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支盘灌注桩的荷载作用机理与工程应用研究

张思军  
【摘要】:支盘灌注桩是在直杆桩的基础上通过改变桩身截面积形成的,具有较高的取载力和较低的沉降量,它在我国应用有十年左右,取得了良好的经济效益和社会效益。支盘桩的出现,对于解决灌注桩的许多技术缺陷,提高和改进灌注桩的承载性状有着重大的影响。但是,支盘灌注桩作为一种新型技术在理论研究上尚不够成熟,对其荷载传递特性、受力机理、应力应变特征、破坏特性、支盘间距的确定及单桩极限承载力的计算等有着不同的认识和解释。因此,为了分析支盘桩高承载力和低沉降量的内涵,探求支盘桩的设计理论,基于桩的静载荷试验及大量现场测试数据,系统研究了支盘桩的荷载传递特性、应力应变特性、沉降特性及破坏特性。在此基础上对支盘桩的设计进行优化,并根据支盘土体强度破坏特性,建立单桩极限承载力计算公式。 (1)分析了支盘桩的成桩机理。通过对支盘桩构造及成桩过程分析,支盘的设置不仅扩大了受力面积,提高单桩的承载力,而且还减少了桩端荷载,使支盘桩具有更大的承载潜力。支盘成型过程的挤扩效应增加了土层的抗剪强度,可有效提高支盘桩的承载力。 (2)论述了支盘桩荷载传递机理。通过工程原体试验,提出支盘桩荷载传递有着明显的时间效应和空间效应。荷载传递由上至下,桩侧摩阻力及支盘端阻力达到极限值后,随着沉降的进一步加大而减小,并最终维持在其残余强度。侧摩阻力、支盘阻力、桩端阻力或者说上部桩段与下部桩段阻力存在着空间上的互补关系。 (3)采用单位等效摩阻力方法对桩身应力应变进行研究,以指导支盘桩设计时的优化。分别得出工作状态下和极限状态下,桩侧摩阻力、支盘阻力与桩端阻力的分布特征。并进一步证实支盘桩属于摩擦多支点端承桩。 (4)在理论分析基础上,通过工程试验结果,提出进行支盘桩设计时相临支盘的有效间距及群桩设计时群桩中基桩的最小中心距。支盘体的设置也不是越多越好,超过一定数量时提高承载力的效果不显著。 (5)建立支盘桩单桩极限承载力计算公式。通过引入残余强度概念,并在大量工程试验成果的基础上,根据不同土性特征,破坏后其残余强度特性也不尽相同,同时考虑支盘桩的尺寸效应及支盘对其附近土体侧阻和端阻的影响等因素,提出支盘桩单桩极限承载力计算公式中支盘端阻力的综合修正系数。 (6)支盘桩工程应用效果显著。本文列举了多项工程应用实例,统计分析结果表明,与普通混凝土灌注桩相比,支盘桩承载力可提高一倍左右,并可节省大量工期和投资。


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