淺論成層土中灌注樁樁-土相互作用理論與試驗(yàn)研究

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1、同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院博士學(xué)位論文成層土中灌注樁樁-土相互作用理論與試驗(yàn)研究姓名：王學(xué)知申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專(zhuān)業(yè)：巖土工程指導(dǎo)教師：趙春風(fēng)20090901摘要隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)設(shè)施建設(shè)投入的不斷加大，樁基工程得到了廣泛應(yīng)用。其中鉆孔灌注樁以其施工無(wú)擠土、環(huán)境噪音小、對(duì)地層適應(yīng)強(qiáng)及承載力高等優(yōu)點(diǎn)，不僅應(yīng)用于工業(yè)建筑、高層樓宇、重型倉(cāng)儲(chǔ)基礎(chǔ)等方面，而且還廣泛應(yīng)用于江海大橋、城市高架道路、高等級(jí)公路、鐵路、碼頭及地質(zhì)災(zāi)害治理等領(lǐng)域。目前，我國(guó)鉆孔灌注樁最大直徑超過(guò)4m，最大深度超過(guò)lOOm，每年用量達(dá)到100萬(wàn)根以上。然而，由于工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性與多樣性，灌注樁樁．土相互作用研究遠(yuǎn)

2、落后于工程實(shí)踐的需要，如何保證灌注樁安全、高效地發(fā)揮其承載及減沉性能仍然樁基工程中的熱點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題。本文在前人研究基礎(chǔ)上，采用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)成層土中鉆孔灌注樁樁．土相互作用機(jī)理進(jìn)行分析，研究?jī)?nèi)容主要分以下幾個(gè)部分：(1)鉆孔灌注樁樁周土壓力分布特點(diǎn)分析。由于鉆孔灌注樁特殊的成樁工藝，其樁周土壓力分布規(guī)律與預(yù)制樁有很大差異?；炷翝仓^(guò)程中由于混凝土骨料的“自立”特性，其側(cè)向力具有獨(dú)特的分布規(guī)律，不同深度土體中，樁土作用規(guī)律有很大差別，在淺部土體澆筑混凝土過(guò)程中產(chǎn)生的側(cè)壓力大于樁周靜止土壓力，成樁過(guò)程中土體收到擠壓作用，處于被動(dòng)土壓力狀態(tài)，而在深部土體中，其產(chǎn)生的側(cè)

3、壓力小于樁周土壓力，土體仍處于主動(dòng)土壓力狀態(tài)，但分界面的具體深度受混凝土澆筑速度、初凝時(shí)間等諸多因素影響。在灌注樁澆筑完成后淺部存在一定的弱擠土作用，而深部土體在一定時(shí)間內(nèi)仍處于松弛狀態(tài)，但隨著時(shí)間推移樁周土壓力都將趨于靜止土壓力狀態(tài)。(2)成層土中深長(zhǎng)灌注樁荷載傳遞規(guī)律試驗(yàn)研究。結(jié)合常州高架道路工程(一期)某承臺(tái)中兩根長(zhǎng)徑比相近試樁的靜載荷試驗(yàn)和樁身應(yīng)力測(cè)試分析結(jié)果，對(duì)成層土中深長(zhǎng)灌注樁荷載傳遞規(guī)律和承載性狀進(jìn)行探討，并對(duì)樁側(cè)穿越土層的荷載傳遞規(guī)律進(jìn)行分別擬合分析，選擇各土層的荷載傳遞函數(shù)；此外，對(duì)樁端土阻力與樁端土位移間關(guān)系也通過(guò)擬合方法選擇合理的傳遞函數(shù)，為后文建立單樁非線(xiàn)性沉降方程奠定

4、基礎(chǔ)。(3)基于分層荷載傳遞規(guī)律單樁非線(xiàn)性沉降分析。以彈性理論法為基礎(chǔ)，修正傳統(tǒng)彈性理論假設(shè)條件，考慮樁周土體軟化效應(yīng)與樁端土體的非線(xiàn)性變形特征，結(jié)合擬合得到的樁側(cè)各分層土體和樁端土體荷載傳遞函數(shù)，分別選取樁摘要周與樁端的樁．土作用模型，建立基于樁側(cè)樁端樁．土間的位移協(xié)調(diào)廣義彈性理論方程，并采用迭代方法對(duì)協(xié)調(diào)方程求解。應(yīng)用該方法分別計(jì)算單一土體和地區(qū)成層土體中單樁的沉降，并與實(shí)測(cè)結(jié)果比較檢驗(yàn)，該方法可靠性較高。(4)考慮土體流變單樁長(zhǎng)期沉降分析。樁端土體的流變性對(duì)單樁的長(zhǎng)期沉降有重要影響，以Merchant流變模型為例，通過(guò)將柔度函數(shù)導(dǎo)入單向壓縮分層總和法中，提出單樁的長(zhǎng)期沉降簡(jiǎn)單分析方法：在

5、附加應(yīng)力作用下，樁端土體內(nèi)部應(yīng)力分布為復(fù)雜的三維應(yīng)力狀態(tài)，在單層均質(zhì)地基長(zhǎng)期沉降分析基礎(chǔ)上，基于分層總和法思路，提出樁端以下土層為層狀地基情況下單樁的長(zhǎng)期沉降分析方法，即通過(guò)對(duì)樁端以下各土層長(zhǎng)期沉降量疊加，得到單樁的長(zhǎng)期沉降量。最后，對(duì)樁端下臥軟弱層的流變特性給單樁工后長(zhǎng)期沉降帶來(lái)的影響進(jìn)行了探討。(5)鉆孔灌注樁樁端與樁側(cè)土體相互作用規(guī)律研究。鉆孔灌注樁在成孔過(guò)程中，不可避免地在樁周和樁端分別產(chǎn)生泥皮與沉渣，這些因素都對(duì)灌注樁的承載性能造成了一定削減作用。針對(duì)灌注樁施工工藝對(duì)樁側(cè)與樁端土體造成的影響，通過(guò)分別控制樁側(cè)與樁端土體承載條件，考察樁側(cè)土體性質(zhì)變化對(duì)樁端阻力的影響規(guī)律以及樁端土體性質(zhì)

6、改變時(shí)樁側(cè)摩阻力的變化特征，研究結(jié)果對(duì)于優(yōu)化灌注樁成樁工藝、改善灌注樁承載性能具有重要意義。關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁；樁．土相互作用；樁周土壓力；單樁非線(xiàn)性沉降；單樁長(zhǎng)期沉降；樁端與樁側(cè)土體相互強(qiáng)化IIAbstractWiththerapiddevelopmentofeconomy,theinvestmentininfrastructurerehabilitationandPublicservicefacilitiescontinuetogrow,andthepilefoundationhasbeenwidelyapplied．Specially,thedrivencast—in-placepile

7、withnosqueezing，smallambientnoise，goodstratumadaptabilityandhighbearingcapacityiswidelyusednotonlyinindustrialarchitecture，high-risebuildings，heavy．dutystoragebase，etc·，butalsoinbridge，cityelevatedhig