竖向荷载作用下刚性桩复合地基数值分析_姚怡文
竖向荷载作用下群桩承载力及变形特性研究
- 89 -工 程 技 术0 引言随着我国经济建设的快速发展，各类建筑物对基础的要求越来越高。
由于群桩基础承载力高和变形小的优点被广泛应用于基础工程建设中。
目前，关于群桩基础的研究主要集中于桩的承载力和变形方面。
杨德锋等[1]、杜思义等[2]综合采用承载力试验和数值模拟研究了群桩变形特性。
结果表明，群桩的沉降随桩心距增加而增大，当桩心距大于5倍直径时，沉降增加不再显著，当长径比为20~30时，桩的承载力随桩长增大而增加。
杜家庆等[3]基于有限元研究了群桩-土-承台相互作用。
结果表明，当竖向荷载大于一般的群桩极限承载力时，群桩对桩间土的夹持作用减少，侧壁摩阻力增大。
为了安全，通常可采用群桩沉降达到5%倍桩径时的荷载作为群桩的竖向极限承载力。
该文采用数值模拟方法，开展竖向荷载作用下群桩承载力及变形特性研究，讨论了桩的参数对群桩承载力及变形的影响。
研究结果可为群桩工程设计及施工提供借鉴。
1 工程概况G322G358南宁至宾阳至黎塘公路工程位于广西壮族自治区南宁市兴宁区、宾阳县境内，项目起于南宁市兴宁区五塘镇，接已建成南宁市昆仑大道南宁至五塘段，往东，沿现有国道 G322 布设至昆仑镇，折向东北经宾阳县高田、河田，从宾阳县城规划区南面绕行至大桥镇接回国道 G358，随后往东沿 G358 布设，经王灵镇、黎塘镇，终于南宁市与贵港市界。
路线全长89.135 km，共设置大桥18座，中桥26座，小桥10座，其中跨贵隆高速大桥下部基础采用群桩基础。
2 模型建立2.1 有限元模型建立跨河段设置桥梁跨越，其中徒骇河特大桥下部基础采用群桩基础。
采用FLAC 进行建模，其中土体为典型的粉质黏土。
群桩模型是由9根低承台桩组成的。
桩径为0.4m，桩长均为10m，桩间距为3倍桩径，承台尺寸为3.6m ×3.6m。
建立的数值分析模型如图1所示。
桩基础加载方式采用分级加载。
土体采用摩尔库伦本构模型，桩基础采用线弹性本构模型。
竖向荷载作用下承台(基础)——桩不同构造形式下的工作性状分析
ｃａ ｇ ｇｔｅｐ ｅｌ ｇ ， ｅｐ ｅｓａｉｇ ｔｅｈｉ ｔｏ ａ ｅ ｅｎｐ ｅｔ ｄｃｐ ｅ ｅｔ ｏ ｅ ｎ ｔ ｎ ｒｃ ｏ ｔ ｈ ｉ ｉ ｎ ｔ ｔ ｉ ｐｃｎ ， ｅ ｈ ｆｇｐ ｂｔ ｅ ｉ ｐ ａ ａ ，ｆｃｓ ｆ ｈｍ ｏ ｈ ｉｔ ａｔ ｎｏ ｒ ｉ ｏ ｎ ｎ ｈ ｌ ｅ ｈｈ ｌ ｈ ｇ ｗ ｌ ｏ ｎ ｔ ｅ ｅ ｉ ｆ ａ ｏｆ ｆｕｄｔ ｎ ｃｐ ・ｒｕ ｉ ｓ ｏ ｅｉｖｓｇｔ ． ｅｅｒｈｓｏ ｓｔａ ｐ ｅ ａ ｔ ｇｐｂｔｅｎｐ ｅａｄｒ ｔｈ ｄ ａｔｇ ｏ ａｏ （ ａ ）ｇｏｐｐ ｅ・ ｉ ａ ｎｅｔ ａ ｄ Ｒ ｓａｃ ｈｗ ｔ ｉ ｄｒ ｔ ｈ ａ ｅ ｅ ｉ ａ ａ ａ ａｖ ａｅｏ ｎ ｉ ｌ ｓｌ ｒ ｉ ｅ ｈ ｌ ｆｗ ｉ ｗ ｌ ｎ ｆ ｓｎ ｎ ｆ
ｍｏ ｉ ｚｎ ｅ ｒ ｓ ｔ ｃ ｏｌｂ ｎ ａ ａｔａ ｄ ｔ ｅ ｌａ ｈ ｒｎ ｅ ｅ ｎ ｒ ｆ ａ ｄ ｐ ｌ ｓｍｏ ｘ ｌ ｉ ｂ ｌ ｉ ｇ ｔ ｅ ｉ ａ ｅ ｏ ｓ ｉ ｅ ｅ ｔ ｒｆ ｏ ｄ ｓ ａｉ ｇ ｂ ｔ ｅ ａｔｎ ｉ ｉ ｉ ｈ ｓｎ ｆ ｈ ｎ ｈ ｗ ｅ ｒ ｅ ｐｉ ｔ ｅ ｃ． Ｋｅ ｒ ｓ：ｏ ｏ ｉ ｏ ｄ ｔ ห้องสมุดไป่ตู้； ｕ ｈ ｏ ｉ ｔｒ ｃ ｏ ； ａ ｅ ｅ ｎ ｔｅ ｐ ｅ ｈ ａ ｄ ｃ ｐ ｙ ｗｏ ｄ ｃ ｍｐ ｓｔ ｆｕ ａ ｉ ｃ ｓ ｉｎ；ｎｅ ａ ｔ ｎ ｇ ｐ ｂ ｔ ｅ ｉ ｅ ｄ ａ ａ ｅ ｎ ｏ ｉ ｗ ｈ ｌ ｎ
（ 天津 大学土木工程 系， 天津 ３ ０７ ） ０ ０ ２
摘
要： 在文献 ［ ］ １ 采用 的现场试验对桩与承 台（ 基础 ） 间不 同构 造方式 下的承 台 （ 之 基础 ） 一桩一土相互 作用进行 的研究基
刚性疏桩复合地基桩土荷载分担的实用计算方法
刚性疏桩复合地基桩土荷载分担的实用计算方法
杨磊
【期刊名称】《四川建筑科学研究》
【年(卷),期】2017(043)001
【摘要】为了合理评估路堤下刚性疏桩复合地基桩、土之间的荷载分担,首先基于单桩分析模型和Marston土压力理论,将上部路堤的土拱效应简化为桩顶上方虚土柱与其周围土的相互作用,建立了路堤荷载传递分析的计算模型;在此基础上,结合复合地基桩体承载机理,考虑基底桩土刚度差异对路堤荷载传递的影响,给出了一种计算刚性疏桩复合地基桩土荷载分担的方法;最后,通过与工程实测结果和其他计算方法结果的对比,对本文计算方法进行了验证,并通过算例分析了桩土荷载分担比随填土高度、填土粘聚力和基底桩土刚度等因素的变化规律.
【总页数】5页(P76-80)
【作者】杨磊
【作者单位】河南信息统计职业学院,河南郑州450008
【正文语种】中文
【中图分类】TU413.6
【相关文献】
1.PTC管桩复合地基桩土荷载分担比现场试验研究 [J], 段晓沛;曾伟;苑红凯;葛娟;郎瑞卿
2.长短桩复合地基桩土荷载分担比研究 [J], 赵维;冯国杰
