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在沿海及沿江等深厚覆土地区,大直径超长桩己在工程中被大量使用,大直径超长单桩及群桩基础的竖向承载性状目前已成为工程界的一大热点和难点问题,开展对大直径超长单桩及大规模群桩基础在竖向荷载下的工作性能的研究具有重要的理论和实际意义。本文通过现场桩基载荷试验、荷载传递理论模型分析、数值试验并结合离心机模拟试验等,完成了以下主要研究内容及成果:
首先,对目前单桩及群桩沉降的理论分析方法、模拟试验方法、经验简化法等三大类分析方法进行了简要介绍,同时对桩侧阻力及桩端阻力的确定方法也进行了简要汇总,传统的分析方法在运用于大直径超长桩基础承载特性分析时有待进一步改进和完善,分析认为由于大直径超长桩及大规模群桩基础的受力变形特性较为复杂且当前认识还很不充分,将各种不同的研究手段有机结合起来成为目前研究大型复杂桩基工程的有效途径。
以苏通大桥桩基工程为例,通过收集现场进行的多组大直径超长单桩基础载荷试验数据,探讨了大直径超长钻孔灌注桩的荷载沉降特性、轴力及侧摩阻力分布特性、桩身位移分布特性等,对压浆前后大直径超长灌注桩承载特性进行了分析。
以大直径超长桩的现场试验结果为基础,提出了一种新的荷载传递计算方法-三参数荷载传递模型,并利用剪切位移法考虑桩与桩之间的相互作用,将提出的三参数荷载传递模型推广应用于群桩分析。利用本文提出的荷载传递理论模型计算分析了大直径超长钻孔灌注单桩及群桩基础的荷载沉降特性、轴力及侧摩阻力分布特性、桩身压缩量分布特性、桩顶反力分配以及桩间距及桩数的影响规律。
以有限元数值试验并结合离心机模拟试验对大直径超长单桩及群桩基础荷载沉降特性、桩身轴力及侧摩阻力、桩身压缩量、桩顶反力及桩端反力分配、桩周土体沉降等规律进行了深入研究,同时对大直径超长单桩及群桩基础主要影响因素进行了较为系统的分析,其中,对大直径超长单桩基础重点分析了桩、土体特性的影响规律,对大规模大直径超长群桩基础重点分析了桩土体特性、承台刚度、桩间距、群桩桩数、群桩整体刚度情况等的影响规律。
考虑到施工复杂性及重要性,文中以有限元数值试验方法对大直径超长单桩及群桩基础竖向承载特性的施工效应进行了初步分析,重点分析了桩端沉渣、桩身泥皮、桩身土层冲刷及桩端后压浆等因素对大直径超长单桩承载特性的影响规律,对桩周土层冲刷及桩端后压浆等因素对大直径超长群桩基础的竖向承载特性影响进行了分析,取得了一些有意义的成果。
最后,文中分析了目前现行规范中桩基竖向承载力计算方法存在的一些问题,根据建立的单、群桩荷载传递理论解析模型,提出了按控制沉降确定大直径超长单桩及刚性高承台群桩基础竖向承载力的设计方法,在满足桩基沉降不超过允许沉降的基础上使得桩基受力和变形相互协调,在理论上较为完善和合理,避免了桩基承载力与桩、土体系的变形互不联系、互不协调的矛盾。