[01800049]组合桩型复合地基的受力变形与地震响应研究

组合桩型复合地基是一种超规范的地基基础新型式。在剖析单一桩型复合地基基本特点和组合桩型复合地基概念的基础上，采用在承压板下埋设压力盒（计）和传感器的方法，对获得的三元和四元复合地基中桩土垂直受力特性试验数据进行对比和综合分析；采用ANSYS软件，对其应力沉降特性进行有限元分析；在分析持力层破坏型式的基础上，提出桩顶垫层破坏模式、标准和定量判别方法，推导桩间土先达到极限平衡状态时应力比的表达式，据此分析上刺入阶段应力比的变化，部分通过试验验证。结果表明：四元复合地基中桩、土应力随总荷载的变化规律与三元复合地基相似，而桩土分担荷载比和应力比随总荷载的变化规律与三元复合地基差别较大，是桩、土应力增长率决定了这种变化；组合桩型复合地基的p～s曲线呈缓变型，可用双曲线法模拟，便于建立破坏标准、获得切线模量，受压后桩间土先达到塑性状态，桩体承受大部分荷载增量，总效应是复合地基变形增大，故组合桩型复合地基应按变形控制设计；组合桩型复合地基的承载力特征值可取压板下桩间土或次桩的“分担荷载比～荷载”曲线的转折点（或曲率最大点）对应荷载，压板面积与实际加固范围不同时，可据两种面积下试验值与计算值等比关系获得；长桩控制沉降、提高承载力，短桩主要提高承载力；桩体复合地基受压后，桩顶与基底间距离缩小，垫层破坏由Terzaghi模式发展到Mandel-Salencon模式；在上刺入阶段，桩间土先达到极限平衡状态后，桩土应力比随垫层内摩擦角和上刺入量的增加而增加，随桩间距的增大而趋于减小，桩体材料也有影响。最后给出了垫层的实用设计方法，建议设计时应该考虑基础类型对垫层的要求、荷载对桩体材料和施工工艺的要求、地层对桩型和桩长组合的影响、环保要求和设计桩长对工法的限制、不同部位受力差异和沉降特征对桩体平面布置的影响等5个方面，以充分发挥其显著的经济和技术优势。研究成果在长沙市鸿信综合楼（18层）地基基础工程中应用（由长螺旋CFG长桩和水泥搅拌短桩组成），发现该组合桩型复合地基沉降稳定快，且从施工第三层到竣工后近3个月，实测最大沉降量为8mm，最小沉降量为4mm，平均沉降量为6.2mm，从地下室施工开始到第三层结构开始施工的沉降量约为1.5mm，即最大沉降量约为9.5mm。组合桩型复合地基具有较好的技术效果和经济效益，但目前尚无比较成熟的分析方法供设计和检测使用。该成果可供进一步的理论研究和工程设计参考。