兰州Q4黄土地区大直径灌注桩的竖向承载特性研究

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大直径灌注桩的承载力相对较高,其变形也相对较小,而且适用面广、操作相对简单、更环保。随着许多建筑工程的不断发展,作为高层建筑与桥梁主要基础形式的大直径灌注桩基础的使用量占据着很高的比重。但目前为止,由于桩土体系的复杂性,还没有一种较为精确的研究方法来计算一般单桩的承载力。对大直径灌注桩而言,目前的理论已不能够满足实际工程的需要,因此,对大直径灌注桩进行各方面的研究迫在眉睫。本文在过往国内外相关试验资料的基础上,结合具体的工程项目,在兰州市某Q4黄土地区进行了现场试验。设置的试验桩有三根,其中的一根被选取并进行了分析。试验桩的直径为800mm,桩长为20.1m。试验桩只进行了承载力测试,桩身的前10m每隔一米对称埋设一对钢筋应力计,后10m每隔2m对称埋设一对钢筋应力计。试验采用静载荷试验法对大直径灌注桩的竖向承载特性进行了各方面的研究。研究内容包括分析大直径灌注桩在竖向荷载作用下的极限承载力问题,荷载沿桩身的传递分布状况,桩侧摩阻力与桩端阻力的发挥情况,以及对荷载—沉降曲线的分析等。以下为本文的主要内容:(1)根据试验结果,得到大直径灌注桩的荷载—沉降曲线与沉降—时间对数曲线,深入分析桩顶荷载与桩顶位移之间的关系,以及桩端地基的弹性变形、塑性变形和弹塑性变形三个主要变形阶段。同时,根据陡降型P-s曲线的判别方法,得到试验桩的竖向极限承载力值及其承载力特征值。(2)对试验得到的桩身轴力分布图进行分析可知,轴力沿桩身入土深度呈非线性衰减趋势,且随着桩顶荷载等级的增大,轴力曲线越来越趋于平行,尤其是加载到最后两级时,轴力曲线几乎是平移过去的,说明桩侧摩阻力的发挥已非常接近极限。在桩顶荷载传递的过程中,传递到桩端的轴力一直占据桩顶荷载很小的比例(约占10%),即在工作过程中桩基的桩顶荷载主要是由桩侧摩阻力来承担的,该试验桩明显属于摩擦桩。(3)总体上看,在桩顶荷载作用下,桩侧摩阻力随着入土深度的增加先不断增大,之后不断减小,最后继续增大;桩顶荷载等级增大,桩侧摩阻力也随之变大并逐渐趋于一稳定值;在试桩入土深6m左右和20m上分别出现了桩侧摩阻力的两个极大值;在试验桩入土14m左右处产生了负摩阻力,试验桩中性点位置出现在13m和15m桩身处。(4)根据试验结果以及结合相关理论计算画出了桩端阻力—桩端位移曲线图,分析桩端阻力和桩端位移之间的关系后,得出了指数形式的荷载传递函数。(5)从整体上看,每一处土层对应的桩侧摩阻力都随着桩土相对位移的增大而逐渐增大至趋于一个稳定值,表现出了桩侧摩阻力的发挥程度与桩土相对位移有着很好的对应关系。而且不同深度侧摩阻力的大小还与其土层的特性互相对应。(6)分析了桩端地基土的弹塑性变形情况以及桩身和桩端的回弹情况,得出了试验桩的弹性沉降和永久性沉降。
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