3.刚性桩复合地基在不同荷载下的桩土分担特性 [J], 池跃君;宋二祥;陈肇元
4.长短桩复合地基桩土荷载分担比的试验探究 [J], 李鹏飞;梁仁旺;蔡璟珞
5.长短桩复合地基桩土荷载分担比的试验探究 [J], 李鹏飞; 梁仁旺; 蔡璟珞
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
考虑径竖向渗流的刚性桩复合地基固结解析解
关键词 ：刚性桩 ； 涂抹 ； 置换率 ； 复合地基 ； 固结度 中图分类号 ： Ｔ Ｕ ４ ７ ２ ． ３ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：１ ６ ７ ２ 一ｌ １ ４ ４ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ ６ ＿ ＿ ０ １ ３ ４ 一ｏ ５
ｉｇ ｒ ｉ ｄ — ｐ ｉ ｌ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｇ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ，ａ ｎｄ ｂ ｓｅ ａ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ａ ｘ ｉ ｓ ｙ ｍｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ａ ｎ ｄ — ｄ ｒ ａ ｉ ｎ ｓ，ｔ ｈ ｅ Ｆ ｏ ｕ ｉｅ ｒ ｒ ｓ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ｉ ｒ ｅ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ａ ｎ ｄ ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｒｅ ａ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｄ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｅ ｘ ｃ ｅ ｓ ｓ ｐ ｏ ｒ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｐ ｅｓ ｒ ｓ ｕ ｒ ｅ ｎｄ ａ
（ １ ． 核工业西南勘察设计研究 院有 限公 司杭州分 院，浙江 杭州 ３ １ ０ ０ ３ ０ ；
２ ． 深圳华森建筑设计与工程 顾问有 限公 司杭州分公 司，浙江 杭州 ３ １ ０ ０ １ ２ ； ３ ． 有色金属华东地质勘查局 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ７ ） 摘 要： 为评估桩土压缩模量比和置换率 对刚性桩 复合地基 固结 的影 响 ， 以砂井轴对 称 固结模 型为基
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｐ ｉ ｌ ｅ — ｓ ｏ ｉ ｌ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｕ ｓ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ０ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ
竖向荷载作用下PHC管桩水平承载力数值模拟
检测技术规范》 Ｊ Ｊ０ ２ ０ ） （Ｇ １６— ０ ３ 中对于竖 向承载 力和水平 承
载力 的确定是单独进行 的 ， 考虑它们 之 间的影响 。由于地 未 质条件的多样性和施工环境 的复 杂性 ， 竖向荷载 对单桩水 平 承载力 的影响存在较大 的差异 。 目前对于桩基水平承载力的
力， 通常认为 Ｐ ＨＣ管桩 的水平承载能力较差 。本 文采用非线
ｓｇ ｆｈｏ ｉｏ ｔｌｂｅ ｒｎ ａ ａ ｉｙ ｏ ｌ ｏ ｎ ｔｏ ． ｉｎ ｏ ｒｚ ｎ ａ ａ ｇ ｃ ｐ ｃｔ ｆｐｉ ｆ ｕ ｄａｉ ｎ ｉ ｅ
Ｋｅ ｒ ｓ：Ｐ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ＨＣ ｐ ｌ ｅ；Ｈｏ ｚ ｎａ ｅ ｒ ｇ ｃ ｐ ｃｔ ｉ ｒ ｏ ｔｌｂ ａ ｎ ａ ａ ｉ ｉ ｙ；Ｖｅｔ ａ ｏ ｄ；Ｎｕ ｒｃ ｌｓｍｕ ａｉｎ；Ｓ ａ ｅ ｒ ｃ ｉｇ ｍｏ ｅ ｒ ｃ ｌｌａ ｉ ｍｅ ａ ｉ ｌ ｔ ｉ ｏ ｍｅ ｒｄ ｃ ａ ｋ ｎ ｄ ｌ
．
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｖｅｔ ａ ｏ ｄ ｈ ｓａ ｃ ｍｐ ｅ ａ ｔｏ ｈ ｏ ｚ ｎ ￣ ｂ ａ ｎ ａ ａ ｉ ｆ ｉ ０ ｎ ａｉ ｎ ｒ ｃ ｌｌａ ａ ｏ ｌｘ ｉ ｉ ｍｐ ｃ ｎ ｔ ｅ ｈ ｒ ｏ ｔ ｅ ｒ ｇ ｃ ｐ ｃ ｔ ｏ ｌ ｆｕ ｄ ｔ ．Ａｔｐ ｅ ｅ ｔ ｈ ｏ ｚ ｎ ￣ ｂ ａ ｎ ａ ｉ ｉ ｙ ｐ ｅ ０ ｒ ｓ ｎ ，ｔ ｅ ｈ ｒ ｏ ｔ ｅ ｔ ｇ ｃ — ｉ ｉ
