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桩土相互作用理论的进展与应用
对荷载不均匀的桩筏基础,可采用不同的桩长来 得到最优化设计 (Reul & Randolph, 2004).
国内刘经砺等也提出类似思想。 进一步发展到柔性桩与刚性桩的组合使用
第二届全国岩土工程与学术大会,2006,湖北武汉
针对框架(或外框内筒、框架-剪力墙)结 构建筑物经常出现边柱沉降小、中柱(或 内筒)沉降大的情况,Flemming等1990年 首次提出了在边柱下面设置具有一定模量 的可压缩垫块,使边柱从而可产生较大的 沉降,从而减小边柱与内柱的沉降差。
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传统复合地基与桩基的结合 第二届全国岩土工程与学术大会,2006,湖北武汉
其特点是,同一建筑物基础下同时采用钢筋混凝土桩、水 泥土桩等共同承担荷载。即桩基础中,对桩间土采用复合 地基范畴中的各类桩进行加固,期望提高桩间土承载力从 而提高桩间土的分担作用。例如:钢筋混凝土桩、粉喷桩、 砂桩组合形成的多元复合地基,钢筋混凝土桩、水泥土桩 组成二元复合地基等。有人称之为“刚柔复合桩基[4]”, 并在杭州某一12层的高层建筑下应用了有效桩长9m、桩 径600mm的深层水泥搅拌桩44根,桩径分别为500mm和 600mm、桩长36.5m的钻孔灌注桩60根。
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厦门嘉益大厦
(宰金珉、裴捷等)
30层,100米高 在深厚的花岗岩残积土中,埋藏着大小不一的大
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Cao, X.D., Wong, I.H., Chang, M.F. Behavior of model rafts resting on pilereinforced sand. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2004, 130(2): 129-138.
第二届全国岩土工程与学术大会,2006,湖北武汉 可压缩垫块
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1998年,Cao等针对地震区或可能承受较大 风荷载作用的减少沉降量桩基,为减少桩身 过高的竖向应力和相应分担的水平荷载,提 出了将桩脱离筏板一定高度(称为 disconnected pile)的做法,并进行了放置在 硬粘土上桩筏基础的筏板-桩-土相互作用分 析。
与纯地下室部分之间设置沉降缝。 建筑物总重600MN,有效重量400MN。桩承担了
300MN,占总荷载的70~75%。 沉降7cm作用,整体倾斜<1:1000。
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(kN)
500 400 300 200 100
0 0
P土s 总反力 P桩p 顶反力
P (kN) 100 200 300 400 500 600 700
一些例子
Messe第二T届u全国r岩m土工T程与o学w术大e会r,,2F006r,a湖n北武k汉furt
(Sommer et al., 1991; Tamaro,1996; ElMossallamy and Franke, 1997).
The Messe Turm tower 256 m 高, 当时是欧洲最 高的建筑物。建于1988~1990。
High-rise building Sony-Center, Berlin
建筑物场地下土主要为砂和泥灰岩。 建筑物近邻新建成的地铁隧道。基础底面
在泥灰岩之上。 为减小沉降,采用了直径1.5m、桩长
15m~25m的桩,。 建筑物竣工后沉降3cm。
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桩筏脱离情况下不同布桩方式、不同桩长时筏板桩-土的相互作用。主要是基于减少沉降控制桩基 础可能受到过大水平力的问题。
实质上类似于国内的刚性桩复合地基,只不过前 者的桩顶与筏板之间不设置褥垫层,而是筏板下 原位的土体。
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桩-基础间新的连接构造方式的 研究与工程实践
桩顶嵌入承台或基础: 荷载由承台直接传递给桩,再经桩 传递给土。不考虑土的分担作用。这是传统的桩基础。
桩顶嵌入筏板: 荷载由基础直接传递给桩和土,考虑土的 分担作用,主要指复合桩基。疏桩基础、将桩作为减少沉 降构件(settlement reducer)来设置的减少沉降桩基础等 也可归为这一类。
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桩土相互作用的理论进展 与工程应用
天津大学土木工程系 郑刚 教授
