变截面与等截面管桩单桩承载性状及经济对比分析

摘要

混凝土预制管桩因具有制作简易，施工周期短，经济效益可观及工程地质条件适应性强等特点，而广泛应用于桩基础工程中。本文基于国家自然科学基金资助项目“阶梯型混凝土预制管桩单桩承载性能及接管关键技术研究”，采用模型试验、数值模拟、经济分析等手段，并结合工程实例对静压闭口阶梯型管桩单桩工作性能及经济效益进行了研究。主要内容及成果如下：　　基于室内大比例模型试验，对比研究了两类管桩在竖向荷载作用下荷载—沉降、桩身应力、桩侧摩阻力及端阻力的差异。研究结果表明：在桩身平均直径相同的情况下，阶梯型变截面管桩的承载力比等截面管桩大，且平均直径越大、变径比越高，单桩承载力、单位体积承载力和桩身材料的利用率越高；阶梯型管桩在变截面处出现桩身轴力突变，并使下部管节桩身轴力衰减速度加快；在桩顶沉降相同的情况下，阶梯型管桩端阻力之和大于等截面桩桩端阻力，且随桩身平均直径的增大，端阻力之和占单桩竖向承载力比例较等截面管桩有一定程度提高；阶梯型管桩最大侧摩阻力作用点相对等截面管桩向桩顶发生偏移，且变径比越低，桩侧最大摩阻力提高比例越高；桩顶沉降量相同时，阶梯型管桩桩侧摩阻力合力较等截面管桩有不同程度的提高，有利于桩侧摩阻力发挥。　　采用FLAC3D建立了竖向荷载作用下两类管桩桩土模型，并对管桩的荷载—沉降曲线、桩身应力和土体位移场进行了研究。结果表明：桩顶在小荷载作用下，桩端土体呈现出隆起现象，桩顶沉降相差不大；而桩顶在大荷载作用下，阶梯型管桩桩顶沉降明显小于等截面管桩沉降。　　根据技术经济分析基本原理，采用单位体积承载力、单位承载力造价和经济投入等指标通过数值计算、数据分析及工程实例对比研究了两类管桩的经济效益。结果表明：桩身截面平均直径相同时，阶梯型管桩单位体积承载力比等截面管桩高，而单位承载力造价比等截面管桩低，且随着桩径、长度的增大，阶梯型管桩的混凝土用量与等截面管桩越接近，阶梯型管桩的单桩极限承载力与单位体积承载力提高显著，而单位承载力造价降低显著。在满足承载力及沉降要求下，阶梯型管桩可较好地降低工程造价及缩短工期。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状与评述

1.3 主要研究内容及技术路线

第二章 变截面管桩承载性状模型试验研究

2.1 引言

2.2 模型试验概况

2.3 试验结果对比分析

2.4 本章小结

第三章 变截面管桩单桩承载性状数值模拟研究

3.1 引言

3.2 三维网格模型和相关参数的确定

3.3 数值模拟结果分析

3.4 本章小结

第四章 桩基础工程造价分析

4.1 引言

4.2 桩基工程造价的确定与计价模式

4.3 预制混凝土管桩计量与计价分析

4.4 本章小结

第五章 变截面与等截面管桩经济对比研究

5.1 引言

5.2 基本理论

5.3 经济对比分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要结论

6.2 后续研究工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间科研成果

致谢