之和,其群樁效率可能小于也可能大于,群樁沉降也明顯地超過單樁。制約群樁效應(yīng)的主要因素,一是群樁自身的幾何特征,包括承臺(tái)的設(shè)置方式高承臺(tái)或低承臺(tái)、樁數(shù)、樁間距、樁長、樁徑、樁基礎(chǔ)寬度與樁長的比值和樁的布置形式等;二是樁側(cè)與樁端的土性、土層分布及成樁工藝擠土樁或非擠土樁。群樁效應(yīng)對沉降的影響,比對承載力的影響更為顯著,它可用相同樁頂荷載下群樁沉降量%與單樁沉降量。之比即沉降比。來度量:?:壘.群樁的工作性狀研究.群樁的荷載傳遞特性群樁的荷載傳遞要比單樁復(fù)雜的多,根據(jù)現(xiàn)場測試、模型試驗(yàn)及有限元分析,其傳遞特性主要有以下幾點(diǎn):第二章樁基礎(chǔ)沉降理論研

38、究及計(jì)算方法碩士學(xué)位論文荷載傳遞路徑分析對于軟土地區(qū)高速鐵路橋梁摩擦型群樁基礎(chǔ)來說,在施工后初期,荷載是經(jīng)由樁土交界面包括樁身側(cè)面和樁端底面和承臺(tái)底面兩條途徑傳遞給地基土的,但是在長期荷載作用下,荷載傳遞的路徑與多種因素有關(guān),如樁周土的壓縮性、持力層的剛度、應(yīng)力歷史以及荷載水平等,大致可以分為兩類基本模式將荷載經(jīng)由樁體和承臺(tái)底面?zhèn)鬟f到地基土【】:當(dāng)樁項(xiàng)承臺(tái)下沉降量小于承臺(tái)底面土的沉降量時(shí),土與承臺(tái)脫離,荷載全部由樁傳遞給地基土;當(dāng)荷載能使樁產(chǎn)生足夠的刺入變形時(shí),即使樁周土比較軟,仍可使承臺(tái)底面與土始終保持接觸,此時(shí)荷載經(jīng)由樁土交界面和承臺(tái)底面兩條路徑來傳遞給地基土,荷載由樁、承臺(tái)共同分擔(dān)。對于

39、端承樁基礎(chǔ)來說,由于持力層堅(jiān)硬,樁頂沉降僅為樁深與持力層的彈性壓縮變形,荷載將全部通過樁來傳遞。因此,端承群樁中各樁的荷載傳遞和工作性狀基本上與單樁相同,群樁的承載力由單樁承載力疊加而成,而沉降則等同于單樁的沉降。群樁地基的應(yīng)力狀態(tài)分析群樁基礎(chǔ)的地基包含了樁間土、樁群外一定范圍內(nèi)的土體以及群樁樁端以下對樁基承載力和變形有影響的土體,其群樁地基中的應(yīng)力主要包括【】:白重應(yīng)力、附加應(yīng)力和施工應(yīng)力。施工應(yīng)力指的是擠土樁沉樁過程中引起的擠壓應(yīng)力與超靜孔隙水壓力,擠壓應(yīng)力將隨著土體的松弛而消失,超孔隙水壓力也會(huì)隨著固結(jié)的過程而消失。施工應(yīng)力雖是暫時(shí)的,但它對群樁的工作性狀卻有一定得影響:孔壓的消散使有效

40、應(yīng)力增大,從而使樁的承載力增長,但樁問土固結(jié)下沉又可能使承臺(tái)底面脫空,并對樁產(chǎn)生負(fù)摩阻力。附加應(yīng)力來自承臺(tái)底面的接觸壓力、樁側(cè)摩阻力及樁端阻力,在樁距下應(yīng)力相互疊加,使得群樁地基土中的應(yīng)力比單樁明顯增大,而且影響深度和壓縮層厚度均增大,從而使群樁承載力降低、沉降加劇。根據(jù)推導(dǎo)的應(yīng)力分布解來對單樁和群樁的地基應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算,并得出如下規(guī)律【】:群樁的樁端平面的應(yīng)力由兩部分組成:群樁樁間區(qū)域的應(yīng)力由樁側(cè)摩阻力的影響疊加而成,在樁長、樁距不變的情況下,其值隨樁數(shù)的增加而增大;群樁樁底應(yīng)力由上述樁間應(yīng)力再疊加各單樁樁底的應(yīng)力。樁間土的應(yīng)力狀態(tài)很復(fù)雜:單樁的周圍土體中有較小的附加拉應(yīng)力,而群樁的樁、日土中

