軟土地區(qū)組合荷載作用下單樁的承載特性及試驗研究

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，豎向荷載的作用會使樁頂產(chǎn)生附加彎矩并導致樁周土體抗力發(fā)生改變，從而影響單樁的水平承載特性?；诨鶚秾嶋H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，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，本課題進行了三次在不同情況下的室內(nèi)模型試驗，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)場試驗和數(shù)值模擬對其進行了進一步的修正和補充，得出了考慮樁周土體性質(zhì)和土體加卸荷效應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。建議在工程設計中，應重點加強地面以下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，均會降低單樁的豎向極限承載力，但只有水平荷載大于相應水平荷載作用點位置的極限承載力的0.5倍時，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，豎向荷載的施加會產(chǎn)生P- 效應，導致水平位移的進一步增大，從而削弱了單樁水平承載力。 （4）室內(nèi)模型試驗表明，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。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，當豎向荷載介于0.4~0.5倍豎向極限承載力時對樁頂側(cè)移的減小作用最為明顯。 2100433B

樁受組合荷載作用時，水平或彎矩荷載會使樁身產(chǎn)生彎矩和撓曲變形，豎向荷載也將由于樁身撓曲變形而產(chǎn)生一附加彎矩，這一附加彎矩又將影響到樁身撓曲變形。樁身發(fā)生繞曲變形時，同一水平位置樁身兩側(cè)土體一部分處于加載，而另一部分則處于卸載，使得同一水平位置樁身兩側(cè)摩阻力發(fā)揮機制不同，進而影響到樁身內(nèi)力，即組合荷載樁的承載特性不僅取決于各荷載的大小，還取決于各荷載的相互關(guān)系。因而，采用小變形疊加原理對樁進行分析在機理上存在缺陷。隨著樁基工程的大量使用，有必要在考慮土體加卸載效應和各荷載之間相互影響的基礎上，對組合荷載作用下單樁的承載特性進行系統(tǒng)深入地研究。本課題采用室內(nèi)模型試驗、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，探討組合荷載下考慮土體加卸載效應的土體水平反力、樁側(cè)摩阻力及單樁內(nèi)力特征，建立考慮各荷載分量相互影響的組合荷載下單樁承載分析理論。其成果對今后樁的設計、施工等具有重要基礎理論意義和實際應用價值。

擠擴支盤樁是在普通灌注樁基礎上研制出來的一種新型樁基礎，它與普通鉆孔灌注樁的主要區(qū)別在于支盤的設置和其特殊的擠擴工藝。由于這些支盤的設置，大大地提高了樁的承載力，減小了沉降量，因此具有可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。

《擠擴支盤樁承載特性及強度計算》基于現(xiàn)場靜載荷試驗和樁身應力測試，系統(tǒng)地研究了擠擴支盤樁在壓力荷載、上拔荷載作用下的荷載傳遞規(guī)律，補充和完善了擠擴支盤樁的抗壓、抗拔極限承載力的實用計算公式；通過室內(nèi)支盤模型試件的荷載試驗，測定了支盤的荷載一位移全程曲線，揭示了試驗條件下的支盤破壞形態(tài)為斜壓破壞，并建立了支盤強度承載力的計算模型；運用二維軸對稱及三維有限元法，探討了擠擴支盤樁單樁和群樁的承載變形性狀，對擠擴支盤樁的支盤豎向臨界間距、水平樁距和布樁方式的設計，提出了相應建議。最后還總結(jié)了擠擴支盤樁的強度計算與構(gòu)造措施。

《擠擴支盤樁承載特性及強度計算》可為土建、交通等行業(yè)設計、施工與科研人員提供借鑒與參考。

多節(jié)旋挖擠擴DX 樁基（簡稱DX樁）是近年興起的一種異型多承盤樁基形式，因其可顯著提高樁基承載力、減少沉降、降低樁長及節(jié)約原材料，在高速公路、鐵路、港口碼頭甚至大型LNG儲油罐的樁基工程得到廣泛應用。試驗報告和工程應用均表明該樁型的優(yōu)越性與發(fā)展?jié)摿?因此對該樁的豎向承載性能與其設計方法研究，近年來已成為樁基工程研究人員的新熱點。但因多承力盤的存在改變了傳統(tǒng)等截面樁的荷載傳遞規(guī)律和沉降特性，樁土之間相互作用較為復雜，研究人員對DX樁荷載傳遞方式等科學規(guī)律的認識還很不充分。本課題擬通過一系列模型試驗、理論分析與數(shù)值模擬等多種手段，對DX樁的荷載傳遞機理及承載特性進行研究，掌握承力盤、樁身與土體的相互作用規(guī)律，從而建立DX樁豎向承載力設計方法。研究成果將大大發(fā)展樁基設計理論。尤其當前我國高速鐵路、公路工程中超長樁基越來越多，本課題研究成果及應用既具有重要的理論意義，又具有廣泛的工程實用價值。

多節(jié)旋挖擠擴DX 樁基（簡稱DX樁）是近年興起的一種異型多承盤樁基形式，因其可顯著提高樁基承載力、減少沉降、降低樁長及節(jié)約原材料，在高速公路、鐵路、港口碼頭甚至大型LNG儲油罐的樁基工程得到廣泛應用，收到了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。試驗報告和工程應用均表明該樁型的優(yōu)越性與發(fā)展?jié)摿? 因此對該樁的豎向承載性能與其設計方法研究，近年來已成為樁基工程研究人員的新熱點。但囿于多承力盤的存在，樁的荷載傳遞規(guī)律和沉降特性與傳統(tǒng)等截面樁相比，發(fā)生了明顯的改變，多段側(cè)阻力和多層端阻力共同承載的復雜荷載傳遞過程，使樁土之間的相互作用非常復雜，研究人員對DX樁荷載傳遞特性、承載機理及破壞模式等科學規(guī)律的認識還很不充分。因此，提高對DX樁荷載傳遞特性、承載機理及破壞模式等科學規(guī)律的認識，迫在眉睫。本課題結(jié)合工程現(xiàn)場試驗、模型試驗、理論推導及數(shù)值分析等手段，對DX摩擦樁及嵌巖樁的豎向荷載傳遞機理及承載特性進行系統(tǒng)研究，建立了DX 樁極限承載力、樁頂位移、樁身軸力等變化規(guī)律，確定了DX嵌巖樁豎向承載力的主要影響因素，明確了DX樁承力盤、樁身與土體的相互作用規(guī)律，系統(tǒng)揭示了DX樁的豎向承載機理，提出了DX樁的豎向承載力設計方法。研究成果大大豐富了樁基設計理論。尤其當前我國高速鐵路、公路工程中超長樁基越來越多，本課題研究成果及應用具有重要的理論意義及工程實用價值。 2100433B