PHC超长管桩承载力与影响因素应用研究——以山西省长治地区建设项目为例

摘要

高强度预应力管桩（the prestressed high-intensity concrete pile,简称PHC管桩）是近些年出现一种新型桩型，具有承载力高、抗震性能好、工期短、成桩质量高、对环境无影响等优点。PHC管桩较早出现在美国、日本等发达国家，80年代开始在国内开始应用，随后作为国家重点项目进行推广，得到了飞速的发展，对PHC管桩的研究也日益增多。
　　长治地区从2005年开始使用PHC管桩，近几年得到了快速的发展，应用范围逐渐增大，但在工程设计及施工时遇到的问题也很多。PHC管桩的使用具有一定的地域性，在粘性土地区应用时间短、研究不够深入，对该地区PHC超长管桩适宜性、承载力及影响因素等方面还需进一步的研究。本文收集了该地区若干工程案例，对管桩在长治地区应用遇到的问题进行探讨。
　　本文首先对长治地区的工程地质条件进行简要介绍，通过收集的该地区若干工程案例从可行性、适用性方面进行分析研究，以颐龙湾项目为例分析了管桩的优越性；其次，对水岸春城、颐龙湾两个工程的11根试桩进行4个方案试验研究：
　　（1）通过分段法和Usher曲线模型分析PHC管桩的承载规律和极限承载力；
　　（2）分析相似地质情况下，桩长对承载力的影响；
　　（3）分析桩长相同，地质条件（持力层深度不同）对承载力的影响；
　　（4）分析相同设计极限承载力，不同桩长（持力层相同）情况下，桩长对承载力的影响。
　　最后通过FLAC3D软件进行数值模拟，与工程实测数据进行对比研究。简要结论如下：
　　（1）通过对管桩项目的资料收集，发现已建工程管桩多应用于表层土有湿陷性，或存在软土的地质情况的Ⅱ1、Ⅱ3区，持力层多为承载力较高的粉质粘土层；在复杂地质条件下，PHC管桩基础方案具有较好的经济性。
　　（2）通过建设项目实例及数值模拟分析，发现管桩桩土作用可分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段。管桩正常使用状态下桩土作用为前两个阶段。
　　（3）通过建设项目实例对极限承载力的研究，得出以下结论：此公式省略.
　　实测极限承载力与设计极限承载力的比值系数?在1.15—1.25之间。
　　（4）通过建设项目实例分析，在相似地质条件下，桩长相同，桩端进入持力层深度越大，相同荷载作用下的沉降越小，Q-s曲线越平缓，但桩端进入持力层越深设计极限荷载越大，在设计极限荷载作用下，沉降略大。
　　（5）通过建设项目实例分析，在相似地质条件下，设计极限承载力相同，沉降与桩长成正相关关系，整个受力过程中，沉降增长速度与桩长成正相关关系。
　　（6）通过建设项目实例分析，在相似地质条件下，桩长越长，沉降越小， Q-s曲线越平缓，桩长的影响越显著；相同荷载下，沉降与桩长近似成线性关系；相同位移下，荷载与桩长成非线性关系。
　　（7）通过建设项目实例的沉降分析，发现长治地区主要建设场地上的超长管桩在设计荷载下的终沉降与规范极限值相比有较大的保守程度。建议PHC管桩设计时从荷载和沉降两方面进行综合考虑，类似地质情况下建议采用计算沉降45mm对应的荷载值为设计荷载特征值。
　　（8）通过FLAC3D数值模拟求出的极限承载力值与实测值比值为1.09，模拟桩长对承载性能的影响与实测相关曲线对比，趋势吻合良好。说明FLAC3D软件对管桩的模拟计算的结果是非常可靠的。

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第一章 绪论

1.1 PHC管桩概述

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容

1.4研究方法及技术路线

第二章 PHC管桩承载理论研究

2.1竖向荷载作用下的单桩承载力研究

2.2土塞效应对竖向承载力的影响

2.3挤土效应对竖向承载力影响

2.4时间效应对管桩承载力的影响

2.5本章小结

第三章 PHC超长管桩在长治地区的适宜性研究

3.1工程地质与地基性质

3.2 PHC管桩适宜性分析

3.3 PHC管桩优越性分析

3.4本章小结

第四章 PHC超长管桩承载力与影响因素研究

4.1承载力分析

4.2影响因素分析

4.3沉降分析

4.4本章小结

第五章 FLAC3D数值模拟

5.1 FLAC3D

5.2数值模拟分析

5.3本章小结

第六章 结论与展望

6.1主要研究结论

6.2展望与建议

参考文献

致谢

附录A(攻读硕士学位期间发表的论文)