【正文】 ............. 68 無單元法的重點、難點 ........................................ 68 關(guān)于基函數(shù)的選擇 ...................................... 69 4 權(quán)函數(shù)的選擇與影響半徑的確定 .......................... 69 本征邊界條件的引入 .................................... 69 不連續(xù)性的處理方法 .................................... 69 積分方案的選擇 ........................................ 70 變剛度樁筏基礎(chǔ)的無單元 半解析耦合計算方法 ................. 70 基底節(jié)點布置 (基底分割方式 )與土層劃分 ................. 70 樁－土支承體系剛度矩陣 ............................... 71 變剛度樁筏基礎(chǔ)的基本方程 ............................. 72 計算結(jié)果與模型試驗結(jié)果的比較分析 ........................... 73 5）沉降變形特征對比分析 ..................................... 78 、基底土反力 ........................................... 81 、樁頂反力的比較分析 ................................... 82 、樁身軸力的比較分析 ................................... 83 各基礎(chǔ)方案對比分析 ........................................ 85 沉降比較分析 ......................................... 85 土反力比較分析 ....................................... 87 樁頂反力比較分析 ..................................... 88 筏板分擔(dān)的荷載比例 ................................... 90 結(jié) 論 .................................................... 92 第 6 章 總結(jié)和建議 ................................................. 91 參 考 文 獻(xiàn) ......................................................... 3 1 第 1 章 緒 論 樁筏基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀 隨著我國城市基本建設(shè)的迅速發(fā)展，高層建筑越來越多，天然地基已很難滿足建筑物對地基承載力和變形的要求。近年來國內(nèi)外關(guān)于樁筏基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計的理論和應(yīng)用研究雖然十分活躍，但鑒于樁筏基礎(chǔ)的影響因素較多，許多問題還有待深入研究和完善。根據(jù)有限元數(shù)值分析結(jié)果 ， 得出 增加樁長能夠有效地降低筏板的總沉降；增加筏板厚度能夠顯著地降低筏板的差異沉降；樁長和筏厚同時增加，能夠?qū)崿F(xiàn)對筏板總沉降和差異沉降的共同降低 的優(yōu)化結(jié)論 。樁和 筏 基礎(chǔ)的計算理論主要有基于允許應(yīng)力理論的定值設(shè)計方法和以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法。我國的研究工作主要從試驗研究開始，不僅進(jìn)行了室內(nèi)外模型群樁試驗，而且還進(jìn)行了大規(guī)模的野外大型群樁試驗。佟世祥 [17]認(rèn)為對于大間距的小群樁，樁間土壓縮量占總沉降的 95%，且集中在承臺下三分之一樁長范圍內(nèi)，實質(zhì)上是由承臺底附加應(yīng)力引起的。