大直徑灌注樁荷載傳遞機(jī)理及數(shù)值模擬研究.pdf

1、大直徑灌注樁在沿海、沿江近岸軟土地基環(huán)境高速公路橋梁建設(shè)中已廣泛應(yīng)用，由于大直徑灌注樁在此類(lèi)地基環(huán)境中的受力變形特性并沒(méi)有相應(yīng)的理論研究基礎(chǔ)，為深入了解和認(rèn)識(shí)大直徑灌注樁在該類(lèi)軟土環(huán)境中的受力及變形特性，本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)大量試驗(yàn)資料進(jìn)行分析，采用解析計(jì)算方法和數(shù)值分析方法，對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)和全面的分析，主要做了以下幾方面的工作： 1．介紹了不同樁徑灌注樁的受力特性及變形規(guī)律，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)荷載一沉降曲線(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)分析，得出在不同樁端

2、土條件下，大直徑灌注樁荷載-沉降曲線(xiàn)在樁端阻力發(fā)揮初始階段，樁端位移存在明顯急劇增長(zhǎng)階段，增量的大小與樁端土的性質(zhì)及厚度有關(guān)。分析了樁端存在較厚沉渣條件下大直徑灌注樁的荷載-沉降曲線(xiàn)特點(diǎn)，針對(duì)分析結(jié)果，提出在樁端土層較軟或樁底有較厚沉渣條件下樁端荷載與沉降的數(shù)學(xué)模型。 2．對(duì)樁側(cè)土剪切變形的荷載傳遞函數(shù)進(jìn)行合理假設(shè)，針對(duì)樁側(cè)土體在大直徑灌注樁沉降過(guò)程中的變形規(guī)律，提出用非線(xiàn)性荷載傳遞函數(shù)分析樁側(cè)土的剪切和變形，該軟化模型的提出符

3、合土體的基本變形規(guī)律。依據(jù)提出的樁側(cè)土和樁端土荷載傳遞關(guān)系，建立樁側(cè)土荷載傳遞線(xiàn)性三折線(xiàn)軟化模型條件下，樁端土硬化非線(xiàn)性模型的荷載-沉降關(guān)系，針對(duì)樁側(cè)土體處于完全彈性、彈性+軟化、彈性+軟化+殘余、殘余+軟化、完全軟化條件下的樁端土非線(xiàn)性模型的荷載傳遞關(guān)系，推導(dǎo)了單樁荷載傳遞公式，分析了在樁側(cè)土體處于多種狀態(tài)時(shí)的樁頂荷載-沉降規(guī)律，探討了單樁處于不同土層條件下的荷載傳遞規(guī)律。 3．根據(jù)樁側(cè)土處于非線(xiàn)性軟化模型及樁端土處于不同階段

4、，推導(dǎo)了單樁荷載-沉降公式，對(duì)樁身荷載傳遞規(guī)律進(jìn)行分析，得出了一系列合理的結(jié)論。 4．針對(duì)樁側(cè)土線(xiàn)性軟化模型及樁端土硬化模型，提出基于彈性理論的負(fù)摩阻力解析計(jì)算方法，在單向固結(jié)理論的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了樁側(cè)土和樁端土處于不同階段時(shí)負(fù)摩阻力的解析表達(dá)式。同時(shí)，考慮了在沿海潮汐環(huán)境下大直徑灌注樁雙中性點(diǎn)的產(chǎn)生機(jī)理，提出雙中性點(diǎn)的產(chǎn)生條件，推導(dǎo)了雙中性點(diǎn)條件下樁側(cè)負(fù)摩阻力的解析解，針對(duì)雙中性點(diǎn)出現(xiàn)的邊界條件，在假設(shè)負(fù)摩阻力隨樁體深度呈雙曲線(xiàn)

5、形式變化的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了總負(fù)摩阻力的計(jì)算表達(dá)式。 5．對(duì)大直徑灌注樁存在樁側(cè)表面粗糙的問(wèn)題，提出樁側(cè)摩阻力的合理計(jì)算方法，分析了樁側(cè)表面粗糙度對(duì)樁身荷載傳遞規(guī)律的影響。介紹了樁側(cè)表面粗糙度基本表述方法，采用分形描述的基本方法，建立了分形與粗糙度之間的關(guān)系，將度量的結(jié)果與樁側(cè)的剪應(yīng)力建立聯(lián)系，從而得到樁側(cè)表面粗糙程度較小情況下樁側(cè)剪應(yīng)力的修正方法。 6．考慮樁側(cè)有較大凸起和凹進(jìn)條件下，大直徑灌注樁樁身荷載傳遞規(guī)律的修正方法

6、，并推導(dǎo)了樁側(cè)存在較大凸起和凹進(jìn)時(shí)，不同程度凸起和凹進(jìn)的樁身荷載及樁身壓縮的解析表達(dá)式，提出樁側(cè)土體沿樁身滑動(dòng)并不一定沿樁身表面滑動(dòng)的結(jié)論。論文依據(jù)樁身的低應(yīng)變檢測(cè)曲線(xiàn)，量化分析樁身截面積的變化規(guī)律，從而形成樁側(cè)表面平均粗糙度的曲線(xiàn)形式，采用上述基本理論與工程實(shí)踐結(jié)合，達(dá)到模擬考慮樁側(cè)表面粗糙度的樁基荷載傳遞規(guī)律的目的。 7．論文以浙江沿海高速公路(甬臺(tái)溫復(fù)線(xiàn))工程為依托，針對(duì)目前工程中可能出現(xiàn)的周邊環(huán)境變化對(duì)灌注樁的影響進(jìn)行研