性 有限元数 值模 拟的方法研 究竖 向荷 载作用 下 Ｐ Ｃ管桩 的 Ｈ 水平承载力 。以往对 桩体水平 承载力 研究 的有 限元模 拟 中， 常常将 Ｐ Ｃ管桩看作线弹性体 ， Ｈ 忽略 了混凝土 耐压不耐拉 的 特性和桩身预应 力的作用。本 文模 拟中混凝 土采用 弥散开裂 模型 ， 桩周 土采用 Ｍ ｈ —Ｃ ｕｏ 模 型 ， ｏｒ ｏｌ ｍｂ 并考虑纵筋预应力 的 作用 ， 析 了竖 向荷 载对 单桩 水平 临 界荷 载 Ｈ 开裂 弯矩 分 Ｍ一 桩身位移 Ｙ 。以及纵筋 应力的影 响。
竖向荷载作用下的单桩基础、地基梁与框架共同作用分析
（３ １）
ｒ４ １１
则
由式 （） ４，（） 到 单桩 的柔度 矩阵 ： ２～（） ６得
】Ｉ ‰ ０ｆ ＝ｏ ｌ ０ ‰Ｊ ‰
矩 阵如 下 ： 【 】 Ｊ Ｋ。：［ｐ
＼Ｈ ０ ６ ＿ ６Ｈ 一＼
） ＝
方程 。
｝
（） １ ５
式（１ｆ 于 各 子 结 构 内 部 节 点 位 移 的 回 代 求 １）＿ 【 ｝ ｊ 解 ，式（５为子结构 刚度 和 荷载凝聚后 的荷载 ． １） 位移 对于框 架结构 ，可 以通 过子结构 方法将 其 刚度 和 荷载凝聚 到基础 结构上 ，以减少计 算机 的 电算存 贮量 。现 以图 ２所 示 的框 架结 构为例口，将 整个 结 Ｊ 构 分 割成 １ ～Ⅳ＋１个 子 结构 ， 子 结 构 的 边 界 为 （） １，（）２，…… ，（＋ １一 ４ １，其 中 ，第 Ⅳ １＿ ） ２－ ） （ （ Ⅳ ） －） ４ １个为基 础子结构 ，并 以 ＋ｌ Ⅳ＋１为边界面 － 】 ）
Ｍａ ｙ，２ ０ ０２
竖 向荷 载作 用下 的单 桩基础 、地 基 梁 与框架 共 同作 用分 析
朱爱军
ｆ 重庆 大 学土 木 工程学 院
邓安福
重庆
王 小敏
杨世 忠
５ ００ ） ５０ ３
４ ０４ ） ｆ 州工业 大学 建筑 工程 学 院 贵 阳 ００５ 贵
摘要
针对西南 山区较典型的岩石地基岩面起伏较大的情 况，进行竖向荷载作用 下的嵌岩桩基 础、地基粱与框 架的
可查文【 附录口 ２ 】 中的表Ｂ６ 一得到。
Ｋ
Ｋ ，， ｂ｝ ｌ Ｉ Ｕ
（Ｏ １）
文 【】 出了求桩 竖 向弹性 系数 Ｋ 的公式为 ２给
刚柔性长短桩复合地基性状分析
第28卷第5期 岩 土 力 学 V ol.28 No.5 2007年5月 Rock and Soil Mechanics May 2007收稿日期2005-07-11 修改稿收到日期2005-10-17基金项目浙江省建设厅建设新技术新产品研制和推广项目No. 0537浙江大学汤永谦学科建设发展基金资助项目作者简介谢新宇男1969年生博士教授主要从事软黏土土力学及地基处理方面的教学和科研工作E-mail: xiexinyu@文章编号10007598(2007) 05087706刚柔性长短桩复合地基性状分析谢新宇1杨相如1施尚伟1, 2朱向荣1, 31.浙江大学 岩土工程研究所杭州 3100272.浙江城建建筑设计研究院杭州 3100033.浙江大学 宁波理工学院宁波315100摘 要对刚柔性长短桩复合地基的工程性状进行了分析研究利用有限元方法对不同的垫层模量垫层厚度短桩模量及长桩长度对长短桩复合地基的总沉降长短桩应力比和长短桩桩身应力所产生的影响及规律进行了分析结果表明优化材料参数可以较好地改善长短桩复合地基的受力性状使基础受力更合理另外长桩的存在可有效减小地基沉降值结合对温州某小区该类型地基埋设压力盒的现场监测分析了实际工程中刚柔性长短桩复合地基的应力比和土压力的发展规律其结果可为该类型复合地基的设计和应用提供参考 关 键 词刚柔性长短桩复合地基有限元沉降桩土应力比中图分类号TU 472.5 文献标识码AEngineering characteristics of composite foundation withrigid-flexible and long-short pilesXIE Xin-yu 1, YANG Xiang-ru 1, SHI Shang-wei 1, 2, ZHU Xiang-rong 1, 3(1. Institute of Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China; 2. Zhejiang Chengjian Building Design Institute,Hangzhou 310003, China; 3.Ningbo Institute of Technology, Zhejiang University , Ningbo 315100, China)Abstract: The engineering characteristics of composite foundation with rigid-flexible and long-short piles are studied. By using the finite element method, the effects of