对复合基桩技术研究的探讨

对复合基桩技术研究的探讨【摘要】通过桩顶和桩间土中预埋应力和应变传感元件和计算机模拟仿真技术，有限元计算方法，结合施工过程加载观测等手段，进行减沉复合疏桩及其桩间土受力和变形观测分析研究，探讨桩间土承担荷载的可能，对降低工程造价有一定的现实意义。【关键词】桩；桩间土；减沉；疏桩；复合地基；复合基桩【Abstract】Toexecutethemonitoring，analysisandresearchofreducingsettlementcompositesparsepile&theforceundertakenbyearthworkinbetweenpilesanditsdeformationviathemeansofpre-embeddedthestressandstrainsensorcomponentontopofpilesandinearthworkinbetweenpilesandcomputeranaloguesimulationtechnique，thefiniteelementcalculationmethod，inconjunctionofwayofaddloadingmonitoringduringconstructionperiod，todiscussthepossibilityofbearingloadbyearthworkinbetweenpiles，thishasrealisticsignificanceforreducingprojectbuildingcost.【Keyword】Pile，earthworkbetweenpiles，reducingsettlement，Sparsepile，compositefoundation；compositefoundationpile1、前言：随着现代测试技术的发展，适用于岩土体的各种应力和应变传感元件和现场测试设备不断产生和发展，为各种现场原位测试和监测提供了可能。在工程施工过程中的同步监测及各种原位测试比单纯的室内试验和理论分析更能可靠地论证桩与土的共同作用。桩土共同作用主要研究的是桩间土与桩对上部结构荷载的分担，以及沉降的问题。常规的桩基设计方法来设计桩和确定桩数时是不考虑桩间土的分担荷载的作用，显然，这种设计方法与基础和地基是一个整体的事实不符，与上部结构相比，桩处于岩土介质中并与岩土介质产生复杂的受力作用，再加上岩土体本身的离散性、非均质性、非连续性和非线性等特点，致使桩体在施工、使用阶段表现出相当独特和复杂的力学特性，其变形规律和受力特性很难通过纯理论的方法解答出与工程实际相稳合的结果。2、国内复合基桩设计施工现状及存在问题：（1）目前国内桩承载的设计计算（包括验算）是根据国内现行的设计规范和辅助计算机软件输入参数的方法进行的。（2）目前国内桩间土利用的桩基叫复合地基，复合地基定义是：部分土体被增强或被置换形成增强体，由增强体和周围地基土共同承担荷载的地基，如CFG复合地基，碎石桩复合地基等，复合地基和基础之间有一个褥垫层，由这一褥垫层传递基础荷载给复合地基。复合基桩建筑桩基技术规范JGJ94-2008定义：单桩及其对应面积的承台下地基土组成的复合承载基桩叫复合基桩，复合基桩是以单桩承载为主，其对应面积承台下地基土承载是不考虑利用的，只考虑了共同沉降因素。以桩承载为主的桩间土的承载力利用国内有人认为：可以根据桩间距、承台宽度及面积、桩长和土体承载力等参数计算确定，但只是探讨，笔者没见国内有应用的工程报道，就是可确定笔者认为此方法尚存在一定的局限性。（3）目前减沉复合疏桩基础和摩擦桩体周围土注浆加固的技术已有设计和施工，其目的是使桩土均匀沉降和增强桩的摩擦力，建筑桩基技术规范JGJ94-2008规范中减沉复合疏桩基础回避了桩端塑性刺入计算的难题，而还是采取桩间土沉降的计算方法进行设计的。3、研究内容的的探讨：通过应用计算机仿真技术（结构荷载）、工程桩检测技术、现行桩基设计技术规范进行研究探讨：（1）结构荷载计算机仿真计算通过考虑结构施工过程中结构内力与变形逐步累加和重分布，建立高层建筑结构的建造仿真模型，给出模拟施工过程加载计算方法和结构内力与变形逐步累加及重分布规律：1）提出施工仿真分析的原理和方法，建立结构模拟施工过程的力学模型。2）使用“模拟施工过程加载方法”和“一次加载方法”，进行梁、柱、剪力墙、板、的弯矩、剪力、轴力值分析比较；对结构桩、桩间土、承台基础的荷载分配变化、承载力变化、沉降变化进行分析。3）结构分为若干个子结构，计算结构的内力值，模拟施工过程的真实加载方式，给出高层结构在施工过程中基桩、桩间土等的受力状态和沉降变化数据。（2）检测应力应变仪的埋设、应力应变数据的统计分析通过监测桩顶压力、桩间土压力，比较分析不同施工阶段不同位置的受力状态，确定基础结构体系的不均匀沉降趋势，将实测值与有限元模型值及JGJ94-2008计算数据进行比较研究，确定是否发生了受力不均匀现象、从而提出基础结构体系不均匀沉降的实时控制方法。1）根据桩的分布情况以及施工过程有限元模拟的计算结果，提出预埋传感器方案，对各桩体和桩间土的的实际受力变形情况进行监测；2）随着上层结构的不断加载，定时段的进行传感器的监测，通过相应施工阶段监测数据与有限元软件模拟的数据比较，分析该过程中工程桩、承台基础的受力和沉降的合理性，对于不合理的地段采用相应的措施予以改善。3）在整个施工阶段不断的循环步骤2）的做法，有效观测桩、承台基础的应力分布情况，可控制整个结构基础的沉降均匀。4）总结工程实际效果，提出桩、承台基础新型观测技术，形成技术指导性成果。（3）桩承载设计计算公式校核、安全系数确定、桩间土承担荷载的确定参考国内外关于桩承载设计计算公式、以及桩间土取值系数的研究，根据仿真模拟计算结果以及现场观测应力应变结果，通过统计分析、方差分析提炼出更加适合于实际工况的桩间土利用承载力的取值系数计算方法。1）根据工程的桩的设计结果，参照相应的设计依据，找出工程桩承载设计方法、安全系数大小、桩间土承载力分项系数等取值。2）通过模拟施工完毕后整体结构与土体共同作用承载力结果，提出依据于数模条件下的桩承载力实际值、桩间土承载力系数。3）通过施工完毕后监测到的桩顶压力、桩间土压力，提出依据于实际观测结果的桩承载力设计值、桩间土承载力系数。4）将公式计算结果、数模结果、实际观测结果，进行校核比较，并采用数学手段提出基于实际整体考虑下的修正桩体承载力公式、设计安全系数和桩间土承担分项系数。4、技术经济效果：以上阐述的研发内容和方法，国内尚无发现明确的技术成果和相关报道，应用上述研究方法可形成一种全新的设计计算方法和检测技术方法，可实现降低地基处理工程投资，在增强企业市场竞争力方面具