高噴插芯組合樁承載性能與計(jì)算分析

第1章緒論

1.1樁的分類及其發(fā)展

1.2組合樁發(fā)展及其研究現(xiàn)狀

1.2.1國外研究現(xiàn)狀

1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

1.3樁基國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.3.1試驗(yàn)研究

1.3.2理論研究

1.4本書研究背景意義

1.4.1JPP樁研究現(xiàn)狀及存在的問題

1.4.2研究意義

1.5主要研究內(nèi)容和技術(shù)路線

1.5.1主要研究內(nèi)容

1.5.2技術(shù)路線

第2章高噴插芯組合樁技術(shù)及其特點(diǎn)

2.1研發(fā)思路

2.2樁型構(gòu)造

2.2.1預(yù)應(yīng)力混凝土樁內(nèi)芯

2.2.2高壓旋噴樁

2.3施工工藝

2.3.1施工機(jī)械

2.3.2施工作業(yè)

2.4質(zhì)量檢測

2.5JPP樁技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

2.6適用范圍

2.7本章小結(jié)

第3章高噴插芯組合樁荷載傳遞機(jī)理足尺模型試驗(yàn)研究

3.1大型樁基模型試驗(yàn)系統(tǒng)簡介

3.1.1試驗(yàn)場所（模型槽）

3.1.2加載系統(tǒng)

3.1.3測量系統(tǒng)

3.2試驗(yàn)?zāi)康募胺桨?

3.2.1試驗(yàn)?zāi)康?

3.2.2試驗(yàn)方案

3.3模型樁制作

3.3.1試驗(yàn)準(zhǔn)備

3.3.2模型樁施工

3.4試驗(yàn)結(jié)果分析

3.4.1承載力分析

3.4.2樁身軸力

3.4.3內(nèi)外摩阻力

3.4.4JPP樁承載力組成

3.5本章小結(jié)

第4章帶承臺(tái)高噴插芯組合樁荷載傳遞特性足尺模型試驗(yàn)研究及分析

4.1儀器布置

4.2試驗(yàn)結(jié)果分析

4.2.1荷載分擔(dān)比

4.2.2軸力分布

4.2.3內(nèi)外摩阻力

4.2.4荷載傳遞特性

4.3JPP群樁數(shù)值模擬分析

4.3.1模型驗(yàn)證

4.3.2不同樁數(shù)的影響

4.3.3不同樁間距的影響

4.3.4不同樁長的影響

4.3.5不同組合形式的影響

4.3.6不同水泥土模量的影響

4.4本章小結(jié)

第5章高噴插芯組合樁承載力簡化計(jì)算及影響因素FLAC，o數(shù)值分析

5.1承載力簡化計(jì)算公式

5.1.1簡化計(jì)算公式

5.1.2計(jì)算公式驗(yàn)證

5.1.3調(diào)整系數(shù)的確定

5.2破壞模式

5.3承載力影響因素FLACm數(shù)值分析

5.3.1模型建立

5.3.2接觸面模型

5.3.3模擬結(jié)果分析

5.4JPP樁極限承載力的灰色預(yù)測

5.4.1非等步長GM（1，1）模型

5.4.2應(yīng)用實(shí)例分析

5.5本章小結(jié)

第6章高噴插芯組合樁豎向承載特性的變分法分析

6.1群樁的變分理論

6.1.1群樁變分分析

6.1.2土體荷載位移函數(shù)

6.1.3變分的矩陣表示

6.2單樁的變分解法

6.3JPP樁單樁變分解法

6.3.1單樁變分矩陣表示

6.3.2實(shí)例分析

6.4本章小結(jié)

第7章高噴插芯組合單樁荷載傳遞機(jī)理簡化分析方法

7.1樁身荷載傳遞簡化分析方法

7.1.1模型簡化及基本假定

7.1.2JPP樁荷載傳遞方程的建立

7.2實(shí)例驗(yàn)證

7.3JPP樁荷載傳遞影響因素分析

7.3.1不同組合形式

7.3.2水泥土厚度

7.3.3水泥土彈性模量

7.3.4剛度系數(shù)比

7.4本章小結(jié)

第8章結(jié)論

參考文獻(xiàn)

《高噴插芯組合樁承載性能與計(jì)算分析》由任連偉著，主要研究內(nèi)容

(1)分析了JPP樁研發(fā)思路、樁型構(gòu)造、施工工藝、質(zhì)量檢測、適用范圍及技術(shù)特點(diǎn)，并結(jié)合該技術(shù)特點(diǎn)提出了一些合理化的建議；

(2)以河海大學(xué)巖土所自主研發(fā)的大型樁基模型試驗(yàn)系統(tǒng)為依托，開展了同截面同尺寸JPP樁、混凝土灌注樁、高壓旋噴樁對比足尺模型試驗(yàn)研究，通過埋設(shè)在JPP中的檢測儀器，分析了JPP樁的豎向承載特性及荷載傳遞機(jī)理；