cushion modulus, cushion thickness, short pile modulus, and long pile length on the total settlement of composite foundation, the stress ratio of long-short pile, and the axial stress of long-short pile are discussed respectively. The results show that the engineering characteristics of composite foundation can become more reasonable by optimizing material parameters; and long pile can effectively reduce settlement of composite foundation. Based on the in-situ measurement of pressures in soil and piles of a practical engineering in Wenzhou City, stress ratio of pile to soil and pressures in the process of construction are analyzed. Some conclusions are provided as references for future design and application of this kind of composite foundation. Key words: composite foundation with rigid-flexible and long-short piles; finite element; settlement; stress ratio of pile to soil1 引 言长短桩复合地基是近几年被工程界广泛应用的一种较新的地基处理形式它一般由刚性长桩与柔性短桩复合而成刚性桩可以减少基础的沉降提高基础的承载力及作为承载力的安全储备长桩则主要用来提高基础的承载力这样刚柔性桩相结合对地基的综合处理可以发挥其各自特点并在确保地基处理效果的前提下达到方案合理节约投资缩短工期等目的长短桩复合地基的理论研究则落后于实践到目前为止对长短桩复合地基的基本机理和工程性状的认识还不够深入和全面尚未形成比较完善的设计理论和计算方法郑俊杰葛忻声等[1, 2]曾提出一些长短桩复合地基的承载力和沉降计算方法但目前工程中较多地还是依据地基处理规范中将短桩等效为长桩间的桩间土来进行设计计算是一种半经验半理论的方法较难合理反映长短桩复合地基的工程性状[3]刘海涛等[4]采用现场大型载荷试验研究了刚柔性桩复合地基性状但没有进行相应的数值分析研究为更好地推广该地基处理技术必须对它的工程性状进行系统地研究本文通过有限元分析并对温州某小区多层住宅此类地基的现场监测对该类复合地基性状做进一步分析万方数据岩 土 力 学 2007年2 有限元计算模型的建立本文所用的大型有限元软件ABAQUS 具有较强的非线性分析功能但在岩土工程带有固结问题方面的应用还不多为验证其在复合地基应用中的有效性计算了天然地基一维线性加载固结问题并与解析解进行了对比经分析可知有限元解答和理论解析解吻合得很好证明了该软件分析带有时间效应的复合地基固结问题的正确性(a) 平面图(b) 立面图图1 有限元计算模型Fig 1 Model of finite element analysis2.1 模型的建立建立长短桩复合地基的三维弹塑性有限元模型如图1所示计算时桩间土采用Drucker-Prager 模型而承台垫层和刚柔性桩则采用线弹性模型严格来说这些材料是具有非线性性质的本文探讨的是分析各参数变化对该类型复合地基性状影响的规律但在常规荷载下其塑性作用范围小非线性表现并不明显用弹性分析不会改变其内在规律性由于桩土材料性质的差异在桩土接触面设立库仑摩擦模型以描述在一定受力条件下有可能在其接触面产生的滑移或开裂基础的外荷载为100 kPa 加载时间为25 d 后期恒载固结时间为100 d 共125 d2.2 参数的选择基本模型设为模型1所有的影响因素对比分析均以其为参照主要参数承台弹性模量E =2.8×104 MPa泊松比µ=0.2垫层E =30 MPaµ=0.25长桩周围土压缩模量s E = 3.5 MPa 渗透系数v k =10-9 m/s µ=0.35长桩以下土s E = 4.5 MPa v k =10-9 m/s µ=0.3长桩E =2.8×104 MPa µ= 0.2长度h =35 m 短桩E =100 MPa µ=0.2h = 15 m3 有限元结果分析3.1 垫层模量对复合地基性状的影响根据常用垫层材料取垫层模量分别为103050 MPa 和80 MPa其他参数同模型13.1.1 对总沉降和长短桩应力比的影响图2为沉降随垫层模量的变化曲线可见总沉降随着垫层模量的增加而降低在垫层模量从1080 MPa 