超前加固管桩在黄河沉积地区的应用研究

发布时间：2020-07-16 15:11

【摘要】：超前加固管桩是一种由水泥土和预制管桩复合而成新型桩基础,这种桩基础具有施工速度快、承载能力高、环境污染小以及综合造价低等特点。这种桩基础在郑州地区已经得到了一定的工程应用,但在黄河沉积地区的承载特性的研究尚不完善。本文以超前加固管桩为研究对象,以黄河沉积地区的地层特点为背景,利用理论分析、有限元试验和原位试验等方法,对该新型桩基础的承载特性进行研究。主要的成果如下:1、结合实际工程的施工经验,对超前加固管桩的施工工艺、流程及设备参数进行研究总结,对施工过程中关键控制点进行分析总结,研究总结了施工过程中容易出现的问题及解决办法。2、从桩身材料的力学特性出发,对竖向荷载作用下超前加固管桩的桩身荷载分布规律、受力特性进行理论分析,并以荷载传递法为基础,建立超前加固管桩的荷载传递模型。研究发现,在竖向荷载作用下管桩为主要的受力构件,管桩和水泥土满足变形协调条件,复合桩主要发生三种破坏模式,即管桩的“刺入破坏”、管桩和水泥土的“整体刺入破坏”和桩身材料的破坏。研究表明本文的单桩沉降简化计算分析方法可以很好的描述竖向荷载下的基桩受力变化过程。3、以黄河沉积地区的土层特点为背景,利用ABAQUS有限元软件对竖向荷载作用下的超前加固管桩的受力特性进行模拟研究。研究总结了加固区直径、管桩直径、水泥掺入比和桩端扩大头对超前加固管桩单桩承载特性的影响,对竖向荷载下的单桩承载机理进行了分析研究。4、对郑州地区某超前加固管桩的原位试验进行研究分析,对试验桩的荷载位移曲线进行分析研究,研究发现超前加固管桩表现为摩擦桩的工作性质。对比分析相似桩型的单桩承载力计算公式,在理论分析、有限元试验和原位试验的基础上提出修正桩端承载力的单桩竖向承载力计算公式。
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU473.1
【图文】：

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2、从桩身材料力学特性出发，对竖向荷载作用下桩身荷载的分布规律，可能的破坏形式和桩身强度控制截面进行理论分析。3、以荷载传递法为基础，分析推导桩身的荷载传递函数，得出单桩承载力和沉降的简化计算方法。4、通过有限元试验，对黄河沉积地区的超前加固管桩进行模拟分析，通过控制变量的研究方法，对影响承载特性的因素进行分析研究；对竖向荷载下单桩承载规律进行研究。5、以黄河沉积地区的超前加固管桩原位试验为基础，对超前加固管桩的抗压、抗拔承载特性进行研究。利用曲线拟合法对抗拔桩的荷载位移曲线进行拟合分析，分析研究合适的超前加固管桩曲线拟合数学模型。6、对超前加固管桩的单桩承载力计算方法进行研究，研究分析目前类似桩型的计算方法，总结出适用于超前加固管桩单桩极限承载力计算公式。

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2.1 超前加固管桩概述超前加固管桩是一种既能保证桩孔稳定性提高桩孔质量、提升桩基施工的流畅度成桩质量，又能满足上部结构承载力需要的新型桩基础。超前加固管桩是将作为主要力构件的管桩和桩周一定厚度的水泥土复合而成的桩基础。由于预先施工的水泥土对桩位中的原状土有预先加固的效果，所以将这种复合的桩基础称为超前加固管桩。超加固管桩是先由高压旋喷机械或水泥土搅拌机械对桩位设计深度的土体进行搅拌喷浆在原桩位处形成水泥土桩，然后在水泥土初凝前将管桩压入设计桩位处形成的复合桩础，成型后的超前加固管桩如图 2 所示。这种新型的桩基础具有施工速度快、泥浆量少噪音低和经济性能好等优点[7]。从桩基的成型图中可以看出，超前加固管桩的截面面积在管桩的基础上有数倍的长，但是水泥土的造价远低于管桩的造价，所以其具有相当可观的经济性。

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10图 3 成桩机械在超前加固管桩的施工过程中的主要施工设备有：水泥土加固区施工设备和管桩压入设备，具体的有：1）钻孔设备：高压旋喷钻机；2）喷浆设备：注浆泵、高压水泵、储浆桶、高压旋喷水龙头、喷嘴、空压机、导管系统、水泥浆搅拌机；3）管桩压入设备：静压桩机；4）测量设备：全站仪、水平尺、测斜仪、密度仪、压力表、流量计等。

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