典型黄土地区桥梁桩端后压浆钻孔灌注桩受力特性研究

摘要

目前钻孔灌注桩技术在高层建筑和大承载力的基础中已广泛应用,但受桩端软弱土层的影响会大大消弱桩基的的承载力和稳定性,尤其对于黄土区桥梁,由于黄土结构的特殊性,会对桥梁桩基产生一系列的病害。采用桩端后压浆技术能解决桩端软弱层带来的不足,但目前的研究只建立在半经验半理论的基础上,因此确定黄土区桩端后压浆桩基承载力是目前桥梁桩基设计中亟待解决的关键问题。本文结合西安—咸阳机场专用高速段工程桩端后压浆钻孔灌注桩的现场静载试验,以研究后压浆桩基的受力机理为主线,以确定桩基承载性能为目标,在总结国内外研究现状的基础上,采用现场试验、理论分析和数值模拟相结合的技术手段,对典型黄土地区桥梁桩端后压浆桩承载特性进行系统的研究,期望填补桩端后压浆桩在黄土区桥梁桩基受力分析方面的空白,为实际工程需求提供理论及方法支撑,主要研究内容如下:
　　1.运用Vesic球形扩张原理对桩端后注浆桩基进行分析,对Vesic法中的刚度系数指标进行修正,克服了原公式不能考虑桩端沉渣、土层空隙等施工过程中带来的影响,得出后压浆桩基在施工过程中,确定土层发生剪切破坏前的水泥浆凝固半径和桩端产生的塑性区范围。
　　2.基于桩端后压浆的受力机理分析,明确了荷载传递的主要影响因素及承载力计算应考虑的因素,确定了注浆体直径、注浆体高度与桩径之比的控制范围,为黄土地区桥梁桩端后压浆钻孔灌注桩的设计与施工提供了比较合理的技术指标。
　　3.考虑黄土的湿陷变形受土体模量、湿陷厚度和湿陷系数等不同因素的影响,基于弹性理论,结合桩端后压浆钻孔灌注桩的荷载传递机理分析,提出了典型黄土地区桥梁桩端后压浆的桩基承载力和沉降计算公式,并通过与依托桥梁实测数据的对比分析,验证了理论公式的适用性和可靠性。
　　4.分别对后压浆和未压浆的试桩进行现场试验,测试在不同荷载下桩身轴力、桩侧和桩端阻力的分布,并对试验数据进行对比分析,探讨了桩端后压浆桩基的荷载传递规律,对采用后压浆技术的钻孔灌注桩的工作机理进行了系统的研究,为典型黄土区桥梁钻孔灌注桩的设计和施工提供了合理的技术指标。
　　5.结合现场试验,采用非线性有限元分析软件对后注浆桩基的承载性能进行了数值分析,根据模拟计算结果与现场试验结果对比,基于黄土地区桥梁桩端后压浆钻孔灌注桩在设计荷载作用下的荷载—沉降机理,对桩端后压浆、桩侧压浆以及桩端与桩侧同时压浆等不同工况对灌注桩承载性能的影响进行了研究,并分析了桩端土变形模量提高后及浆液沿桩侧不同程度的上升机率对桥梁桩基沉降的影响。

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第一章 绪论

1.1 本文研究背景与意义

1.2 钻孔灌注桩的发展与存在问题

1.3 单桩竖向承载力与沉降研究

1.4 后压浆桩基国内外研究概况

1.5 研究内容与技术路线

第二章 桩端后压浆桩基作用机理及承载力影响分析

2.1 桩端后压浆简介

2.2 传统桩基的不足

2.3 桩端后压浆施工工艺

2.4 桩端后压浆技术的优点

2.5 土层压浆机理分析

2.6 后压浆对桩承载力提高机理

2.7 后压浆对桩基承载力的影响

2.8 小结

第三章 桩端后压浆桩基荷载传递规律

3.1 桩端后压浆浆液对土体的影响

3.2 钻孔灌注桩的受力机理

3.3 荷载传递主要影响因素分析

3.4 后压浆桩基承载力

3.5 后压浆桩基沉降计算

3.6 小结

第四章 桩端后压浆桩基现场试验方案

4.1 概况

4.2 试验研究目的

4.3 试验研究内容

4.4 加载与试验测试系统

4.5 试验加载

4.6 桩基浸水试验

4.7 小结

第五章 桩基现场试验结果分析

5.1 后压浆与常规桩承载特性分析

5.2 后压浆增强系数

5.3 浸水后桩基承载性能影响分析

5.4 小结

第六章 桩端后压浆桩基承载特性数值分析

6.1 仿真分析软件的选择

6.2 数值计算技术

6.3 数值分析计算模型

6.4 计算参数

6.5 有限元计算结果与分析

6.6 小结

主要结论与建议

参考文献

攻读博士学位期间取得的学术成果

致谢