超長大直徑鋼管樁豎向承載特性試驗分析與預測方法研究.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用于跨海大橋、大型深水港碼頭等重大工程。實際工程項目依據(jù)規(guī)范確定的設計參數(shù)往往偏于保守，造成很大的浪費，少數(shù)有條件的工程則通過靜載荷試驗確定樁的承載力等參數(shù)，試驗成本非常高。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

2、意義。
　　 首先，本文根據(jù)三座特大跨海大橋的靜載荷試驗資料，對超長大直徑鋼管樁的豎向承載特性進行了深入分析，指出了超長大直徑鋼管樁承載類型及特點，并采用Matlab軟件進行曲線擬合得到了該類型樁典型的荷載沉降關系式。
　　 其次，本文通過有限差分法模擬計算得到超長大直徑鋼管樁Q-s曲線、軸力和樁側摩阻力分布曲線，并與實際工程靜載試驗結果進行對比，采用有限差分法對均質土中超長大直徑鋼管樁的承載特性進行研究，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、樁側摩阻力分布的影響，得到以下結論。
　　 （1）模擬計算結果和靜載荷試驗結果相差很小，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行分析、對工作狀態(tài)下樁的承載特性進行預測是合適的。
　　 （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、樁側摩阻力增加，樁側摩阻力分擔荷載比增大，樁端阻力分擔荷載比減小，在相同樁頂荷載作用下，樁側摩阻力隨著樁長的增加而減小，樁側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，隨著樁徑的增加，樁側摩阻力分擔荷載比減小，樁端阻力分擔比增大；在相同樁項荷載作用下，樁側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。
　　 （4）當樁徑保持不變時，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?。划敇稑堕L保持不變時，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，有助于提高設計的經(jīng)濟性。
　　 （5）當樁彈性模量不變時，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，樁側阻力分擔荷載比增大，樁端阻力分擔荷載比減小。
　　 （6）當樁周土體的彈性模量不變時，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，樁端阻力分擔荷載比增加，樁側摩阻力也增大，端阻對側阻有強化效應。當樁端彈性模量為一定值時，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，為了對上述的結論進行驗證，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測方法進行了研究，主要內容如下：
　　 （1）通過分析靜載試驗數(shù)據(jù)，從樁長、土層參數(shù)、樁-土參數(shù)3個方面建立了樁承載力模型SVM-Q、ICASVM-Q，實驗結果表明這2個模型能準確預測超長大直徑鋼管樁側摩阻力與承載力，說明了這2個模型的可行與有效；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)，擴展了求解沉降過程中的反應沉降隨承載力變化的承載力變化量與沉降變化量2個因素，這2個增加的因素擴大了數(shù)據(jù)處理的內容，使得建立的模型更為準確。在此基礎上，建立了求解沉降的SVM-S、ICASVM-S、TANEXP-S模型，并利用這3個模型，分析、計算了承載力、承載力變化量與沉降變化量3個因素的不同組合對樁沉降的影響，計算結果表明以上3種模型能準確預

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。通過學習同一地域1根樁的數(shù)據(jù)，利用支持向量機和獨立分量分析建立反應土層特征的支持向量機模型和反應沉降變化的支持向量機模型；然后，在此基礎上對其他樁的數(shù)據(jù)求得相應的土層特征建立了預測同一地域不同樁側摩阻力模型LearnPre-Q和預測沉降的預測模型LearnPre-S。實驗結果表明本文提出的L