的变化过程中沉降值减少到最大值的0.6倍左右垫层的刚度大小对长短桩复合地基的 沉降影响较大垫层模量达到40 MPa 后曲线逐渐趋于平缓显然存在一个优化设计的问题从图3随垫层模量曲线可以看出加载期间长短桩应力比随着荷载的增加而增大恒载固结期间应力比值变化不大曲线基本与坐标横轴平行对于不同的垫层模量长短桩应力比则随着垫层模量的增大而增大图2 沉降随垫层模量变化曲线Fig.2 Settlement vs. cushion modulus curves图3 长短桩应力比随垫层模量变化曲线Fig.3 Stress ratio of long-short piles vs. cushionmodulus curves878 万方数据第5期 谢新宇等刚柔性长短桩复合地基性状分析3.1.2 对长短桩桩身轴力的影响图4和图5分别为复合地基固结完成后桩身轴力随垫层模量和深度变化曲线可以看出垫层模量较小时长桩桩身轴力在任意深度均小于垫层模量较大者这说明降低垫层模量可沿全桩减缓长桩应力集中程度同时随着垫层模量的增大位于长桩桩顶下某一深度的最大应力也逐渐减少短桩的桩身轴力变化情况则刚好与刚性桩相反图4 短桩桩身应力随垫层模量变化曲线 Fig.4 Stress of short-pile vs. cushion modulus curves图5 长桩桩身应力随垫层模量变化曲线Fig.5 Stress of long-pile vs. cushion modulus curves3.2 垫层厚度对复合地基性状的影响垫层厚度分别为0.80.60.40.2 m 和0无垫层其他参数同模型1图6和图7分别为垫层厚度变化对沉降和长桩桩身应力的影响曲线可以看出无垫层时复合地基总沉降较有垫层时要小长桩桩身轴力较有垫层时要大的多短桩则刚好相反这是因为无垫层时基础由桩土共同受力的复合地基变为传统的桩基础形式因而基础的受力性状发生了很大的变化[5]有垫层时总沉降随着垫层厚度的增加而减少但其值变化不大曲线较平缓长桩桩身轴力则随着垫层厚度的增加而减少但曲线形状相似其值变化较小长短桩应力比桩土应力比及柔性桩桩身轴力受垫层厚度的变化影响较小这里不予讨论与垫层模量的变化相比垫层厚度对长短桩复合地基性状的影响要小一些图6 沉降随垫层厚度变化曲线Fig.6 Settlement vs. cushion thickness curves图7 长桩桩身轴力随垫层厚度变化曲线Fig.7 Stress of long-pile vs. cushion thickness curves3.3 短桩模量对复合地基性状的影响选取短桩模量E =60 MPa 和E =100 MPa 为 柔性桩选取E =280 MPa 为半刚性桩选取E = 2 800 MPa 和E =28 000 MPa 为刚性桩分析不同模量的短桩对复合地基性状所产生的影响分析结果见图8图8 沉降随短桩模量变化曲线Fig. 8 Settlement vs. short-pile modulus curves879 万方数据岩土力学 2007年由图8可见在柔性桩半刚性桩范围内短桩模量的变化对沉降的影响很小曲线非常平缓从图9可以发现随着短桩模量增加长桩桩身轴力开始减少而且桩身上部的受力开始均匀减少了沿深度方面的应力集中由图10可知短桩模量增加使长短桩应力比值减少当短桩模量和长桩相同时应力比接近1.4因而可知材料刚度对复合地基的应力分配有密切关系[6]短桩模量变化对长桩桩身轴力和长短桩应力比值的影响较大图9 长桩桩身应力随短桩模量变化曲线Fig.9 Axial stress of long-pile vs. short-pilemodulus curves图 10 长短桩应力比随短桩模量变化曲线Fig. 10 Stress ratio of long-short pile vs. short-pilemodulus3.4 长桩长度对复合地基性状的影响选取长桩长度分别为15 m与短桩长度相同25 m和35 m进行分析长短桩复合地基中长桩的作用主要是减少沉降提高承载力及作为承载力的安全储备从图11可看出长桩长度的变化对复合地基沉降的影响较显著长短桩应力比短桩桩身轴力等受长桩长度变化的影响不大限于篇幅这里不再展开讨论图11 总沉降随长桩长度变化曲线Fig. 11 Settlement vs. long-pile length curves4 工程监测成果分析笔者曾对温州某康居工程小区进行现场监测该小区多层住宅采用长短桩复合地基基础其中长桩为φ400 mm预应力薄壁管桩壁厚55 mm桩长35 m短桩为水泥搅拌桩桩径为600 mm桩长15 m现场监测选定其中的3个承台分别记为1# 2# 和3#对承台下的桩顶压力及土压力等进行了长期监测现场试验桩位及压力盒埋设位置见图12承台及垫层构造如图13所示监测日期从一层结顶历时35 d到顶层结顶历时120 d后180 d 总监测时间超过300 d图12 承台桩位及压力盒布置图(单位: mm)Fig.12 Pile foundation cap and pressure-meters(unit: mm)图13 承台及垫层构造简图(单位: mm)Fig.13 Sketch of foundation cap