樁土相互作用理論相關(guān)進(jìn)展和工程的應(yīng)用

1、樁土相互作用理論相關(guān)進(jìn)展和工程的應(yīng)用樁土相互作用設(shè)計(jì)的發(fā)展樁土相互作用設(shè)計(jì)發(fā)展涉及到的問(wèn)題樁土相互作用設(shè)計(jì)的發(fā)展樁土相互作用設(shè)計(jì)發(fā)展涉及到的問(wèn)題70年代以來(lái)，樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)思想出現(xiàn)了較大的飛躍。由承載力控制設(shè)計(jì)逐漸過(guò)渡到滿足承載力要求的前提下，以控制沉降（特別是差異沉降）為目的來(lái)設(shè)置樁。出現(xiàn)了一些經(jīng)典的設(shè)計(jì)案例。Horikoshi& Randolph (1998) 對(duì)荷載均勻的筏基，提出僅在基礎(chǔ)中心16-25% 范圍內(nèi)布樁，可得到較為優(yōu)化的設(shè)計(jì)和均勻的沉降。對(duì)荷載不均勻的樁筏基礎(chǔ)，可采用不同的樁長(zhǎng)來(lái)得到最優(yōu)化設(shè)計(jì) (Reul & Randolph, 2004).國(guó)內(nèi)劉經(jīng)礪等也提出類似思想。進(jìn)一步

2、發(fā)展到柔性樁與剛性樁的組合使用近年來(lái)針對(duì)框架（或外框內(nèi)筒、框架-剪力墻）結(jié)構(gòu)建筑物經(jīng)常出現(xiàn)邊柱沉降小、中柱（或內(nèi)筒）沉降大的情況，F(xiàn)lemming等1990年首次提出了在邊柱下面設(shè)置具有一定模量的可壓縮墊塊，使邊柱從而可產(chǎn)生較大的沉降，從而減小邊柱與內(nèi)柱的沉降差。 可壓縮墊塊1998年，Cao等針對(duì)地震區(qū)或可能承受較大風(fēng)荷載作用的減少沉降量樁基，為減少樁身過(guò)高的豎向應(yīng)力和相應(yīng)分擔(dān)的水平荷載，提出了將樁脫離筏板一定高度（稱為disconnected pile）的做法，并進(jìn)行了放置在硬粘土上樁筏基礎(chǔ)的筏板-樁-土相互作用分析。 Cao, X.D., Wong, I.H., Chang, M.F.

3、Behavior of model rafts resting on pile-reinforced sand. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2004, 130(2): 129-138. 樁筏脫離情況下不同布樁方式、不同樁長(zhǎng)時(shí)筏板-樁-土的相互作用。主要是基于減少沉降控制樁基礎(chǔ)可能受到過(guò)大水平力的問(wèn)題。實(shí)質(zhì)上類似于國(guó)內(nèi)的剛性樁復(fù)合地基，只不過(guò)前者的樁頂與筏板之間不設(shè)置褥墊層，而是筏板下原位的土體。 一些例子Messe Turm Tower, Frankfurt(Sommer et al., 1991; Ta

4、maro,1996; El-Mossallamy and Franke, 1997). The Messe Turm tower 256 m 高, 當(dāng)時(shí)是歐洲最高的建筑物。建于19881990。采用了 中心部分6 m 厚、邊緣處 3 m 厚的筏板。按樁達(dá)到極限承載力設(shè)計(jì)，承擔(dān)60%的建筑物荷載。采用天然地基方案，沉降4050cm，差異沉降將達(dá)15cm。采用了 64根樁，樁徑1.3 m，長(zhǎng)度26.9 34.9 m.樁中心距 3.5 6D。Westend 1 Tower, Frankfurt Franke et al. (1994) and Franke (1991). The Westend 1

5、 Tower 是一幢 51層、 208 m 高。采用樁筏基礎(chǔ)。設(shè)置 40根樁，樁長(zhǎng) 30 m，樁徑1.3 m。筏板中部厚 4.5 m，邊緣處厚3 m。底板置于法蘭克福硬粘土上。土的再壓縮模量 62.4 MPa （ Franke et al. 1994).Residential buildings in Sweden Hansbo (1993) 其中一幢樓設(shè)計(jì)采用常規(guī)設(shè)計(jì)（樁基礎(chǔ)安全系數(shù)3），樁數(shù) 211根， 28 m長(zhǎng)。 另外一幢樓采用徐變樁“creep pile”的概念進(jìn)行設(shè)計(jì)。樁作為減少沉降量的元件 （settlement reducer）安全系數(shù)僅為 。僅設(shè)置104根樁， 26 m 長(zhǎng)。

