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铅直荷载下GRF基础承载机理研究

徐文强  
【摘要】: GRF(Geo-Reforcing type Foundation)基础是一种新型的异形桩,首先应用于日本并取得专利。该种桩型具有施工工艺简单、承载力大、沉降小、节约成本、经济效益和社会效益明显等优点,特别适用于一桩一柱的大型基础,是大直径桩发展的一个方向,具有广阔的应用前景。虽然GRF基础这项新技术的工程实践效果明显,但是仍处于开发和推广应用阶段,在理论上缺乏系统的研究。为了阐明GRF基础在铅直荷载下的承载机理和锚杆的作用机制,本研究采用了模型试验和FLAC3D数值模拟相结合的手段,系统分析了它的荷载传递规律和变形破坏形态,以及锚杆间距、锚杆长度、锚杆数量和锚杆排数对GRF基础承载力的影响,取得了以下主要成果。 1)模型试验和数值计算结果均表明,GRF基础具有承载力大、沉降小等特点。GRF基础的侧阻力和端阻力均大于等直径直桩的侧阻力和端阻力,GRF基础在铅直荷载作用下,侧阻力和端阻力共同承担上部荷载,侧阻力(包括锚杆作用)起主要作用。GRF基础是将锚杆固定到普通直桩上的一种新型桩基础,锚杆的存在使得GRF基础表现出与普通直桩基础不同的特性,根据室内模型试验和数值计算结果,锚杆对GRF基础承载力的贡献表现在三个方面:a)调动更大范围的桩侧土体提供侧阻力;b)锚杆插入土体中,在上部铅直荷载作用下,随桩体向下位移,受到土体对它的向上的支撑力,即“支架”作用;c)锚杆的存在使得GRF基础的端阻力大于普通直桩基础。 2)相同桩顶荷载作用下,GRF基础的轴力沿桩顶向下逐渐减小,受锚杆影响,轴力在锚杆位置处出现“台阶式”突变;GRF基础同一桩体位置处的轴力随桩顶荷载的增大而逐渐增大。GRF基础只有在荷载较大、桩体产生一定位移的条件下才能够表现出其在承载方面的优点。荷载作用下GRF基础的锚杆随桩体一起向下位移,锚杆与土体之间的相互作用会影响到锚杆附近GRF基础桩体的应力分布,数值计算结果表明桩体在锚杆附近一定范围内会产生拉应力,当拉应力超过桩体材料的抗拉强度时,会在桩体表面产生拉裂缝,室内模型试验证明了拉裂缝的存在。 3)当桩顶荷载较小时,GRF基础的位移较小,锚杆作用尚未发挥或作用不明显,锚杆对GRF基础的承载特性影响很小;当桩顶荷载较大时,锚杆随桩体向下移动并与土体产生相互作用,锚杆才影响到GRF基础的承载性能。根据室内模型试验结果,增大锚杆间距、增加锚杆数量均可使GRF基础的承载力得到提高。室内试验结果表明,锚杆存在一个临界长度值,当锚杆长度小于该临界值时,GRF基础的承载力随锚杆长度的增加而增加;当锚杆长度大于该临界值时,增加锚杆长度对GRF基础的承载力影响很小;而FLAC3D数值计算结果表明GRF基础的承载力随锚杆长度的增加而增加,并没有发现锚杆长度存在临界值。在锚杆总数不变的前提下改变锚杆排数,GRF基础的承载力随锚杆排数的增加而在一定程度上得到提高。


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