钻孔灌注嵌岩桩竖向承载机理试验研究与应用

摘要

嵌岩桩是桩基工程中一种常见的桩基类型，其承载力高、沉降小、群桩效应弱、施工简单，在桥梁、港口、建筑工程中被广泛采用。但由于嵌岩桩试验比较困难、土的本构模型、岩石的本构模型以及桩岩、桩土相互作用等方向的研究还存在一些问题。而在设计上，以半理论半经验的计算公式来确定嵌岩桩竖向承载力，各国行业规范及地区规范在嵌岩桩承载力计算方面存在较大差别。基桩原位测试是确定嵌岩桩承载力最直接、最有效的方法，本文利用现场桩基试验和数值模拟方法对嵌岩桩竖向承载机理进行了研究，具体工作包括:
　　(1)通过对既有试验数据的统计整理，阐述了嵌岩桩在竖向荷载作用下的荷载传递规律，分析了桩岩模量比、长径比、嵌岩比和清孔情况对嵌岩桩承载性能的影响。认为嵌岩桩竖向承载力由覆盖土层的侧阻力、嵌岩段侧阻力和端阻力三部分组成。分别对嵌岩桩桩土摩阻力、桩岩摩阻力及桩端阻力的受力性状进行研究，设计时嵌岩桩单桩竖向承载力应通过桩身材料强度、桩顶竖向位移及岩土阻力等因素综合考虑，确定设计的容许值。
　　(2)介绍了美国、英国、法国、欧洲以及中国铁路、公路、建筑桩基规范中嵌岩桩竖向承载力的计算方法，分析了现行各国规范和不同行业规范的特点及在嵌岩桩承载力定量估算方面存在的不足。
　　(3)以本人参与设计的南京地铁三号线高架桥为工程背景，根据现场3根d=1.0m试桩自平衡静载试验，得出桩身轴力分布、桩侧阻力分布规律。采用MIDAS/GTS软件对试桩进行数值模拟，通过试桩验证表明只要桩基岩土力学参数取值较准确，用有限元数值模拟法确定嵌岩桩竖向承载力是可行性，可将数值模拟方法应用于具体工程。
　　(4)针对南京地铁三号线高架桥和赞比亚西尔马大桥桩基设计，应用GTS软件将研究得到的嵌岩桩承载规律应用于具体工程建设中。建模分析了地铁高架区间d=1.2m、d=1.5m桩基和赞比亚桥梁设计d=1.8m桩基承载力，由此验证了桩基设计取值的可靠性。

目录

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摘要

1 绪论

1．1 嵌岩桩的发展概述及研究意义

1．1．1 嵌岩桩的发展及类型

1．1．2 嵌岩桩竖向承载机理研究的背景和意义

1．2 嵌岩桩竖向承载机理国内外研究综述

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 嵌岩桩试验研究方法

1．3．1 传统静载荷试验法

1．3．2 自平衡试桩法

1．3．3 静动试桩法

1．4 本文的研究方法及研究内容

2．嵌岩桩竖向承载机理分析

2．1 嵌岩桩的荷载传递与破坏模式

2．1．1 嵌岩桩的荷载传递

2．1．2 嵌岩桩破坏模式

2．2 嵌岩桩桩土侧阻力分析

2．2．1 桩土侧阻力特点

2．2．2 桩土侧阻力计算模式

2．2．3 影响桩土侧阻力发挥因素

2．3 嵌岩桩桩岩侧阻力分析

2．3．1 桩岩侧阻力发挥机理

2．3．2 桩岩侧阻力计算模式

2．3．3 影响桩岩侧阻力发挥因素

2．4 嵌岩桩端阻力分析

2．4．1 桩端受力与破坏机理

2．4．2 桩端阻力的计算

2．4．3 影响桩端阻力的因素

2．5 本章小结

3．中外嵌岩桩竖向承载力计算方法对比分析

3．1 外国桩基规范

3．1．1 英国基础规范

3．1．2 美国桩基规范

3．1．3 法国桩基规范

3．1．4 欧洲桩基规范

3．2 中国桩基规范

3．2．1 铁路桥涵地基和基础设计规范

3．2．1 公路桥涵地基与基础设计规范

3．2．3 建筑桩基技术规范

3．3 本章小结

4．钻孔灌注嵌岩桩自平衡试验研究

4．1 工程概况

4．1．1 试桩位置

4．1．2 桥址区地质状况

4．1．3 受检桩情况

4．2 自平衡测试方法

4．2．1 试验原理与方法

4．2．2 加载试验

4．3 试验结果分析

4．3．1 试验情况

4．3．2 结果分析

4．4 单桩竖向承载力确定

4．5 本章小结

5 嵌岩桩竖向承载机理数值模拟及工程应用

5．1 本构模型的选取

5．1．1 岩土材料本构模型

5．1．2 接触单元

5．1．3 桩身材料的本构模型

5．2 有限元模型的建立

5．3 自平衡试桩结果与有限元计算结果对比分析

5．3．1 16-1-2试桩试验结果与数值模拟对比

5．3．2 10-3-1试桩试验结果与数值模拟对比

5．3．3 2-2-1试桩试验结果与数值模拟对比

5．3．4 数值模拟与规范计算对比

5．4 嵌岩桩竖向承载理论工程应用

5．4．1 南京地铁高架桥d=1．2m桩基设计

5．4．2 南京地铁高架桥d=1．5m桩基设计

5．4．3 赞比亚Sioma／Maziba大桥d=1．8m桩基设计

5．5 本章小结

6．结论与建议

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果