固化土与管桩复合作用机理及其承载能力研究

发布时间：2018-05-22 12:12

本文选题：固化土 + 复合桩　；参考：《安徽理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：固化土与管桩复合桩是采用搅拌桩机,在桩位上利用钻具旋转成孔,通过搅拌叶片或高压浆液切割土体,并将桩位土体与固化剂浆液搅拌混合,形成流塑性固化土体,然后采用辅助设备在固化土初凝前将高强预应力管桩等植入到流塑性的固化土中,待管桩桩周的固化土硬化后,管桩与固化土粘结成为复合体。该复合桩可充分发挥地基土与桩材的强度,具有成桩便捷、无挤土、无排放环保、质量高等特点。通过固化土单轴抗压试验、ANSYS有限元模拟、固化土与管桩复合作用机理分析、以及复合桩竖向和水平静载试验,对固化土与管桩复合机理及其承载力进行了研究,得出了复合桩的竖向和水平承载力设计方法,主要结论如下:(1)根据软土的增强硬化机理,优选软土固化剂,通过室内单轴抗压强度试验和现场取芯强度试验,确定了软土固化剂对高含水率淤泥土增强硬化的主要影响因素,得出固化土的强度随着软土固化剂掺量的增加而增大,其强度增加速率随着掺量增加有所降低,但其28d强度增加的速率仍大于水泥;早期强度差异随着水灰比增大而减小,当水灰比为2.0时,软土固化剂固化土的7d强度略低于水泥土;软土固化剂固化土的28d强度室内试验强度是水泥土的1.52～2.24倍,取芯强度是水泥土的1.56～1.94倍,对高含水量为41%～51%的淤泥质粘土有较好的固化效果。(2)建立有限元模型,分析了固化土体截面积、管桩厚径比和长径比对复合桩竖向和水平承载力的影响,实现复合桩的优化设计,得出增加固化土体截面积和管桩长径比能显著提高复合桩的竖向承载力;由于固化土与管桩界面粘结强度较高,当管桩的强度满足复合桩极限承载力要求时,通过改变管桩厚径比对复合桩竖向承载力的意义不大。当管桩长径比大于12时,增加管桩长径比对复合桩的水平承载力影响较小;增加固化土桩横截面积能明显的提高了复合桩的水平承载力,且有利于复合桩的变形控制;管桩厚度不变,减小管桩厚径比能直接提高复合桩的刚度,从而提高复合桩抵抗水平荷载和变形的能力;当管桩外径一定,管桩厚径比从0.167增加至0.25,复合桩的水平承载力变化不大,但可以适当降低桩顶最大水平位移。(3)分析了水平荷载作用下复合桩的复合作用机理,推导了不同受力状态下复合桩的刚度,得出无论复合桩处于何种受力状态,都应适当考虑固化土对复合桩刚度的贡献;增加固化土管桩直径,增大复合桩与土体接触的计算宽度,有利于应力的扩散,能显著提高了复合桩的水平承载力。(4)分析了竖向荷载作用下复合桩的复合作用机理、破坏类型及极限承载力,提出了复合桩的结构要求,总结并建立复合桩的竖向承载力设计方法。通过竖向静载试验检测传统复合桩和联体复合桩的竖向承载力,初步验证了复合桩的承载能力设计方法,得出复合桩可以代替相同承载力的灌注桩,节约了桩基综合造价和工期。(5)建立了复合刚度下复合桩的水平承载力计算方法,理论计算得出复合桩的水平承载力特征值与其水平静载试验结果较为接近,其值为管桩理论计算值的1.77倍;通过管桩与复合桩的水平承载力对比试验,得出复合桩的单桩水平承载力特征值和极限值分别为管桩的1.81～2.62和2.00～2.25倍,进一步验证了复合桩水平承载力设计理论的可行性。(6)通过管桩与复合桩的水平承载力对比试验,对比分析得出复合桩与管桩的H-Δ Y0/ΔH曲线均存在两个拐点,第一个拐点以前复合桩H-ΔY0/ΔH曲线的斜率仅为管桩的1/6左右;管桩H-Δ Y0/ΔH 曲线第一个拐点和第二个拐点之间的曲线斜率,随着水平荷载的增加而增大,而复合桩随着水平荷载的增加先增大后减小,进一步验证水平荷载作用下复合桩刚度变化规律。
[Abstract]:The paper studies the composite mechanism and the bearing capacity of soft soil curing agent on the soil of high moisture content by stirring blade or high - pressure slurry , and then uses auxiliary equipment to test the composite mechanism and bearing capacity of soft soil curing agent . The strength of the cured soil is 1 . 52 - 2 . 24 times as the cement ratio increases , and the strength of the soil is 1 . 56 - 1 . 94 times of the cement soil . ( 2 ) A finite element model is established to analyze the influence of the cross - sectional area of the pipe pile , the thickness - diameter ratio of the pipe pile and the length - diameter ratio on the vertical and horizontal bearing capacity of the composite pile . ( 6 ) Compared with the horizontal bearing capacity of the composite pile , the H - 螖Y/ 螖H curve of the composite pile and the pipe pile has two inflection points , the slope of the composite pile H - 螖Y/ 螖H curve is only about 1 / 6 of the pipe pile before the first inflection point , and the slope of the curve between the first inflection point and the second inflection point of the H - 螖 Y / 螖H curve of the pipe pile increases with the increase of the horizontal load , and the change rule of the composite pile is further verified with the increase of the horizontal load .
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU473.1

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