and cushionstructure(unit: mm)880 万方数据第5期 谢新宇等刚柔性长短桩复合地基性状分析4.1 长短桩复合地基现场监测结果分析 4.1.1 现场测试孔压和桩土压力分析本文选取较有代表性的测试成果列于图14表明搅拌桩上的压力和桩间土的压力都随着时间的增长而增加曲线比较平缓加载期间管桩上压力值随时间变化较大曲线较陡可见随着外荷载的增加和固结沉降的产生刚性管桩所承受外荷载的比例逐渐增大这与长短桩地基中长桩作为承载力储备设计思想较为一致在该工程中取得了较好的效果从图中亦发现固结后期桩土压力都比较稳定表明地基已进入应力稳定阶段图14 承台下压力随时间变化曲线Fig.14 Pressures of piles and soil vs. time curves4.1.2 桩土应力分担比分析施工监测过程中得到了两种桩之间及两种桩与土之间的应力比随施工进程的变化情况如图1517所示由图17的曲线趋势可知管桩和搅拌桩的应力比随荷载的增加而逐渐增加但其增加速度较慢曲线比较平缓与前面有限元分析中任意材料参数下长短桩应力随时间变化时其值变化不大的结果较吻合图17亦表明荷载变化对两种桩之间的应力比例变化较大管桩虽然数量较少但其应力分担值较大不仅有控制沉降的作用而且在提高承载力方面也很大的贡献柔性搅拌桩应力比随着施工过程荷载的增大而增大但是上部结构荷载施加结束后应力比趋于稳定并稍有减少图15中2#和3#承台后期的应力比变化较快这可能与承台下各桩中的压力盒埋设时桩管内混凝土未真正填实有关从图15和16的曲线趋势中亦可以看出在施工过程中两种桩和土的应力比随着结构荷载的增加而增加图15 施工过程中管桩和土应力比变化曲线Fig.15 Stress ratio of tubular pile vs. soil curves图16 施工过程中搅拌桩和土应力比变化曲线 Fig.16 Stress ratio of cement mixing pile vs. soil curves图17 施工过程中管桩和搅拌桩应力比变化曲线 Fig.17Stress ratio of tubular pile vs. cementmixing pile curves5 结 论1长短桩复合地基采用短桩来提高地基的承载力利用长桩来控制地基沉降通过调整长桩的变形及模量最大限度地发挥桩周土及短桩的承载力减少了长桩的数量作为一种地基处理新技术有很大的应用前景2由有限元分析得知长短桩复合地基中垫层的存在调整了桩土应力比更充分地发挥了复-0.10.30.71.11.5时间/ d应力/ M P a881 万方数据岩土力学 2007年合地基中柔性短桩和土的承载力特性同时也减少了沿长短桩深度方向的应力集中及长短桩的桩身压缩量3通过有限元分析发现优化长短桩复合地基中承台和长短桩的材料参数可有效地减少总沉降并充分的发挥桩土承载力使基础受力更合理在实际工程中应根据实际情况优化设计以达到节约投资缩短工期等目的4通过不同材料参数的有限元分析可知材料参数和外荷载水平对长短桩应力比值影响较大而随地基固结沉降其值则变化不大这与现场监测分析结果较吻合参考文献[1] 郑俊杰, 区剑华. 多元复合地基的理论与实践[J]. 岩土工程学报, 2002, 24(2): 208212.ZHENG Jun-jie, QU Jian-hua. Theory and practice ofmulti-element composite ground[J]. Chinese Journal ofGeotechnical Engineering, 2002, 25(2): 208212.[2] 葛忻声, 龚晓南, 张先明. 长短桩复合地基有限元分析及设计计算方法[J]. 建筑结构学报, 2003, 24(4): 9196.GE Xin-sheng, GONG Xiao-nan, ZHANG Xian-ming.Finite element analysis and design of long- short pilescomposite foundation[J]. Journal of Building Structures,2003, 24(4): 9196.[3] 陈龙珠, 梁发云, 严平, 等. 带褥垫层刚-柔性桩复合地基工程性状的试验研究[J]. 建筑结构学报, 2004, 25(3):125129.CHEN Long-zhu, LIANG Fa-yun, YAN Ping, et al.Experimental study on behavior of rigid-flexible piles raftfoundation with cushion[J]. Journal of BuildingStructures, 2004, 25(3): 125129.[4] 刘海涛, 谢新宇, 程功, 等. 刚柔性桩复合地基试验研究[J]. 岩土力学, 2005, 26(2): 303306.LIU Hai-tao, XIE Xin-yu, CHENG Gong, et al.Experimental study of the rigid-flexible piles compositefoundation[J]. Rock and Soil Mechanics, 2005, 26(2):303306.