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桩土相互作用设计的发展 桩土相互作用设计发展涉及到的问题
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桩土相互作用设计的发展 桩土相互作用设计发展涉及到的问题
Residential buildings in Sweden
Hansbo (1993)
其中一幢楼设计采用常规设计(桩基础安全 系数3),桩数 211根, 28 m长。
另外一幢楼采用徐变桩“creep pile”的概念 进行设计。桩作为减少沉降量的元件 (settlement reducer)安全系数仅为 1.25。 仅设置104根桩, 26 m 长。
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70年代以来,桩基础的设计思想出现了较 大的飞跃。
由承载力控制设计逐渐过渡到满足承载力 要求的前提下,以控制沉降(特别是差异 沉降)为目的来设置桩。
出现了一些经典的设计案例。
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近年来……
Horikoshi& Randolph (1998) 对荷载均匀的筏基, 提出仅在基础中心16-25% 范围内布桩,可得到 较为优化的设计和均匀的沉降。
目前的发展一个重要趋势是,出现了传统桩基础中桩与复 合地基中各类“桩”的柱体的结合,而形成很多新的复合 桩体,呈现了“柔性桩、半刚性桩向刚性桩的发展”。例 如,在常规水泥搅拌桩中心压入预制芯桩、在粉喷桩中静 压压入预制桩、搅拌桩中施工沉管灌注桩、在悬喷桩中插 入型钢等以获得较高的单桩承载力,研究表明,当芯桩尺 寸适当时,摩擦型复合桩体可获得不小于与水泥土桩外围 尺寸相同的灌注桩的承载力[2]。日本也采用在悬喷桩中心 插入钢管用于桥梁桩基的抗震加固、在大直径水泥土桩中 插入钢管形成钢管水泥土桩等。此外,还有在砂石桩中插 入预制桩形成“砂芯砂石桩”[3],以加快地基固结从而减 少复合地基工后沉降和差异工后沉降。
桩顶与基础之间设置褥垫层,荷载经基础(此时似乎不宜 称为承台了)由褥垫层分配给桩与土的。一般指刚性桩复 合地基。
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2002年陈遇珺、刘妍(导师郑刚)在其与天 津市勘察院合作进行的现场试验中进行了现 场足尺试验,在桩顶与承台之间设置一定高 度净空,对此桩顶与承台之间预留一定高度 净空时桩土分担荷载的情况进行了研究。郑 刚等2004年在《岩土工程学报》报道了这项 研究成果 。
Load sharing between pile and soil in case B
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(kN)
400
Pp
300
Ps
200
100
0 0 200 400 600 800
P (kN)
Load sharing between pile and soil in case C
在荷载较大的独立基础下设置桩以减少沉降。 以SP11基础为例,最大沉降不超过30mm。 不设置桩时,沉降50 mm。采用了直径520 mm预
制桩,桩长12 m,设置10根桩时则为20 mm。 最后采用了6根桩。
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嘉益大厦的基坑开挖始于2002年11月,2003年5月 底板施工完成,2004年5月大楼顺利封顶。到2004 年8月,大楼内外填充墙及墙面抹灰已基本完成。 最大沉降量为37.05mm,平均沉降量为25.64mm, 筏板下的土压力分布也比预想的要小,最大点为 300kPa,平均为140kPa;桩顶弹簧(隔震垫)的压 缩变形量最大值为23.3mm,平均为14.1mm。
采用了 中心部分6 m 厚、边缘处 3 m 厚的筏板。 按桩达到极限承载力设计,承担60%的建筑物荷
载。
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采用天然地基方案,沉降40~50cm,差异沉 降将达15cm。
采用了 64根桩,桩径1.3 m,长度26.9 ~ 34.9 m.桩 中心距 3.5~ 6D。
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国内的一些研究与实践
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常规桩与传统复合地基中“桩”的结合 传统复合地基与桩基的结合 桩-基础间新的连接构造方式的研究与工程
实践
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常规桩与传统复合地基中“桩”的结合
后者沉降并Βιβλιοθήκη 比前者大。第二届全国岩土工程与学术大会,2006,湖北武汉