41、一般不出現(xiàn)拉應(yīng)力。群樁地基應(yīng)力的影響深度大大超過單樁,樁群的樁數(shù)越多、平面尺寸越大,則影響深度越大,并且樁端下的地基應(yīng)力隨著深度收斂的也越慢。第二章樁基礎(chǔ)沉降理論研究及計(jì)算方法碩十學(xué)位論文群樁地基應(yīng)力的影響寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單樁,樁數(shù)越多,影響寬度亦越大,即應(yīng)力擴(kuò)散角邊樁外側(cè)頂部與樁端平面上附加應(yīng)力等于.倍自重應(yīng)力的點(diǎn)的連線與豎向的夾角越大。群樁樁身摩阻力和樁端阻力比例的重分配由于應(yīng)力疊加的影響,群樁樁端平面的豎向應(yīng)力較單樁明顯增大,由此產(chǎn)生的應(yīng)力重疊改變了土和樁的受力狀態(tài),這種應(yīng)力重疊現(xiàn)象又反過來影響群樁側(cè)摩阻力和端阻力的大小與發(fā)展過程,因而群樁中每根樁的單位端阻力也較群樁增大。此外,由于群樁中的

42、單根樁的側(cè)摩阻力難以充分發(fā)揮,使得群樁中的端阻力占樁頂總荷載的比例高于單樁,且樁越短這種情況就越明顯。對于超長群樁而占,總荷載通過超長樁將其相當(dāng)一部分荷載直接傳到群樁樁端平面,這也可以為實(shí)體基礎(chǔ)計(jì)算模型提供一定的依據(jù)。.群樁的變形特性群樁的變形特性主要是指群樁的沉降與樁間土及樁端下土的變形之間的關(guān)系及其時(shí)間、空間的效應(yīng)。由于端承型群樁的變形規(guī)律相對較簡單,這罩不做闡述。純摩擦群樁的變形規(guī)律根據(jù)前有學(xué)者的試驗(yàn)研究,上海等沿海軟土地區(qū)的純摩擦群樁主要有如下變形規(guī)律州:在相同樁距下,樁數(shù)是影響群樁變形特性的決定性因素。樁數(shù)小的群樁其沉降主要表現(xiàn)為樁間土的壓縮,而對于樁數(shù)多的群樁,其沉降主要是樁端下土

43、的壓縮。在樁距下,隨著樁數(shù)的增加,群樁地基土的主要壓縮區(qū)段逐漸下移:在相同樁距下,當(dāng)樁數(shù)時(shí),為/區(qū)段;當(dāng)樁數(shù)時(shí),為/區(qū)段;當(dāng)樁數(shù)時(shí),為/區(qū)段,且/深度下的土層壓縮量所占的比例也有所上升。樁距增加,樁間土壓縮量所占比例明顯上升。當(dāng)樁距由增加到時(shí),主要壓縮層由樁下土層轉(zhuǎn)變?yōu)闃秵柾翆?。荷載水平對群樁的變形特性也有重要影響,主要表現(xiàn)在:當(dāng)樁距為時(shí),荷載由/為群樁的極限荷載增大至.時(shí),小群樁的沉降量增大主要表現(xiàn)為樁間土壓縮量的增加,且主要壓縮層上移,而大群樁則表現(xiàn)為樁端下土壓縮量的增加;但是當(dāng)樁距增大時(shí),即使樁數(shù),當(dāng)荷載由/增至.時(shí),其沉降量的增大亦主要為樁日土的增加。端承摩擦群樁的變形規(guī)律碩十學(xué)位論文

44、 第二章樁基礎(chǔ)沉降理論研究及計(jì)算方法端承摩擦群樁是指樁端支撐在較好的持力層但又不是基巖或密實(shí)的卵礫石層上的摩擦樁,此種類型的群樁在軟土地區(qū)較為常見。通常情況下,由于樁端持力層土相對較堅(jiān)硬,在設(shè)計(jì)荷載下,樁端土不會(huì)發(fā)生明顯的刺入變形,群樁的沉降主要表現(xiàn)為樁端下土的壓縮變形;若樁間土為松軟土或欠固結(jié)狀態(tài)土層,仍可能發(fā)生壓縮與固結(jié),使承臺(tái)底脫空,但這部分壓縮變形量不會(huì)反映到群樁沉降中去。當(dāng)樁的設(shè)計(jì)荷載接近極限荷載時(shí),樁端土才會(huì)發(fā)生刺入變形,而樁間土也相應(yīng)產(chǎn)生壓縮,此時(shí)群樁的沉降包括樁問土的壓縮變形和樁端下土的變形兩部分。.豎向荷載下橋梁群樁的沉降特性與單樁相比,群樁基礎(chǔ)在豎向荷載作用下,其沉降性狀是

