厚砂层中长螺旋钻孔压灌桩的竖向承载性能研究

摘要

长螺旋钻孔压灌桩是国内近些年开发使用的一种新型钢筋混凝土灌注桩。该桩型采用长螺旋钻机成孔，提钻时泵送混凝土，下笼紧随其后，具有避免塌孔和孔底沉渣厚度超标，施工质量可靠，能够穿越大厚度砂层、饱和软黄土、淤泥和淤泥质土等特殊土层的特点。对于这样一种能够有效解决特殊地层中成孔困难、施工速度慢、基桩承载力难以保障等问题的新桩型，尚有许多理论和实践问题需要探讨研究。
　　本文结合工程实例，利用ABAQUS有限元软件对厚砂层中长螺旋钻孔压灌桩在竖向荷载作用下的承载性能进行了深入细致的分析研究，得出了一些有助于改进与完善该桩型设计和施工方面的结论，主要如下：
　　(1)不同桩长和桩径时厚砂层中长螺旋钻孔压灌桩单桩的承载特性研究表明：厚砂层中，长螺旋钻孔压灌桩单桩桩长越长或桩径越大，沉降量越小，且随着桩长或桩径的增加，桩顶沉降量减小的趋势逐渐缓慢；另外，随着桩长或桩径的增加，同一深度处的桩身轴力越来越小，且桩长越长或桩径越大这种递减趋势越快；此外，不同桩长时桩侧摩阻力变化曲线有不同个数的“峰值”，而不同桩径时“峰值”个数相同；桩长越长，端阻分担荷载比例越小，侧阻分担荷载比例越大；桩径越大，端阻分担荷载比例越大，侧阻分担荷载比例越小。
　　(2)不同桩身混凝土弹性模量时厚砂层中长螺旋钻孔压灌桩单桩的承载特性研究表明：在相同竖向荷载作用下，桩身混凝土弹性模量越大桩顶沉降越小；另外，不同桩顶荷载作用下桩身轴力沿桩身深度方向向下逐渐减小的规律基本相同，且随桩身混凝土弹性模量的增大，同一深度处桩身轴力增大；此外，不同桩身混凝土弹性模量时桩侧摩阻力曲线的“峰值”个数相同，“峰值”出现的位置也基本一致，最大桩侧摩阻力值出现在桩身下部，且随着桩身混凝土模量的增大，最大桩侧摩阻力值逐渐增大。
　　(3)不同钢筋笼下笼深度时厚砂层中长螺旋钻孔压灌桩单桩的承载特性研究表明：在初始荷载作用下，不同下笼深度时对应钢筋笼笼底截面处桩身轴力分别为：下笼深度为1/4桩长时，轴力为1302.6kN；下笼深度为1/2桩长时，轴力为825.9kN；下笼深度为3/4桩长时，轴力为429.7kN；下笼深度到桩端时，轴力为98.5kN。且随着下笼深度的增加，同一深度处的桩身轴力逐渐减小。
　　(4)厚砂层中长螺旋钻孔压灌桩单桩与普通灌注桩单桩的承载特性对比研究表明：相比普通灌注桩单桩，长螺旋钻孔压灌桩能减少37％～63%的桩顶沉降量；相同截面处，长螺旋钻孔压灌桩轴力小于普通灌注桩。当桩顶荷载较小时，两种桩型轴力差别不大，当桩顶荷载增加到某一值后，桩身轴力会发生较大变化，桩底截面处轴力差值甚至达到了50%；相同深度处，普通灌注桩的桩侧摩阻力较小；长螺旋钻孔压灌桩端阻分担荷载比例较小，侧阻分担荷载比例较大。
　　(5)不同桩长时厚砂层中长螺旋钻孔压灌桩群桩的承载特性研究表明：在相同的竖向荷载作用下，桩长越长的群桩基础桩顶平均沉降量越小。不同桩长的群桩基础，随着桩顶平均沉降量的增加，平均桩侧摩阻力也逐渐增大。在竖向荷载作用下，桩长越长，相同平均侧摩阻力对应的桩端平均沉降越小。在桩顶平均沉降相同的情况下，桩长越长，其平均侧阻越大。桩长越长，平均端阻力分担荷载比例越小，平均侧阻力分担荷载比例越大。
　　(6)厚砂层中长螺旋钻孔压灌桩群桩与普通灌注桩群桩的承载特性对比研究表明：与普通灌注桩相比，相同竖向荷载作用下，长螺旋钻孔压灌桩群桩桩顶平均沉降较小；相同侧摩阻力时，长螺旋钻孔压灌桩群桩对应的桩端平均沉降较小；在桩顶平均沉降相同的情况下，长螺旋钻孔压灌桩的平均侧阻较大；在桩端平均沉降相同的情况下，长螺旋钻孔压灌桩的平均桩端阻力较大。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景及意义

1.3 长螺旋钻孔压灌桩的研究

1.4 本文研究的内容及方法

2 厚砂层中长螺旋钻孔压灌桩单桩承载性状的有限元分析

2.1 工程概况

2.2 有限元模型的建立

2.3 厚砂层中长螺旋钻孔压灌桩单桩的承载特性

2.4 本章小结

3 厚砂层中长螺旋钻孔压灌桩群桩承载性状的有限元分析

3.1 长螺旋钻孔压灌桩群桩数值模型的建立

3.2 不同桩距时厚砂层中长螺旋钻孔压灌桩群桩的承载特性

3.3 不同桩数时厚砂层中长螺旋钻孔压灌桩群桩的承载特性

3.4 不同桩长时厚砂层中长螺旋钻孔压灌桩群桩的承载特性

3.5 与普通灌注桩群桩对比分析

3.6 本章小结

4 厚砂层中长螺旋钻孔压灌桩静载荷试验与数值分析对比

4.1 单桩静载荷试验

4.2 数值分析与静载荷试验对比

4.3 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