[5] LIANG Fa-yun, CHEN Long-zhu, SHI Xu-guang.Numerical analysis of composite piled raft with cushionsubjected to vertical load[J]. Computers andGeotechnics, 2003, 30(2): 443453.[6] 龚晓南. 复合地基理论及工程应用[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2002.上接第876页[2] Reddy B D, Martin J B. Internal variable formulations ofproblems in elastoplasticity: constitutive and algorithmicaspects[J]. Applied Mechanics Reviews, 1994, 47(5):429456.[3] Collins I F, Houlsby G T. Application of thermomech-anical principles to the modelling of geotechnicalmaterials[A]. Proceedings of the Royal Society ofLondon A[C]. London: the Royal Society, 1997, 453: 1975 2 001.[4] Collins I F, Kelly P A. A thermomechanical analysis of afamily of soil models[J]. Geotechnique, 2002, 52(7): 507518.[5] Collins I F, Hilder T. A theoretical framework forconstructing elastic/plastic constitutive models of triaxialtests[J]. International Journal for Numerical andAnalytical Methods in Geomechanics, 2002, 26(11):1 313 1 347.[6] Collins I F, Muhunthan B. On the relationship betweenstress-dilatancy, anisotropy, and plastic dissipation forgranular materials[J]. Geotechnique, 2003, 53(7): 611618.[7] Germain P, Nguyen Q S, Suquet P. Continuumthermodynamics[J]. Transactions on AmericanSociety of Mechanical Engineerings Journal ofApplied Mechanics, 1983, 105: 1 010 1 020.882万方数据刚柔性长短桩复合地基性状分析作者：谢新宇， 杨相如， 施尚伟， 朱向荣， XIE Xin-yu， YANG Xiang-ru， SHI Shang-wei， ZHU Xiang-rong 作者单位：谢新宇,杨相如,XIE Xin-yu,YANG Xiang-ru(浙江大学,岩土工程研究所,杭州,310027)， 施尚伟,SHI Shang-wei(浙江大学,岩土工程研究所,杭州,310027;浙江城建建筑设计研究院,杭州,310003)， 朱向荣,ZHU Xiang-rong(浙江大学,岩土工程研究所,杭州,310027;浙江大学,宁波理工学院,宁波,315100)刊名：岩土力学英文刊名：ROCK AND SOIL MECHANICS年，卷(期)：2007,28(5)被引用次数：2次1.龚晓南复合地基理论及工程应用 20022.LIANG Fa-yun;CHEN Long-zhu;SHI Xu-guang Numerical analysis of composite piled raft with cushion subjected to vertical load[外文期刊] 2003(02)3.刘海涛;谢新宇;程功刚柔性桩复合地基试验研究[期刊论文]-岩土力学 2005(02)4.陈龙珠;梁发云;严平带褥垫层刚-柔性桩复合地基工程性状的试验研究[期刊论文]-建筑结构学报 2004(03)5.葛忻声;龚晓南;张先明长短桩复合地基有限元分析及设计计算方法[期刊论文]-建筑结构学报 2003(04)6.郑俊杰;区剑华多元复合地基的理论与实践[期刊论文]-岩土工程学报 2002(02)1.郭弘.李勐勋.王昆勇.郭院成刚性长短桩复合地基竖向传力机制研究[期刊论文]-河南科学 2010(11)2.代国忠.李文虎.林道富长短桩组合多元复合桩基技术的应用研究[期刊论文]-岩土力学 2008(z1)本文链接：/Periodical_ytlx200705006.aspx。
