刚性桩复合地基优化设计_图文

1、 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据第卷第期 杨光华等：刚性桩复合地基优化设计 心 承载力为 ，即相当要求安全系数为时， 则桩分担的荷载偏大，若按塑性桩设计则是可以的。 因此，若按承载力设计，则桩分担的荷载明显偏大 ： 鬟： 。 。 了，不合适；当控制沉降量为时，地基土承担 应力为 ，偏低，每根桩分担荷载为 ，也是一个可接受的方案，而此时用桩量已由原 根降为根，可以算是一种优化方案；当控 制沉降量为 时，地基土承担应力为 ，每根桩分担荷载为 图刚性复合地基曲线 ，显然地基土 分担的应力或每根桩分担的荷载都偏大了。因此可 以看出，在原方案中桩长不变，垫层厚度不变，同时 要求地基土和

2、桩基的安全系数都大于条件下，优 化空间不大。 按共同作用计算时，土体承担的应力为 ， 单桩承担荷载为 ，原方案是安全的，但桩间 的土体承载力发挥偏低，单桩承载力合理，理论上 可以减少桩的数量，让沉降量增加，从而使土的承 载力得到充分发挥，适当节省用桩，节省造价。为 此，通过减少桩的数量，使基础沉降增大，从而使 土承担的应力增加。通过控制沉降量，使基础沉降 量分别达到， 时，计算结果如表所 示，由表可见，在不改变桩长和垫层厚度情况下， 当控制沉降量为 时，地基土分担的荷载为 改变垫层的优化设计 由以上的计算可知，在原方案上不可以进行较 大的优化，主要原因是桩的刚度太大，桩、土相对 刚度一定时，增

3、大沉降量的同时，桩的应力增大较 多，超过控制值。为此，可考虑把垫层改为 ， 计算基础沉降分别为， 时的桩、土应 力情况如表所示。由表可见，当用桩量由原设 计根降为根时，土应力为 ，每 根桩分担的荷载为 ，该方案较接近前面 ，此时用桩量由原设计根变为 所提到的桩、土应力和沉降控制的目标，较合理。 进一步还可以优化垫层厚度，使桩、土应力都更接 近控制目标，比较结果如表所示，控制单桩允许 根，大为减少，但相应桩的荷载为 试验时其极限承载力大于 ，桩 ，若单桩要控制 表原设计方案与垫层为 时优化设计比较结果 表原设计方案与垫层为 时优化设计的比较结果 、） 万方数据 岩石力学与工程学报 焦 表控制单桩

4、荷载 和土体竖向应力为 时原设计与优化设计的比较结果 荷载为 ，土体竖向应力为 时，通 为 ，而单桩分担的的荷载刚好为 ，这样桩、土都刚好达到了设定的承载力，则垫 层厚度为 的方案是最优设计方案。 过优化设计可得到垫层厚度达到 时复合地基 的沉降量为 ，这种情况下基本达到桩、土 应力和沉降双控制的目标，此时，用桩数量可由原 来的根优化为根，节省用桩数量。 由上述分析可见，要达到桩、土应力和沉降双控 制的目标，需通过桩、土和垫层共同作用的计算分 析以及调整设计方案，并不是简单地将桩和土的承 载力进行叠加。例如：当垫层为 ，设定地基 土按其承载力】承担 ，多余的荷载由桩承 担，设单桩承载力为】 结

5、论 地基优化设计的目的是最大限度地利用天然地 基的承载力，使超出天然地基承载力部分的荷载由 桩基来承担，同时保证建筑物的沉降变形在允许范 围，且地基有足够的安全系数，以达到所谓“缺多 少补多少”的理想地基优化设计的目标。 从本文的案例研究可知，桩、土分担的荷载是 与桩、土的相对刚度有关的，要使桩、土应力发挥 ，按简单的荷载 分配公式计算需补桩的数量为 刀（一足）【】 （） 到较理想的优化状态，需考虑桩、土相对刚度的调 整和根据变形考虑共同作用的计算才能实现，简单 按承载力公式来确定补桩的数量是不够的。 本文在原状土切线模量方法基础上，围绕“缺 多少补多少”的理想状态，提出了实现地基的优化 设计

