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港口工程尤其高耸结构往往承受较大的水平荷载,竖向荷载经常是偏心的,而使建筑物对基础型式的选择上有诸多限制。大偏弯荷载下的高耸结构多用桩基,虽在技术上能起到一定作用,但在港口抛填(抛石)地基等条件下,采用桩基往往造价较高或受条件限制,施工困难且工期长。近年来,在软土地基上以板式基础为主的基础选型在工程设计、施工中逐渐被认可。由于在港口抛填地基和大偏弯荷载下浅基础能够弥补桩基础施工难度大等缺点,本文提出了适用于这类情况的板式基础的特殊形式,即大尺寸柔性浅基础形式。
大尺寸柔性浅基础与传统浅基础有所区别,不能完全按照浅基础设计规范进行设计,所以应对大尺寸柔性浅基础的受力及地基的沉降特性予以研究,以修正完善目前的浅基础设计理论,这对大尺寸柔性浅基础的推广应用有着极为重要的意义。
本文以工程实例为背景,论述了在港口抛填地基条件下采用大尺寸柔性浅基础形式的必要性;并根据论文研究内容论述了基地压力的确定方法和沉降计算方法,为后续建模分析提供了理论支持。
以深圳妈湾港油改电高塔基础工程为例,论文考虑柔性基础与土体共同作用,采用非线性地基模型,用ANSYS有限元程序,对大尺寸柔性浅基础的合理设计高宽比进行建模分析。通过分析基础刚度对基底压力与沉降的影响,推荐其合理设计高宽比取值范围为0.2~0.35;实际设计中宜参照高宽比受地基参数等的影响规律取值。
利用有限元模拟了地基参数、荷载条件等对基底压力与沉降的影响,以指导高宽比的工程取值。分析表明,土体参数中土体弹模、泊松比对基底压力和与沉降的影响较大,建模时应保证这些参数的精度;膨胀角、粘聚力的影响相对较小,可按规定取值;这类基础以抗弯设计为主。
研究了在上部结构荷载过大情况下通过地基处理提高地基承载力以控制基础尺寸的方法。经过方案比选采用碎石注浆桩加固地基,并通过有限元模拟地基承载力静载试验,来确定天然地基以及加固后碎石注浆桩复合地基的承载力。验证了采用有限元模拟静载试验测定地基承载力的可行性,结论表明经碎石注浆桩加固后地基承载力能提高10%30%。另外论文还分析了桩数、桩径、桩土相互作用等对碎石注浆复合地基承载力的影响。