岩溶地质占我国面积的35%,多集中在广东、广西、湖南、四川等人口密集省份。高层建筑可有效满足人口密集地区的住房需求,但对地基基础安全性要求高。岩溶地质构造十分复杂,隐伏土洞、溶洞广泛存在,给工程建设带来许多难题。因此,如何保证岩溶地区高层建筑地基基础安全稳定,是十分重要的课题。刚性桩复合地基-筏板基础具有承载力高、施工方便、成本较低等优点,经过工程实践证明,十分适用于岩溶地区高层建筑。本文通过大量试验及理论研究,解决了刚性桩复合地基荷载分配和沉降计算问题,揭示了褥垫层作为散体材料的特殊性质及其对上部结构抗震性能的影响,得到了筏板受力变形规律,解释了正常使用状态下筏板钢筋应力较小的真正原因,从而形成了完整的桩-土-垫层-筏板-上部结构力学性能体系。总结起来,本文对以下内容进行了深入研究和探讨:(1)针对粤北5个典型岩溶场地高层建筑项目进行了54根刚性桩单桩复合地基现场静载试验。5个工程涵盖了常见的地质条件和复合地基方案,包括:1)浅层6m淤泥质土+CM桩复合地基;2)10m厚卵石层+长螺旋桩复合地基;3)浅层高承载力粉质粘土+PHC管桩复合地基;4)浅层低承载力中砂+PHC管桩复合地基;5)埋深浅且倾角大基岩+载体桩复合地基。测量得到刚性桩复合地基受荷沉降及浅层桩间土应力的变化规律,统计得到沉降、土应力、桩土应力比、土承担荷载比例等关键指标的变化范围。(2)假设桩、土受荷沉降符合“双曲线”模型,利用褥垫层中的力平衡和位移协调条件,推导出刚性桩复合地基沉降、土应力、桩对垫层刺入量等的解析计算方法。利用它对桩、土、垫层、复合地基受荷沉降进行了参数分析,得到了规律性结论。(3)应用离散元(DEM)方法模拟褥垫层颗粒,实现了有限差分-离散元(FDMDEM)耦合计算方法。首先进行3种常用褥垫层材料的物理力学性质试验,得到密度、空隙率、压缩模量等宏观指标。利用PFC2D程序进行自然堆积和侧限压缩数值试验,标定颗粒细观参数的取值。使用FISH语言编制命令流,在PFC2D和FLAC之间传递变量,实现耦合计算,从细观尺度揭示褥垫层颗粒的受荷运动规律。以褥垫层材料、厚度hc,桩径d、桩距D,桩间土变形模量E和桩端土变形模量Eb作为因素,进行耦合模型数值正交试验,通过级差和方差分析得到各因素对承载力极限值fspu、桩刺入量Δ、桩土应力比N、桩承担荷载百分比Rp的影响规律,给出它们的区间估值以及选用原则。(4)对不同厚度、不同材料褥垫层进行单调及循环加载下的剪切试验。单调加载下得到水平力峰值归一化系数μn和滑动位移umax;循环加载下得到褥垫层受剪的“三折线”骨架曲线,以及其中弹性段、塑性段、滑移段关键指标的计算公式。采用“三折线”骨架曲线模拟褥垫层滞回性能,针对不同高度、不同型式有无褥垫层结构进行罕遇地震下弹塑性时程分析。对比两种情况下结构的宏观指标,得到褥垫层对上部结构抗震性能影响的定量结论。(5)针对一实际高层建筑进行筏板钢筋应力、浅层地基土应力、整体沉降长期监测,发现:1)上部结构完成3~5层之前,筏板钢筋应力增长很快,之后基本不变;2)结构封顶时,钢筋应力仅有5~20MPa,从浇筑筏板到结构封顶,钢筋应力变化在50MPa以内,远低于其强度设计值。(6)采用数值模拟方法,分析了地基模型、上部结构刚度、筏板底摩擦力以及受拉区混凝土对规则受力筏板计算弯矩和变形的影响规律。建立实测项目的刚性桩复合地基-筏板-上部结构整体模型,进行施工模拟。对比实测结果,统计受拉区混凝土应力,分析施工过程中筏板温度、刚度的变化规律,证明了筏板钢筋应力由“急剧增长”到“缓慢变化”的原因是:1)上部结构完成3~5层之前,筏板刚度较小,以整体弯曲为主,弯矩增长快;2)筏板混凝土水化过程中与钢筋的粘结没有完全形成,弯矩主要由钢筋承担。钢筋应力较小的原因是:1)混凝土收缩对钢筋产生了-40~-20MPa的初始压应力;2)结构封顶时,筏板受拉区混凝土并未开裂,承担了很大一部分弯矩,但这部分安全储备不可缺少。