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深厚软土环境下深长桩基压缩层厚度与沉降特性的多维度探究

一、绪论

1.1研究背景与意义

随着城市化进程的加速，各类建筑如雨后春笋般在深厚软土地区拔地而起。深厚软土具有高含水量、高压缩性、低强度和低渗透性等特性，这些特性使得在其上进行建筑工程时，桩基沉降问题尤为突出。桩基作为建筑工程的重要基础形式，其沉降控制直接关系到建筑的安全与稳定。一旦桩基沉降过大或不均匀，可能导致建筑物墙体开裂、基础倾斜，甚至危及整个建筑结构的安全，造成巨大的经济损失和人员伤亡风险。

在实际工程中，因桩基沉降控制不当引发的事故屡见不鲜。例如，某沿海城市的高层建筑，由于对深厚软土地基的桩基沉降预估不足，在建筑施工过程中就出现了基础不均匀沉降，导致建筑主体结构出现明显裂缝，不得不采取昂贵的加固措施，延误了工期，增加了建设成本。又如，一些桥梁工程在深厚软土地基上建设时，桩基沉降问题导致桥梁桥面不平顺，影响行车安全和舒适性，后期维护成本也大幅增加。

准确研究深厚软土深长桩基的压缩层厚度和沉降特性，对于建筑安全和工程设计具有不可估量的价值。从建筑安全角度看，精确掌握桩基沉降情况，能够有效预防因沉降问题引发的建筑结构破坏，保障人民生命财产安全。在工程设计方面，为合理设计桩基参数提供科学依据，避免因设计保守造成资源浪费，或因设计不足导致安全隐患。通过深入研究，可以优化桩基的长度、直径、间距等设计参数，提高桩基的承载能力和稳定性，降低工程建设成本，提高工程质量和经济效益。

1.2国内外研究现状

1.2.1桩基沉降计算方法研究进展

国外对桩基沉降计算方法的研究起步较早。早期，学者们基于弹性理论，如Boussinesq提出的半无限空间弹性体在竖向集中力作用下的应力和位移解，为桩基沉降计算奠定了理论基础。随后，Geddes基于弹性理论，推导了单桩在均布荷载作用下桩周土中附加应力的计算公式，使得在计算桩基沉降时能够考虑桩土相互作用。随着计算机技术的发展，数值计算方法逐渐应用于桩基沉降计算，有限元法、边界元法等能够更精确地模拟桩基复杂的受力和变形情况，考虑桩土之间的非线性关系以及土体的各向异性等因素。

国内学者在借鉴国外研究成果的基础上，结合国内工程实际，也提出了多种桩基沉降计算方法。实体深基础法将桩基础和桩间的地基土视为一个整体，采用扩展基础进行计算，该方法计算简单，但存在一些局限性，如未充分考虑桩土相互作用、对桩间土挤密作用考虑不足等，导致计算沉降量往往偏大。等效作用分层总和法是目前应用较为广泛的方法之一，它考虑了群桩效应，将群桩视为一个等效的实体基础，按照分层总和法计算沉降，但在确定等效作用面的位置和附加应力的分布时，仍存在一定的主观性和不确定性。此外，还有基于桩土相互作用的荷载传递法，该方法通过建立桩土之间的荷载传递模型，分析桩身轴力和桩侧摩阻力的分布规律，进而计算桩基沉降，但模型参数的确定较为困难，且对复杂地质条件的适应性有待提高。

1.2.2压缩层厚度确定方法的演变

在压缩层厚度确定方法的发展历程中，早期主要采用基础宽度确定法，该方法根据基础的宽度来估算压缩层厚度，其原理简单，但过于粗略，未充分考虑土层的物理力学性质和荷载分布等因素，计算结果与实际情况往往存在较大偏差。

随着对地基沉降研究的深入，应力控制法逐渐成为常用的确定压缩层厚度的方法。该方法认为，地基压缩层厚度自基础底面算起，算到附加应力等于土层自重应力的某一比值处作为沉降计算的终止条件。对于一般土，通常算到附加应力与自重应力比值为0.2处；对于软土，算到附加应力与自重应力比值为0.1处。然而，应力控制法也存在局限性，它仅考虑了附加应力和自重应力的比值，未考虑土层的变形特性和压缩模量等因素，在某些情况下可能导致计算的压缩层厚度不合理。

为了克服应力控制法的不足，应变控制法应运而生。应变控制法是指地基压缩层厚度自基础底面算起，算到某一厚度土层的压缩量满足一定条件作为沉降计算的终止条件。例如，《建筑地基基础设计规范》规定，地基变形计算深度应符合计算深度范围内第i层土的计算变形值与由计算深度向上取厚度为Δz的土层计算变形值之比不大于0.025的要求。应变控制法考虑了土层的变形情况，相对应力控制法更为合理，但在实际应用中，确定合适的变形控制标准较为困难，且计算过程相对复杂。

1.3研究内容与方法

1.3.1研究内容

本研究聚焦于深厚软土深长桩基，深入探究其压缩层厚度的确定方法以及沉降的数值模拟。具体内容包括：通过现场试验，获取深厚软土的物理力学性质指标，如含水量、孔隙比、压缩模量、抗剪强度等，以及桩基在不同荷载作用下的沉降数据，为后续的理论分析和数值模拟提供真实可靠的数据支持；对现有确定压缩层厚度的方法进行系统梳理和对比分析，结合现场试验数据，评估各方法在深厚软土深长