(3)通過帶承臺(tái)JPP單樁足尺模型試驗(yàn)，分析了帶承臺(tái)高噴插芯組合樁的荷載傳遞特性，并與不帶承臺(tái)JPP樁試驗(yàn)結(jié)果作了對比分析。

(4)根據(jù)JPP樁不同組合形式提出了承載力的計(jì)算公式，并通過工程實(shí)例驗(yàn)證了此公式的合理性。通過數(shù)值模擬對影響JPP樁承載力的主要因素進(jìn)行了分析，提出了較為合理的組合結(jié)構(gòu)形式。

樁芯是樁的平均直徑,在人工挖孔樁中為護(hù)壁內(nèi)徑的平均直徑;鉆孔樁沒有樁芯,利用樁直徑計(jì)算樁工程量。樁芯混凝土澆筑一般是針對管樁而言的，為了加強(qiáng)樁端頭的結(jié)構(gòu)可靠性，樁端頭設(shè)計(jì)院一般根據(jù)承載力不一樣深度不同，一般1.2米－2.1米之間。樁芯要放鋼筋籠子，主筋一般是4－6根，直徑一般12－18不等，按設(shè)計(jì)要求施工。

樁的平均直徑,在人工挖孔柱中為護(hù)壁內(nèi)徑的平均直徑;鉆孔樁沒有樁芯,利用樁直徑計(jì)算樁工程量。

樁芯混凝土澆筑一般是針對管樁而言的，為了加強(qiáng)樁端頭的結(jié)構(gòu)可靠性，樁端頭設(shè)計(jì)院會(huì)根據(jù)承載力不一樣和挖孔深度不同，一般設(shè)計(jì)為1.2米－2.1米之間。樁芯要放鋼筋籠子，主筋一般是4－6根，直徑一般12mm－18mm不等，按設(shè)計(jì)要求施工。

樁的承載力應(yīng)根據(jù)不同受力情況，分別按樁身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和地基土對樁的支承能力進(jìn)行計(jì)算，并取其小值。對實(shí)際有可能同時(shí)在樁身出現(xiàn)的荷載，應(yīng)按設(shè)計(jì)極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)狀況進(jìn)行組合。樁在下列情況應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)：

（1）根據(jù)樁的受力情況進(jìn)行樁的垂直承載力和水平承載力計(jì)算；

（2）當(dāng)樁端平面以下存在軟弱下臥層時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算軟弱下臥層的承載力；

（3）樁身受壓、受彎、受拉和受扭承載力計(jì)算；

（4）樁的自由長度較大時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算樁的壓屈穩(wěn)定等。

樁在下列情況應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)：

（1）預(yù)應(yīng)力混凝土樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和鋼筋混凝土樁的抗裂或限裂；

（2）柔性系靠船樁的水平變形等。樁基設(shè)計(jì)應(yīng)考慮沉降和水平變形對使用的影響。單樁承載力應(yīng)根據(jù)靜載荷試驗(yàn)確定。

下列情況可不進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)：

（1）當(dāng)附近工程有試樁資料，且沉樁工藝相同，地質(zhì)條件相近時(shí)；

（2）重要工程中的附屬建筑物；

（3）樁數(shù)較少的重要建筑物，并經(jīng)技術(shù)論證；

（4）小港口中的建筑物。

預(yù)應(yīng)力混凝土樁和鋼筋混凝土樁在下列情況下應(yīng)進(jìn)行正截面承載力計(jì)算及抗裂驗(yàn)算：

（1）預(yù)應(yīng)力混凝土樁和鋼筋混凝土樁在施工及使用時(shí)期均應(yīng)進(jìn)行正截面承載力計(jì)算；

（2）預(yù)應(yīng)力混凝土樁在施工和使用時(shí)期均應(yīng)進(jìn)行抗裂驗(yàn)算。

鋼筋混凝土樁在吊運(yùn)和吊立過程中應(yīng)進(jìn)行抗裂驗(yàn)算。樁在進(jìn)行正截面承載力計(jì)算和抗裂驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際受力情況，按規(guī)定計(jì)算。樁的主筋配筋率均不得小于樁截面面積的1%?？招臉兜耐獗Ｗo(hù)層厚度應(yīng)滿足現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，內(nèi)壁保護(hù)層厚度不宜小于40mm。當(dāng)采用膠囊抽芯制樁工藝 時(shí)，尚應(yīng)考慮膠囊上浮的影響。對錘擊下沉的空心樁，在樁頂4倍樁寬范圍內(nèi)應(yīng)做成實(shí)心段。

