變截面勁性水泥土旋噴攪拌樁關鍵技術與承載機理研究.pdf

1、提出的變截面勁性水泥土旋噴攪拌樁(SRC樁)兼有旋噴和攪拌工藝的技術與成本優(yōu)勢，可根據(jù)需要改變樁身截面和插入勁性芯材，使樁身強度及承載力得到大幅度提高，這種復合樁在抗壓和抗拔工程中具有廣闊的應用前景。為了實現(xiàn)這種樁型并探討其承載機理，研發(fā)了成樁施工設備和施工工藝等關鍵技術，利用現(xiàn)場試驗、室內模型試驗與數(shù)值模擬等手段研究其抗壓和抗拔承載機理，提出了考慮位移協(xié)調的樁承載力計算方法。最后，介紹了采用SRCP工法完成的兩個典型的工程實例。

2、>　　 研發(fā)了SRC樁成樁施工設備與施工工藝并實施了工藝試驗。施工設備采用模塊化設計思想，可以實現(xiàn)一機多用。旋噴技術使變截面更容易，施工機具和施工工藝相對簡單；通過旋噴和攪拌的結合，水泥土樁和剛性樁的結合，可以發(fā)揮兩種工藝和兩種材料的優(yōu)勢，克服各自的缺點；能夠以相對經(jīng)濟的方式獲得更大的樁徑，能夠大大提高鉆進能力；鉆桿噴射結合葉片噴射旋噴攪拌鉆頭施工工藝，其返漿量相對較小，具有更廣泛的地層適應性，屬于節(jié)能環(huán)保型工藝。
　　 提出

3、了模型試驗砂土地基飽和方法，可在試驗結束后剖開模型地基觀察破壞形態(tài)。模型試驗結果表明，等截面樁與變截面樁地基的破壞形式均為局部剪切破壞；具有一個擴大盤的變截面樁或擴大盤間距較大的變截面樁，位于擴大盤的下部土體發(fā)生壓縮和局部剪切破壞現(xiàn)象，擴大盤上部的土體則發(fā)生梨形滑落現(xiàn)象，這部分的樁側摩阻力不應計入承載力；擴大盤間距較小時，上下兩個擴大盤之間的土體與兩個擴大盤成為一體，在計算承載力時可以將這部分看成樁徑與擴大盤直徑相同的等截面樁；等截面樁

4、與變截面樁的荷載沉降曲線相似；對于樁頂荷載，變截面樁的樁側荷載分擔值(包括樁側摩阻力和擴大盤端阻力)均遠大于樁端荷載分擔值；擴大盤的位置對承載力的發(fā)揮有一定的影響；具有三個擴大盤的變截面樁承載力大于兩個擴大盤的變截面樁的承載力，但結果相差不大；變截面樁的承載力得到顯著提高，其承載力不小于與擴大盤直徑相等的等截面樁，說明變截面樁具有顯著的經(jīng)濟效益；隨著樁頂荷載的增大，擴大盤承擔的荷載增加顯著，擴大盤以下樁身的軸力因擴大盤承擔大部分而驟減，

5、但是，降低幅度與擴大盤的個數(shù)、位置及間距有關。
　　 數(shù)值模擬闡述了加載過程中SRC樁的承載特性。等截面樁的塑性破壞區(qū)主要集中在樁端周圍，設置擴大盤后，樁的位移場和塑性區(qū)分布發(fā)生了明顯變化，表現(xiàn)出多支點摩擦-端承樁的承載特性；擴大盤取代了樁端的核心地位，承擔了大部分荷載，成為應力集中區(qū)，樁端承載力的發(fā)揮出現(xiàn)明顯滯后，塑性破壞區(qū)集中在擴大盤周圍出現(xiàn)并隨著荷載的增加而不斷擴大；當兩個擴大盤間距較近時，隨著荷載的增加，上下擴大盤的應力

6、場出現(xiàn)疊加現(xiàn)象；隨著兩個擴大盤間距的加大，兩個擴大盤各自形成應力集中區(qū)并隨著荷載的增加各自形成塑性破壞區(qū)，但上盤塑性破壞區(qū)要大于下盤塑性破壞區(qū)，而樁端也形成一個較小的塑性區(qū)，這時，可以看做兩個單個擴大盤獨立發(fā)揮作用；擴大盤越向上設置，其作用越早開始發(fā)揮，相應的樁端發(fā)揮作用越遲。
　　 SRCP工法亦可用于小型抗拔樁(抗浮錨桿)的施工。SRCP工法有效改善了錨土界面特性。采用SRC工法施工的抗浮錨桿現(xiàn)場抗拔承載力試驗及數(shù)值模擬表明

7、，錨土界面特性的改善對極限承載力的影響顯著；采用變截面工藝大大提高了側阻力，與傳統(tǒng)泥漿護壁工藝和單純改善錨土界面特性工藝相比，不僅有效提高了極限承載力，而且相同荷載對應的位移顯著減??；在荷載水平較低時，單純改善界面特性對彈性位移和塑性位移的影響不顯著，但是，即使在荷載水平較低時，變截面的采用也可以同時減小彈性位移和塑性位移；與傳統(tǒng)泥漿護壁工藝相比，改善錨土界面特性后錨桿粘結強度標準值提高至3.0倍以上，采用變截面工藝后提高至3.5倍以上

8、，而實際單位造價僅分別增加約20％和30％，預計總造價降低50％以上；SRCP工法施工效率可提高至傳統(tǒng)泥漿護壁工藝的10-20倍；錨土界面強度越高、擴大盤直徑越大，抗拔承載力越高，相應的位移越小。
　　 為了考慮位移協(xié)調問題，提出了導入樁側破壞摩阻力和樁端破壞阻力不同發(fā)揮系數(shù)計算承載力特征值的方法，并給出了等截面樁和變截面樁的承載力特征值計算式。在分析變截面樁破壞形式的基礎上，分別給出了抗壓和抗拔SRC樁的設計思路。