摘要
CFG桩复合地基技术通过二十余年的科研和工程实践,从最初应用于多层建筑发展到广泛应用于高层和超高层建筑地基处理,取得了显著的经济效益和社会效益。本文主要完成以下工作：
1.完成模拟高低层连体建筑形成偏心荷载作用的室内模型试验,获得轴心荷载作用下天然地基、均匀布桩CFG桩复合地基基底反力可简化为均匀分布；偏心荷载作用下天然地基、均匀布桩CFG桩复合地基基底反力可简化为线性分布；偏心荷载作用下高层部位均匀布置长桩、低层部位均匀布置短桩的局部均匀布桩CFG桩复合地基基底反力可简化为局部均匀分布；“等变形”条件下(本文根据试验条件,当基础长度方向两端差异沉降小于某一较小数值时,即认为左右两端为变形相等的“等变形”状态)高层部位均匀布置长桩、低层部位均匀布置短桩的局部均匀布桩CFG桩复合地基,基底反力可简化为长桩区域高、短桩区域低的局部均匀分布,且按高层、低层部位复合地基的复合模量进行分配。
2.基于以集中力表示的静力平衡方程,推导了多桩型复合地基承载力表达式；指出多桩型复合地基施工完成后的桩间土承载力提高系数,与土性、施工工艺和桩间距有密切的关系；提出不同布桩形式下,多桩型复合地基面积置换率的计算方法；提出多桩型复合地基计算变形时如何进行分区,各分区复合模量提高系数如何计算,以及如何进行分层,各分层复合模量如何进行计算,并给出多桩型复合地基变形计算的步骤；提出不同布桩形式下,多桩型复合地基的质量检测方法。
3.针对目前天然地基、CFG桩复合地基变形计算中,存在压缩模量取值不当的问题,提出对固结试验结果进行拟合分析。在综合分析大量前人研究拟合固结试验结果成果的基础上,提出新的数学模型：e=c[exp(aNpbN)-1]+e0
该数学模型除具有单调递减和呈“S”形的特点外,还满足边界条件：当压力p=0时,孔隙比e=e0,为天然孔隙比；当压力p→+∞时,孔隙比e=e0,为压密极限。本文运用最优化方法求得的各参数,具有唯一的确定值,并运用VC++编制了相关可视化程序。对大量固结试验结果的拟合分析表明,本文提出的数学模型对固结试验结果的拟合程度高,因而可直接运用本文提出的数学模型对固结试验结果进行拟合,可通过编制相关程序确定自重压力至自重压力与附加压力之和的压力段的压缩模量,实现人机对话,避免人为误差,达到提高变形计算精度的目的。
CFG pile composite ground technology was applied in multistoried building at first, and developed to be applied in high-rise and super high-rise building widely through more than twenty years of scientific research and engineering practice. It is obtained remarkable economic and social benefit. This paper mainly finished the following:
1. Adopted the large-scale indoor test to simulate the eccentric loading effect of connecting body of high-low rise building. Based on the results of the test, it is obtained that base reaction of natural foundation and uniform layout of CFG piles composite ground under axis loading can be simplified as uniform distribution, the base reaction of natural foundation and uniform layout of CFG piles composite ground under eccentric loading can be simplified as linear distribution, and the non-uniform layout of CFG piles composite ground under eccentric loading is non-linear distribution. The non-uniform layout of CFG piles composite ground under condition of equal deformation is non-linear distribution, which the end of long pile is higher and the end of short pile is lower, both can be simplified as uniform distribution, and it is distributed by the composite modulus of high-rise part and low-rise part.
2. Based on static equilibrium equation expressed by concentrated force, the bearing capacity formula of multi-type-pile composite foundation was derived. It is pointed that the bearing capacity improvement factor of soil between piles is tight link with soil features, construction technology, and pile spacing. It is put forward that how to part the area, how to calculate the improvement factor of composite modulus, how to lay the soil along the depth and how to calculate the composite modulus of each layer when calculating the deformation of multi-type-pile composite foundation. The procedures of calculating the deformation of composite ground is also given.
3. According to problem of selecting the incorrect compression modulus to calculate the deformation of natural foundation and CFG piles composite ground in currently, simulating the consolidation test results is put forward. Based on comprehensive analysis a lot of simulating mathematical models put by the previous, a new mathematical model is put forward as followding: e＝c[exp(-aNpbx)-1]+e0
The above formula has the characters of satisfy the boundary conditions, monotone decreasing and showed the shape of "S". Each parameters of the formula have the unique value by the optimization method. A visual program is compiled by VC++computer language. It is indicated that the mathematical model put forward by this paper has high fitting degree, and better than models put forward by the previous according simulating a lots of compression modulus test results. It can apply the model put forward by this paper to simulate the compression modulus test results directly, in order to calculate the compression modulus of pressure section between gravity stress and the sum of gravity stress and additional stress. It is achieved the man-machine interaction, avoided human error, and improved the calculation accuracy of deformation.
