沉管灌注桩水平承载特性试验分析及计算方法研究

【摘要】：近年来,随着施工工艺的不断改进,各种演变的沉管灌注桩施工质量更好、施工更快、造价更省,已经从多层建筑使用到高层建筑。建筑物越高对沉管桩的要求也越高,不仅在竖向承载力上要求其具有更高的承载能力,同时在横向上也提出了一定的承载要求,但由于灌注桩多为竖直桩,故考虑桩的水平承载力势在必行。 本文基于沉管灌注桩的水平承载原位试验,重点研究了沉管灌注桩水平承载特性及在计算新方法方面做了探讨。研究方法和手段包括现场试验、数据统计分析、数值模拟与实例验证。具体研究内容如下： 首先分析研究了当前国内外对桩水平承载特性的研究现状,对水平承载桩受荷过程中的工作与破坏性状作分析研究,归纳汇总了水平承载桩各种设计计算方法,重点分析对比当前常用的几种主要方法的优缺点。 然后结合沉管灌注桩原位水平承载试验,分析概括了沉管灌注桩的特点、设计及其水平承载特性,对原位试验数据成果作了细致分析,得出桩受水平荷载作用规律,应用当前流行的几种线弹性地基反力法对试验工程桩的水平承载特性进行理论计算。 通过对原位水平承载试验数据进行统计分析,应用MATLAB软件进行回归拟合,提出沉管灌注桩水平承载特性计算新方法。新方法属于非线弹性地基反力法,适用于桩顶自由弹性桩的计算,从建立的非线性微分方程可以看出,桩侧地基土反力随深度成线性变化,随水平位移的1/3次方变化。在充分考虑前人工作的基础上,并结合本文新方法的试验依据,提出建立标准桩,采用相似法则来计算实际桩。由于非线性微分方程没有解析解,故本文用有限差分程序FLAC3D进行数值模拟计算,确定新方法标准桩的各项参数,建立标准桩荷载与变形表,实现了新方法的计算过程。 最后将现场试验数据与新方法计算结果对比,验证了新方法的实用性与可操作性,并在标准桩数值模拟的基础上,分别模拟讨论了桩长、桩径、桩身抗弯刚度、竖向荷载等因素的变化对沉管灌注桩水平承载特性的影响。 本次研究在沉管灌注桩的水平承载特性方面做了较为详细现场试验研究和理论分析,推导了地基土反力随深度与水平位移的关系,提出了沉管灌注桩水平承载特性计算的新方法,并在工程开展初步验证和应用。