45、樁、承臺(tái)和地基土之間相互影響的綜合結(jié)果,來自樁和承臺(tái)的豎向力最終在樁端平面形成了應(yīng)力的疊加,從而使樁端平面的應(yīng)力水平大大超過單樁,應(yīng)力擴(kuò)散的范圍也遠(yuǎn)大于單樁,這些方面影響的綜合結(jié)果就是使群樁的沉降性狀與單樁有很大的區(qū)別,并且不同的樁基類型有不同的工作特點(diǎn)。特別是對于深厚軟土地區(qū)的群樁基礎(chǔ)來說,群樁中各樁頂荷載通過側(cè)摩阻力與端阻力傳遞給地基土和鄰近樁,由此產(chǎn)生應(yīng)力重疊,就使得群樁的承載力不能簡單地看作孤立單樁承載力的總和,而且使得群樁沉降及其性狀同孤立單樁也明顯不同。摩擦型單樁的沉降主要受樁側(cè)摩阻力影響,而群樁的沉降在很大程度上與樁端以下土層的壓縮性有關(guān),單樁的沉降與承載力性狀都受樁的形狀如錐形

46、樁,柱形樁影響,而群樁的沉降與承載力性狀則與樁的形狀無關(guān)。一般情況下,群樁比單樁沉降大得多,群樁中各樁荷載相同時(shí),群樁沉降隨樁數(shù)而增加,樁間距愈大,群樁沉降愈小。因此,與群樁的其它問題一樣,群樁沉降性狀也是一個(gè)非常復(fù)雜的問題,根據(jù)已有的研究成果和認(rèn)識(shí),豎向荷載作用下群樁的沉降工作性狀可概述如下剮:豎向荷載下的群樁按承載性狀分為端承型和摩擦型。群樁沉降特點(diǎn)群樁的沉降性狀與單樁沉降變形相比有很大的不同,大致可以歸納為以下幾占.在群樁沉降變形中,群樁效應(yīng)表現(xiàn)得尤為突出。群樁效應(yīng)改變了單樁樁側(cè)摩阻力、樁端阻力的大小和發(fā)展過程以及樁側(cè)摩阻力的分布,還使地基土的受力狀態(tài)發(fā)生變化,與單樁相比,樁群中存在著樁

47、對土位移的加強(qiáng)效應(yīng)。群樁沉降涉及的影響因素遠(yuǎn)比單樁沉降要多。例如群樁的幾何尺寸、施工工藝和流程、地基地質(zhì)條件、荷載大小和持續(xù)時(shí)間以及承臺(tái)型式等。因此,群碩士學(xué)位論文 第二章樁基礎(chǔ)沉降理論研究及計(jì)算方法樁的沉降計(jì)算比單樁復(fù)雜得多。對于單樁沉降主要受樁側(cè)摩阻力影響,而群樁的沉降很大程度上與樁端以下土層的壓縮性有關(guān)。與單樁沉降相比,在與單樁荷載相同的條件下群樁的沉降比單樁大,而大群樁又比小群樁的沉降大,這除了應(yīng)力疊加效應(yīng)外,還由于外圍樁的應(yīng)力擴(kuò)散到更深處。單樁沉降受樁的形狀影響,而群樁沉降與樁的形狀無關(guān)。根據(jù)等的研究,由實(shí)測的距地表面不同深度的群樁與單樁的曲線表明:單樁的最大樁側(cè)摩阻力在較小的樁一土

48、相對位移時(shí)就充分發(fā)揮,而群樁的最大樁側(cè)摩阻力則需要較大的樁一土相對位移才能充分發(fā)揮。群樁沉降性狀的影響因素分析群樁沉降性狀涉及到眾多影響因素,一般說來,可能包括群樁幾何尺寸如樁間距、樁長、樁數(shù)、樁基礎(chǔ)寬度與樁長的比值等、成樁土藝、樁基施工與流程、土的類別與性質(zhì)、上層剖面的變化、荷載的大小、荷載的持續(xù)時(shí)間以及承臺(tái)設(shè)置方式等 ,而各種影響因素對群樁沉降的影響程度也不相同。群樁的沉降主要由樁間土的壓縮變形和樁端下土層的壓縮變形所組成。從已有的試驗(yàn)結(jié)果來看,這兩種變形占群樁沉降的比例與土質(zhì)條件、樁距大小、荷載水平、成樁工藝擠土樁和非擠土樁及承臺(tái)的設(shè)置方式高、低承臺(tái)等因素有密切關(guān)系。目前,在一些試驗(yàn)的基