引文
[1]建筑地基基础设计规范(GB 50007-2011),中国建筑工业出版社,2011
[2]建筑地基处理技术规范(JGJ 79-2012),中国建筑工业出版社,2012
[3]岩土工程勘察规范(GB 50021-2001),中国建筑工业出版社,2001
[4]工业与民用建筑地基基础设计规范(TJ 7-74).北京：中国建筑工业出版社,1974
[5]建筑地基基础设计规范(GB J7-89),中国建筑工业出版社,1989
[6]建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002),中国建筑工业出版社,2002
[7]岩土工程基本术语标准(GB/T 50279-98).北京：中国计划出版社,1998.
[8]土工试验方法标准(GB/T50123-999).北京：中国计划出版社,1999
[9]建筑基桩检测技术规范(JGJ106-2003),中国建筑工业出版社,2003
[10]建筑桩基技术规范(JGJ 94-2008),中国建筑工业出版社,2008
[11]北京地区建筑地基基础勘察设计规范(DBJ 11-501-2009).北京：中国计划出版社,2009
[12]混凝土结构设计规范(GB50010-2010).北京：中国建筑工业出版社,2010
[13]黄熙龄、秦宝玖等,地基基础的设计与计算,中国建筑工业出版社,1981
[14]顾晓鲁等,地基与基础(第三版),中国建筑工业出版社,2003.5
[15]陈仲颐等,土力学,清华大学出版社,1994
[16]周景星等,基础工程,清华大学出版社,1996
[17]李广信主编,高等土力学,清华大学出版社,2004
[18]林宗元主编,岩土工程勘察设计手册,辽宁科学技术出版社,1996.3
[19]常士骠等,工程地质手册,中国建筑工业出版社,1992
[20]钱家欢、殷宗泽,土工原理与计算,中国水利水电出版社,1995
[21]闫明礼、张东刚,CFG桩复合地丛技术及工程实践(第二版),中国水利水电出版社,2006
[22]闫明礼主编,地基处理技术,中国环境科学出版社,1996
[23]朱炳寅等,地基基础设计方法及实例,中国建筑工业出版社,2012
[24]闫明礼,滕延京等,夯实水泥十桩复合地基试验研究,中国建筑科学研究院地丛所、河北省建筑科学研究院,1995.11
[25]闫明礼、杨军等,CFG桩复合地基试验研究报告,中国建筑科学研究院地基所,1992.8
[26]Huang Xiling. Deformation of lime-fly-ash columns and cement-flyash-stone columns reinforced composite foundation.见：地基处理与桩基础国际学术会议论文集,1992
[27]黄熙龄,闫明礼,小桩复合地基试验研究,海峡连岸上力学及基础工程学术研讨会论文集,1994
[28]王长科,散体材料桩复合地基承载力计算,地基处理,1994(2)
[29]J. D. Geddes(1966), Stress in foundation soils due to vertical subsurface loading, Geotechnique. Vol.16.231-255
[30]杨涛、殷宗泽,复合地基沉降的复合本构有限元分析,岩土力学,1998,19(2)
[31]池跃君,刚性桩复合地基工作性能及沉降计算方法的研究,清华大学博士学位论文,2002
[32]李春灵,有边载条件下CFG桩复合地基性状研究,中国建筑科学研究院硕士研究生论文,1999
[33]闫明礼、杨军,CFG桩复合地基的褥垫层技术,地基处理,1996.7(3)
[34]武思宇、宋二祥等,刚性桩复合地基的振动台试验研究,岩土工程学报,2005 Vol.27 No.11
[35]刘光磊、宋二祥,刚性桩复合地基水平受力性能有限元分析,工业建筑,2004 Vol.34 No.11
[36]化建新等,CFG桩垫层效应研究,岩土工程技术,1998(1)
[37]王明山,复合地基桩土承载力发挥系数的研究,中国建筑科学研究院博士研究生论文,2005
[38]闫明礼等,刚性桩复合地基应用的几个误区,岩土工程界,2007.2
[39]闫雪峰、佟建兴、王明山,载体桩复合地基设计、施工探讨,建筑科学,2008.1
[40]杨军、闫明礼等,褥垫层在复合地基中的作用,建筑科学,1991(2)
[41]佟建兴,局部矩形超载下CFG桩复合地基侧向土压力、及桩土承载力发挥与厚径比相关关系试验研究,中国建筑科学研究院博士研究生论文,2007
[42]李进军、黄茂松等,复台地基上褥垫层设计的理论与试验研究,2003 Vol33 No.1l
