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大直径桩承载力桩顶加载自锚式测试方法研究

赵鹏宇  
【摘要】: 传统的静载荷试验装置包括压重平台式或锚桩反力架等形式,试验工作费时、费力、费钱,特别是对于大直径桩,工程上常常因为无法提供足够的反力而力图回避静载试验或仅做模拟试验。自平衡试桩法在一定程度上解决了上述问题,但由于试桩施工质量、工作机制以及加载系统故障风险大等原因导致该方法的应用在我国尚存争议。 本文改进自平衡试桩法,针对大直径桩竖向承载力提出了一种新型测试方法,即桩顶加载自锚式测试方法。通过设置隔离层,将原试验桩分为外部受拉管桩和内部受压桩两个部分,使用普通千斤顶在桩顶加载使内部桩受压,同时使外部管桩受拉,两部分桩同时或相继充分位移;而后,利用加载过程中所测桩顶位移及桩身轴力反算桩底土及桩-土接触面参数,将上述参数代入工程桩简化分析模型,计算桩顶荷载-沉降曲线及桩身轴力分布,依此确定工程桩的承载力。本方法保留了自平衡试桩法的优点:无需堆载和锚桩,加载吨位大、占用场地小。较之自平衡测桩法,无需一次性荷载箱、平衡点选择简单可靠、试桩用作工程桩更安全、不会因加载设备损坏而导致试验无法进行,并且与静载试验和工程桩受力状态更为接近。在研究过程中,首先采用ANSYS有限元通用分析软件建立工程桩实体模型,分析其Q-S曲线、轴力分布、侧摩阻分布规律,以及接触面的荷载传递关系;其次,建立自锚式加载方式下试验桩有限元模型,分析管桩与受压桩的相互作用及两桩位移与桩-土体系参数之间的关系,并研究了桩-土接触面摩阻力与相对位移、桩端阻力与桩端位移之间的关系;然后,建立竖向荷载作用下桩-土分析简化模型;最后,依据自锚式测桩法桩身轴力分布及桩顶位移拟合桩-土接触面摩阻力-相对位移、桩端阻力-桩端位移之间的函数关系,并将其代入桩-土分析简化模型,获得模拟工程桩的Q-S曲线,依据此曲线确定其极限承载力。该承载力与工程桩实体模型分析结果基本一致,证明了本文所提出的大直径桩桩顶加载自锚式测试方法的可靠性。


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