刚性基础下组合桩复合地基沉降特性及预测方法研究

随着建筑物越来越向高、大、深、重且体型复杂的方向发展，其对地基的承载力、变形、抗震等要求也越来越高。刚性基础下的组合桩复合地基越来越广泛采用，但因其沉降变形机理的复杂性，沉降规律和计算理论及预测方法还处于发展之中，因此，深入研究刚性基础下组合桩复合地基沉降特性与预测方法是急待解决的课题。.本项目通过试验研究、现场观测、数值模拟等方法，探明三类组合桩复合地基工作全过程中，桩、土、垫层、基础、上部结构的相互作用机理；揭示应力场变化、沉降位移场、水平位移场、最大主应力场、组合桩复合地基破坏场等变化规律及特征；建立组合桩复合地基全过程沉降预测的改进泊松-复合小波神经网络模型，给出模型参数的计算方法。为组合桩复合地基相关规范及标准的建立与工程实践提供一定的实验及理论依据。.本项目的研究有助于解决组合桩复合地基沉降计算中的关键问题，提高工程设计的安全可靠性，因此，具有十分重要的理论和现实意义。

本项目对刚性基础下组合桩复合地基沉降特性、计算方法、沉降预测模型与方法进行了深入研究。本项目主要开展了5项研究工作：（1）为了深入探索刚性基础下组合桩复合地基的沉降规律，积累更多的实际工程样本及数据，为理论研究提供可靠的数据依据，观测收集了5个工程项目共13个单体建筑组合桩复合地基的沉降数据，在首尔园、孔雀城进行了重点观测，并与《建筑地基处理技术规范》推荐的沉降计算方法进行了对比分析，揭示了加固区、下卧层变形量的变化规律。（2）研究了刚性基础下组合桩复合地基中桩-土-垫层-基础及上部结构相互作用，分析了桩、土应力变化规律、沉降特性及规律。分析了组合桩复合地基的作用机理，基于条形基础链杆法，采用Winkler分布弹簧模型模拟垫层作用，应用剪切位移法和Mylonakis & Gazetas 模型分别计算了组合桩复合地基的桩-桩、桩-土以及土-土相互作用柔度系数，建立了考虑相互作用的组合桩复合地基沉降计算模型。并在锦绣馨园4#楼CFG桩—素混凝土夯扩桩复合地基中进行了应用，具有较好的适用性。（3）设计了试验箱和加载系统，进行了组合桩复合地基沉降室内试验研究，对不同的桩长、桩径、桩距组合桩复合地基进行了试验，分析了组合桩复合地基的位移场、不同深度处地基变形和应力场变化规律。（4）建立了组合桩复合地基三维数值计算模型，并结合锦绣馨园、天洋城实际工程，模拟研究了组合桩复合地基随桩长、桩距、桩径、垫层弹性模量变化的沉降变化规律，以及分级加载情况下，地基沉降变化。对组合桩复合地基在实际工作中垂直沉降位移场、水平位移场、最大主应力场、组合桩复合地基破坏场，剪应变、体积应变增长迹线等特性进行了较全面系统的模拟与分析。揭示了组合桩复合地基破坏场、应力场、变形场的特点，为组合桩复合地基沉降计算为组合桩复合地基理论研究的完善与发展提供了依据。（5）分析了威布尔曲线与改进泊松曲线模型的适用性，与工程实测对比分析，表明这两种模型均能较好地描述复合地基沉降的全过程“S型”曲线和特征，提出了改进泊松-复合小波神经网络修正模型、基于EMD和LS-SVM的复合地基沉降预测模型等，并在工程实际中进行了应用，为土木工程设计与施工中有效地控制沉降提供了依据。项目组成员已全面完成研究计划要点，实现了项目研究目标，解决了关键科学问题，获得了一系列研究成果，共发表相关论文10篇，其中SCI论文1篇，EI论文6篇。