泥皮性状对钻孔桩工程特性的影响研究

摘要

本文通过对杭州淤泥质土、粘性土以及砂质粉土中钻孔灌注桩桩侧泥皮土和桩间土进行三轴不排水剪切试验及室内常规试验，研究了二者的物理力学性质以及工程性状的差异，分析了桩侧泥皮土对钻孔灌注桩侧摩阻力和承载力的影响。通过对掺入不同含量水泥浆的泥浆土的试验研究，分析了桩侧(端)注浆对改善泥皮土物理力学性状的作用。试验结果表明：泥皮土比桩间土含水量增高了6％～16％、孔隙比增大了5％～16％、压缩模量降低了6％～24％、粘聚力和内摩擦角分别降低了7％～25％和14％～30％，泥皮土的强度要低于同类桩间土。破坏时泥皮土的(σ1-σ3)f下降了9.2％～17％，而且容易发生软化，软化后残余强度较低，形成了桩土间的薄弱层，降低了桩侧摩阻力。当泥浆中掺入水泥浆(水灰比0.5)的掺入量由10％提高到40％时，其压缩模量由1.86MPa提高到8.96MPa，泥浆土样的内摩擦角由0.5°提高到19°，粘聚力由最初的2kPa提高到18kPa，抗剪强度得到了大幅提高。 对考虑泥皮的桩沉降理论计算方法进行了分析，在剪切位移法的基础上，推导了考虑桩侧泥皮的土弹塑性模型的荷载沉降解析公式，并将公式推广到成层地基，讨论了考虑泥皮及孔壁粗糙时的钻孔桩承载力估算方法，并通过工程实例进行了计算，计算结果与实测结果吻合的较好。 通过有限元软件建立了考虑泥皮的钻孔桩模型。分析了泥皮的厚度和弹性模量的变化引起的桩基受力性状的变化以及在不同桩长下，泥皮的存在对钻孔桩受力性状的影响。另外，通过建立含桩底沉渣的模型，分析了桩端沉渣厚度对桩基承载力的影响。分析结果表明：泥皮的存在，对桩基受荷载时的桩土位移场和应力场都会产生影响，使桩端处的竖向和水平向位移及应力均有所增大，并且桩身出现提前滑动，也导致了桩基沉降的加大。对于相同的桩，随着泥皮厚度的增加和泥皮弹性模量的降低，其侧摩阻力和承载力也逐渐降低。含有沉渣的桩基随着沉渣厚度的增加其承载力也不断降低，桩沉降越来越大。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1问题的提出

1.1.1钻孔灌注桩应用背景

1.1.2问题的提出

1.2钻孔桩泥皮性状的研究现状

1.3钻孔桩泥皮对桩承载力的危害性

1.4本文的研究思路和主要研究内容

第二章钻孔桩泥皮力学性状试验研究

2.1钻孔桩泥浆护壁的机理

2.1.1护壁泥浆的主要技术指标

2.1.2护壁泥浆的制备

2.1.3泥皮形成的机理及泥皮厚度的影响因素

2.2桩间土与泥皮土试验

2.2.1取样及试验内容

2.2.2常规土工参数试验成果

2.2.3直剪、压缩试验成果

2.2.4三轴试验成果

2.2.5试验成果分析

2.3水泥泥浆混合土试验

2.3.1常规土工参数试验成果

2.3.2直剪、压缩试验成果

2.3.3试验成果分析

2.4本章小结

第三章考虑泥皮的单桩沉降理论计算分析

3.1考虑桩侧泥皮的剪切位移法原理

3.2考虑桩侧泥皮的剪切位移法解析解的推导

3.2.1本文计算模型的建立与假设

3.2.2桩周土全部处于弹性阶段时

3.2.3桩周土部分处于塑性阶段时

3.2.4桩周土全部处于塑性阶段时

3.2.5解析解的统一表达式

3.2.6考虑成层地基时的分析

3.2.7计算参数的取值

3.3工程实例计算分析

3.3.1工程概况

3.3.2工程实测结果与理论计算结果的比较分析

3.4本章小结

第四章钻孔桩泥皮性状对桩基受力特性影响的有限元分析

4.1概述

4.1.1有限元的应用

4.1.2ABAQUS有限元程序简介

4.2有限单元法模型的建立

4.2.1模型建立的基本假定

4.2.2土的本构模型的选用

4.2.3接触面的处理

4.2.4初始应力场的实现

4.3泥皮性状对钻孔桩受力特性影响的有限元分析

4.3.1模型建立与参数选取

4.3.2泥皮对桩侧土位移场的影响

4.3.3泥皮对桩侧土应力场的影响

4.3.4泥皮厚度变化对桩的Q～S曲线的影响分析

4.3.5泥皮弹性模量变化对桩的Q～S曲线影响分析

4.3.6桩端沉渣对桩的Q～S曲线的影响分析

4.4本章小结

第五章结论和建议

5.1本文主要结论

5.2进一步研究的展望

参考文献

致谢