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减沉桩基础是按沉降控制思想设计,根据基础的沉降控制值来确定桩数和桩长的一种桩基础。相比按传统方法设计的桩基础,减沉桩基础具有明显的经济及社会效益,因而得到了越来越广泛的应用。本文依托国家科技支撑计划项目《港珠澳大桥跨海集群工程关键技术研究与示范》,以港珠澳大桥沉管隧道为工程背景,针对其减沉桩基础带桩帽、厚垫层等特点,通过室内模型试验和有限元模拟结合的方法,以考察减沉桩基础桩身轴力、土压力分配规律等基本性状,研究有无桩帽、垫层厚度、桩长、桩距等因素对减沉桩基础桩土荷载分配及沉降的影响。 研究结果表明:设置桩帽、增加桩长及加大桩距会提高桩荷载分担比,垫层的存在能使土提前发挥承载作用,较好的发挥桩土共同工作效果并调节桩土荷载分配,且垫层越厚,桩荷载分担比越小;各因素影响桩土荷载分配的程度不一,桩长的影响最显著,垫层厚度及有无桩帽其次,而桩距的影响则较小。桩帽的有无对基础沉降几无影响;在土层良好的情况下,垫层厚度的变化对基础沉降影响很小;桩距的增大能导致沉降的增大而桩长的增长则能显著减小基础的沉降。因而,适当增加桩长、设置垫层并选取合适厚度以及在一定范围内减小桩距均是沉降控制的有效措施。对于港珠澳大桥的减沉桩而言,若能保证垫层不被破坏,取消桩帽的设置不仅符合沉降控制思想,也能节约成本。 此外,针对港珠澳大桥的实际工程建立有限元模型并分析,得到了港珠澳大桥某沉降控制段减沉桩基础在施工完毕后桩身轴力、桩身沉降、桩水平位移、沉管沉降及其沿横向变化率的规律及大小,可以为实际工程的设计和施工提供参考。在此基础上提出了一个边桩加长的优化方案并建模分析得知:边桩加长对减小各桩桩身轴力、桩身沉降、桩水平位移及沉管沉降均有较积极的作用,其中对减小桩身沉降及沉管沉降的作用尤为显著。在实际工程中大面积回填土的影响下,选择合适的边桩桩长可能带来较好的经济效益。