岩溶地基嵌岩桩桩基特性分析与试验研究

【摘要】：目前，国内外对于岩溶地区嵌岩桩的工作特性的研究一直不很充分，其承载力特性、剪应力分布模式、最佳嵌固深度和岩溶顶板厚度、岩质性状对桩基特性的影响等有待进一步研究与完善。针对岩溶地区嵌岩桩特性的模拟模型试验研究相关报道比较少。本文就解决岩溶地区，桩基竖向荷载作用下岩溶顶板安全厚度以及嵌岩深度问题进行了深入的探讨，并研制了相应的物理模型进行了试验研究，取得了较为满意的结论。 本文首先在参考大量的国内外文献资料的基础上，对竖向荷载下基桩的荷载传递机理进行了深入的分析与讨论，并对基桩荷载传递性状的变化规律进行了归纳与总结。同时对单桩的荷载-沉降特性的机理进行了探讨，将单桩荷载-沉降曲线综合为六种，并列举了四类缺陷形成的异常P-S曲线。对于基桩竖向承载力的确定，提出了按桩身结构强度确定、按土的强度与变形确定以及按静力分析法确定等几种方法。在基桩的深度效应方面，研究了桩端阻力和和桩侧阻力的深度效应，从理论上提出了端阻力的临界深度以及深度效应的内在机理；讨论了岩溶地区桩基的负摩擦力问题。 通过对岩溶地区嵌岩桩工作性状和破坏模式的理论分析，认为在岩溶发育地区桩基的稳定性问题主要决定于嵌岩桩的竖向荷载，顶板厚度以及顶板的抗弯强度等有关的强度指标。 在对课题进行充分论证的基础上，运用相似理论，针对岩溶地区嵌岩桩的工作特性，提出了建立室内桩基模拟实验台的试验方案，自主设计并研制了模拟试验模型，同时结合模型编制了相应的数据采集与分析软件。 要进行相似模拟试验，模拟材料的选择是试验成功的关键，通过室内小样试验分析了模拟材料的内在作用机理，选择了以砂、水泥、石膏为原材料的试验配方，推导了水泥石膏砂模拟材料抗压强度和抗弯强度的经验公式。通过室外模拟试验，验证了其合理性，得出了模拟岩样的强度范围。并采用不同的试验方案，运用改进的均匀设计法用不同的配比有效地模拟了灰岩的岩性。研究了岩性、嵌岩深度、顶板厚度、侧摩阻力对模拟顶板极限荷载的影响，提出了以普通水泥、石膏为胶结材料，细砂为骨料的模拟材料配比方案。 通过对大量试验结果的综合分析，提出了岩溶顶板安全厚度验算方法，得出岩溶顶板和桩基垂直荷载的半经验半理论公式如下： σ_(max)=3γL~2/4h+(3F(2L-D)/4bh~2)=ξ[R-t]其中经验系数ξ取0.8～1.3。 通过嵌岩桩模拟嵌岩深度的试验，给出了岩溶地区嵌岩灌注桩嵌岩深度建议值。在岩溶发育地区，嵌岩深度的选取应综合考虑侧摩阻力和顶板结构内力，一般岩溶地区，当岩面较为平整且上覆土层较厚时，嵌岩深度宜采用0.2d或不小于0.2m。