随着我国城市建设和施工技术的发展,各类高层、超高层建筑和大型地下工程呈现迅猛发展的势头,鉴于竖向承载性能和变形控制的要求,桩基础被工程上日益广泛地采用为首选的深基础形式。相对于抗压单桩,抗拔桩与群桩基础的研究尚不够深入。迄今为止,抗拔桩设计方法仍处于借鉴抗压桩设计方法阶段,引入一个经验抗拔系数进行设计,造成抗拔桩的理论研究远远落后于工程实践;由于桩基间的相互作用在群桩变形中表现得非常突出和重要,使得群桩基础的变形计算成为工程应用中的需要迫切解决的课题。针对以上问题开展相关研究,对探索竖向受荷桩基工作性状和进行变形计算、挖掘承载潜能、提高设计水平具有理论和实际意义。本文主要就以下几方面开展研究:1.为了研究桩身在竖向受荷过程中的非线性对等截面抗拔单桩位移的影响,综合现有荷载传递模型,考虑抗拔桩上拔过程中的桩体弹塑性变形特征,建立与等截面抗拔单桩工作性状相适应的荷载传递迭代分析法。该方法引入抗拔桩的桩身混凝土抗拉非线性模型,从桩顶客观存在的荷载进行相对应的位移的迭代求解,克服了以往迭代分析法未能考虑临界桩长以下桩段侧摩阻力并未发挥的缺点,使分析方法更趋合理和完善。采用本文所提出的等截面抗拔单桩荷载传递迭代分析法得到的抗拔单桩荷载-位移曲线与实测曲线较为吻合,具有计算方法简单、工程适用性强、预测精确度高等优点。此外,考虑到工程上有特殊情况上拔荷载作用在离地面一定深度而并非在抗拔桩桩顶,因此对承受变位置上拔荷载时的等截面抗拔单桩荷载传递进行了研究。2.对扩底抗拔单桩变形非线性进行研究,基于现有扩底抗拔桩研究成果,从扩底抗拔桩基荷载传递规律的―薄壁同心圆筒剪切变形模式‖和弹性力学理论出发,对扩底抗拔桩推导了考虑桩土滑移的扩底抗拔单桩变形非线性解析表达式,并给出了具体的计算步骤,使得扩底抗拔桩变形的分析与实际工程性状一致。通过和现场实测结果进行比较,结果表明在工作荷载作用下本文非线性解析解表达式能较好的计算扩底抗拔桩承受上拔荷载过程中的非线性变形。最后将解答推广至变位置扩径体抗拔桩,以便进行更复杂桩体条件下的抗拔桩变形分析。3.现有的抗拔群桩变形计算方法因理论假定近似性和未能充分考虑群桩基础中各桩基相互加筋效应影响,造成抗拔群桩变形计算远远落后于群桩工程实践。本文对群桩各桩基相互作用的―加筋效应‖的概念重新进行了定义,并对考虑加筋效应的抗拔群桩变形理论计算进行了深入研究,基于薄壁同心圆筒剪切变形模式和弹性叠加原理,提出能同时考虑群桩基础中桩基相互加筋效应的理论解析解答。同时建立了相应的群桩与土相互作用的三维有限元数值模型进行仿真计算。本文解析解理论计算结果与有限元数值分析结果、模型实测结果吻合较好。4.由于抗拔桩与抗压桩共同作用是一个极为复杂的问题,本文通过建立的抗压桩与抗拔桩共同作用分析模型,对竖向受荷抗拔桩、抗压桩共同作用进行了理论研究,提出一种计算抗拔桩与抗压桩共同作用的方法,对锚桩法试桩进行了理论分析,并对三种工况(工况一是抗拔桩、抗压桩共同作用;工况二是两根抗拔桩共同作用;工况三是两根抗压桩共同作用)时的抗压桩、抗拔桩荷载-位移关系进行了定性分析。同时建立了相应的群桩与土相互作用的三维有限元数值模型进行仿真计算。本文理论计算结果与有限元计算、现场试验结果吻合,说明理论方法能较好地分析抗拔桩与抗压桩共同作用。5.针对现有抗压群桩沉降研究成果对群桩加筋效应的不完善性,对考虑加筋效应的抗压群桩变形理论计算进行了深入研究,提出一种能考虑群桩基础―加筋效应‖的抗压群桩沉降计算方法,基于薄壁同心圆筒剪切变形模式和弹性叠加原理,推导得到能同时考虑抗压群桩基础中桩基相互加筋效应的理论解析解答。从计算结果与实测数据比较看,本文理论计算方法得到的群桩沉降和实测沉降较为接近,验证了本文抗压群桩分析模型的正确性。本文方法通过充分考虑群桩中各桩基相互加筋效应的相互作用,克服了已有方法中未能或未充分考虑群桩基础中桩基间相互加筋效应的不足,使群桩沉降计算更吻合实际工程中的群桩协同工作性状,因此可用于大规模群桩中的群桩相互作用的变形分析。