荷載傳遞法由 Seed amp。 綜合以上研究成果，樁筏基礎(chǔ)的工作性狀如下： （ 1）樁筏基礎(chǔ)中樁對減少基礎(chǔ)沉降效果明顯； （ 2）樁筏基礎(chǔ)中樁土共同承擔(dān)基礎(chǔ)荷載，樁土荷載 分擔(dān)比與基礎(chǔ)型式、樁距和結(jié)構(gòu)形式有關(guān)； （ 3）增大樁距會改變樁筏基礎(chǔ)中的樁土反力分布，加大基礎(chǔ)沉降； （ 4）上部結(jié)構(gòu)剛度對基礎(chǔ)的平均沉降幾乎沒有影響，但可減少差異沉降，它樁土反力分布和基礎(chǔ)內(nèi)力分布有影響； （ 5）基礎(chǔ)對樁筏基礎(chǔ)中樁身上部側(cè)摩阻力有削弱作用，隨樁距、樁長和基礎(chǔ)形式而變化。對于筏板的差異沉降，其差異沉降值的大小與筏板的內(nèi)力分布有直接關(guān)系，差異沉降越大，樁筏基礎(chǔ)內(nèi)力變化值越大，反之，內(nèi)力變化值則相對較小。 方案比選法主要根據(jù)場地地質(zhì)條件和上部結(jié)構(gòu)特點，通過布樁方案的變化，研究樁筏基礎(chǔ)承載性能、樁土荷載分擔(dān)比例、樁土荷載傳遞規(guī)律、樁筏基礎(chǔ)總沉降和差異沉降，根據(jù)試驗結(jié)果，總結(jié)樁筏基礎(chǔ)的優(yōu)化方案。如果在樁筏基礎(chǔ)樁土相互作用研究中，不考慮上部結(jié)構(gòu)剛度的影響，那么所得到的研究成果會與樁筏基礎(chǔ)的實際工作狀況不符。 本文通過大比例尺（ 1： 10）模型試驗和有限元模型數(shù)值分析，研究了帶上部結(jié)構(gòu)高層建筑樁筏 基礎(chǔ)在布樁方式、樁長、樁徑和樁距改變的條件下的工作性狀，以揭示樁筏基礎(chǔ)在不同布樁方式下的樁土相互作用規(guī)律。而天然地基筏板基礎(chǔ)和樁筏基礎(chǔ)的最大加載量均勻達(dá)到上部結(jié)構(gòu)的最大工作荷載。 鉆孔土樣進(jìn)行室內(nèi)常規(guī)試驗，探井土樣進(jìn)行浸水固結(jié)試驗和剪切試驗，砂樣進(jìn)行天然坡角試驗。層厚 ，平均厚度 。層厚 ，平均厚度 。 場地地下水初見水位 ，穩(wěn)定水位 16m，地下水 類型屬 上層滯水。 模型試驗設(shè)計 模型比尺選擇所涉及的因素包括：試驗?zāi)Ｐ椭谱鞯碾y度和費用、加載設(shè)備條件、量測精度要求等。 模型樁樁頂?shù)鼗翞榉圪|(zhì)粘土，厚 ；樁端土為粉土，厚 ；粉土 以下地層為中細(xì)砂層，中密，厚約 ，其主要物理力學(xué)參數(shù)見前文場地地質(zhì)資料。 ”的 30 個電子位移計，用來量測筏板 表面 沉降； 44 剖面電子位移計量測筏板外側(cè)地面沉降， 55 剖面電子位移計量測筏板外側(cè)地面下 2m（相當(dāng)于樁端平面）深處地基沉降，兩剖面相距 150mm，剖面內(nèi)電子位移計水平間距均為 150mm。 構(gòu)成模型試驗加載反力裝置的主梁為兩條跨度為 10m，高 1550mm 、寬15 450mm 的鋼梁，單根 鋼梁自重為 100kN。 同一荷載區(qū)采用千斤頂并聯(lián)由油泵加載，用標(biāo)準(zhǔn)壓力表測定油壓，由千斤頂率定曲線確定每級加載的油壓值。成樁完畢后用塑料布覆蓋。與電子位移計架連結(jié)的磁鐵固定于基準(zhǔn)梁上，嚴(yán)防在試驗過程中脫落?？傮w來看，筏板沉降呈“盆形”分布，具有中間大、四周 小的分布特點。 01230 1625 3250 4875荷載/kN沉降/mm2m4m6m8m02468100 150 300 450 600 750距離/mm沉降/mm1625kN2438kN3250kN4063kN4875kN5688kN6500kN0120 150 300 450 600 750距離/ m m沉降/mm1625kN2438kN3250kN4063kN4875kN5688kN6500kN (a)筏板中心 地基沉降 (b)筏板 外地面 水平方向 沉降分布（ 44 剖面） (c)筏板 外 地面下 2m 標(biāo)高處 水平方向 沉降分布（ 55 剖面） 圖 32 筏板豎直和水平方向地基沉降分布曲線 筏板板底地基土反力分布 為研究豎向荷載作用下筏板板底地基土反力分布特征，在筏板板底不同位置布置了土壓力盒，測量不同荷載級別下地基土 的受力情況，壓力盒的平面布置如圖 24（ a）所示。 