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砼芯水泥土搅拌桩荷载传递机理研究

董平  
【摘要】:砼芯水泥土搅拌桩是一种适用于软土地基处理的新桩型,它是在水泥土搅 拌桩中即时插入高强度的预制混凝土桩形成的复合桩。本文在大量桩基研究成果 的基础上,结合砼芯水泥土搅拌桩的实际材料特点,应用桩土作用理论和极限承 载力理论,通过原位试验研究和弹塑性有限元分析相结合的方法对砼芯水泥土搅 拌桩的荷载传递机理进行了研究。该研究填补了砼芯水泥土搅拌桩理论研究的空 白,将为该种桩型的推广应用打下基础,同时也对其他复合桩的研究和应用具有 较大参考价值。文章认为,砼芯水泥土搅拌桩既利用了预制混凝土芯高强度的特 点来承担荷载,又利用大直径水泥土搅拌桩的固化作用和大表面积来提供摩阻 力,其内外芯的这种分工可以尽可能地发挥桩身材料强度,并能达到一定级别的 设计荷载,与其它地基处理方法相比经济实用。该桩型克服了一般地基处理强度 低的弱点,避免了打入桩的噪音、振动和挤土问题,也没有钻孔灌注桩的泥浆污 染问题。研究表明,砼芯水泥土搅拌桩内芯是上部荷载的主要承担者,并且随着 上部荷载的增大,应力越来越向砼内芯集中。砼芯水泥土搅拌桩的承载特性与刚 性单桩类似,而有别于柔性桩,而且传递到水泥土外芯端面和持力土层的荷载比 例很小,可视其为纯摩擦桩。砼芯水泥土搅拌桩存在两种破坏模式:一种是桩身 破坏,对应的是砼芯的压裂;另一种是刺入破坏,对应的是桩土界面和桩端持力 层的塑性破坏。砼芯水泥土搅拌桩极限承载力受砼内芯强度和桩周土阻力控制, 当砼内芯强度和桩周土阻力同时达到极限时的设计最为经济。与相当的水泥土搅 拌桩和钻孔灌注桩相比,砼芯水泥土搅拌桩的极限承载力有较大提高。文章提出 了砼芯水泥土搅拌桩荷载传递的双层模式,即从砼内芯—水泥土外芯—桩周土体 的双层扩散模式。试验研究表明,砼芯水泥土搅拌桩能有效地控制沉降,其在设 计荷载下的桩项沉降不超过桩径的1%。砼内芯、水泥土外芯和桩周土三种材料 的性质都将影响单桩的沉降,其中桩周土的弹性模量是影响砼芯水泥土搅拌桩沉 降的主要因素。砼芯水泥土搅拌桩存在群桩效应,在通常桩距范围内,桩间距越 大,群桩效率系数越大,当桩间距为4D时,群桩效率系数已大于0.9,当桩问 距火于6D时,群桩效率系数已接近于1。最后,文章对砼内芯长度和直径的设 计进行了讨论。


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