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管桩水泥土复合基桩是在水泥土搅拌桩中即时插入预应力高强混凝土管桩(PHC桩)而形成的一种新型材料桩。工程实践表明,与传统的水泥土搅拌桩、预应力管桩以及钻孔灌注桩相比,该桩型具有承载力高、沉降小以及造价低等优点。目前越来越多地应用到桩基工程中。在工程设计中,该桩型极限承载力的设计计算大多采用刚性桩的计算方法,计算结果偏于保守,其承载力未得到充分的利用。 本文以如东“中天润园”桩基工程项目为背景,结合现场单桩静载荷试验、管桩-水泥土粘结强度试验、桩侧土强化效应试验以及MIDAS/GTS有限元模拟,对管桩水泥土复合基桩的极限承载力进行了研究,给出了管桩水泥土复合基桩的极限承载力设计计算公式,主要研究内容及结论如下:⑴根据大量现场单桩静载荷试验,对比分析了管桩水泥土复合基桩与管桩基桩承载力及沉降的差异;分析了管桩水泥土复合基桩的不同破坏模式和在不同加载模式下管桩水泥土复合基桩承载力和沉降的不同。研究表明:外围水泥土的存在大大提高了管桩水泥土复合基桩的承载力;三种不同加载模式对管桩水泥土复合基桩极限承载力的影响不明显,但对沉降的影响较为显著。⑵根据现场管桩-水泥土粘结强度试验,得出管桩-水泥土界面的粘结强度与水泥土无侧限抗压强度之间的关系,通过剪切位移法计算出桩侧土极限破坏时管桩-水泥土界面的等效摩阻力。研究表明:当水泥土-土界面破坏时,管桩-水泥土界面的摩阻力远小于其粘结强度,因此管桩水泥土间的粘结强度能够保证两者之间协调工作。⑶根据现场桩侧土强化效应试验以及静力触探对比试验,分析了管桩水泥土复合基桩施工前后,桩侧土体径向有效应力、锥头阻力和侧壁摩阻力的变化。研究表明:管桩水泥土复合基桩施工前后,桩侧土体的径向有效应力、锥头阻力和侧壁摩阻力均有了较大幅度的提高。⑷基于MIDAS/GTS有限元分析软件,研究了截面含芯率、芯桩长度比、管桩弹性模量以及水泥土弹性模量对管桩水泥土复合基桩极限承载力的影响。研究表明:存在一个最优截面含芯率以及一个合理的芯桩长度,使得管桩水泥土能够有效地复合。