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大直径超长钻孔灌注桩以其变形小而承载力高的优点,已经普遍应用于软土地区的大型建筑、桥梁等基础。尽管大直径超长钻孔灌注桩的应用与日俱增,但与普通桩相比,大直径超长钻孔灌注桩从设计、施工工艺、试验到承载性状的理论研究都还有待完善,理论研究远滞后于工程实践,不能有效指导桩基工程作业。
本文以天津高银中央商务区一期工程项目为依托,对该项目中117层主塔楼区所施工的直径为1m,桩长分别为120m以及100m的试验桩进行研究。主要内容包括:
(1)对大直径超长桩的施工工艺中的控制难点及其应用效果进行综合评述。对桩底沉渣、桩身垂直度以及水下浇注混凝土质量加以控制提高成桩的质量,是使桩基的承载性能能最大限度得以发挥的基础,而对桩侧以及桩端采用后压浆技术以及设计双护筒消除非有效段桩侧摩阻力等措施都可以改善桩体的承载能力。
(2)利用试验桩静荷载试验实测资料,分析大直径超长桩的荷载传递特征如下:
大直径超长桩在竖向荷载下呈现纯摩擦桩性质;
桩侧阻力先于桩端阻力发生,桩侧阻力沿桩身至上而下发挥,侧阻与端阻的发挥都存在深度效应;
荷载主要由桩侧摩阻力承担,试验加载至最大荷载量时,端阻力仍几乎没有得到发挥,其值占桩顶荷载值的1%不到;
负摩阻力的存在会加大桩基的沉降,较小桩基的承载力,桩基设计中要采取措施减小负摩阻力对桩基的影响;
传统的桩基设计规范方法不适用于大直径超长钻孔灌注桩。
(3)利用灰色系统理论对静荷载试验的荷载-沉降曲线为缓变型的大直径超长摩擦桩的极限承载力进行预测,推导出极限承载力的计算公式。
通过与试验实测数据判定的极限承载力相比,验证预测模型的可靠性。采用该方法可以弥补规范上对荷载-沉降曲线为缓变类型的桩基极限承载力的确定方法的不足,在工程应用中有一定的参考价值。
(4)采用大型有限元程序ANSYS对桩土体系进行模拟,研究桩长、桩径以及桩土模量比对大直径超长桩的荷载-沉降曲线的影响,分析了桩侧摩阻力、桩端阻力的发挥性状;
桩长对桩基承载力的影响存在一定范围,即存在“有效桩长”,当桩长增加超过“有效桩长”后,承载性能改善效果不明显且增加桩顶沉降;
增加桩径在提高桩基承载力的同时,还能有效控制桩基的沉降,因此在桩基设计工程中,要综合考量经济与安全因素,选择适当的长径比;
桩土模量比对桩基的承载力同样存在影响,其比值越大,对桩基的承载性能越有益,因此可以在土体模量一定时,适当增加桩体的弹性模量有利于改善桩体的承载能力。
结合静荷载试验实测资料与有限元模拟的计算结果,可以看出,桩土体系本身的性质对桩基的承载力影响大于桩体几何尺寸的影响。
综上,本文主要根据静荷载试验以及有限单元法对试桩进行承载性状的研究,得出了一些有益于工程实践的成果。