[43]刘奋勇、杨晓斌等,混合桩型复合地基试验研究,岩土工程学报,2003(1)
[44]李宁、韩煊等,复合地基中褥垫作用机理研究,岩土力学,2000 Vol2 1 No.1
[45]李宁、韩煊,褥垫层对复合地基承载机理的影响,上木工程学报,2001 Vol34 No.2
[46]毛前、龚晓南,复合地基柔性垫层的效用研究,岩土力学,1998.6
[47]王年云,复合地基上褥垫层设计的理论分析,建筑结构,1999.12
[48]池跃君、沈伟等,垫层破坏模式的探讨及其与桩土应力比的关系,工业建筑,2001 Vol31 No.11
[49]刘杰、张可能,复合地基中垫层作用机理,中南工业大学学报,2001 Vol32 No.6
[50]吴慧明、龚晓南,刚性基础与柔性基础下复合地基模型试验对比研究,土木工程学报,2001(10)
[51]李国维、杨涛,柔性基础下复合地基桩土应力比现场试验研究,岩土力学,2005,26(2)
[52]佟建兴、闫明礼等,柔性基础下CFG桩复合地基桩土发挥试验研究,建筑结构,2008.11
[53]李海芳等,路堤荷载下刚性桩复合地基的现场试验研究,岩土工程学报,2004,26(3)
[54]郭院成等,路基工后沉降变形控制新技术与桥头跳车处理,第九届上力学与岩土工程学术会议论文集，2003
[55]孙训海.基础刚度、褥垫层厚度对刚性桩复合地基桩土承载性状的影响,中国建筑科学研究院博士学位论文,2010.
[56]陈洪、渝晓贵等,不同刚度丛础下复合地丛沉降变形性状研究,工业建筑,2003 Vol33 No.11
[57]朱云升、胡幼常等,柔性基础复合地基力学性状的有限元分析,岩土力学,2003 Vol24 No.3
[58]冯瑞玲、谢永利等,柔性基础下复合地基的数值分析,中国公路学报,2003 Vol16 No.1
[59]闫明礼、李春灵,有边载条件下CFG桩复合地基性状,地基处理,2000(9)
[60]佟建兴,CFG桩复合地基沉降变形的有限元分析与工程应用,中国地质大学(北京)硕士论文,2001
[61]王步云、赵秀琴,砂石桩与低强度混凝土桩组合型复合地基在软土地基中的应用(一),岩土工程技术,1997.1
[62]王步云、赵秀琴,砂石桩与低强度混凝土桩组合型复合地基在软土地基中的应用(二),岩土工程技术,1997.2
[63]郑俊杰、刘志刚,石灰桩与深层搅拌桩联合加固杂填土地基,施工技术,1997(9)
[64]吴建华等,素混凝土桩、水泥土桩及土共同工作的一种实用设计方法,南京水利科学研究院水利水运科学研究,1998.12
[65]秦晋邦,石灰桩、CFG桩与桩间土三元复合地基工程实例,山西建筑,1997(4)
[66]刘奋勇、杨晓斌等,混合桩型复合地基试验研究,岩土工程学报,2003(1)
[67]马骥、张东刚等,长短桩复合地基设计计算,岩土工程技术,2001.2
[68]党昱敬,CFG桩和沉管挤密碎石桩组台型复台地基的承载力,工业建筑,1997(3)
[69]陈磊、闫明礼,组合桩复合地基在工程中的应用,工程勘察,1999(1)
[70]郑俊杰、袁内镇等,多元复合地基的承载力计算及检测方法,岩石力学与工程学报,2001.5
[71]郑俊杰、区剑华等,多元复合地基的理论与实践,岩土工程学报,2002(3)
[72]陈善雄,长、短桩相结合的水泥粉喷桩复合地基设计计算方法探讨,上木工程学报,2002.10
[73]王明山等,多桩型复合地基承载性状研究,岩土工程学报,2005.10
[74]杨军龙、龚晓南等,长短桩复合地基沉降计算方法探讨,建筑结构,2002(7)
[75]葛忻声、龚晓南等,长短桩复合地基设计计算方法的探讨,建筑结构,2002(7)
[76]黄绍铭、王迪民等,减少沉降量桩基的设计与初步实践,第六届土力学及基础工程学术会议论文集,同济大学出版社,1991
[77]闫明礼等,复合地基的复合模量分析,建筑科学,2004(4)
[78]闫明礼、王明山等,多桩型复合地基设计计算方法探讨,岩土工程学报,2003(3)
[79]闫明礼、王明山等,对“多桩型复合地基设计计算方法探讨”讨论的答复,岩土工程学报,2003(6)
[80]郭志强、张晓哲等,组合型复合地基的工程实例,工程勘察,2003(5)
[81]郭院成、许红等,刚性长短桩复合地基承载力试验研究,河南科学,2007.8,p609-612
[82]陈强、黄志义等,组合型复合地基的特性及其FEM模拟研究,上木工程学报,2001.2
[83]葛忻声、龚晓南等,长短桩复合地基有限元分析及设计计算方法探讨,建筑结构学报,2003(8)
[84]杨军龙、丁璐等,长短桩复合地基数值分析,四川建筑科学研究.2002 Vo1.28 No.4
