文档介绍：浙江大学
博士学位论文
现浇筒桩桩—土共同作用试验与数值研究
姓名:朱明双
申请学位级别:博士
专业:岩土工程
指导教师:朱向荣
20061001
现浇筒桩桩一土共同作用试验与数值研究摘要现浇筒桩虺仆沧是适合软土地区的新型桩型,其吸收了预应力管桩、振动沉管桩的技术优点,具有经济、高效、承载力高、环境效益好等特点,在交通工程、水利工程、海洋工程以及工业与民用建筑工程等领域具有广泛的应用前景。作为一种全新桩型,无论其单桩承载机理还是复合地基固结变形方面的研究都不是很充分,理论研究的滞后制约了它的进一步发展和应用。本文在国内外现有研究成果基础上,以实测资料为基础,结合有限元分析手段,对筒桩单桩及复合地基的工作性状进行了广泛、深入的研究,主要研究一鹤包括:本文首先从试验研究、理论分析和数值模拟三个方面,对不同结构形式下筒桃桃一士共同作用性状的研究现状进行了回顾,并指⋯现有研究成果之足,从而为本文工作的丌展奠定了基础。其次,介绍了本文研究的理论基础,包括材料的奉构模型、计算模型相关理论、固结理论。第三,考虑了桩土间的相互作用及地基土固结影响,研究了不同工况下桩顶沉降、桩身轴应力和桩内、外侧摩阻力随加载维持时问的变化规律以及不同载荷比下的桩周上初始超静孔压分布。在对单桩竖向静载试验实测结果进行总结分析的基础之卜,利用所建立的有限元模型对工程实例进行了数值模拟,将计算结果与实测结果进行了相互比较、相互验证。第四,建立了用于研究筒桩横向承载性状的三维有限元、无限元耦合分析模型,并考虑桩土体系中混凝上开裂引起的非线性、铡筋与混凝土的耦合作用、桩周土体的弹塑性和桩士界面的非线性接触等问题。通过算例研究了,桩身塑性变形、弯矩、剪力、钢筋应力、桩体水平位移、桩土相对脱离量等因素随桩顶荷载的变化而呈现出的不同规律,同时,探讨了不同的影响因素对筒桩横向承载性状的影响。最后,对水平倚载下筒桩单桩载荷试验的实测结果进行了总结分析,并采用所建立的数值模型对一工程实例进行了数值模拟,验证了计算模型的可行与可靠性。第五,考虑了桩、土、土工格栅之间的相互作用及地基土体固结的影响,研究了路堤荷载作用下,筒桩复合地基土体超静孔压的分布及消散,格栅拉应力、地基土体沉降、桩身轴应力、桩侧摩阻力等参数的变化规律,并对桩长、桩问距
和盖板人小等影响冈素进行了分析。研究成果对软弱地基处理和新老路基结合部处理均有借鉴意义。第六,在对筒桩桥头软基处理现场试验测试成果分析的基础之上,对典型试验段筒桩复合地基进行了数值模拟,计算结果与实测结果吻合较好,获得了复合地基的整体受力变形特性。分析中发现,简桩复合地基加固软弱路基具有经济合理,承载力高,沉降小等优点,为解决软土地基“桥头跳车难题”提供了一条经济、有效的手段。关键词:现浇筒桩;复合地基;数值分析;水平受荷桩;固结;现场试验
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第一章绪论§研究背景我国地域辽阔,地质条件极为复杂,特别是在沿海地区及内地湖河沉积相地区存在着许多复杂的软土地基,以及人们越来越多地开发河海滩、沼泽地等作为建设用地,在荷载大、地基弱、变形控制严和使用要求高等条件下,桩基加固软土地基由于旋工速度快,可大大缩短工期,加固处理深度不受限制,适宜各种地质条件,可明显提高地基的承载力和减小变形,已经广泛应用于各项工民建工程中,据不完全统计,每年我国投资桩基工程的费用达谠#虼俗こ坛为了整个探ㄖ绻刈⒌娜鹊阒弧目前,各类工程中使用的主导桩型主要有钻孔灌注桩、沉管灌注桩、预应力管桩、人工挖孔桩以及用于软基处理的各种柔性半柔性桩缃涟枳⒎叟缱⑸体材料桩等J导蟹⑾终庑┳投加泻艽蟮木窒扌裕纾撼凉芄嘧⒆璞讣虻ィ施工方便,但其致命弱点是在饱和上中挤土常导致桩身缩颈、离析和断裂,且桩径过小话悴怀拗屏说プ性亓ΑW昕坠嘧⒆洞螅た傻节,单桩承载力大,但工艺复杂,旌工时间较长,固体废弃量大,环境污染严重,泥浆护壁的泥皮减弱了侧摩阻力,桩端的沉渣减弱了桩端承载力。预应力管桩有单位面积承载力高、质量易于控制、桩身混凝七密度大、施工功效高等优点,但其有单价较高、存在挤士截桩、受起吊设备限制和单节桩不能过长等问题。鉴于以上各桩型的局限性,使用较少的混凝土方量、施工方便、成桩质量可靠、造价低、承载力高的新桩型沉管灌注筒桩虺仆沧脱颖而出。筒桩是在沉管灌注桩的基础上加以改进发展而成的一种新桩型,该技术是谢庆道先生自主研制开发的一项专利技术,,它改变了普通沉管灌注桩的施工工法,采用双钢管筒加环形桩尖结构,套管上部与振动锤连接,下部与桩靴上的内、外支承面相接触,应用高频振动头将桩筒沉入土中,外管和内管形成排土体积向内心挤密