6、后者沉降并不比前者大。Commercial building in Sao Paulo, Brazil Poulos (1994b) Akasaka 某多層商業(yè)建筑占地44.5m 26.75 m. 柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。在荷載較大的獨(dú)立基礎(chǔ)下設(shè)置樁以減少沉降。以SP11基礎(chǔ)為例，最大沉降不超過(guò)30mm。 不設(shè)置樁時(shí)，沉降50 mm。采用了直徑520 mm預(yù)制樁，樁長(zhǎng)12 m，設(shè)置10根樁時(shí)則為20 mm。最后采用了6根樁。法蘭克福日本中心大樓High-rise building Japan-Center, Frankfurt塔樓占地37m 37 m，與筏板基礎(chǔ)存在偏心。采用了局部布樁解決偏心，同時(shí)又可

7、避免在塔樓與純地下室部分之間設(shè)置沉降縫。建筑物總重600MN，有效重量400MN。樁承擔(dān)了300MN，占總荷載的7075%。沉降7cm作用，整體傾斜1:1000。High-rise building Sony-Center, Berlin建筑物場(chǎng)地下土主要為砂和泥灰?guī)r。建筑物近鄰新建成的地鐵隧道。基礎(chǔ)底面在泥灰?guī)r之上。為減小沉降，采用了直徑、樁長(zhǎng)15m25m的樁，。建筑物竣工后沉降3cm。國(guó)內(nèi)的一些研究與實(shí)踐常規(guī)樁與傳統(tǒng)復(fù)合地基中“樁”的結(jié)合傳統(tǒng)復(fù)合地基與樁基的結(jié)合樁-基礎(chǔ)間新的連接構(gòu)造方式的研究與工程實(shí)踐常規(guī)樁與傳統(tǒng)復(fù)合地基中“樁”的結(jié)合 目前的發(fā)展一個(gè)重要趨勢(shì)是，出現(xiàn)了傳統(tǒng)樁基礎(chǔ)中樁與復(fù)合

8、地基中各類“樁”的柱體的結(jié)合，而形成很多新的復(fù)合樁體，呈現(xiàn)了“柔性樁、半剛性樁向剛性樁的發(fā)展”。例如，在常規(guī)水泥攪拌樁中心壓入預(yù)制芯樁、在粉噴樁中靜壓壓入預(yù)制樁、攪拌樁中施工沉管灌注樁、在懸噴樁中插入型鋼等以獲得較高的單樁承載力，研究表明，當(dāng)芯樁尺寸適當(dāng)時(shí)，摩擦型復(fù)合樁體可獲得不小于與水泥土樁外圍尺寸相同的灌注樁的承載力2。日本也采用在懸噴樁中心插入鋼管用于橋梁樁基的抗震加固、在大直徑水泥土樁中插入鋼管形成鋼管水泥土樁等。此外，還有在砂石樁中插入預(yù)制樁形成“砂芯砂石樁”3，以加快地基固結(jié)從而減少?gòu)?fù)合地基工后沉降和差異工后沉降。傳統(tǒng)復(fù)合地基與樁基的結(jié)合 其特點(diǎn)是，同一建筑物基礎(chǔ)下同時(shí)采用鋼筋混凝

9、土樁、水泥土樁等共同承擔(dān)荷載。即樁基礎(chǔ)中，對(duì)樁間土采用復(fù)合地基范疇中的各類樁進(jìn)行加固，期望提高樁間土承載力從而提高樁間土的分擔(dān)作用。例如：鋼筋混凝土樁、粉噴樁、砂樁組合形成的多元復(fù)合地基，鋼筋混凝土樁、水泥土樁組成二元復(fù)合地基等。有人稱之為“剛?cè)釓?fù)合樁基4”，并在杭州某一12層的高層建筑下應(yīng)用了有效樁長(zhǎng)9m、樁徑600mm的深層水泥攪拌樁44根，樁徑分別為500mm和600mm、樁長(zhǎng)的鉆孔灌注樁60根。樁-基礎(chǔ)間新的連接構(gòu)造方式的研究與工程實(shí)踐 樁頂嵌入承臺(tái)或基礎(chǔ): 荷載由承臺(tái)直接傳遞給樁，再經(jīng)樁傳遞給土。不考慮土的分擔(dān)作用。這是傳統(tǒng)的樁基礎(chǔ)。樁頂嵌入筏板: 荷載由基礎(chǔ)直接傳遞給樁和土，考慮土

10、的分擔(dān)作用，主要指復(fù)合樁基。疏樁基礎(chǔ)、將樁作為減少沉降構(gòu)件（settlement reducer）來(lái)設(shè)置的減少沉降樁基礎(chǔ)等也可歸為這一類。樁頂與基礎(chǔ)之間設(shè)置褥墊層，荷載經(jīng)基礎(chǔ)（此時(shí)似乎不宜稱為承臺(tái)了）由褥墊層分配給樁與土的。一般指剛性樁復(fù)合地基。2002年陳遇珺、劉妍（導(dǎo)師鄭剛）在其與天津市勘察院合作進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)足尺試驗(yàn)，在樁頂與承臺(tái)之間設(shè)置一定高度凈空，對(duì)此樁頂與承臺(tái)之間預(yù)留一定高度凈空時(shí)樁土分擔(dān)荷載的情況進(jìn)行了研究。鄭剛等2004年在巖土工程學(xué)報(bào)報(bào)道了這項(xiàng)研究成果 。PpPsLoad sharing between pile and soil in case BPsPpLoa