不同基础刚度下刚性桩复合地基性状的数值模拟分析
（ 江苏省交通规划设 计院有限公司 ， 南京 ２００ ） １０ １
摘要 ： 数值模 拟方法 ， 通过 研究了刚性桩 复合地基在两类常用不 同基础下 的变形 以及承载特 性。研究表 明： 基础 刚度对复合地基特性有很大影 响， 刚性基础和柔 性基 础下复合地基 的承载 及变 形规律 有很 大的不 同 ， 刚性基 础
较大 ， 抗弯能力强 ， 因而能保证和复合地基 的协调
一
分， 但桩的承载力发挥程度则相反。 分析桩端平 面处复合地基 的变形性状 ， ３ 图 给 出了各级荷载下两种 基础距 桩心不 同距 离处
的竖 向变形 曲线 ， 见两 种 基础 下桩 端沉 降 的 可 定性规律相 差不 大 ， 均产 生 了 向下 的刺 入变 桩
条形基础类等刚性基础 ， 堤刚度和其相 比有太 路
如下计算模 型 （ １ 。复合地基 假 定采用砂 填 图 ） 料分级 堆 载 ， 总填 高 ３ 分六 级 施 加。在复合 ｍ，
地基 与填土之间预 留 ２ ｃ ０ ｍ垫层 ， 为研究 不同基
础 刚度 的影响 ， 分别考 虑不加垫层 （ 即采用和路
５ ４
逞 ４
１ ０
：
逞３
篷 ２ 蜉
１ ０ ００ Ｏ１ ０ ２ ａ３ ０． ０５ ０６ ０ ７ ０８ ０９ ． ４ ．
对应的柔性基础下 的要小 ， 由于材料 的沉 降与其
所受荷载有着直接 的关联 ， 可以认 为柔性基 础下 桩间土承载力 要 比刚性基础 情况发 挥的更为充
图２为在路堤与复合地基之间敷设不同刚度
基础情况下桩顶平面 内距桩心不同距离处竖 向变
形 图， 图中 ０ ０ ２ — ．ｍ为桩截面 ，． ０ ８ ０ ２～ ．ｍ为桩 问 土。从图可见 ， 在上覆压力下两 种基础所反 映的 复合地基 变形特性是不 同的， 刚性承 台由于刚度
桩-网复合地基承载及变形的数值分析
本 文 采用 某 实 际 工 程 的参 数 ： 素混 凝 土 桩 桩径
４ ０ｍｍ， 长 １ 计 算 深度 ３ 桩 数 ９根 ， ３ ０ 桩 ３ｍ， ０ｍ， 按
×３布置 ， 褥垫 层厚 度 ３ ０ ｍｍ。有 限元 网格划 分 如 ０
图１ 所示 ， 实体单 元 １ ３ ８个 ， 点数 １ １ ０个 。考 ４２ 节 ３０ 虑 地基 土分 六层 ， 参数 取值 见 表 １ 其 。
维普资讯
土 工 基 础
警 丑 半 Ｏ 越 Ｏ Ｏ Ｏ
Ｏ ２ ４ ６
２ ０ ０６
８
用下 ， 土表 面 的最 大差 异 沉 降随 着 复合 褥 垫 层 变 形
１
３ 计算结果分 析
３ １ 单桩荷 载传 递 特性 ．
收 稿 日期 ：２０ —９０ ０ ５０—２ 作 者简 介 ： 肖昭 然 ， ， ９ ８ 生 ， 士 ， 授 ， 男 １５ 年 博 教 主要 研 究 方 向为 桩 一土 一 台共 同作 用 、 Ｓ在 岩 土 工 程 中 的 应 用 、 土 工 程 实 验 的 理 论 基 础 和 ＧＩ 岩
计算机模拟等 。
２ 有 限元 建 模
２ １ 基 本假 定 ．
图 ｉ 有 限元 网格 划 分
为使 问题 简 化 ， 有 限元 计 算 中做 如 下 假 定 ： 在 （ ） 体为 线弹性 体 ；２ 土 体 是分层 的 ， Ｄ ｕｋ ｒ １桩 （） 为 ｒ ｃ ｅ－ Ｐ ａ ｅ 理想 弹塑性 模 型 ； ３ 建 立 三 维 模 型 ， 桩 土 ｒｇ ｒ （） 在
维普资讯
第 ２ 卷第 ５ Ｏ 期
２０ ０ ６年 １ Ｏ月
土 工 基 础
Ｓｏｌ ｇ ａ ｄＦ ｕ ｄ ｉｎ ｉＥｎ ．ｎ ｏ ｎ ￣ ｏ
考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值
考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值
复合基桩是指基桩系统中的多个单桩按照一定的布置方式连接在一起形成一个整体，在承载能力上具有协同作用。
承台是指连接在基桩顶部，用于承受上部结构荷载的水平构件。
考虑承台效应后的复合基桩竖向承载力特征值可以通过以下步骤进行计算：
1. 计算单个基桩的竖向承载力特征值：根据地质条件和基桩参数，使用合适的基桩竖向承载力计算方法，如施工桩竖向承载力计算方法或抗拔桩竖向承载力计算方法等，计算单个基桩的竖向承载力特征值。
2. 考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值计算：根据复合基桩的布置方式和承台的刚度，采用适当的计算方法。
一般可以采用位移法。
首先假设复合基桩的竖向承载力分配方式，然后根据基桩的承载力特征值和复合基桩几何特征进行力平衡计算，计算复合基桩的竖向承载力特征值。
3. 进行验证计算：对所得的竖向承载力特征值进行验证计算，确定其合理性和安全性。
需要注意的是，复合基桩的竖向承载力特征值的计算涉及到多个参数和假设，如基桩的布置形式、基桩间的距离和排列方式、承台的刚度等。
因此，在计算时应根据实际情况进行选择，并进行合理假设，以保证计算结果的准确性和可靠性。