冻结粉土中不同成桩方式下基桩长期承载力试验研究

摘要

西部大开发中需要在冻土区建设越来越多的建筑物，而为了保护多年冻土地基的稳定性，桩基础成为采用“保护冻土”原则设计时最适宜的基础形式之一。在多年冻土区，桩基础在使用过程中存在冻拔、长期承载力不足等情况，从而导致工程失效。因此，研究基桩长期承载特性有十分重要的意义。本文首先介绍了多年冻土区基桩承载特性、水化热对桩基工程的热影响以及不同成桩方式对基桩承载特性影响的国内外研究现状，明确研究内容和方法。
　　主要采用室内模型试验研究冻结粉土中不同成桩方式对基桩长期承载特性的影响，在兰州交通大学冻土实验室的低温环境箱中设置四根直径、长度都相同的混凝土桩，采用不同的成桩工艺进行施工，分别是：钻孔灌注桩、预留孔灌注桩、预留孔插入桩和预留孔打入桩。模型试验时，首先填入粉土冻结到设定的温度-1.0℃，分别施工四根桩，当灌注桩桩周温度恢复到初始值的95％以后，使用液压千斤顶和分压阀分别对四根桩同时进行加载，并在桩顶架设WDB-30型机电百分表，利用NV2312N无线总线静态应变测试仪记录桩身应变片的变形值和桩顶的位移沉降值。同时为了得到混凝土灌注桩水化热对桩周填土的影响，采用温度巡检仪记录填土各部位的温度变化。对试验数据进行分析，从而得到不同成桩工艺对桩顶沉降位移、桩身轴力、桩侧冻结力和桩端阻力产生的不同影响。根据各桩的荷载-沉降曲线作其流变曲线图，当桩顶稳定下沉速度趋于零时可认为此时荷载为基桩的长期承载力，据此得到的钻孔灌注桩和预留孔灌注桩的估算长期承载力接近，约为6kN，且钻孔灌注桩的估算长期承载力比预留孔灌注桩稍大。预留孔打入桩和插入桩的估算长期承载力分别在4.5kN和3.5kN附近。由上述规律可知，在不同成桩方式下，插入桩由于桩周回填材料的密实度不易控制，使其承载力较低，而打入桩和灌注桩在相同的荷载作用下，承载力相差不大，灌注桩稍大于打入桩，同时由于打入桩对施工设备的要求较高，施工工艺不好控制，因此在多年冻土地区多采用钻孔灌注桩。
　　采用FLAC3D软件分别对三种不同成桩方式基桩承载性质进行数值模拟，建立考虑冻土地基桩土作用关系和温度场的耦合计算模型，较全面地分析了冻结粉土中施工工艺对基桩长期承载特性的影响。将其结果与室内模型试验的结果对比分析，本次研究工作对揭示冻土地基桩基不同施工方式对基桩长期承载力的影响积累了研究资料。

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1绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3该领域目前存在的问题

1.4论文主要研究的内容

1.5主要创新点

1.6研究思路

2冻结粉土中不同成桩方式下基桩长期承载特性研究的模型试验

2.1试验目的

2.2相似理论介绍

2.3试验方法

2.4试验设备

2.5仪器的标定

2.6填土的基本参数

2.7模型桩的制作

2.8试验过程

2.9加载方法

2.10试验数据采集

2.11根据P-S曲线确定单桩极限承载力

3试验结果分析

3.1温度的测试与分析

3.2荷载—沉降曲线分析

3.3轴力测试分析

3.4桩侧冻结力对比分析

3.5桩端阻力分析

3.6长期承载力的确定

4数值模拟

4.1 FLAC3D概述

4.2计算原理与本构模型

4.3建模过程

4.4 FLAC3D温度场分析

5结论与展望

5.1主要研究结论

5.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果