O--cell试桩的承载力机理研究

摘要

O-cell试桩法是一种基桩承载力测试方法，于桩身中放置荷载箱，由高压油泵向箱中充油加载，适用于大吨位基桩或现场条件不允许进行原位静载荷试验的情况。目前O-cell试桩法已应用于工业、民用建筑工程和交通工程等领域，取得了良好的效果和一定的经济效益，然而O-cell试桩的理论研究还远滞后于工程实践。相关规范基于静力平衡分析，给出了O-cell试桩承载力转换公式。但工程实践表明，O-cell试桩桩端阻力往往低于同等条件下的顶压桩，现有的转换公式忽略了O-cell试桩上段桩的负摩阻力对桩端平面产生的卸载效应，以及顶压桩的正摩阻力对桩端的加载效应，导致O-cell试桩承载力向顶压桩转换时，桩端承载力被低估，进而影响平衡点位置判断准确性。本文从O-cell试桩与传统竖向抗压静载荷试桩不同的工作状态人手，采用Mindlin应力解及Meyerhof桩端阻力公式来解决工程中O-cell试桩承载力偏低的问题。 第一，提出了桩端平面加卸载效应，并给出计算方法。将桩侧摩阻力视为集中力，以Mindlin应力解为基础，将桩-土体在竖向划分n单元，获得各单元的相互作用方程，计算桩侧摩阻力对桩端平面产生的附加应力，将此附加应力引入Meyerhof极限桩端阻力公式，获得改进的计算极限桩端阻力公式。 第二，建立了O-cell试桩破裂面计算模型。O-cell试桩上段桩为底托桩，为构建上段底托桩破裂面方程，在新破裂面方程中引入破裂面与桩壁夹角，下段桩采用Meyerhof深基础破裂面形态。根据平衡点位置的不同，将上下段桩破裂面组合后的可能情况分为三种，推导出考虑上段桩破裂面影响的极限端阻计算公式。参考地质资料计算的上段桩预估承载力，采用逼近法，获得合理的参数，可计算出O-cell试桩破裂面形状。 第三，提出O-cell试桩承载力转换及平衡点确定的改进方法。计算考虑加卸载效应的顶压桩及O-cell试桩桩端阻力，将两者的比值作为端阻力修正系数来改进现有转换公式。在确定平衡点时，先按经验公式法预估平衡点，再根据修正后的O-cell试桩端阻力确定新的平衡点。按照改进方法确定的平衡点能使上下段桩更接近于同时破坏状态，同时采用改进公式计算O-cell试桩承载力，较现有经验公式确定的承载力略有提高，更接近顶压桩承载力。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究目的与意义

1．2国内外研究现状分析

1．2．1桩身负摩阻力与正摩阻力的研究

1．2．2上、下段桩相互作用的研究

1．2．3荷载传递模型的研究

1．2．4平衡点的研究

1．2．5荷载箱结构的研究

1．3O-cell试桩承载力转换中存在的问题

1．3．1上段桩附加压缩量

1．3．2土的加载与卸载作用对O-cell法求桩承载力的影响

1．3．3正负摩阻力修正系数

1．4本文主要研究内容

1．4．1桩端阻力修正系数

1．4．2平衡点的确定方法

2桩侧土加卸载效应对桩端阻力的定量影响

2．1项压试桩及O-cell试桩加卸载原理

2．2加卸载公式的理论推导

2．2．1基本假定

2．2．3土体各单元相互作用矩阵方程

2．2．4考虑加卸载效应的极限端阻力

2．3工程实例验证

2．3．1基本资料

2．3．2顶压试桩与O-cell试桩加卸载效应的验证

2．4小结

3 O-cell试桩破裂面形状分析

3．1前言

3．2破裂面形态与假设

3．2．1上段桩破裂面

3．2．2下段桩破裂面假设及方程

3．3 O-cell法极限桩端阻力计算

3．3．2平衡点位于端部时的极限桩端承载力

3．3．3平衡点位于下段破裂面中部时的极限桩端承载力

3．3．4平衡点位于下段破裂面上部时的极限桩端承载力

3．3．5地基土自重所对应的承载力

3．4实例计算

3．5小结

4 O-cell试桩承载力计算方法改进及平衡点确定

4．1 O-cell试桩法的桩极限承载力的确定方法

4．2 O-cell试桩承载力改进计算

4．2．1加卸载效应

4．2．2转换公式改进

4．3．1荷载箱位置

4．3．2平衡点确定的三种方法

4．3．3改进的经验公式法

4．4数值分析

4．4．1模型参数

4．4．2单压桩端的Q-s曲线

4．4．3顶压桩及底托桩的Q-s曲线

4．4．4 O-cell试桩的Q-s曲线

4．4．5平衡点修正后的O-cell试桩Q-s曲线

4．4．6修正的O-cell试桩承载力

4．5小结

5改进的O-cell试桩计算方法与现有计算方法的对比分析

5．1桩基工程概况

5．2单桩竖向抗压极限承载力

5．2．1静荷载试验结果

5．2．2结果分析

5．3小结

6结论与展望

6．1主要研究结论

6．2展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果