群樁負(fù)摩阻力特性研究.pdf

1、樁基負(fù)摩阻力問題是工程界廣泛關(guān)注和研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)課題之一。由于問題的復(fù)雜性，目前仍有很多問題沒有得到很好地解決。本文采用模型試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論計(jì)算相結(jié)合的方法，對(duì)豎直/傾斜群樁中各位置樁基的樁身下拽力、中性點(diǎn)位置、群樁效應(yīng)以及地基土固結(jié)時(shí)間效應(yīng)、樁頂荷載與地面堆載的施荷順序等影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)研究；基于極限平衡原理建立了負(fù)摩阻力群樁效應(yīng)系數(shù)計(jì)算公式和群樁豎向抗拔承載力計(jì)算公式；開發(fā)了減少負(fù)摩阻力措施的新方法——擴(kuò)底楔形樁及其施工方法

2、，并對(duì)其力學(xué)特性進(jìn)行了初步探討，以求得到一些能為工程設(shè)計(jì)提供有益參考的結(jié)論。具體地，論文主要研究內(nèi)容及所取得的主要研究成果包括以下幾個(gè)方面： (1)設(shè)計(jì)了考慮樁周土體含水率、樁端持力層剛度特性等因素對(duì)樁身下拽力和中性點(diǎn)位置影響的模型試驗(yàn)，結(jié)合數(shù)值模擬方法分析了樁頂荷載與地面堆載的施荷順序、樁基長徑比以及樁-土摩擦系數(shù)等因素對(duì)樁基負(fù)摩阻力特性的影響。研究結(jié)果表明，先進(jìn)行地面堆載后進(jìn)行樁頂加載情況比先進(jìn)行樁頂加載后進(jìn)行地面堆載情況的

3、樁身軸力和樁頂下拽位移要小，同時(shí)加載情況所得的相應(yīng)值介于兩者之間；相同地面堆載等級(jí)下，摩擦端承型樁負(fù)摩阻力作用引起的樁身下拽力比端承型樁情況??；摩擦端承型樁，當(dāng)樁周土體含水率在最優(yōu)含水率附近時(shí)，土層的下陷量較大致使樁體沉降量也相對(duì)增大，中性點(diǎn)位置反而有所上升。 (2)設(shè)計(jì)了樁頂荷載與地面堆載共同作用下豎直單、群樁的模型試驗(yàn)，結(jié)合數(shù)值模擬方法對(duì)豎直群樁的負(fù)摩阻力特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。分析了地基土固結(jié)時(shí)間效應(yīng)、加載速率與加載方式、樁間

4、距、樁基位置(中心樁、邊樁和角樁)、樁基數(shù)目以及地面堆載等級(jí)等因素對(duì)樁身下拽力、樁頂下拽位移和中性點(diǎn)位置的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，隨著地基土固結(jié)沉降的發(fā)展，樁側(cè)負(fù)摩阻力值也得到發(fā)展并逐漸趨于穩(wěn)定，表現(xiàn)出明顯的時(shí)間效應(yīng)；當(dāng)樁-土相對(duì)位移達(dá)到一個(gè)較小值(幾毫米)時(shí)，樁側(cè)負(fù)摩阻力就能得到充分發(fā)展；樁側(cè)負(fù)摩阻力的發(fā)展隨著加載速率的減慢而減小并最終趨于一個(gè)穩(wěn)定值；分級(jí)加載比直接加載產(chǎn)生的樁身下拽力值略小，隨著荷載等級(jí)的增大，兩者的差異減少并最終趨