[85]季凡,长短桩复合地基有限差分法,北京科技大学硕士学位论文,2007.6
[86]陈华,长短桩复合地基变形性状解析方法研究,武汉理工大学硕士学位论文,2007.6
[87]孙训海、雷晓雨等,土层压缩模量的选取对地基变形计算的影响,建筑科学,2010,26(9)：40-43
[88]杰尼索夫,粘性土的工程性质.北京：水利电力出版社,1960
[89]太沙基,徐志英译,理论土力学,北京：地质出版社,1960
[90]黄文熙,土的工程性质,北京：水利电力出版社,1984
[91]黄陪云,粉末冶金原理,北京：冶金工业出版社,1985
[92]崔托维奇,土力学,北京：地质出版社,1956
[93]庄乐和,土力学.北京：北京地质学院,1982
[94]赵明华,压缩曲线的公式化及其应用,湖南大学学报,1990 Vol.17 No.2：8-14
[95]Erich Bauer, Calibration of a comprehensive hypoplastic model for granular materials, Soils and Foundations,1996 Vol.36 No.l:13-26
[96]姜安龙、赵春风、高大钊,确定先期固结压力的数学模型法,岩土力学,2003 Vol.24No.2：292-295
[97]姜安龙、郭云英、高大钊,确定先期固结压力的试验研究,南昌航空工业学院学报,2003 Vol.17No.3：5-8
[98]贾俊平、何晓群等.统计学(第四版).北京：中国人民大学出版社,2009
[99]何晓群、刘文卿.应用回归分析(第二版).北京：中国人民大学出版社,2007
[100]王志亮,求前期固结应力的数学模型研究及应用,岩土力学,2005 Vol.26 No.10：1587-1590
[101]杜秀忠,软土e-p曲线的分析、拟合及应用,广东水利水电,2005 No.6：20-23
[102]彭学长,软土e-p曲线确定的简化方法及在非线性沉降计算中的应用,岩土力学,2008 Vol.29No.6：1706-1710
[103]姬付全,利用3次样条插值确定室内压缩试验先期固结压力,华东交通大学学报,2011 Vol.28No.06：96-100
[104]弗洛林,土力学原理.北京：中国工业出版社,1965.3
[105]袁亚湘,最优化理论与方法.北京：科学出版社,1997
[106]K. Madsen, H.B. Nielsen, O. Tingleff, Methods for Non-linear Least Squares Problems(2nd Edition),2004
[107]张鸿燕,耿征,Levenberg_Marquardt算法的一种新解释,计算机工程与应用,2009 Vol45 No.19
[108]方开泰,实用回归分析,.北京：科学出版社,1988
[109]彭安宁,筏板基础力学性状的试验研究,建筑结构学报,1999 Vol.20 No.6：69-76
[110]范淑杰、郭友,模型基础下压力盒的埋设方法,大坝观测与土工测试,1987 No.5
[111]Cheung, Y.K. and Zienkiewicz, O.C., Plates and Tanks on Elastic Foundation-An Application of Finite Element Method. Jour, of Solids and Structures. Vol.1,1965,451-461
[112]M.J.Haddadin, Mats and Conbined Footings Analysis by the Finnite Element Methods. J. ACI. Vol.68(12),1971
[113]Hans F.Winterkorn, Hsai-Yang Fang., Foundation Engineering Handbook. Van Nostrand Reinhold Company.1975
[114]M.J.Haddadin., Mats and Conbined Footings Analysis by the Finnite Element Methods. J. ACI. Vol.68(12),1971
[115]Mindlin R., Force at a point in the interior of a semi-infinite soil. Physics,1936,(5)
[116]Poulos H G, Davis E H., Pile Foundation Analysis and Design. John Wiley and Sons,1968