表 310 筏板 11 剖面筏板沉降 距離 /m 荷載分級 /kN 0 1625 2438 3250 4063 4875 5688 6500 0 表 311 筏板 22 剖面筏板沉降 距離 /m 荷載分級 /kN 0 1625 2438 3250 4063 4875 5688 6500 0 表 312 筏板 33 剖面筏板沉降 距離 /m 荷載分級 /kN 0 1625 2438 3250 4063 4875 5688 6500 0 23 依據(jù)不同荷載級別下筏板不同位置沉降數(shù)據(jù)，作出筏板不同剖面位置荷載 沉降分布曲線，如圖 34 所示。 表 313 筏板中心位置豎向地基沉降 深度 /m 荷載分級 /kN 0 1625 2438 3250 4063 4875 5688 6500 24 表 314 筏板外側(cè)地面地基沉降分布（ 44 剖面） 距離 /mm 荷載分級 /kN 0 1625 2438 3250 4063 4875 5688 6500 0 150 300 450 600 750 表 315 筏板外側(cè)樁端平面位置地基沉降分布（ 55 剖面） 距 離 /mm 荷載分級 /kN 0 1625 2438 3250 4063 4875 5688 6500 0 150 300 450 600 750 根據(jù) 筏板基礎(chǔ) 在筏板 中心位置 及筏板外側(cè)地面和樁端平面處各沉降點的測量結(jié)果，做出不同荷載級別下 地基土在 豎直方向和水平方向荷載沉降曲線，如圖32 所示。為更好地分析筏板板底地基土反力分布，在筏板上選取了 3個特征位置進(jìn)行比較，它們分別代表筏板中軸線位置、筏板對角線位置、筏板邊樁位置，其剖面線編號依次為 1 22 和 33，不同荷載級別下各剖面位置土壓力盒測試結(jié)果如表 316 至表 318所示。在豎直方向，對筏板中心位置地基土的沉降變形進(jìn)行了量測，測量點位置 分別為地面以下 2m（相當(dāng)于樁端平面深度）、4m 、 6m和 8m深度；在水平方向，對筏板外側(cè)地面沉降和筏板外側(cè)樁端平面深度地基土沉降進(jìn)行了測量，各沉降測試點位置如圖 22（ b）中核心筒區(qū)域沉降點和剖面線 4 55 所示。 22 0701402102803500 2距離/m應(yīng)力/kPa系列2系列3系列4系列5系列6系列10701402102803500 1 2 3距離/m應(yīng)力/kPa系列2系列3系列4系列5系列6系列70701402102803500 2距離/ m應(yīng)力/kPa1625kN2438kN3250kN4063kN4875kN （ a） 11 剖面 （ b） 22剖面 （ c） 33 剖面 圖 33 筏板地基土反力分布曲線 均勻布樁樁筏基礎(chǔ) 筏板沉降分布 為研究均勻布樁樁筏基礎(chǔ)的筏板沉降特點，分別在筏板表面選取 3個特征位置進(jìn)行比較，即筏板板邊位置 、筏板中軸線位置和筏板對角線位置，各特征位置剖面線及編號如圖 22（ b）中剖面線 1 2 33 所示。同一荷載水平下，距筏板板邊越近，沉降越大，反之，沉降 越小。從圖中可以看出，筏板沉降隨試驗荷載增加而增加，核心筒區(qū)筏板沉降最大，筏板邊樁位置沉降次之，筏板角樁位置沉降最小。 電子位移計布置要求 在擬測位移點先用水泥砂漿水平固定測點玻 璃片，距筏板外緣足夠遠(yuǎn)處設(shè)置標(biāo)桿，將基準(zhǔn)梁支撐于標(biāo)桿上，一端固定，另一端為滾動支座，消除溫度變化引起梁的撓度變化。成孔后用鐵蓋板覆蓋孔口，防止灌水和落下渣土。天然地基筏板和樁筏基礎(chǔ)模型試驗不同分區(qū)單根柱腳每級加載和卸載量值如表 24 所示。考慮到樁筏基礎(chǔ)模型試驗最大加荷將達(dá) 7000kN 左右，每根錨樁提供的抗拔極限承載力應(yīng)小于 1750kN。 表 22 天然地基、單樁和帶臺單樁試驗參數(shù)表 項 目 載荷板面積 /m2 承臺面積 /m2 樁徑 /mm 樁長 /m 天然地基 單 樁 150 帶臺單樁 150 表 23 樁筏基礎(chǔ)模型試驗參數(shù)表 項 目 樁徑 /mm 樁長 /m 樁數(shù) /個 樁距 均勻布樁 150 61 變樁長布樁 150 44 變樁距布樁 150 44 變樁徑布樁 150～ 250 37 圖 例 ：4000核心筒4000 圖 例 ：40004000樁長 2m 圖例