深圳平安大廈超大直徑擴(kuò)底嵌巖樁豎向承載機(jī)理研究

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1、ChinaUniversityofMining&Technology,Beijing博士學(xué)位論文深圳平安大廈超大直徑擴(kuò)底嵌巖樁豎向承載機(jī)理研究學(xué)院：力學(xué)與建筑工程學(xué)院學(xué)號(hào)：TBP120602026作者：徐薇學(xué)科專(zhuān)業(yè)：結(jié)構(gòu)工程導(dǎo)師：劉波教授2015年6月分類(lèi)號(hào)：TU473密級(jí)：公開(kāi)單位代碼：11413博士學(xué)位論文中文題目：深圳平安大廈超大直徑擴(kuò)底嵌巖樁豎向承載機(jī)理研究英文題目：ResearchofVerticalBearingCapacityofRockSocketedMegaDiameterDrilledShaftwithBelledbottomofShenzhenPingAnCent

2、er作者：徐薇學(xué)號(hào)：TBP120602026學(xué)科專(zhuān)業(yè)：結(jié)構(gòu)工程研究方向：地下結(jié)構(gòu)工程導(dǎo)師：劉波職稱(chēng)：教授論文提交日期:2015年5月20日論文答辯日期:2015年6月7日學(xué)位授予日期:2015年6月24日中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）詳細(xì)摘要隨著高層建筑、市政工程、大型超大橋梁等的建設(shè)，超大直徑擴(kuò)底嵌巖樁因其承載力高、沉降小等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的運(yùn)用，使用的樁徑也在不斷增大。深圳平安大廈基樁工程使用了16根樁徑5.7m（擴(kuò)底樁徑7.0m）和8根樁徑8.0m（擴(kuò)底樁徑9.5m）的超大直徑擴(kuò)底嵌巖樁。國(guó)內(nèi)外尚無(wú)應(yīng)用先例，被認(rèn)為是目前世界上樁徑最大的擴(kuò)底嵌巖樁。目前各國(guó)規(guī)范針對(duì)大直徑嵌巖樁仍多使用傳統(tǒng)的中

3、、小直徑嵌巖樁的設(shè)計(jì)方法。傳統(tǒng)的靜荷載試驗(yàn)難以對(duì)超大直徑擴(kuò)底嵌巖樁進(jìn)行試驗(yàn)，由于缺少相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致樁身受力狀態(tài)不明確并造成設(shè)計(jì)上的浪費(fèi)。因此，對(duì)超大直徑嵌巖樁進(jìn)行研究是對(duì)樁基理論的補(bǔ)充，同時(shí)也是工程界的迫切需求。本文基于深圳平安超大直徑擴(kuò)底嵌巖樁基樁工程，從理論分析、相似模型試驗(yàn)、數(shù)值計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)四個(gè)方面對(duì)超大直徑擴(kuò)底嵌巖樁的豎向承載性能進(jìn)行了分析。超大直徑擴(kuò)底嵌巖樁的樁端多為強(qiáng)度較高的巖層。傳統(tǒng)的人工機(jī)械開(kāi)挖的方法難以進(jìn)行施工，須采用爆破處理。由于爆破會(huì)對(duì)樁周的巖層產(chǎn)生擾動(dòng)，因此，在施工前設(shè)計(jì)好爆破施工方案，采用二次微差光面爆破技術(shù)以減小爆破施工對(duì)樁周其它構(gòu)筑物和管道的影

