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钻孔灌注嵌岩桩竖向承载机理试验研究与应用

张明礼  
【摘要】:嵌岩桩是桩基工程中一种常见的桩基类型,其承载力高、沉降小、群桩效应弱、施工简单,在桥梁、港口、建筑工程中被广泛采用。但由于嵌岩桩试验比较困难、土的本构模型、岩石的本构模型以及桩岩、桩土相互作用等方向的研究还存在一些问题。而在设计上,以半理论半经验的计算公式来确定嵌岩桩竖向承载力,各国行业规范及地区规范在嵌岩桩承载力计算方面存在较大差别。基桩原位测试是确定嵌岩桩承载力最直接、最有效的方法,本文利用现场桩基试验和数值模拟方法对嵌岩桩竖向承载机理进行了研究,具体工作包括: (1)通过对既有试验数据的统计整理,阐述了嵌岩桩在竖向荷载作用下的荷载传递规律,分析了桩岩模量比、长径比、嵌岩比和清孔情况对嵌岩桩承载性能的影响。认为嵌岩桩竖向承载力由覆盖土层的侧阻力、嵌岩段侧阻力和端阻力三部分组成。分别对嵌岩桩桩土摩阻力、桩岩摩阻力及桩端阻力的受力性状进行研究,设计时嵌岩桩单桩竖向承载力应通过桩身材料强度、桩顶竖向位移及岩土阻力等因素综合考虑,确定设计的容许值。 (2)介绍了美国、英国、法国、欧洲以及中国铁路、公路、建筑桩基规范中嵌岩桩竖向承载力的计算方法,分析了现行各国规范和不同行业规范的特点及在嵌岩桩承载力定量估算方面存在的不足。 (3)以本人参与设计的南京地铁三号线高架桥为工程背景,根据现场3根d=1.0m试桩自平衡静载试验,得出桩身轴力分布、桩侧阻力分布规律。采用MIDAS/GTS软件对试桩进行数值模拟,通过试桩验证表明只要桩基岩土力学参数取值较准确,用有限元数值模拟法确定嵌岩桩竖向承载力是可行性,可将数值模拟方法应用于具体工程。 (4)针对南京地铁三号线高架桥和赞比亚西尔马大桥桩基设计,应用GTS软件将研究得到的嵌岩桩承载规律应用于具体工程建设中。建模分析了地铁高架区间d=1.2m、d=1.5m桩基和赞比亚桥梁设计d=1.8m桩基承载力,由此验证了桩基设计取值的可靠性。


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