49、礎(chǔ)上,人們對群樁沉降的研究已經(jīng)取得了一定的研究成果,但是,對于其中的部分因素如樁長、樁基礎(chǔ)寬度與樁長的比值等是否對群樁沉降性狀有影響目前尚無試驗(yàn)研究結(jié)果,尚需進(jìn)一步研究。工程中常用的打入樁與鉆孔灌注樁,因成樁方法的/同,其相應(yīng)的群樁沉降性狀受以上各因素影響的變化規(guī)律有所不同,本文主要研究深厚軟土地區(qū)鉆孔灌注樁的沉降機(jī)理,從現(xiàn)有的軟土地區(qū)中鉆孔灌注樁的群樁試驗(yàn)資料來分析,現(xiàn)歸納如下幾點(diǎn):樁間距的影響。隨著樁.足的增加,樁間土的壓縮變形逐漸增大,地基土整體壓縮變形占群樁沉降的比例趨于減小。在大樁距情況下,不管荷載水平和土性如何,群樁沉降均以樁間土的壓縮變形為主。荷載水平的影響。地基土整體壓縮變形隨

50、著倚載的增加而增大,樁問土壓縮變形隨荷載的增加而減小。在小荷載情況下,群樁沉降以樁、日土壓縮變形為主小荷載下由樁身下部樁側(cè)摩阻力分擔(dān)荷載出現(xiàn)貫入變形,與單樁荷載傳遞性狀相反,反映了群樁的荷載傳遞特性,劉金礪,;在大荷載/。%情況下時(shí),則以地基整體壓縮變形為主。承臺(tái)設(shè)置方式的影響。在低承臺(tái)條件下,地基整體壓縮變形比例隨倚載的增加而增大;而在高承臺(tái)條件下,在/。%的范圍內(nèi),地基土整體壓縮變碩士學(xué)位論文 第二章樁基礎(chǔ)沉降理論研究及計(jì)算方法形比例隨荷載增加呈現(xiàn)增大的趨勢,而在/。%之后,該比例隨荷載增加呈減小的趨勢。樁間土壓縮變形沿樁長的分布是非均勻的,其分布特性受樁距影響較大。對于小樁距群樁,壓縮變

51、形由下而上衰減很快;對于較大樁距群樁,由樁端到樁頂都發(fā)生較大的壓縮變形,靠近樁端/樁長范圍內(nèi)樁問土的壓縮量最大劉金礪,。.群樁沉降計(jì)算研究水平今年來,國內(nèi)外學(xué)者對群樁沉降的計(jì)算方法做出了大量的研究工作,并在現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上提出了一系列的方法和觀點(diǎn),現(xiàn)將與群樁沉降計(jì)算有關(guān)的主要認(rèn)識(shí)總結(jié)如下【】:鉆孔群樁與打入群樁在荷載作用下的沉降構(gòu)成成分以及地基整體壓縮變形比例隨荷載變化的趨勢不同;雖然群樁沉降的形成和發(fā)展與單樁沉降有所不同,但若采用簡單的土的理想化模型,并假定樁對土位移的加強(qiáng)效應(yīng)可忽略不計(jì),就不難把單樁的分析擴(kuò)展到群樁;成樁樁的設(shè)置技術(shù)對單樁和群樁的沉降也有不同的效應(yīng)。單樁成樁被擾動(dòng)的范圍和其受力范圍差不多,故被擾動(dòng)影響較大,而群樁成樁被擾動(dòng)的范圍與受力范圍相比相差懸殊,故被擾動(dòng)影。此外,從施工影響來看,群樁在引起的地表隆起和土體側(cè)移方面則遠(yuǎn)比單樁嚴(yán)重;粘性土中群樁的沉降包括彈性沉降和固結(jié)沉降,而非粘性土中群樁的沉降只有彈性沉降瞬時(shí)沉降;群樁的沉降分析實(shí)際上是指包括上部結(jié)構(gòu)一群樁一土這一“統(tǒng)一結(jié)構(gòu)體系”的變形分析;在群樁沉降分析中,要考慮與沉降有關(guān)的一系列因素,并協(xié)調(diào)它們之間的關(guān)系,如基礎(chǔ)寬度與沉降