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现浇混凝土薄壁管桩的理论与实践

费康  
【摘要】:振动沉模大直径现浇混凝土薄壁管桩(下文简称PCC桩)是河海大学岩土工程研究所刘汉龙教授等自主开发研制的新型桩基技术,已通过江苏省科技厅组织的专家鉴定,且已获得了国家专利(ZL01273182.X;CN 1367296A)。该技术吸收了预应力管桩、振动沉管桩和振动沉模薄壁防渗墙等技术的优点,施工工艺简单,可操作性强,是一种适合于软土地区的新型高效优质桩型,具有较大的推广应用价值。作为一种全新的桩型,其单桩承载性能还缺乏系统完善的研究,PCC桩复合地基的变形特性研究也基本空白,设计理论的滞后制约了该新技术的推广。 本文在前人工作的基础上,通过现场试验、理论分析、数值分析,对PCC桩的加固机理和计算方法进行了研究,本文的主要工作有: (1)开发PCC桩的施工机具,介绍了PCC桩的技术原理、施工机具设备、施工工艺及要点、技术特点、适用范围、设计检测方法等。 (2)设计了一组PCC桩沉桩挤土试验,试验结果表明在软粘土中的PCC桩在沉桩过程中没有产生闭塞效应或闭塞效应较小;PCC桩存在着部分挤土效应,桩的几何特征是控制挤土效应的关键因素。 (3)联合采用应变路径法和有限单元法对PCC桩的贯入问题做了进一步的分析,分析表明,土塞和桩周土体的变形模式与应变路径与圆孔扩张法等常规方法有较大区别。 (4)结合现场试验,对PCC桩的现场试验研究进行了全面的介绍,通过单桩载荷试验和复合地基载荷试验,初步评价了PCC桩的工作性能。试验内容基本上可以反映出PCC桩在软土地基施工中所遇到的问题,以及成桩后桩土作用的特点,可为相关类似工程提供参考。 (5)将桩体和土塞均用一系列的集中质量块体和线性弹簧模拟,建立了一种PCC桩单桩荷载~沉降曲线的简化分析方法。利用简化方法对主要影响因素进行了分析,得到了一些有益的结论,结果表明简化分析方法力学模型简化合理,物理概念明确,能较好的反映PCC桩的工作性状。 (6)全面的介绍了PCC桩单桩的有限元分析模型的建立,对PCC桩荷载传递机理及其影响因素进行了深入分析,重点是土塞对单桩性能的影响、PCC桩的破坏模式、桩内、外摩阻力的分布及发挥模式和土塞的应力应变等。内摩阻力沿土塞高度的视为指数分布,内摩阻力及相应的PCC桩单桩竖向极限承载力的简化计算公式,便于工程应用。 (7)在路堤荷载作用下,路堤填土材料中的拱效应、土工格栅的拉膜效应或加筋垫层的刚性垫层效应、桩土间刚度差异引起的应力集中效应保证了大部分荷载由桩承担,有效的减小了总沉降和不均匀沉降。同时对荷载传递机理的影响因素做了分析。 (8)认为大面积路堤荷载作用下的刚性桩复合地基只有竖向变形,水平变形可以忽略,然后应用土体的平衡、几何、物理方程,建立了沉降计算的控制方程。桩土界面的接触条 摘要 件按位移协调或产生滑移变形两种情况分别建立,采用有限差分法离散求解可得桩、桩周 土各自的沉降变形,桩土界面的摩擦力分布。与有限元分析和现场实测结果的对比表明该 简化方法具有较高的准确性,可以方便地应用到工程实际。 (9)介绍了PCC桩技术在盐通高速公路、上海北环高速公路中的应用,对这些工程的 工程特性进行了简单的归纳,便于类似工程参考。 关键词:现浇薄壁管桩,土塞,挤土效应,荷载传递,路堤荷载,刚性桩复合地基, 承载力,沉降


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