11、d sharing between pile and soil in case C廈門嘉益大廈（宰金珉、裴捷等）30層，100米高在深厚的花崗巖殘積土中，埋藏著大小不一的大量孤石。設(shè)計(jì)者大膽地提出了在樁頂設(shè)置彈簧墊的設(shè)想，有了此彈簧墊，不管人工挖孔樁的樁端是否落在孤石上，也不管樁周摩阻力有多大，它都起到類似于摩擦樁受力后產(chǎn)生刺入變形的效果，保證筏板下的地基土能發(fā)揮作用，筏板產(chǎn)生較均勻沉降采用隔震墊作為樁頂彈簧墊（由中國(guó)生產(chǎn)的隔震墊在日本已應(yīng)用到28層高層建筑的隔震設(shè)計(jì)中）。為了保證其豎向變形能力，要求其豎向剛度k=18t/mm;極限變形量為6cm嘉益大廈的基坑開(kāi)挖始于2002年11月，2003

12、年5月底板施工完成，2004年5月大樓順利封頂。到2004年8月，大樓內(nèi)外填充墻及墻面抹灰已基本完成。最大沉降量為，平均沉降量為，筏板下的土壓力分布也比預(yù)想的要小，最大點(diǎn)為300kPa,平均為140kPa；樁頂彈簧（隔震墊）的壓縮變形量最大值為，平均為。樁土相互作用設(shè)計(jì)的發(fā)展樁土相互作用設(shè)計(jì)發(fā)展涉及到的問(wèn)題樁土的長(zhǎng)期相互作用問(wèn)題非均質(zhì)地基的樁土相互作用問(wèn)題長(zhǎng)短樁使用時(shí)的樁土相互作用問(wèn)題不同直徑樁使用的樁土相互作用問(wèn)題剛性樁與非剛性樁的混合使用的樁土相互作用問(wèn)題剛性承臺(tái)、柔性路堤下樁基的使用的樁土相互作用問(wèn)題樁、承臺(tái)（基礎(chǔ)）不同連接方式的使用的樁土相互作用問(wèn)題動(dòng)荷載下或循環(huán)荷載下的樁土相互作用問(wèn)

13、題超深開(kāi)挖條件下的樁土相互作用問(wèn)題樁土的長(zhǎng)期相互作用問(wèn)題非均質(zhì)地基的樁土相互作用問(wèn)題不同樁徑、樁長(zhǎng)樁土相互作用問(wèn)題剛性樁與非剛性樁的混合使用的樁土相互作用問(wèn)題土的剛度與其應(yīng)變水平有關(guān)。兩樁中間部分的土的剪應(yīng)變大大小于樁土接觸面附近的土剪應(yīng)變，Poulos (1988)曾指出，這一現(xiàn)象的存在可大大減小樁-樁相互作用系數(shù)。非剛性樁對(duì)剛性樁的相互作用的影響？剛性承臺(tái)、柔性路堤下樁基的使用的樁土相互作用問(wèn)題 樁承式路堤樁承式路堤：樁基礎(chǔ)？ 國(guó)外基于端承樁的概念設(shè)計(jì)？樁-網(wǎng)復(fù)合地基：復(fù)合地基？ 國(guó)內(nèi)基于復(fù)合地基概念設(shè)計(jì)？樁、承臺(tái)（基礎(chǔ)）不同連接方式的使用的樁土相互作用問(wèn)題B.B.Broms(2004)對(duì)

14、水泥土樁復(fù)合地基，當(dāng)樁體還軟弱時(shí)就加載，對(duì)樁間土而產(chǎn)生預(yù)壓作用，樁間土固結(jié)所需時(shí)間可減少50-70%。 隨著攪拌樁承載力的增長(zhǎng)，樁承擔(dān)的荷載會(huì)逐漸增加一個(gè)基于控制工后沉降的樁土相互作用研究課題復(fù)合地基深層沉降復(fù)合樁基深層沉降樁端以下土沉降大、衰減慢樁端以下土沉降小、衰減塊動(dòng)荷載下或循環(huán)荷載下的樁土相互作用問(wèn)題在瑞士Lausanne, 一幢四層的瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究所（EPFL），進(jìn)行了熱交換樁（heat eachanger pile）的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)（Laloui et al., 2003）.所選取的試驗(yàn)樁在建筑邊緣下。鉆孔灌注樁樁長(zhǎng)，直徑88cm。在試驗(yàn)樁中放置了U型聚乙烯管，作為熱交換液的通道。在樁中埋設(shè)了應(yīng)變、溫度和荷載的觀測(cè)元件。對(duì)試驗(yàn)樁分別施加豎向荷載（建筑物荷載）和溫度荷載，避免溫度應(yīng)力與荷載產(chǎn)生的應(yīng)力混淆。試驗(yàn)表明，溫度的變化可使軸向荷載增加1倍以上。且主要增加樁身下部和端部