双向搅拌复合高强混凝土芯桩水平往复荷载下承载性能研究

发布时间：2020-08-18 19:34

【摘要】：双向搅拌复合高强混凝土芯桩是一种随着水泥土搅拌桩施工技术的日趋成熟而提出的新型复合桩型。此复合桩与传统的复合桩的不同点在于外芯—水泥土搅拌桩施工工艺的改良。目前国内外针对这种复合桩水平承载力计算理论的研究仍然不成熟。本文以两处工程现场试验为依据,并且结合理论计算和有限元数值模拟计算,对此新型复合桩的水平承载力计算方法进行研究,主要研究工作和成果如下:(1)结合苏州月亮湾3号项目247#地块和南通中南世纪花城三期工程两处的双向搅拌复合高强混凝土芯桩现场水平载荷试验,记录了各级荷载作用下桩顶的水平位移,并由试验数据绘制的曲线图中按规范要求确定了各试桩的水平极限荷载值、水平临界荷载值和水平承载力特征值,从而为理论计算和数值模拟提供参考。(2)对国内外桩基水平承载计算理论进行了研究。结合双向搅拌复合高强混凝土芯桩的水平受力特征,提出了适用于此类复合桩的m法计算公式。结合现场试验数据,总结出采用m法计算双向搅拌复合高强混凝土芯桩的水平承载力时,桩身弹性模量可以根据现场低应变动力测桩得到的桩身波速代入经验公式换算得到。由现场水平载荷试验数据反算m值时,应取水平临界荷载H_(cr)作为复合桩的水平承载力设计值进行计算。反算得到的m值与《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)中对应的灌注桩m值的取值较为接近。根据反算过程可以判断出复合桩水平承载力计算时计算宽度应用水泥土外芯的桩径。结合Matlock提出的软黏土中p-y曲线法,根据两处工程现场试桩的试验数据,利用最小二乘法确定了计算公式中的系数,提出了适用于软土地区双向搅拌复合高强混凝土芯桩水平承载力计算的p-y曲线经验公式。(3)采用ANSYS有限元软件对双向搅拌复合高强混凝土芯桩的现场水平承载试验进行了数值计算,与现场水平载荷试验结果对比,得出有限元模型分析双向搅拌复合高强混凝土芯桩的水平受力特征是可行的结论。运用软件探究了不同桩径的水泥土外芯对于复合桩水平承载能力的影响,得出了复合桩相较于预应力混凝土管桩可以很大程度地提高桩基础的水平承载力,但是根据800mm和1200mm桩径水泥土外芯的数值模拟计算结果可以推断出当复合桩的水泥土外芯的桩径达到一定的临界值之后,继续增大外芯的桩径对于提高复合桩水平承载力的影响效果不大。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU473.1
【图文】：

断面图,莲花,小区,上海

同时也提高了管桩填芯的高度，从而提高桩基础的水平承载性能。（a）住宅整体倒塌（b）管桩断面图1-1 上海“莲花河畔景苑”小区住宅倒塌事件本文是依托一项爆破冲击防灾减灾国家重点实验室的课题项目选题的。依据江苏省苏州工业园区和南通中南世纪花城三期两处住宅楼小区的双向搅拌复合高强混凝土芯桩的现场试验，结合理论计算和数值计算，提供软土地区此类复合桩型的水平承载力的计算方法。1.2 桩基水平承载计算方法国内外研究现状近些年来，国内外学者对于桩基础的水平承载性能研究日趋成熟。通过室内试验和现场载荷试验，研究了各类桩型受水平荷载作用下的受力机理[18]。1.2.1 桩基水平承载计算方法国内研究现状早期关于桩基的水平承载力计算方法是弹性地基反力法。该种方法假设在横向力作用下，当桩的入土较深，刚度较小时，将桩作为弹性地基上的梁，根据文克尔提出的弹性梁上各点土体抗力与其产生的位移成正比的假定，计算桩身各点的位移和内力[19]。20世纪 30 年代，我国学者张有龄提出“K0”法。该方法中，假定桩侧土水平抗力系数 C 沿深度z方向呈现均匀分布的规律[20]。“K0”法计算中

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第一章绪论时参考应用。（2）依据试验得出的数据，对所选桩型进行 m 法和 P-Y 曲线法理论计算的研究结出内外桩材料不同时桩体弹性模量 E、m 值的取值以及计算宽度 b 的取值，P-Y 经验公式的建立。（3）采用 ANSYS 有限元软件针对现场的桩型和参数进行建模和数值模拟计算，计算结果总结出水平荷载作用下双向搅拌复合高强混凝土芯桩的受力特征和规律论。.4.2 技术路线本文的研究路线如图 1-2 所示。首先针对苏州月亮湾 3#项目 247#地块和南通中纪花城三期两个典型工程进行水平桩的现场载荷试验，同时采用低应变法测得桩身（第二章）；结合现场试验数据对复合桩型的 m 法和 p-y 曲线法两种计算方法进行（第三章）；以苏州的典型工程为参照，运用 ANSYS 有限元软件对水平承载桩进行模拟计算（第四章）。

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第二章桩基施工工艺的改进及水平承载计算方法研究第二章桩基施工工艺的改进及水平承载计算方法研究2.1 双向搅拌复合高强混凝土芯桩施工工艺双向搅拌复合高强混凝土芯桩是近几年随着桩基施工技术的快速发展而出现型复合桩，其相较于传统复合桩，施工工艺具有一定的改进。双向搅拌复合高强混芯桩施工时，首先根据工程地质和设计、施工条件采用双向搅拌机以及高压旋喷设工外层水泥土桩；外围水泥土桩施工完毕后，采用打入沉桩或静压沉桩施工内芯桩后养护至复合桩成型。具体的施工流程如图 2-1。

【参考文献】