[博士]成孔卸荷条件下灌注桩在砂土中承载性状机理研究

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标签：岩土毕业设计成孔卸荷承载机理砂土博士

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[博士]成孔卸荷条件下灌注桩在砂土中承载性状机理研究
　　博士成孔卸荷承载机理砂土力学特性灌注桩
　　本文为同济大学土木工程学院博士学位论文（2009年10月1日）
　　作者：鲁嘉
　　导师：赵春风
　　随着建(构)筑物向高、重、大、深方向的发展，对桩基承载性能的要求越来越高，并逐渐向大直径深长方向发展，但针对灌注桩承载机理的研究还远落后于工程实践需要，特别是对于大直径深超长桩的荷载传递机制的研究还不深入。
　　另外，现行国家或多数的地方设计标准中灌注桩侧摩阻力的确定基本上是按同类工程中预制桩的侧摩阻力经一定折减得到，而灌注桩的成孔卸荷工艺和预制桩的挤土效应有着很大不同，混凝土骨料的“自立"特性也使孔壁土体呈现卸荷松弛效应，这都使两种桩的承载特性存在重大差异。因此，如何基于成孔卸荷效应的影响对灌注桩的承载机理进行系统深入的研究是桩基工程理论的热点和难点问题。本文在前人研究的基础上，采用现场实测、理论分析、室内模型试验相结合的方法，对成孔卸荷后灌注桩在砂土中的承载性状进行分析，研究内容主要分为以下几部分：
　　(1)砂土力学特性和相关理论研究。总结概括了和砂土力学特性相关的理论和研究成果，对变形特性的机理进行了～些探讨，为后面的理论分析提供依据和参考。
　　(2)考虑成孔卸荷特性的现场试验研究。主要包括孔壁变形特征现场科研测孔和考虑成孔卸荷的灌注桩现场静载荷试验研究：针对常州高架道路工程(一期)现场由常规和旋挖机两种成孔机械所成桩孔的成孔性状进行分析对比，探讨研究了成孔卸载后不同土层(尤其是砂土层)孔壁的侧向变形特征及孔径随时间的变化规律；结合常州高架道路工程(一期)现场不同试桩的静载荷试验和桩身应力测试结果，通过荷载传递特征分析，对不同成桩工艺下不同桩径、桩长条件下桩基承载特性进行了对比研究，重点针对成孔卸荷对灌注桩的承载性能影响的宏观机理进行定性分析。
　　(3)侧向卸荷下灌注桩在砂土中承载性状理论研究。针对灌注桩桩侧桩端阻力的影响因素进行了深入分析。提出了确定完整指数函数参数的差分形式最小二乘法，并用其对大直径灌注桩的沉降变形特征进行量化分析。侧重研究了砂土力学特性的变化对灌注桩承载性状影响，探讨了力学特性的变化引发砂土内状态量的改变，考虑了几种效应间的耦合关联作用。
　　(4)成孔卸荷后灌注桩承载性状的室内模型试验研究。通过设计模型试验及对试验数据的整理和分析，研究不同成桩工艺下桩基的荷载传递性状的差异，考虑了钻孔灌注桩的成孔卸荷及裹膜预埋桩的撤膜卸荷与静压桩挤土效应的差异，重点探讨了成孔卸荷效应对灌注桩承载性状的影响。
　　(5)成孔卸荷后灌注桩在砂土中承载性状数学解析模型的建立。主要考虑成孔卸荷效应的影响，从孔壁稳定性基本解推导、钻孔灌注桩荷载传递特征解析式的确定、钻孔灌注桩承载力数学解析模型的建立三方面出发，量化分析灌注桩在砂土中的承载性状：将圆孔扩张理论的逆过程和摩尔．库仑理论用于灌注桩成孔后收缩过程及稳定性的研究分析，推导出孔壁稳定性的基本解，建立孔壁稳定平衡的表达式，基于推导结果提出相关施工建议。以荷载传递法为基础，结合现场静载荷实测和相关理论成果，考虑卸荷土体的变形特性及大直径长桩桩端砂土变形小的特征，建立能反映均质砂土中灌注桩荷载传递性状的微分控制解析方程，并用该法计算均质砂土中灌注桩的沉降，并与实测结果比较证明该法可靠有效。结合Bepe3aritteB松散体极限平衡的轴对称理论及马英明的夹心墙土压力理论，考虑了圆拱挤压效应的影响，建立灌注桩桩侧阻力量化解析模型，用实例验证了该方法的合理性；结合灌注桩在砂土中的承载特性，分别选用Bepe3amten法和Terzaghi法计算均质砂土及非均质土层但持力层为砂土中的桩端极限承载力，同时针对其应用于钻孔灌注桩的修正方法给出了建议，通过实例分析验证了该法的可靠有效。
　　

[博士]成孔卸荷条件下灌注桩在砂土中承载性状机理研究