5、于一致；由于受群樁效應(yīng)的影響，群樁中角樁的樁身下拽力值和樁頂下拽位移值大于邊樁和中心樁的相應(yīng)值。 (3)設(shè)計(jì)了樁頂荷載與地面堆載共同作用下傾斜單、群樁的模型試驗(yàn)，結(jié)合數(shù)值模擬方法對(duì)傾斜群樁的負(fù)摩阻力特性進(jìn)行了研究，并與相應(yīng)的豎直單、群樁進(jìn)行了對(duì)比分析。探討了樁基傾斜角、樁間距等因素對(duì)樁身下拽力、樁頂下拽位移和側(cè)向位移的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，由于受樁基傾斜角的影響，群樁效應(yīng)相對(duì)不明顯；在小傾斜角范圍內(nèi)，樁身下拽力沿樁深方向的分布

6、規(guī)律與豎直樁基類似，且樁身下拽力隨著樁基傾斜角的增大而略有所增大，樁頂下拽位移隨著樁基傾斜角的增大而有明顯增大；地面堆載作用下，斜群樁中樁頂產(chǎn)生明顯的側(cè)向位移，并且隨著地面堆載等級(jí)、樁基傾斜角的增大而增大。 (4)基于極限平衡原理，假定土體受力時(shí)對(duì)樁體作用的有效影響面積，建立了負(fù)摩阻力作用下群樁效應(yīng)系數(shù)的理論計(jì)算公式。該計(jì)算公式綜合考慮了群樁布置形式、樁間距、樁基長徑比以及樁周土體性質(zhì)等因素對(duì)負(fù)摩阻力群樁效應(yīng)系數(shù)的影響；該公式計(jì)

7、算簡便且公式中的參數(shù)容易得到，尤其是對(duì)有效影響面積進(jìn)行簡化后的計(jì)算模型。通過運(yùn)用該公式對(duì)本文模型試驗(yàn)及工程實(shí)例進(jìn)行計(jì)算，并與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較分析，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合良好，從而驗(yàn)證該計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。 (5)提出了一種既可以提高樁基承載力又能有效降低負(fù)摩阻力對(duì)樁基影響的新樁型——擴(kuò)底楔形樁，并申請(qǐng)了國家發(fā)明專利(專利號(hào)：200810011854.4)。簡要介紹了該新樁型的施工工藝和力學(xué)機(jī)理；基于數(shù)值模擬分析方法，初步探討了其豎

8、向承載力、豎向抗拔力以及地面堆載引起的樁側(cè)負(fù)摩阻力等力學(xué)特性，并與等體積混凝土的常規(guī)擴(kuò)底樁、楔形樁和等截面樁進(jìn)行對(duì)比分析；研究了樁端土體與樁周土體模量比、樁-土摩擦系數(shù)、楔形角、擴(kuò)大頭直徑以及樁體模量等因素對(duì)擴(kuò)底楔形樁力學(xué)性狀的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，擴(kuò)底楔形樁樁身軸力沿樁深方向的分布規(guī)律兼有楔形樁和擴(kuò)底樁的特點(diǎn)；當(dāng)樁端土體與樁周土體模量比適中時(shí)，選用擴(kuò)底楔形樁比較適合，可以同時(shí)發(fā)揮樁側(cè)摩阻力和樁端阻力值的優(yōu)勢(shì)；相同地面堆載等級(jí)作用下，

9、擴(kuò)底楔形樁中樁側(cè)負(fù)摩阻力引起的樁頂下拽位移最小、樁身下拽力值介于常規(guī)楔形樁和擴(kuò)底樁兩者之間。由此說明，擴(kuò)底楔形樁是降低負(fù)摩阻力對(duì)樁基影響的有效方法之一。 (6)基于極限平衡原理，假定樁基上拔破壞時(shí)的破壞面是由倒置截頂圓錐面和圓柱面組成的復(fù)合破壞面，建立了計(jì)算單、群樁極限抗拔力的簡單理論計(jì)算公式。利用“最大最小值原理”確定復(fù)合破壞面的臨界樁長Lcr和破壞曲線中的待定系數(shù)N，從而確定破壞面形狀和極限抗拔力值Pu。該計(jì)算公式考慮了樁基