桩与地下连续墙组合基础水平承载能力的理论和试验研究

前言

第1章绪论

1.1引言

1.2群桩的研究现状及成果

1.3桩、墙基础的研究现状

第2章理论计算

2.1桩、墙基础理论计算方法

2.2堆载下桩墙组合基础的理论研究

2.3水平荷载作用下桩墙组合基础的理论研究

第3章模型试验研究

3.1室内模型试验

3.2堆载下桩墙组合基础的模型试验研究

3.3水平荷载作用下桩墙组合基础的模型试验研究

第4章数值模拟

4.1数值模型的建立

4.2堆载下桩墙组合基础的数值模拟研究

4.3水平荷载作用下桩墙组合基础的数值模拟研究

第5章结论和展望

5.1主要成果及结论

5.2研究展望

参考文献

1.1引言

随着社会的发展，越来越多的工业建筑、电厂建筑、海洋建筑等陆续兴建，同时，也遇到了越来越多的问题。如存放资料的仓库，包括一般及部分特殊工业锅炉房、火力发电厂的堆煤棚、一些冶金工业厂房和机械厂房的铸造车间等，因堆载产生的附加水平荷载可能引起建（构）筑物基础发生侧向变形；在海洋建筑中，如海上石油钻井平台、海上输电塔、海上风力发电机等，基础结构往往会受到波浪力、水平地震力、船舶撞击力等水平荷载作用。如果在基础设计和施工中，对工业厂房基础的大面积竖向荷载问题及外荷载引起的水平荷载等不够注意，甚至将其忽略，将会造成严重的工程事故和损失。

如2009年上海莲花河畔景苑一栋13层在建楼房整体倒塌，经调查，倒塌的原因是施工单位在倒塌的楼房前进行基坑的开挖，与此同时大量的堆填土在该楼房另一侧堆积，且在较短时间内堆积过高，最高处达到了近10m，由此产生的侧向力达到了近30000kN；而在该楼房前地下车库的基坑开挖深度已经达到4.8m，建筑物两侧巨大的压力差使楼房下的土体产生了水平位移，进而导致楼房产生10cm左右的位移，对楼房下的PHC桩(预应力高强混凝土桩）产生了较大的偏心弯矩，导致桩基破坏，最终引起了楼房整体倒塌，如图1-1所示。又如投入使用期间的天津中板厂原料车间栈桥，选用桩长为20m的灌注桩，地面堆载为200kPa。由于进行基础设计时未能全面考虑大面积堆载对桩基础的影响，从而使桩身的配筋长度和数量不足，造成了建筑使用期间桩基水平位移过大，桩身发生折断，严重影响了厂房的正常使用并危及厂房的安全。目前对于抵抗水平荷载的基础方案有扩大桩径和数量或者采用地下连续墙基础。但是，这样往往会造成材料极大的浪费。

伴随地下连续墙技术的不断发展，日本把桩基和地下连续墙结合起来设计了一系列复合型基础。在过去几次大地震(如新潟地震、阪神地震）中，日本大量的城市房屋濒临破坏，一些高层建筑物尝试采用了在已有桩基外围修筑闭合型地下连续墙加固的方法，从而形成地下连续墙-桩复合基础。如1995年，在日本东京海湾千叶县，一栋高为27层，建筑面积为906.54m²的大楼采用了地下连续墙-桩复合基础。

根据上述日本的经验和以往的研究，一般的水平受力构件总体表现为中上部弯矩和变形大、下部弯矩和变形小的特点，因此本书将桩基和地下连续墙组合在一起作为承受水平荷载的基础，形成了桩墙组合基础。目前对于桩墙组合基础的研究非常少，大部分成果都是针对桩基、地下连续墙等单一基础形式。

桩墙组合基础(图1-2)是一种新型的组合基础形式，上部的地下连续墙具有较高的水平刚度，下部桩体保证了基础的嵌固，因此新型组合基础具有较高的水平承载力。相对于常见的水平受力构件，如地下连续墙和群桩，当地面堆载较大或水平荷载过大时，新型基础不需要大尺寸的地下连续墙，同时可以减少桩数，从而减少工程造价，具有较高的经济意义。

本书提出了桩—地下连续墙组合基础，通过理论计算方法、模型试验以及数值模拟研究了桩墙组合基础的受力、变形特点及承载力性能。全书共分为5章，首先介绍了现有桩、墙基础的国内外研究和发展现状、理论计算方法；随后重点论述了撞墙组合基础室内模型试验的设计、分别承受水平荷载和堆载作用下组合基础的受力变形特点，与周围土体的作用以及承载力特征；开展现场试验，分别对桩墙组合基础、群桩基础进行了研究对比；利用PLAXIS 3D对桩墙组合基础进行模拟，将其与模型试验结果进行定性比较，通过改变工况参数，进一步研究了不同影响因素对桩墙组合基础的影响；最后给出了本书工作的研究结论，并对后续工作开展给出了建议。本书结合了理论计算、试验与数值模拟。