超長大直徑鋼管樁豎向承載特性試驗(yàn)分析與預(yù)測方法研究.pdf

1、超長大直徑鋼管樁因單樁承載力較高、沉樁工藝相對簡單、排土量較小及良好的抗彎能力越來越廣泛應(yīng)用于跨海大橋、大型深水港碼頭等重大工程。實(shí)際工程項(xiàng)目依據(jù)規(guī)范確定的設(shè)計(jì)參數(shù)往往偏于保守，造成很大的浪費(fèi)，少數(shù)有條件的工程則通過靜載荷試驗(yàn)確定樁的承載力等參數(shù)，試驗(yàn)成本非常高。此外，目前積累的超長大直徑鋼管樁的承載力試驗(yàn)及研究資料較少，其沉降確定方法的研究則更為薄弱，鮮見深入系統(tǒng)的研究資料。所以，研究超長大直徑鋼管樁的承載特性具有重大的理論意義和現(xiàn)實(shí)

2、意義。
　　 首先，本文根據(jù)三座特大跨海大橋的靜載荷試驗(yàn)資料，對超長大直徑鋼管樁的豎向承載特性進(jìn)行了深入分析，指出了超長大直徑鋼管樁承載類型及特點(diǎn)，并采用Matlab軟件進(jìn)行曲線擬合得到了該類型樁典型的荷載沉降關(guān)系式。
　　 其次，本文通過有限差分法模擬計(jì)算得到超長大直徑鋼管樁Q-s曲線、軸力和樁側(cè)摩阻力分布曲線，并與實(shí)際工程靜載試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，采用有限差分法對均質(zhì)土中超長大直徑鋼管樁的承載特性進(jìn)行研究，深入、系統(tǒng)地分

3、析了樁長、樁徑、長徑比、樁土彈性模量比、樁端土與樁周土彈性模量比等因素對Q-s曲線、樁側(cè)摩阻力分布的影響，得到以下結(jié)論。
　　 （1）模擬計(jì)算結(jié)果和靜載荷試驗(yàn)結(jié)果相差很小，表明采用有限差分的數(shù)值方法對樁在豎向荷載下的承載特性進(jìn)行分析、對工作狀態(tài)下樁的承載特性進(jìn)行預(yù)測是合適的。
　　 （2）隨著樁長的增加，一方面樁極限承載力增大、樁頂沉降減小，但幅度逐漸降低，超過一定值后，繼續(xù)增加樁長對樁的承載特性改善效果不明顯；另一方面

4、樁側(cè)摩阻力增加，樁側(cè)摩阻力分擔(dān)荷載比增大，樁端阻力分擔(dān)荷載比減小，在相同樁頂荷載作用下，樁側(cè)摩阻力隨著樁長的增加而減小，樁側(cè)摩阻力峰值位置不隨樁長的改變而改變。
　　 （3）隨著樁徑的增加，樁極限承載力增大、樁頂沉降減小，且承載力增加的幅度增大，對樁頂沉降的改善也顯著，樁徑的改變比樁長對承載特性的影響更顯著。同時(shí)，隨著樁徑的增加，樁側(cè)摩阻力分擔(dān)荷載比減小，樁端阻力分擔(dān)比增大；在相同樁項(xiàng)荷載作用下，樁側(cè)摩阻力隨樁徑的增加而增大，其

5、峰值位置則隨樁徑的增加而向下移動(dòng)。
　　 （4）當(dāng)樁徑保持不變時(shí)，隨長徑比的增大，極限承載力增加，且增長率逐漸減小，樁頂沉降減小；當(dāng)樁樁長保持不變時(shí)，隨長徑比的增大，極限承載力減小，且速率逐漸降低，樁頂沉降增加。這表明，對于超長大直徑鋼管樁，過分增加長徑比提高承載力的效果并不顯著。因此，在實(shí)際工程中借助本方法的合理選擇長徑比是可行的，有助于提高設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。
　　 （5）當(dāng)樁彈性模量不變時(shí)，隨著樁土彈性模量比的減小，樁的

6、承載力增加，樁頂沉降減小，且在同一荷載下，沉降值減小的幅度逐漸減小。當(dāng)土體彈性模量超過一定值后，樁承載力和沉降的改善幅度降低，隨著土體彈性模量的增加，樁側(cè)阻力分擔(dān)荷載比增大，樁端阻力分擔(dān)荷載比減小。
　　 （6）當(dāng)樁周土體的彈性模量不變時(shí)，樁端土與樁周土的彈性模量比越大，樁的承載力越大，沉降越小，樁端阻力分擔(dān)荷載比增加，樁側(cè)摩阻力也增大，端阻對側(cè)阻有強(qiáng)化效應(yīng)。當(dāng)樁端彈性模量為一定值時(shí)，隨著樁端土與樁周土彈性模量比的減小，樁承載力

7、增加，沉降減小。
　　 最后，為了對上述的結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證，本文利用智能方法和數(shù)值方法對超長大直徑樁的承載特性預(yù)測方法進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容如下：
　　 （1）通過分析靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從樁長、土層參數(shù)、樁-土參數(shù)3個(gè)方面建立了樁承載力模型SVM-Q、ICASVM-Q，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這2個(gè)模型能準(zhǔn)確預(yù)測超長大直徑鋼管樁側(cè)摩阻力與承載力，說明了這2個(gè)模型的可行與有效；并且很好地詮釋了超長大直徑鋼管樁的樁長、土層參數(shù)、樁-土參數(shù)對樁側(cè)摩

8、阻力與樁承載力的變化規(guī)律。
　　 （2）通過分析超長大直徑鋼管樁的承載力與沉降數(shù)據(jù)，擴(kuò)展了求解沉降過程中的反應(yīng)沉降隨承載力變化的承載力變化量與沉降變化量2個(gè)因素，這2個(gè)增加的因素?cái)U(kuò)大了數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容，使得建立的模型更為準(zhǔn)確。在此基礎(chǔ)上，建立了求解沉降的SVM-S、ICASVM-S、TANEXP-S模型，并利用這3個(gè)模型，分析、計(jì)算了承載力、承載力變化量與沉降變化量3個(gè)因素的不同組合對樁沉降的影響，計(jì)算結(jié)果表明以上3種模型能準(zhǔn)確預(yù)

9、測樁沉降，很好地解釋了超長大直徑鋼管樁的承載力對沉降影響的變化規(guī)律。
　　 （3）同一地域的土層參數(shù)、沉降隨承載力的變化具有一定的共性特征。通過學(xué)習(xí)同一地域1根樁的數(shù)據(jù)，利用支持向量機(jī)和獨(dú)立分量分析建立反應(yīng)土層特征的支持向量機(jī)模型和反應(yīng)沉降變化的支持向量機(jī)模型；然后，在此基礎(chǔ)上對其他樁的數(shù)據(jù)求得相應(yīng)的土層特征建立了預(yù)測同一地域不同樁側(cè)摩阻力模型LearnPre-Q和預(yù)測沉降的預(yù)測模型LearnPre-S。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文提出的L