第一章 绪论
1.1 课题的提出及意义
1.1.1 课题的提出
根据理论力学原理，力具有沿着刚度大的方向传递的特点。在混凝土结构原理中，单向板短边刚度大，荷载主要沿短边方向传递，可以忽略荷载沿长边方向的传递。由于条形基础长边方向远大于短边方向，因此条形基础短边方向的刚度要大于长边方向，短边为主要受力方向，长边方向分担的荷载较小。目前条形基础在进行内力计算时，常采用倒梁法计算短边受力方向的弯矩，进行配筋。对于长边方向的的配筋，规范只通过构造来进行配筋，没有对长边方向的内力进行分析。基础底部弯矩的大小与挠度有关，而挠度是位移的变化量，因此基础底部弯矩与基础的沉降方式相关。常见的基础沉降趋势是“凹”型，当基础底部有支撑时，会出现“W”型；因此本文想要对条形基础长边方向弯矩进行量化分析，使条形基础在设计时更加合理。
在进行基础设计时，有必要弄清楚基础的基底反力的大小及分布情况。在天然地基上，基底反力的分布情况与上部荷载的大小密切相关；在地基土未出现塑性变形时，基底反力呈马鞍形分布。对于一般的民用和工业建筑，基底尺寸比较小时（例如条形基础、独立基础），为了简化分析，可以将基底反力按直线分布考虑。对于复合地基上基础的基底反力，由于桩的刚度较大，分担的荷载也较多；基底反力的分布情况将出现桩顶反力较大，桩间土反力较小的情况。
由于在天然地基上，条形基础底部没有支撑，无法对基础长边方向的弯矩进行计算；而有侧限地基[1]，由于能够对条形基础形成多点支撑，可以将条形基础长边简化成多跨连续梁计算弯矩。承载力低、沉降量大是天然地基的特点；对于天然地基上的条形基础，
当上部荷载较大时，会出现基础宽度较大、配筋多、厚度大的缺点。当对地基进行处理，增加地基承载力后，这些缺点会极大改善。有侧限地基不仅提高了地基承载力，减少了沉降，而且对地基起到多点支撑的作用；这种支撑形式能够减少基础底部弯矩，从而减少基础配筋。对于有侧限地基上条形基础的宽度、厚度、配筋等参数的确定尚未有人进行研究。因此，本文将对有侧限地基上条形基础的设计进行深入研究。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
（1）国内对有侧限地基的研究
国内对于有侧限地基进行了许多相关的应用研究。自 1997 年以来，有侧限地基在工程中得到了大量的应用，鑫园 11#公寓、鑫园 14#公寓、鑫园 15#公寓、新苑办公大厦、田园诗苑 9#公寓、绿松居 2#公寓、建苑 1#公寓、新华景居、华书新城、金苑公寓 1#、金苑公寓 2#等建筑物的地基形式均采用有侧限地基，不仅能够满足设计要求，而且降低了造价。吴保全在 2007 年格栅状复合地基压缩模量的计算[2]中，根据有侧限体与土体共同作用原理，推导出了有侧限地基模量的计算公式。并与高层建筑结构地基静载荷试验的资料进行对比，证明了压缩模量计算公式的适宜性；2008 年在格栅结构复合地基的应用研究[3]中，通过载荷试验及相关测试研究表明：由于有侧限体的侧向变形受到相邻桩的限制，使得侧向变形减小，有侧限体内的地基土是没有侧向位移的。同年进行格栅结构地基承载力折减系数计算方法研究[4]，根据有侧限体与土体共同作用的原理，推导出了折减系数的计算表达式；并且与高层建筑结构地基静载试验资料进行对比，验证计算表达式的适宜性。2014 年 12 月有侧限地基项目获得“河南省科学技术进步奖”，这是对有侧限地基先进性、可靠性、实用性的认可。徐晗、饶锡保等人 2016 年进行了格栅状搅拌桩复合地基静载试验数值模拟研究[5]，分析了桩身轴力、桩侧摩阻力以及桩间土的竖向应力的变化规律，研究了桩土荷载分担关系；同年，吕文志、饶锡保等人[6]进行了格栅状搅拌桩复合地基静载荷试验，对该复合地基摩阻力、刚度、承载力进行了分析。柏冰在 2018 年进行了粉土中有侧限地基破坏机理及承载力特性的研究[7]，通过模型试验及数值模拟，揭露了有侧限地基内部应力应变机理，并且按照其破坏形态计算承载力；同年，耿俊雅进行了有侧限地基与筏板基础相互作用及筏板基础设计研究[8]，对有侧限地基与筏板基础的相互作用机理进行了研究，并通过模型试验、数值模拟和工程实例，得出了有侧限地基上筏板基础的破坏形式，筏板基础厚度及强度的适宜范围；同年，曹龙海[9]对软土中水泥搅拌桩格栅墙的成桩质量研究及受力特性进行了分析，通过现场取芯研究了不同深度水泥土桩的成桩质量。霍明杰 2019 年进行了夯实水泥粉土有侧限地基力学性能研究[10]，分析了夯实水泥粉土的抗压和抗剪强度；建立夯实水泥粉土强度和养护龄期、水泥掺入比的经验预测公式；最后通过模型试验，进行了夯实水泥粉土有侧限地基单元力学性能的研究。
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第二章 有侧限地基上条形基础的受力原理
2.1 有侧限地基
2.1.1 有侧限地基的组成及分类
有侧限地基是复合地基的一种，由有侧限体和地基土两部分组成，其平面图和剖面图见图 2-1、图 2-2。有侧限体是一种四周在平面上具有一定强度且能够抵抗土体侧向变形的顶、底两面处于开放状态的结构。
有侧限体按照胶结剂类型的不同，可以分为水泥土有侧限体、石灰土有侧限体、沥青有侧限体等，本文选用水泥土有侧限体作为研究对象。施工工艺方面，传统的施工工艺是采用搅拌机械以相互搭接的形式搅拌成格栅状的结构物，从而形成格栅状的有侧限地基。目前可以采用工艺更为先进的 TRD 工法，直接切削土体成槽，倒入搅拌均匀的水泥土，形成水泥土墙。该法相比于传统方法，能够节约材料，提高施工速度。