4、響，將爆破引起的振動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境的影響和危害降到最低。由于在同一場(chǎng)地內(nèi)需同時(shí)施工大量的超大直徑擴(kuò)底嵌巖樁，場(chǎng)地施工范圍較小，采用逆?zhèn)鹘y(tǒng)施工順序的方法進(jìn)行鋼筋籠的安裝和施工，有效的提高了施工效率。由于樁徑較大，在連續(xù)澆筑的過(guò)程中如何控制混凝土的入模溫度成為施工的關(guān)鍵，通過(guò)加入冰屑和優(yōu)化配合比的方法可以有效降低混凝土的水化熱，保證超大直徑樁樁身的連續(xù)澆筑。針對(duì)超大直徑嵌巖樁的豎向受力特征，對(duì)超大直徑擴(kuò)底嵌巖樁的樁身側(cè)摩阻力和樁端阻力進(jìn)行了理論分析。（1）在充分考慮樁身和護(hù)壁自重及樁-巖界面特征的前提下，對(duì)超大直徑嵌巖樁側(cè)摩阻力進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，樁周巖體的種類(lèi)、巖體質(zhì)量和施工擾動(dòng)均會(huì)對(duì)嵌巖

5、樁的承載性能產(chǎn)生影響，在施工過(guò)程中應(yīng)特別注意這些因素對(duì)樁身側(cè)摩阻力的影響。（2）提出了基于巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD分組的大直徑擴(kuò)底嵌巖樁的樁端阻力的理論計(jì)算公式。收集了國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)研究報(bào)道的77組大直徑嵌巖樁的現(xiàn)場(chǎng)試樁試驗(yàn)的結(jié)果，并對(duì)其進(jìn)行了非線性統(tǒng)計(jì)分析，給出了基于巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD的大直徑嵌巖樁樁端承載力的理論計(jì)算模型與方法。通過(guò)對(duì)不同樁端巖體質(zhì)量的等級(jí)劃分，可以根據(jù)所得公式結(jié)果方便計(jì)算得到大直徑嵌巖樁的樁端承載力。通過(guò)深圳平安大廈超大直徑擴(kuò)底嵌巖樁工程的計(jì)算對(duì)比，驗(yàn)證了理論計(jì)算模型的可靠性。該計(jì)算方法較現(xiàn)行的規(guī)范法更具有合理性，在保證安全性的同時(shí)，可以有效I避免設(shè)計(jì)時(shí)的浪費(fèi)。為了進(jìn)一步分

6、析大直徑嵌巖樁在豎向荷載作用下的承載機(jī)理，進(jìn)行了超大直徑嵌巖樁的相似模型試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：（1）基于相似理論，推導(dǎo)分析了超大直徑擴(kuò)底嵌巖樁在豎向荷載作用下的相似準(zhǔn)則，通過(guò)選取不同的砂、水泥、石膏的配合比，確定了模型樁和巖層的相似材料。以深圳平安大廈5.7m和8.0m超大直徑嵌巖樁的實(shí)際受力情況為依據(jù)，設(shè)計(jì)了模型試驗(yàn)。（2）對(duì)已有的城市地下工程三維模型系統(tǒng)進(jìn)行了改造，使其在試驗(yàn)時(shí)具有更強(qiáng)的可操作性，方便安裝和拆除，更易于試驗(yàn)過(guò)程的觀察。結(jié)合已有的試驗(yàn)加載系統(tǒng)，可同時(shí)對(duì)2根單根直徑達(dá)160mm的模型樁進(jìn)行加載試驗(yàn)。（3）等直徑和擴(kuò)底嵌巖模型樁的樁頂荷載-沉降曲線均為緩變型。在設(shè)計(jì)荷載下，

7、樁頂荷載-沉降曲線為線性。根據(jù)相似比進(jìn)行反演計(jì)算后，試驗(yàn)所得到的樁頂沉降值與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)值吻合較好，試驗(yàn)結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的。在加載前期，即樁身在設(shè)計(jì)荷載作用下時(shí)，等直徑嵌巖樁和擴(kuò)底嵌巖樁的樁頂荷載-沉降曲線無(wú)明顯差別。但隨著上部荷載的增大，在同級(jí)荷載作用下，擴(kuò)底嵌巖樁的樁頂沉降小于等直徑嵌巖樁。上部荷載越大，這一現(xiàn)象也越明顯。因此，對(duì)樁底進(jìn)行擴(kuò)底處理可以有效控制樁頂沉降。另一方面，當(dāng)樁身承載力按樁頂沉降值進(jìn)行控制時(shí)，采用擴(kuò)底樁可以提高樁身的整體承載力