粉土地基中大直径开口管桩静动承载特性研究

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预制管桩具有施工便捷、成本低的特点被广泛应用。但在服役后期,除了要承受上部荷载的永久自重,还要经受循环荷载的作用,其承载能力的时效性不断降低。本文将开展现场测试、室内模型桩竖向循环荷载试验和有限元数值模拟,研究不同工况下粉土地基中大直径开口管桩的受力承载特性,结论如下:1.在静荷载现场原位试验中测得的测试桩的极限承载力为8100k N,在高应变试验中计算出的试验工程桩的极限承载力为7520k N,由高应变测试测得的基桩的竖向承载力比单桩竖向抗压静载试验得到的竖向承载力低约7.2%,抗压静载试验和高应变动测试验得到的现场大直径PHC管桩的极限承载力均满足承载力设计要求,具有良好的竖向承载性能。高应变动测试验所得到的单桩极限承载力精度满足工程现场检测需求,可以用来代替或验证抗压静载试验结果。2.粉土中的模型管桩桩动力试验研究得到以下结论:(1)当振动次数一定时,频率高沉降值更快稳定,沉降值快速积累,到达600次时,沉降值趋于稳定,当频率一定,高振动幅值沉降值更快稳定,振动幅度一定,累计沉降值会随着振动频率的提升而增加。(2)随着振动次数的增加,桩的轴向力也会增加。荷载幅值与振动频率上的提升会引起桩身轴力的上升。侧摩阻力的分布规律是前期会随着埋深的增加,侧摩阻力值也会增加,后期即使埋深继续增加,侧摩阻力值却慢慢开始变小。3.粉土中室内单桩竖向抗压静载试验的结果表明,桩顶位移会随着荷载的施加不断增大。在施加的荷载数值达到极限承载力数值的40%之前,开口模型管桩P1的承载力主要由侧摩阻力承担,如果荷载持续增加,则桩端阻力占比逐渐增加。4.有限元数值模拟的结果表明以下结论:(1)在周期振动下,开口管桩的竖向位移发展速度逐渐减小,直至稳定。开口管桩的外侧侧向压力会随着埋深的增加而增加,开口管桩的上部侧向压力先随着振动次数的增加逐渐减小,在振动次数为10次以后几乎无变化,开口管桩中部侧向压力在振动次数不断增加下,侧向压力也逐渐增大,开口管桩底部侧向压力基本没变化。(2)周期作用下,开口管桩外侧摩阻力随埋深增加的变化规律基本一致,即随着埋深增加呈非线性发展,开口管桩外侧摩阻力沿埋深起伏较大,但总体来看,随埋深的增加,外侧摩阻力呈逐渐增大的趋势。开口管桩外侧摩阻力最大值在桩体的中下部位置,振动幅值越大,开口管桩外侧摩阻力最大值也就越大。(3)距桩顶较近位置处应变的曲线几乎没有变化,在前10次时增加幅值较小,之后随后稳定。最深处应变与振动次数的呈正相关,未出现稳定的趋势。在不同振动次数下管桩距离桩顶位置处的应变值最大,从上到下沿着桩身应变值逐渐变小,不同循环荷载比下规律一致,随着振动次数的累计,桩身底部位置应变值也逐渐增加。在循环荷载的剪切作用下,桩侧孔压力值在循环初期迅速增加,达到峰值后逐步减小并趋于稳定。(4)循环荷载下不同循环荷载比的参数分析结果表明:沉降值随循环次数的增加而逐渐增大,在循环加载初期沉降值增长较明显,随后增长逐渐缓慢。当循环次数相同时,循环荷载比越大,累计沉降量最终值越大。循环桩内外侧平均摩阻力均随振动次数的增大而逐渐减小,循环荷载比越大,外侧平均摩阻力下降幅度越明显,且外侧平均摩阻力呈现出弱化现象。(5)循环荷载下不同循环周期的参数分析结果表明:开口管桩的竖向位移发展速度逐渐减小,直至稳定。开口管桩外侧摩阻力中下部位置最大,开口管桩的内侧摩阻力会随着埋深的的增加总体呈现逐渐增加的趋势,循环荷载比越大,开口管桩的内侧摩阻力最大值也就越大。
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