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《哈尔滨工业大学》 2017年
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新型内击压灌桩成孔机理及承载性状研究

蔡婧娓  
【摘要】:目前,在桩基工程中,为了满足人们对不同土质、不同施工条件及不同建筑物形态的要求,桩的型式、施工方法也一直在不停的改变推新。按桩基的施工方法来划分,目前应用比较广泛的成桩方法有静压成桩、静压振动成桩、锤击成桩、钻孔成桩等,这些成桩方法都具有各自的优点和不足之处。以静压成桩法为例,这种桩具有低噪音,无振动,无污染的特点,但是当压入含水量较少的泥岩等坚硬土层时,由于其极限压桩力有限,很难得到理想的承载力。如何能够设计出一种既能够适用于多种土层条件,又能保证施工质量和承载力要求的桩型,成为桩基工程中最具有挑战的难题。本课题的内击压灌桩施工技术是兼具静压和内击功能的复合型桩基施工技术,这种方法一方面吸收了静力压桩的优点,另一方面又弥补了其压桩力有限的不足之处。该成桩方法能够适应不同的土层条件、保证桩身质量、提高单桩承载力、节省桩基工程的材料用量,减少施工成本。本文利用内击压灌桩现场静载荷试验、桩端的承载性状的模型试验、成孔过程的颗粒流数值模拟和理论分析等手段,对内击压灌桩的成孔过程以及成孔后的承载性状等内容进行了深入的研究,其主要研究内容和成果如下:1.设计了内击压灌桩、普通静压桩、长螺旋钻孔桩的单桩静载荷对比试验,对比分析了三种桩型的单桩承载力大小、荷载—沉降量(Q-S)变化关系和荷载分担特性,剖析了内击压灌桩的承载性状与规律。2.利用颗粒流离散元理论模拟了内击压灌桩从静压到内击的成孔全过程,获得了整个沉桩成孔过程中任意时刻桩端和桩侧土体的位移场、应力场和孔隙率的变化规律;通过跟踪成孔过程中不同位置处的土体颗粒位移轨迹,深入探讨了内击压灌桩在成孔过程中土体的变形机制;在模拟了沉桩贯入整个过程的基础上,利用小面积法计算了端阻力系数值,并分析了深度、桩径、压杆直径、土层性质等参数变化对端阻力系数的影响。3.跟踪监测内击过程中不同位置土体的振动,分析了土体内部不同位置的振动响应变化规律;基于多孔介质动力方程和复阻尼理论,利用分层法得到了内击压灌桩在内击过程中土体的位移、速度和加速度的解析解,分析了打桩过程中地面振动的传播规律和衰减特性。4.为分析节理裂隙对桩端承载性状的影响和破坏机理,本文进行了桩端持力层为不同倾角节理基岩的桩端破坏模型试验,获得了不同倾角条件下桩端的破坏模式及荷载传递路径,同时将模型试验的结果与数值分析的结果做对比,深入揭示了节理基岩的破坏机理;5.在试验得到的桩端节理基岩破坏模式的基础上,本文提出了不同节理条件下的桩端极限承载力的计算公式,并将理论推导的计算结果与试验得到的单桩极限承载力值作对比分析,证明了理论推导的正确性。本文通过对内击压灌桩的成孔机理及承载形状的理论和试验分析表明,内击压灌桩的施工方法与普通静压桩的施工方法相比,在相同深度及相同土层地质条件下,其单桩承载力可提高40%以上。因此,在实际工程中,这种施工方法可以大大减少建筑结构基础的用桩数量,降低工程成本,缩短施工工期。另外,本课题对内击压灌桩成桩机理和承载性状的研究也为此种桩型的施工提供了理论指导,为其推广应用奠定了必要的理论基础。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU473.1

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