考虑注浆过程的后压浆桩有限元模拟与分析

摘要

钻孔灌注桩的承载力由于受到孔底沉渣和孔壁泥皮的影响，可靠性相对较差。后压浆钻孔灌注桩将注浆技术与桩基技术结合起来，通过高压注浆方式将水泥浆通过注浆管压入桩底及桩侧，有效地解决了钻孔灌注桩桩底沉渣与桩周泥皮的负面影响，大幅度提高了单桩的极限承载力。目前，关于后压浆技术对钻孔灌注桩桩端极限承载力提高幅度的研究理论仍不完善，对该技术并无统一的设计施工规范；此外，浆液对桩底、桩周土体的作用机理也无统一的认识。 本文采用三维非线性有限元软件研究了后压浆钻孔灌注桩的竖向承载力性状。通过在简化模型上施加初始应力场的方法模拟桩端压力注浆过程在桩端扩大头处产生的影响，建立有限元模型，来计算普通桩由于采用后压浆技术后的桩端竖向承载力，并通过该方法得出在不同桩径、不同桩长条件下后压浆钻孔灌注桩桩端承载力的提高幅度及其对比情况。 主要结论如下： (1)桩长相同的条件下，不同桩端扩大头直径对桩端极限承载力的提高幅度影响不同。根据本文的计算结果可以看出，桩长20m时，后压浆桩桩端极限承载力较普通桩桩端极限承载力最小提高了54.24％，最大提高了248.15％。 (2)扩大头直径相同的条件下，不同桩长对桩端极限承载力的提高幅度影响不同。随着桩长的增大，后压浆桩桩端极限承载力较普通桩的桩端极限承载力提高幅度呈现先增大后减小的趋势。桩长从15m增加到25m的过程中，桩端极限承载力的提高幅度从71.89％上升到94.14％；但当桩长从25m增加到40m的过程中，桩端极限承载力的提高幅度从94.14％降低到了49.16％。 最后，采用上述方法对工程实例进行分析，验证了上述研究方法的合理性和适用性。

目录

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第一章 绪论

1.1前言

1.2后压浆桩国内外研究现状及其尚待研究问题

1.3本文研究内容

第二章 桩端后压浆技术提高承载力的机理

2.1问题的提出

2.2桩端压力注浆的分类

2.3桩端后压浆提高承载力的机理

2.3.1后压浆技术的作用机理可概括为以下几种：

2.3.2桩底后压浆的力学机理

2.3.3桩底后压浆的化学机理

2.3.4桩端后压浆的球(柱)形扩张理论

2.3.5灌浆极限压力计算公式

第三章 桩端后压浆的施工工艺

3.1注浆管的埋设

3.2桩开始注浆的时间

3.3压水疏通注浆管及压浆前压水试验

3.4压浆参数的确定

3.4.1浆液浓度

3.4.2注浆龄期

3.4.3容许注浆压力

3.4.4压浆持续时间

3.4.5注浆节奏

3.4.6注浆量

3.4.7初注

3.4.8桩顶位移及其限制

3.5压浆注意事项

3.6停止注浆的条件

3.7其他注意事项

3.8操作规程

第四章 后压浆桩计算的有限元基本理论

4.1有限元基本理论

4.1.1结构离散化

4.1.2有限单元的选择

4.1.3计算域与边界条件

4.2初始应力场的建立

4.3土体的本构模型及参数的选取

4.4单桩竖向承载力标准值的确定原则

4.5单桩静载荷试验及加载方式

第五章 有限元模型的建立及工程实例分析

5.1土工有限元程序Abaqus简介

5.1.1 Abaqus／pre前处理

5.1.2模型分析

5.1.3 Abaqus／post后处理

5.2考虑注浆过程的后压浆桩有限元模型

5.2.1有限元计算模型

5.2.2后压浆过程的影响模拟

5.2.3桩土相互作用的接触模拟

5.2.4有限元计算结果

5.3几组有限元计算结论

5.3.1不同扩大头直径下桩端极限承载力值对比

5.3.2不同桩长情况下后压浆桩桩端极限承载力比较

5.4工程实例分析

5.4.1工程实例一

5.4.2工程实例二

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2进一步研究的方向

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