带帽控沉疏桩复合地基广泛应用于堤坝地基、高速公路路基、沿海围堤、港口工程堆场、机场场道等软基处理工程中。带帽PTC管桩应用于高速公路处理深厚软土地基工程中,其设计有别于建筑工程的设计,目前还没有规范可循,满足稳定和沉降允许值条件下的疏桩尺寸的优化,尚无成熟的确定方法,桩土相互作用机理还未进行深入的分析研究,但现实问题又摆在眼前,即如何考虑复合桩土应力比、桩土荷载分担比、桩帽大小、桩体中心间距、桩长、垫层厚度的确定及复合地基沉降等方面没有成熟的设计计算方法,现有的设计主要采用充分发挥桩土共同作用和疏化桩间距的设计方法来进行带帽PTC管桩复合地基的设计。本文针对上述问题,从现场试验、理论分析、数值模拟等方面对带帽桩复合地基的力学性状进行了研究和探讨,本文主要研究内容如下: 1、进行了带帽PTC型控沉疏桩复合地基足尺现场试验,为带帽控沉疏桩复合地基理论研究提供合理依据,并可校核工程桩设计,对其优化设计也可起指导作用。 2、根据高速公路路堤设计荷载,建立符合带帽控沉疏桩复合地基荷载—沉降关系的计算模型,提出带帽单桩复合地基可按桩帽间土体进行沉降计算的模式,并对复合地基常规沉降计算方法也进行分析研究,对其各种沉降计算模式的计算结果进行比较分析。 3、提出带帽PTC型控沉疏桩复合地基复合桩土应力比、复合面积置换率的新概念,以合理反映带帽单桩复合地基力学性状。基于合理假定、土力学和弹性理论,建立了桩土相互作用的带帽复合桩体模型,采用等沉面的思想,推导出能够反映层状不均质地基、带帽桩复合地基空间三维变形特征的复合桩土应力比计算公式,并分析了桩体中心间距、桩长、桩帽尺寸、土体变形模量、垫层模量、下卧层土体模量、土体侧压系数等各种因素的影响。 4、基于合理假定和弹性理论,采用荷载传递函数法,对带帽复合单桩桩土相互作用的力学性状进行了线性分析,很到了复合桩体中桩体沉降、桩帽下土体的竖向位移、桩身轴向应力、桩帽下土体的竖向应力、桩身侧摩阻力与荷载水平、深度之间的控制微分方程,并得到其解析表达式。 5、基于合理假定和弹性理论,采用荷载传递函数法,对带帽单桩复合地基桩土相互作用的力学性状进行了线性分析,得到了带帽单桩复合地基中桩体沉降、桩帽下土体的竖向位移、桩帽间土体的竖向位移、桩身轴向应力、桩帽下土体的竖向应力、桩帽间土体的竖向应力、桩身侧摩阻力、桩帽边缘土体之间的侧摩阻力与荷载水平、深度之间的控制微分方程,并得到其解析表达式。 6、以工程应用和现场试验为依据,考虑桩体、桩帽下土体和桩帽间土体竖向变形的不协调性,建立起相应的力学模型,通过三维非线性数值模拟,研究带帽控沉疏桩复合地基力学性状的变化规律,探讨带帽PTC型控沉疏桩复合地基受力与变形特性的诸多影响因素(如桩长、桩径、桩帽尺寸、桩体中心间距、褥垫层、基础刚度等)。对工程桩复合地基进行有限元分析,从数值试验角度验证了带帽控沉疏桩复合地基中复合桩体存在上、下刺入变形现