The behavior of a spread footing over reinforced ground with gravel interface during a strong earthquake
Authors: Richter Sascha , Cudmani Roberto O. , Slominski Cezary 
Published: September 2011

AbstractFor the design of the Golden Ears approach bridge in Vancouver (Canada), a spread footing over a pile‐reinforced ground with gravel interface was considered as an alternative to a conventional pile foundation. The mechanisms governing the behavior of the spread footing during strong earthquake events have been investigated in a numerical Finite‐Element (FE) analysis using a (visco‐) hypoplastic constitutive relationship. The FE model includes the soil, the piles, the footing and the gravel layer. The superstructure and the pier are represented by a point mass attached to the end of a vertical beam. Material parameters for the soil models were derived from available field and laboratory tests. The numerical model was validated using results from a large‐scale in‐situ test with a footing above a single pile. The goal of the numerical study was the investigation of the influence of pile spacing and gravel layer thickness on the dynamic response of the footing, the superstructure and internal pile forces during a strong earthquake. A significant kinematic decoupling between footing and improved soft soil through the gravel layer did not occur in the simulations. Analysis results show that the internal forces in the reinforcement piles are considerably smaller compared with those in a conventional pile foundation, particularly in the upper part of the pile. The pile spacing was found to have a minor influence on the internal pile forces. In the range investigated, a dependence between the bending moments and shear forces in the piles and the thickness of the gravel layer was not observed.Das Verhalten einer Flachgründung auf bewehrtem Baugrund mit einer Zwischenlage aus Schotter bei starkem Erdbeben.Für die Gründung einer Vorlandbrücke der Golden Ears Bridge in Vancouver (Kanada) wurden Flachgründungen auf mit Pfählen verbessertem Baugrund mit einer Zwischenlage aus Schotter als Alternative zur konventionellen Pfahlgründung betrachtet. Die Mechanismen, die das Verhalten der Flachgründung während eines starken Erdbebens bestimmen, wurden mittels Finite‐Elemente‐Simulationen untersucht, bei denen (visko‐)hypoplastische Stoffgesetze für die Modellierung des Baugrundverhaltens zum Einsatz kamen. Das FE‐Modell umfasst den Boden, die Pfähle, das Fundament und die Schotterzwischenlage. Der Überbau und der Brückenpfeiler werden durch eine Punktmasse auf dem oberen Ende eines vertikalen Balkens abgebildet. Materialparameter des Baugrundmodells wurden aus verfügbaren Feld‐ und Laborversuchen abgeschätzt. Das numerische Modell wurde anhand von Ergebnissen eines großmaßstäblichen Feldversuchs validiert, bei dem eine auf einem Einzelpfahl und Schotterzwischenlage liegende Flachgründung getestet wurde. Das Ziel der numerischen Studie bestand in der Untersuchung des Einflusses von Pfahlabstand und Dicke der Schotterzwischenlage auf die dynamische Antwort der Gründung, des Überbaus und der Pfahlschnittkräfte während eines starken Erdbebens. Eine signifikante kinematische Entkopplung von Gründung und verbessertem weichen Boden durch die Schotterzwischenlage trat in den Simulationen nicht auf. Die Ergebnisse zeigen, dass die inneren Kräfte in den Pfählen, insbesondere im oberen Bereich, deutlich kleiner sind als bei einer konventionellen Pfahlgründung. Der Pfahlabstand zeigte einen geringen Einfluss auf die Pfahlkräfte. Eine Abhängigkeit der Biegemomente und Querkräfte von der Dicke der Schotterzwischenlage konnte in der numerischen Studie nicht festgestellt werden.