大直徑灌注樁荷載傳遞機理及數(shù)值模擬研究.pdf

1、大直徑灌注樁在沿海、沿江近岸軟土地基環(huán)境高速公路橋梁建設(shè)中已廣泛應(yīng)用，由于大直徑灌注樁在此類地基環(huán)境中的受力變形特性并沒有相應(yīng)的理論研究基礎(chǔ)，為深入了解和認(rèn)識大直徑灌注樁在該類軟土環(huán)境中的受力及變形特性，本文通過對現(xiàn)場大量試驗資料進行分析，采用解析計算方法和數(shù)值分析方法，對其作用機理進行詳細(xì)和全面的分析，主要做了以下幾方面的工作： 1．介紹了不同樁徑灌注樁的受力特性及變形規(guī)律，通過對現(xiàn)場荷載一沉降曲線進行詳細(xì)分析，得出在不同樁端

2、土條件下，大直徑灌注樁荷載-沉降曲線在樁端阻力發(fā)揮初始階段，樁端位移存在明顯急劇增長階段，增量的大小與樁端土的性質(zhì)及厚度有關(guān)。分析了樁端存在較厚沉渣條件下大直徑灌注樁的荷載-沉降曲線特點，針對分析結(jié)果，提出在樁端土層較軟或樁底有較厚沉渣條件下樁端荷載與沉降的數(shù)學(xué)模型。 2．對樁側(cè)土剪切變形的荷載傳遞函數(shù)進行合理假設(shè)，針對樁側(cè)土體在大直徑灌注樁沉降過程中的變形規(guī)律，提出用非線性荷載傳遞函數(shù)分析樁側(cè)土的剪切和變形，該軟化模型的提出符

3、合土體的基本變形規(guī)律。依據(jù)提出的樁側(cè)土和樁端土荷載傳遞關(guān)系，建立樁側(cè)土荷載傳遞線性三折線軟化模型條件下，樁端土硬化非線性模型的荷載-沉降關(guān)系，針對樁側(cè)土體處于完全彈性、彈性+軟化、彈性+軟化+殘余、殘余+軟化、完全軟化條件下的樁端土非線性模型的荷載傳遞關(guān)系，推導(dǎo)了單樁荷載傳遞公式，分析了在樁側(cè)土體處于多種狀態(tài)時的樁頂荷載-沉降規(guī)律，探討了單樁處于不同土層條件下的荷載傳遞規(guī)律。 3．根據(jù)樁側(cè)土處于非線性軟化模型及樁端土處于不同階段

4、，推導(dǎo)了單樁荷載-沉降公式，對樁身荷載傳遞規(guī)律進行分析，得出了一系列合理的結(jié)論。 4．針對樁側(cè)土線性軟化模型及樁端土硬化模型，提出基于彈性理論的負(fù)摩阻力解析計算方法，在單向固結(jié)理論的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了樁側(cè)土和樁端土處于不同階段時負(fù)摩阻力的解析表達式。同時，考慮了在沿海潮汐環(huán)境下大直徑灌注樁雙中性點的產(chǎn)生機理，提出雙中性點的產(chǎn)生條件，推導(dǎo)了雙中性點條件下樁側(cè)負(fù)摩阻力的解析解，針對雙中性點出現(xiàn)的邊界條件，在假設(shè)負(fù)摩阻力隨樁體深度呈雙曲線

5、形式變化的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了總負(fù)摩阻力的計算表達式。 5．對大直徑灌注樁存在樁側(cè)表面粗糙的問題，提出樁側(cè)摩阻力的合理計算方法，分析了樁側(cè)表面粗糙度對樁身荷載傳遞規(guī)律的影響。介紹了樁側(cè)表面粗糙度基本表述方法，采用分形描述的基本方法，建立了分形與粗糙度之間的關(guān)系，將度量的結(jié)果與樁側(cè)的剪應(yīng)力建立聯(lián)系，從而得到樁側(cè)表面粗糙程度較小情況下樁側(cè)剪應(yīng)力的修正方法。 6．考慮樁側(cè)有較大凸起和凹進條件下，大直徑灌注樁樁身荷載傳遞規(guī)律的修正方法

6、，并推導(dǎo)了樁側(cè)存在較大凸起和凹進時，不同程度凸起和凹進的樁身荷載及樁身壓縮的解析表達式，提出樁側(cè)土體沿樁身滑動并不一定沿樁身表面滑動的結(jié)論。論文依據(jù)樁身的低應(yīng)變檢測曲線，量化分析樁身截面積的變化規(guī)律，從而形成樁側(cè)表面平均粗糙度的曲線形式，采用上述基本理論與工程實踐結(jié)合，達到模擬考慮樁側(cè)表面粗糙度的樁基荷載傳遞規(guī)律的目的。 7．論文以浙江沿海高速公路(甬臺溫復(fù)線)工程為依托，針對目前工程中可能出現(xiàn)的周邊環(huán)境變化對灌注樁的影響進行研