桩基概率极限状态法研究和工程应用

【摘要】：本论文是结合由本人主持完成的铁道部科研项目(铁建技字第97-14号)“桩基概率极限状态法研究”进行并完成的。 本论文在理论研究和试验资料分析基础上，主要研究：用“校准法”对现行铁路桥规基桩的可靠性进行校核计算，并确定其目标可靠指标；计算和确定基桩承载力分项系数；计算和确定桩周土极限摩阻力和桩端土极限阻力标准值并对其进行变异性研究分析；对钻孔灌注桩桩径进行统计分析和变异性研究；开展对土性自相关性研究和土性随机场理论应用研究；提出打入桩和钻孔灌注桩轴向承载力可靠度理论设计表达式。 本论文研究的意义在于通过开展对桩基极限状态理论和设计计算方法的研究，为铁路桥梁桩基定值设计方法转轨到按极限状态法设计提供理论与计算模式的框架，这样有利于与桥梁上部结构可靠度设计方法协调一致，从而达到提高桩基设计水平。 本论文研究方法是通过运用概率论和数理统计原理分析荷载和承载力的变异特征与规律，利用既有工程经验在安全与经济之间寻求合理的平衡，确定一般工程桩基承载力的目标可靠指标β(对应一定的失效概率)，从而求得不同土层中打入桩和钻孔灌注桩的抗力分项系数，然后采用以分项系数表达的极限状态设计表达式进行桩基承载力计算，最终达到使桩基设计技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的目的。 本论文研究的特点是通过结合工程的现场试验取得的第一手资料，同时通过调研掌握国内外相关领域内的动态和研究成果，在此基础上开展对桩的承载力、抗力分项系数、可靠指标等项目内容进行理论研究。 本论文主要工作及创新性成果体现在： 在进行了一定工程试桩和广泛收集了工程试桩资料及静力触探法(CPC)资料的基础上，对基桩承载力进行了概率极限状态分析，在国内第一次比较系统地研究了打入桩和钻孔灌注桩的抗力分项系数，得到了桩的总抗力分项系数，桩侧抗力分项系数和桩端抗力分项系数，从而可以采用分项系数表达桩的极限承载力公式计算桩基。这项工作对桩基可靠性方法在桩基设计中的应用和规范改 西南交通大学博士研究生学位论文第v页 革将起到关键性的作用。 将土性相关性和随机场理论应用于求桩基极限承载力和可靠指标的静力触 探法(CPT)，这是目前国内在这方面首次进行的较系统的研究，这种方法既可 以较方便地利用静力触探原位测试手段的优点，又可以较好在考虑土性自相关 性提高桩基设计水平，它能为促进CPT法在桩基工程中的应用起到很大作用。 通过理论研究和试验分析，得出了打入桩和钻孔灌注桩周土的极限摩阻力 标准值和桩端土的极限阻力标准值。 在国内外首先进行了发展潜力很大的钻孔压浆桩承载力可靠性分析。在统 计分析的基础上，提出了该类型桩承载力实用计算式和承载力概率统计特征。 计算和分析结果表明:钻孔压浆桩具有与常规桩大致相同的可靠指标。这项研 究工作对推动钻孔压浆桩的进一步研究和在工程的应用将发挥很大的作用。 对钻孔灌注桩桩径进行了较系统的概率统计分析，得到了钻孔灌注桩桩径 的变化范围及统计特征。这项研究工作对推动钻孔灌注桩的设计和施工有直接 的指导作用，也为铁路《桥规》的修订工作提供了重要的参考。 依据桩的可靠性研究成果，对铁路《桥规》桩基部分条文提出了修订建议， 并通过给出的工程算例表明，按概率极限状态法进行桩基设计符合承载力要求。