新近深厚填土桩基负摩阻力计算及特性研究

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随着国民经济的飞速发展,较多城市均涌现出了大量的高层、超高层建筑,其对基础承载力的要求也逐步提高,然而桩基础因其具有承载力高,沉降小等优点,得到了广泛的应用。国内外诸多学者对桩基承载特性也进行了大量研究,使桩基设计不断完善。由于不同地区地质的复杂性和特殊工程场地对桩基的影响,常常导致工程事故的发生,桩基负摩阻力问题便是其中之一。部分采用桩基础的工程由于其忽视负摩阻力的影响,从而导致桩身的破坏或引起建筑物较大沉降进而无法使用,尤其是新近填土,松软的软土,湿陷性黄土等地质,若忽视了负摩阻力则很可能带来重大的经济损失。本文采用理论计算,静载试验及数值模拟相结合的方法,对新近深厚填土负摩阻力问题进行了分析研究。首先,阐述了桩侧负摩阻力的概念,形成条件,影响因素,中性点的概念及其位置确定方法及负摩阻力时间效应,总结了桩基负摩阻力的各种常用计算方法。而以上各种计算方法皆很少考虑到桩侧土体的势能损失和对桩身能量的传递规律,为此基于荷载传递理论,选取佐藤悟双折线函数作为桩侧摩阻力荷载传递模型及双折线硬化模型作为桩端阻力荷载传递模型。研究表明,该桩侧、桩端模型能较客观地反映桩一土荷载传递特性。在此基础上,根据能量守恒原则,采用桩侧桩端阻力双折线式能量法,得出桩身单元轴力与位移公式,以此计算桩侧负摩阻力。通过某个典型的工程算例,进行验证分析,结果表明本文所采用方法在计算负摩阻力方面具有可行性。其次,针对新近深厚填土地基,结合桩基静载试验,对单桩静载试验时的竖向极限承载力和单桩正常使用工况下的竖向极限承载力的差异性进行了探讨。若考虑负摩阻力,单桩极限承载力计算值为1587kN;不考虑负摩阻力的计算值为2136kN,静载试验的结果值为2000kN,其结果大于考虑负摩阻力桩极限承载力,而小于不考虑负摩阻力桩极限承载力。建议设计人员应当以考虑负摩阻力后的桩基承载力为抗力的设计标准,而检验桩基静载试验时的单桩竖向极限承载力则是以不考虑负摩阻力的竖向极限承载力为标准,同时建议对单桩周边一定范围内的土层进行注浆加固处理,减少负摩阻力。最后,以该工程实例为依托,利用FLAC3D进行了数值模拟,分析了桩基不同桩顶荷载及堆载作用下,桩身轴力及负摩阻力的变化规律。在桩基沉降允许的情况下,适当增大桩顶荷载,能进一步提高桩基承载力,并将模拟结果与本文方法进行对比分析,验证了本文理论计算方法的合理性。
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