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桩基础是建筑、交通、海洋、地下工程等领域的重要基础型式,随着我国重大基础设施建设的发展,桩基础呈现出深长、大直径、承载环境复杂等特点。桩基水平承载力是建(构)筑物抵御地震、风浪荷载、地下空间开挖卸荷的根本保证,桩基水平承载性能分析不当往往会诱发重大工程事故。因此,合理评价桩基水平承载性能,预测其在复杂承载环境下的变异响应特征,提出相应的安全控制措施是岩土工程面临的新挑战。本文以国家重点研发计划项目(2016YFC0800201)、国家自然科学基金项目(51878157)、江苏省建设系统科技项目(2014ZD66)和江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(KYLX160244)为依托,以软弱地层桩基水平承载特征与安全保障技术为研究对象,通过理论分析、原位测试、现场试验和数值模拟的手段,系统开展了软弱地层桩基水平承载特性分析与卸荷响应研究工作,主要研究内容和成果如下:(1)全面总结了国内外特别是近二十年间有关桩基水平承载研究现状,对桩基水平承载计算方法及开挖卸荷响应评价等方面的研究成果进行了综述,指出其存在和需要解决的问题。(2)针对软弱地层桩基复杂承载特点,提出了软弱地层桩基水平承载特性分析方法。通过构建孔压静力触探(CPTU)参数与桩基p-y曲线参数的对应关系,提出了基于CPTU原位测试的桩基水平承载实用分析方法与位移控制标准;针对软弱地层桩基“大变形”问题,提出了基于应力增量的桩基大变形p-y分析方法,该方法能综合反映径向应力增量效应、纵向应力增量效应及桩体深层转动挠曲对桩侧土抗力的影响;针对桩基“大直径”问题,提出了考虑摩擦效应的大直径桩水平承载分析fm方法,该方法在传统m法基础上考虑了侧壁摩擦力在桩身产生的附加弯矩,包括桩轴线挠曲变形引起的摩擦附加弯矩和桩基尺寸效应引起的摩擦附加弯矩,提升了大直径桩水平承载力计算精度。(3)采用现场试验与原位测试相结合的手段,系统研究了基坑开挖卸荷对邻近桩基水平承载性能的影响规律,提出了桩基水平承载卸荷响应评价方法。基坑开挖卸荷会对桩周土体产生应力释放,进而影响桩基的水平承载性能。原位测试结果表明,基坑开挖后土层贯入锥尖阻力衰减,锥尖阻力的衰减与土体卸荷应力路径密切相关,卸荷后的桩基水平承载力较自由场地降低。邻近基坑开挖致使桩基被动受荷,受开挖卸荷过程的影响,被动桩水平承载变形规律复杂,其桩-土相互作用随开挖过程不断改变。为准确计算被动桩水平承载累积变形及桩身内力特征,提出了考虑邻近基坑开挖卸荷全过程的被动桩水平承载分析方法。(4)开展了基坑开挖卸荷对坑底桩基水平承载性能影响试验研究,明确了开挖卸荷前后土体原位测试参数的变化规律及坑底桩基水平承载响应特征。研究指出,开挖卸荷致使坑底土体应力释放,改变了土体应力状态,影响了桩土相互作用p-y曲线的发挥特征。坑底桩基水平承载力的确定须同时考虑地层性质及开挖卸荷应力释放的共同影响,不考虑卸荷效应会过高估计坑底桩基水平承载性能。试验结果表明,采用开挖卸荷后的真实土层原位测试参数可以准确计算坑底桩基水平承载力,与现场实测结果吻合较好。(5)通过精细化构建桩-土-开挖体数值模型,研究了邻近基坑开挖卸荷致被动桩水平承载弱化机理及其影响因素。深入分析了开挖卸荷致土体移动并伴随应力释放(应力变形耦合)条件下的桩-土相互作用特征,明确了基坑开挖方式、土体模量、排水状态和不同加载时机对被动桩p-y曲线的影响规律。研究结果表明,被动桩桩-土相互作用受邻近基坑开挖卸荷的影响而发生变异,被动桩p-y曲线较主动桩p-y曲线表现出明显的软化特征,且开挖速率越快,p-y曲线跌落越快。由此,从桩-土相互作用本质上揭示了邻近基坑开挖卸荷致被动桩水平承载性能演化的内在机理。(6)基于承台-桩基耦合模型,揭示了承台约束效应对邻坑开挖被动桩水平承载性能的影响机制,提出了综合考虑桩头嵌固深度、承台-桩头相对模量和承台-桩头接触刚度等多因素的被动桩承台设计方法及设计参考标准。研究指出,承台约束会显著影响被动桩的水平承载性能,单一影响因素下,桩头嵌固深度宜控制在(515)cm,承台-桩头相对模量比宜控制在(0.15);综合影响因素下,则宜按照承台约束系数法将Kc控制在(0.11)%区间。(7)建立了软弱地层桩基水平承载性能提升与安全控制关键技术。通过现场试验和理论计算,充分论证了软土地层桩基后注浆技术与可液化地层共振法处理技术对桩基水平承载性能的提升效果;并从桩基性能控制角度出发,分别给出了基于参数敏感性和基于开挖效应的主、被动桩水平承载控制方法。研究指出,桩侧桩端后注浆技术可显著提高灌注桩的承载性能,较普通灌注桩水平承载力提高约20%;共振法地基处理技术可大幅改善土体的工程性质,使桩基水平承载力提升约30%;对主动桩而言,其安全控制要素依次为:桩头嵌固形式>尺寸效应>竖向荷载>桩身施工倾角;对被动桩而言,合理的控制开挖方式、桩头约束条件以及加载时机是保障被动桩水平承载性能及建筑物安全稳定的重要途径。