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2.2 条形基础
2.2.1 条形基础的分类
条形基础是指长度远大于宽度的基础，通常条形基础只用在上部荷载不大的建筑物或构筑物上。条形基础的分类也有很多：按照材料来分，有素混凝土条形基础、钢筋混凝土条形基础、砖条形基础、石条形基础等等。按受力性能来分，有无筋扩展条形基础和配筋扩展条形基础。按照上部结构形式的不同又可以分为墙下条形基础、柱下条形基础、柱下交叉条形基础。虽然条形基础的形式有很多种，但条形基础的设计都不尽相同。
2.2.2 天然地基上条形基础的设计
以墙下条形基础为例，参考《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）[44]，基础设计的步骤及公式如下（注：各参数的含义与规范一致）。
基础的基底反力分布情况与基础的刚度、地基的变形情况以及上部荷载有关[45]。对于柔性基础（如路堤、土坝等能够完全适应地基变形的基础），基底反力的分布情况与上部荷载的分布情况基本相同。对于刚性基础（如条形基础、筏板基础等不能适应地基变形的基础），开始，上部荷载不大时，基底反力呈现马鞍形分布；上部荷载增大，基础边缘的地基土出现塑性变形时，地基反力的分布呈现抛物线形；当上部荷载继续增大，接近极限荷载时，基底反力将重分布为钟形。
对于复合地基，由于桩体与土体刚度不同，所以分担的荷载也不相同。在复合地基中，桩体分担的应力要大于土体分担的应力，桩体与土体的应力分担比不是固定的，其变化规律为：首先，有侧限体承担大部分荷载；随着上部荷载的增加，有侧限体中间土体分担的荷载增加；荷载继续增大，中间土体呈小幅增大。对于有侧限地基，由于有侧限体对中间土体的限制，会使土体在应力分担的过程中出现应力集中，进而使土体产生一维固结，增加了土体的强度。
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3.1 引言 ................................ 18
3.2 试验模型形式的确定 ............................. 18
第四章 工程应用 ................................... 46
4.1 工程概况 ............................................ 46
4.1.1 地基土分层情况及性质 ................................. 47
4.1.2 水文地质条件 ..................................... 48
第五章 结论与展望 .......................................... 59
5.1 结论 ................................... 59
5.2 展望 .................................... 60
第四章 工程应用
4.1 工程概况
本工程是长葛市某大型市场项目。场地地貌为黄淮河冲积平原，地势平坦，地貌单一。所建建筑物为多层建筑。其中 1-6#楼为二层的商铺，7-9#楼为三层的商铺，10-13#楼为五层的商铺。其中二层、三层商铺均采用天然地基，10#、11#楼采用天然地基，12#、13#楼采用有侧限地基。
五层商铺均为框架结构，条形基础，层数为五层，建筑物高度为 24.5 米，建筑物的柱网平面图见图 4-1。②~⑥轴线的柱底竖向荷载基本组合值 N1=1620kN，①、⑦轴线的柱底竖向荷载基本组合值 N2=1310kN。
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5.1 结论
对有侧限地基和条形基础的受力原理进行分析，通过模型试验，得出有侧限地基上和天然地基上条形基础的沉降变形规律、弯矩变化规律，以及有侧限地基上条形基础的应变变化趋势。通过具体工程实例对有侧限地基上建筑物的沉降及根据试验推导的有侧限地基上条形基础设计方法进行验证.
（1）有侧限地基上及天然地基上条形基础各测点的沉降随荷载增加逐级增大，绘制出条形基础长边及短边方向的沉降趋势图，发现天然地基上条形基础短边和长边方向的沉降趋势均呈凹型；而有侧限地基上的条形基础由于有侧限体的支撑作用，长边方向呈“W”型，短边方向呈凹型.
（2）条形基础强度的增加能够减少基础的不均匀沉降，能够减少基础的挠度，从而使得弯矩减小，配筋减小。
（3）条形基础强度的增加，能够减少基础表面的应变。越靠近肋梁，基础表面的应变越大，因此在进行基础设计的时候可以适当增加肋梁处的配筋。
（4）对有侧限地基上条形基础长边弯矩进行分析，发现有侧限地基上长边弯矩趋势呈现“W”型，是由于有侧限体对条形基础的多点支撑，使得弯矩变化趋势与沉降变化趋势一致。长边方向的最大弯矩值仅为短边方向最大弯矩值的 5.5%，说明按照规范要求配筋是偏于保守的。
（5）根据桩土应力比和面积置换率，推导出有侧限体和土体各自分担的应力；在进行基础内力计算的时候，使用有侧限体和土体分担的应力更为准确。
（6）有侧限地基上条形基础长边方向受到有侧限体的多点支撑，在进行长边方向的内力计算时可以简化为多跨连续梁，各跨的基底反力根据土体分担的应力求出。短边方向的内力计算也可以使用桩土各自分担的应力。经过试验值与计算值的对比发现按照此方法计算的内力较为准确。
参考文献(略)