冰凍地區(qū)樁頂實(shí)心段長度應(yīng)適當(dāng)加長。注：當(dāng)承受較大扭矩作用時(shí)，尚應(yīng)對受扭情況進(jìn)行驗(yàn)算。 樁的正截面承載力計(jì)算及抗裂度驗(yàn)算項(xiàng)目表 項(xiàng) 目 作用和作用效應(yīng) 軸向受壓 受壓樁軸向壓力，錘擊沉樁壓應(yīng)力 軸向受拉 錘擊沉樁拉應(yīng)力，受壓樁軸向拉力 彎曲 吊運(yùn)及其他階段產(chǎn)生的彎距 偏心受壓 受壓樁軸向壓力與彎距的組合 偏心受拉 受壓樁軸向拉力與彎距的組合 后張法預(yù)應(yīng)力混凝土大直徑管樁壁厚應(yīng)滿足鋼鉸線預(yù)留孔及外內(nèi)保護(hù)層要求。后張法預(yù)應(yīng)力混凝土大直徑管樁預(yù)留孔灌漿應(yīng)密實(shí)，灌漿材料強(qiáng)度不得低于40MPa，并應(yīng)滿足握裹力要求。為消除后張法預(yù)應(yīng)力混凝土大直徑管樁打樁過程中水錘現(xiàn)象對樁身的不利影響，應(yīng)在樁身適當(dāng)部位預(yù)留排水孔。當(dāng)管樁與樁帽連接按固接設(shè)計(jì)時(shí)，受壓時(shí)應(yīng)驗(yàn)算樁頂混凝土的擠壓和沖切強(qiáng)度。

鋼管樁所用鋼材，應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性、自然條件、受力狀況和抗腐蝕要求等，在滿足設(shè)計(jì)對其機(jī)械性能和化學(xué)組成要求的前提下，考慮材料的加工和可焊性，并通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。鋼管樁所用鋼材，應(yīng)取用同一型號(hào)的鋼種。焊接材料的機(jī)械性能應(yīng)與鋼管樁主材相適應(yīng)，對海港工程尚應(yīng)考慮防腐蝕要求。鋼管樁組裝時(shí)應(yīng)采用對接焊縫，不得用搭接或側(cè)面有覆板的焊接形式。鋼管樁必須進(jìn)行防腐蝕處理。錘擊沉樁，應(yīng)考慮錘擊振動(dòng)和擠土等對岸坡穩(wěn)定或臨近建筑物的影響。

基樁承受水平荷載并產(chǎn)生水平位移，改變了樁側(cè)阻力的分布，進(jìn)而對單樁的豎向承載特性產(chǎn)生影響；在存在水平位移的情況下，樁身產(chǎn)生撓曲變形，豎向荷載的作用會(huì)使樁頂產(chǎn)生附加彎矩并導(dǎo)致樁周土體抗力發(fā)生改變，從而影響單樁的水平承載特性?；诨鶚秾?shí)際經(jīng)常受到水平、豎向和彎矩荷載（組合荷載）共同作用的事實(shí)，而目前工程上不考慮組合荷載的相互影響，且對荷載組合情況下單樁承載特性的研究結(jié)論不一致的現(xiàn)狀，本課題進(jìn)行了三次在不同情況下的室內(nèi)模型試驗(yàn)，通過理論研究建立了考慮組合荷載各分量間相互影響的單樁承載特性分析理論，并結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)和數(shù)值模擬對其進(jìn)行了進(jìn)一步的修正和補(bǔ)充，得出了考慮樁周土體性質(zhì)和土體加卸荷效應(yīng)的樁周土體水平反力、樁側(cè)阻力和樁端阻力的變化規(guī)律，建立了組合荷載下樁身內(nèi)力的分析理論，并給出了考慮組合荷載各分量間相互影響的單樁極限承載力建議公式。本課題的主要研究結(jié)論如下： （1）室內(nèi)模型試驗(yàn)結(jié)果表明，水平和彎矩荷載對樁側(cè)阻力的影響主要集中在地面以下10倍樁徑范圍，在該范圍內(nèi)，隨著樁頂位移的增大，樁側(cè)阻力不斷減小?，F(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果顯示，該影響范圍為地面以下0~15倍樁徑深度。建議在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)地面以下0~15倍樁徑深度范圍內(nèi)的樁身配筋和樁周土體的加固，以提高單樁的抗彎能力和樁周土體抗力，減小樁身側(cè)向位移。 （2）水平或彎矩荷載的增大，均會(huì)降低單樁的豎向極限承載力，但只有水平荷載大于相應(yīng)水平荷載作用點(diǎn)位置的極限承載力的0.5倍時(shí)，這種降低程度才較明顯。水平或彎矩荷載對單樁沉降的影響程度與其產(chǎn)生的水平位移大小正相關(guān)。 （3）在存在水平位移的情況下，豎向荷載的施加會(huì)產(chǎn)生P- 效應(yīng)，導(dǎo)致水平位移的進(jìn)一步增大，從而削弱了單樁水平承載力。 （4）室內(nèi)模型試驗(yàn)表明，水平、彎矩和豎向荷載共同作用對單樁承載特性的影響存在組合效應(yīng)。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，先施加豎向荷載再施加水平荷載時(shí)，當(dāng)豎向荷載介于0.4~0.5倍豎向極限承載力時(shí)對樁頂側(cè)移的減小作用最為明顯。 2100433B