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在上海软粘土地基中,桩基础被广泛的应用于工程建设以满足地基承载力和建筑物沉降控制的要求。在深厚软粘土的桩基设计中,控制沉降十分重要,因此有必要对桩基的沉降特性和变形机理开展研究。本文利用800多根试桩资料和200多幢建筑物的沉降观测结果,综合解析方法和数值方法,研究了上海软粘土地基中的桩基变形特性。分析了软粘土地基中单桩的荷载传递特性和变形机理,讨论了上海市区典型软粘土地基上多层建筑浅基础和高层建筑桩基础的长期沉降特性,探讨了上海泻湖沼泽平原地区的土层工程性质和桩基工作机理。主要结果有:1、采用荷载传递法研究软土地区的单桩荷载传递规律。利用考虑软化的三阶段荷载传递函数(双曲线软化模型)模拟桩侧土体应变软化与桩身泥皮效应,通过静力平衡条件建立微分控制方程。将非线性微分方程转变为等价的积分方程进行求解,得到考虑桩侧软化的荷载传递法半解析解。针对桩端沉渣和桩端后注浆等情况,提出三折线模型来模拟桩端荷载传递规律,由此分析桩端条件对灌注桩荷载传递特性的影响。
2、根据300多根有桩顶和桩端沉降的单桩荷载试验结果,研究了软土地区的单桩变形特性。将单桩分成预制混凝土方桩、空心混凝土桩、钢管桩和灌注桩四大类,利用弹性理论解对实测资料进行分析,得到基于桩长径比的桩身压缩量简化计算方法。结果表明,预制桩的桩身压缩量最大,空心混凝土和钢管桩其次,灌注桩最小,说明挤土效应对单桩的压缩变形有较大影响。用分层总和法分析桩端沉降,在此基础上改进了预估工作荷载下单桩沉降的计算方法。300根试桩的分析结果表明,本文所提方法能较好的预估单桩在工作荷载下的沉降。
3、通过对50幢多层建筑沉降观测资料的分析,研究上海软土地基上浅基础的长期沉降特性。根据土层分布和力学特性情况将上海的天然地基分成4种类型,讨论了不同工程场地上浅基础的总沉降、竣工沉降和沉降发展时间。利用考虑固结流变的层状地基与上部结构共同作用的方法分析了地基土层对建筑物沉降的影响。结合实测结果分析表明,影响长期沉降的主要因素为压缩层内软粘土厚度比。压缩层内软粘土厚度比越大,总沉降和沉降发展时间越大,而竣工沉降比较小。4、在对不同桩型单桩变形特性和浅基础长期沉降分析的基础上,根据110多幢高层建筑的实测结果研究了上海地区高层建筑桩基础的长期沉降特性及其机理。对不同地基土层条件下桩基沉降发展的分析表明,持力层和压缩层土性对长期沉降影响较大,持力层的土层力学性质影响桩基总沉降和发展时间,压缩层土性主要影响沉降发展过程,压缩层内砂性土厚度越大,竣工沉降比越高,沉降发展时间越短。合理选择持力层并根据压缩层内砂土厚度比例确定桩尖进入持力层的深度,可以有效地控制桩基沉降量并减小沉降发展时间和工后沉降。通过对灌注桩与预制桩沉降发展过程的比较,分析了施工方法对不同地质条件下桩基长期沉降的影响,并结合数值方法研究了挤土效应和施工扰动对桩基沉降的影响机理。利用实测结果和数值分析,探讨了预测上海软土地基中桩基长期沉降的方法,给出了竣工沉降比和沉降发展时间的计算公式。
5、探讨了上海西部泻湖沼泽平原地区的土层工程性质和桩基工作机理。利用工程勘察原位测试结果分析了泻湖沼泽平原浅部硬土层的工程力学特性,研究其对预制桩的承载能力。通过对500多根试桩的统计分析,讨论单桩承载力计算参数的确定方法,并给出了浅层硬土的预制桩桩侧极限摩阻力的建议取值。结合原位测试和数值分析研究了湖沼平原多层建筑短桩基础的工作特性,对短桩基础的荷载传递和变形规律进行分析。结果表明,现有湖沼平原桩基设计方法过于保守,充分利用浅层砂土的承载能力可以进一步优化设计。