基于SCPTU測試的管樁承載特性及可靠度研究.pdf

1、地震波孔壓靜力觸探(SCPTU)原位測試技術(shù)具有理論系統(tǒng)、功能齊全、參數(shù)準確、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，它不僅可通過超孔壓的靈敏性準確劃分土層、進行土類判別，而且可求取土的原位固結(jié)系數(shù)、滲透系數(shù)、承載特性，動力參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)等。該技術(shù)目前在國外土木工程設(shè)計中已得到廣泛應(yīng)用，而在國內(nèi)的應(yīng)用基本為空白。管樁因造價低、施工快、環(huán)保等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于地基處理中，其承載特性為管樁設(shè)計的核心問題。
　　 在此背景下，依托江蘇省高速公路工程建

2、設(shè)，基于東南大學引進的地震波孔壓靜力觸探測試系統(tǒng)及已進行的典型土類工程特性測試分析，本文采用聚類分析理論、彈性理論、孔穴擴張理論、太沙基固結(jié)理論、可靠度理論等，對管樁承載特性進行了系統(tǒng)研究。
　　 主要研究成果如下:
　　 (1)基于國內(nèi)外孔壓靜力觸探(CPT/CPTU)的土分類方法，引入修正貝葉斯模型，使用歸一化CPTU參數(shù)，進行了土分類新方法的探索，提出了基于貝葉斯修正模型的土分類新方法，通過現(xiàn)場試驗驗證了該方法的有

3、效性。在彈性理論的基礎(chǔ)上，提出了基于聚類中心的預(yù)測樁承載力SCPTU新方法，并進行了軸向荷載-沉降反應(yīng)分析，該方法首先通過剪切波速計算出樁的初始剛度，然后對樁荷載傳遞規(guī)律進行分析，運用指數(shù)衰減模型確定出不同荷載水平下的等價彈性模量。結(jié)合工程實例和對比分析，驗證了新方法的有效性。
　　 (2)根據(jù)靜壓管樁在軟粘土中貫入的特點，假定軟土各向同性，貫入時不排水且服從Tresca屈服準則，彈性區(qū)中運用小應(yīng)變分析，塑性區(qū)中引入應(yīng)變影響系數(shù)

4、進行大應(yīng)變分析，結(jié)合貫入過程中不同部位的擠土特征，分別采用球形孔穴和柱形孔穴擴張理論分析，推導(dǎo)出可考慮應(yīng)變影響的極限擴孔壓力和孔隙水壓力解析式。
　　 (3)以樁形孔穴擴張時產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力解析式為初始條件，假設(shè)樁壁不透水，在彈性區(qū)考慮超靜孔隙水壓力對樁周土固結(jié)的影響，推導(dǎo)出樁周土的固結(jié)理論解。將理論解與現(xiàn)場孔壓監(jiān)測成果進行對比分析，驗證了提出的理論解的合理性和適用性。基于有效應(yīng)力原理，結(jié)合樁周土固結(jié)理論解，推導(dǎo)出軟土中基于

5、CPTU測試參數(shù)計算靜壓管樁承載力時效性解析解。
　　 (4)通過分析沉樁擠土效應(yīng)對土性的影響，得出簡單實用的樁側(cè)位移計算公式;根據(jù)工程實測資料，分析了沉樁擠土效應(yīng)的控制因素，并給出擠土效應(yīng)影響范圍的計算方法;通過調(diào)節(jié)沉樁速率控制超靜孔隙水壓力的方法，可以控制沉樁擠土效應(yīng)。
　　 (5)基于標定槽和現(xiàn)場試驗結(jié)果分析，研究了土塞效應(yīng)對管樁承載力的影響，提出采用CPTU錐尖阻力值計算閉口樁和開口樁的歸一化單位阻力的方法，進而

6、建立了考慮土塞效應(yīng)的樁承載力設(shè)計流程。通過有限元數(shù)值模擬對開口管樁進行理論分析，研究了土塞分布規(guī)律。
　　 (6)通過對Schmertmann和Nottingham法、Almeida等法、Powell等法、Eslami和Fellenius法以及提出的基于聚類中心的管樁承載力預(yù)測方法的概率分布模型進行檢驗，發(fā)現(xiàn)對數(shù)正態(tài)分布具有較好的擬合特性，而正態(tài)分布基本不被拒絕，應(yīng)用極值Ⅰ型分布時要慎重。分析表明:中心點法只適用于對可靠度的粗略