6、的方法。采用了较优的沉降计算方法，可计算 地基和桩基的非线性沉降，从而真正得到按地基和 桩基的非线性曲线进行合理地共同作用分析。 通过控制桩长、垫层厚度等方式调整桩、土相对刚 度并通过桩、土共同作用的迭代计算来调整桩、土 分担的荷载，使桩、土都可达到设定的承载力，从 而达到优化地基应力、桩的荷载和沉降量，可充分 此时相当于土和桩的承载力发挥系数都为， 由此可算出需补桩的数量为根，计算桩数后再 用切线模量法进行共同作用计算，求得实际桩、土 发挥的应力和沉降如表所示，由表可见，实际 情况是土分担的荷载偏少了，而桩分担的荷载偏大， 超过了设定的承载力，这是因为桩的刚度相对偏大 所致。因此，要达到真正

7、地优化目标，使桩、土分 担的应力和荷载达到要求的数值，需通过刚度调整 并进行共同作用分析才能实现。如表中当垫层厚 度调整为 时，补桩根即可使土分担的应力 表桩、土实际发挥的应力和沉降 利用地基和桩基的承载力，使地基的设计达到较理 想的优化状态，促进设计水平的提高，既节省造价， 又安全、科学合理。同时该方法较简便，可为实际 工程提供一个简便实用的优化设计方法。但是，理 论计算仍有一定的假设，可通过实践不断的完善和 验证。 设计土应力特实际土应力发设计单桩承载力实际单桩承载沉降 征值，（ 挥值 特征 力发挥值 万方数据 第卷第期 杨光华等：刚性桩复合地基优化设计 ， 参考文献（）： 【 】 ，（

8、） 孙林娜复合地基沉降及按沉降控制的优化设计研究【博士学位论 文】【】杭州：浙江大学，（ 栅时 闫明礼，张东刚桩复合地基技术及工程实践嗍北京：中 国水利水电出版社，：（， “蜥饥驴 ： ，（ ） 【】 ：，：（） 】 宰金珉复合桩基理论与应用】北京：知识产权出版社，中国 水利水电出版社，中国水利水电出版社，：一（ 徐玉芬、刚性长桩与柔性短桩复合地基优化设计【硕士学位论 文】南京：东南大学，（ 【】 ，（ ） ： ， 李宁，韩煊褥垫层对复合地基承载机制的影响唧土木工程 学报，（）：皿 ， ，：一（ ） 】 许敏，沙祥林元辰大夏三维复合地基的设计建筑结构， ，（）：（ ， ，（）：（ ） 【】 杨

9、光华地基非线性沉降计算的原状土切线模量法【】岩土工程 学报，（）： ，（）：（ ） 【】 陈昌富，肖淑君，牛顺生长短桩组合型复合地基优化设计方法研 （ 究【】工程地质学报，（）：（腿 ， 他 唱鼬喀， ， ，（）： （） 【】杨光华，苏坤，乔有梁刚性桩复合地基沉降计算方法【】岩石 力学与工程学报，（）： （ ， ） ，（）：（ 【】 刘涛桩复合地基三维有限元分析及优化设计【硕士学位论 文】【】南京：南京理工大学。（ 也 ，（）： （ ） 下期岩石力学与工程学报将主要发表下列内容的文章： （）饱和砂岩在疲劳载荷作用下的粘弹性性质： （）大型洞室群围岩破坏模式的动态识别与调控； （）岩石边坡潜在失

10、稳区域微震识别方法； ）岩质滑坡冲击能计算及受灾体易损性定量评估； （）白鹤滩水电站上坝线左拱座楔形体安全性能分析； （）节理剪切应力一位移本构模型及剪胀现象分析； （）尾矿细微观力学与形变观测试验装置的研制与应用； （）高温盐溶液浸泡作用下石膏岩力学特性实验研究。 土工基础 万方数据 刚性桩复合地基优化设计 作者： 作者单位： 杨光华， 李德吉， 官大庶， YANG Guanghua， LI Deji， GUAN Dashu 杨光华,YANG Guanghua(广东省水利水电科学研究院,广东,广州,510610;华南理工大学,土木 工程系,广东,广州,510641， 李德吉,LI Deji(