大直径PHC管桩水泥土复合桩竖向承载力及沉降研究

摘要

管桩水泥土复合桩是一种适用于软土地基的桩型，它是在水泥土搅拌桩初凝前向其中心插入PHC管桩而形成的复合桩。目前对以大直径PHC管桩为内芯的复合桩的应用经验不多，对其在竖向荷载作用下的受力机理还缺乏研究。本文通过三根内插直径800mmPHC管桩的水泥土复合桩现场原位试验测试结果，及ABAQUS有限元变参数分析，对大直径管桩水泥土复合桩在竖向荷载作用下的受力机理进行研究，主要工作及成果如下： （1）本课题通过在管桩钢筋上加设钢筋计，准确测得竖向不同位置桩身轴力，推导出大直径管桩桩侧阻力分布；为便于大直径管桩沉桩，研究在不同土质条件下水泥土桩材料配比及搅拌方式；通过足尺试验验证大直径PHC管桩连接的可靠性。 （2）采用锚桩法对3根大直径PHC管桩水泥土复合桩进行竖向荷载作用下的试验研究，试验结果显示试桩的Q~s曲线为缓降型；对试验数据进一步分析发现复合桩测量得到的桩侧阻力高于地勘报告提供的侧阻力，大直径管桩桩端的土塞效应系数可取1；在此基础上对全国规程中的公式及参数进行修正，得到适用于大直径复合桩的承载力计算公式；通过理论公式计算大直径复合桩的沉降，并与测量结果进行对比，分析产生差异的原因。 （3）利用有限元分析软件ABAQUS对试桩进行数值模拟，并将分析结果与试验数据对比，验证了该模型的可靠性；在此基础上，对复合桩进行变参数分析，结果表明：复合桩桩顶沉降随桩径的变大和桩身长度的增加而减小；水泥土弹性模量变化对复合桩沉降影响较小；当桩土摩擦系数μ由0.2增大到0.35时可显著减小复合桩沉降，当μ由0.35增大至0.45时，复合桩沉降减小幅度较小。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景和意义

1.1.1研究背景

1.1.2研究意义

1.2复合桩的国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.2.3目前研究存在的不足

1.3本文主要研究内容

第2章 大直径管桩水泥土复合桩的原型试验

2.1试验准备和设计

2.1.1试验准备

2.1.2试桩设计

2.2复合桩制作过程中的关键技术研究

2.2.1 PHC管桩桩身轴力分布的测量

2.2.2 水泥土搅拌桩材料配比和搅拌过程控制

2.2.3 大直径PHC管桩的连接质量研究

2.3 试桩制作及施工

2.3.1复合桩内芯制作

2.3.2复合桩施工

2.4大直径复合桩的现场静载荷试验

1.试验的加载方式

2.试验的加载方案

2.5本章小结

第3章 大直径复合桩试验检测结果分析

3.1试验结果整理

3.2试验结果影响因素分析

3.2.1土塞效应对复合桩承载力的影响

3.2.2桩周土体强化作用的影响

3.2.3水泥土对PHC管桩侧摩阻力的影响

3.3复合桩承载力研究

3.3.1三种规程下的承载力计算公式

3.3.2本文修正的复合桩承载力计算公式

3.3.3复合桩承载力的影响因素

3.4复合桩沉降计算

3.5本章小结

第4章 大直径复合桩沉降的ABAQUS有限元分析

4.1 ABAQUS在岩土工程中使用的适用性

4.2 ABAQUS中材料的本构关系

4.2.1 PHC管桩混凝土的本构关系

4.2.2 PHC管桩钢筋的本构关系

4.2.3 水泥土及桩周土体的本构关系

4.3 复合桩有限元模型的建立

4.3.1 复合桩模型的尺寸及接触属性

4.3.2 复合桩模型的单元选取及网格划分

4.3.3 复合桩的边界条件及荷载施加

4.3.4 复合桩模型的地应力平衡

4.4 有限元分析结果

4.5 大直径复合桩竖向荷载作用下沉降的影响因素分析

4.5.1 内芯桩长对复合桩沉降的影响

4.5.2 内芯桩径对复合桩沉降的影响

4.5.3 外芯水泥土弹性模量对复合桩沉降的影响

4.5.4 不同桩土界面对复合桩沉降的影响

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