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大直径后注浆桩尺寸效应、受力性状及残余应力研究

作　者: 何景愈
导　师: 张忠苗
学　校: 浙江大学
专　业: 岩土工程
关键词: 大直径钻孔灌注桩桩端后注浆尺寸效应抗压桩承载特性抗拔桩承载特性浆液上返高度残余应力
分类号: TU473.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着越来越多的超高层建筑和大跨度桥梁的出现,大直径灌注桩因其所具有的诸多技术优势,在工程中得到了越来越广泛的应用。但由于钻孔灌注桩存在泥皮降低侧阻和沉渣降低端阻问题,灌注桩后注浆技术应运而生,它不仅可减少桩基沉降还可提高基桩承载能力。本文在前人工作的基础上,开展了杭州奥体中心注浆与未注浆大直径桩对比试验,以及多个工地桩端后注浆大直径灌注桩尺寸效应现场试验研究,通过试验数据分析和理论推导以及matlab数值编程与分析。对大直径后注浆桩抗压、抗拔承载力性状以及后注浆残余应力进行了初步研究,取得如下的研究成果：(1)结合现场静载试验数据对杭州地区大直径后注浆灌注桩的抗压承载性状进行分析结果显示,桩端后注浆浆液上返高度以内土层,后注浆对桩侧泥皮的固化、压密等作用减小了尺寸效应对侧阻的影响；而浆液上返高度以外的上部土层,侧阻尺寸效应显著,用规范推荐的方法计算注浆桩侧阻尺寸效应系数偏于不安全；另一方面,实测砂、碎石类土层侧阻尺寸效应系数均比黏性土、粉土土层的要小；端阻尺寸效应则能基本消除。(2)在大直径后注浆桩尺寸效应试验研究的基础上,提出了考虑大直径后注浆桩侧阻、端阻尺寸效应以及端阻、侧阻增强效应的单桩抗压极限承载力计算公式。(3)在注浆与未注浆大直径抗拔桩静载试验的基础上,发现了软土地区抗拔桩经过桩端后注浆可显著的减少桩端位移,极限抗拔力至少提高25%；注浆抗拔桩桩身混凝土拉伸量是桩顶上拔量的主要组成部分,所占比例约为91.5%；注浆与未注浆抗拔桩的桩身轴力都随深度逐渐减少,桩端轴力始终为零。(4)在利用浆液上返高度公式计算注浆抗拔桩竖向增强体高度和考虑桩身自重的基础上,提出了改进的桩端后注浆抗拔桩承载力的计算公式；通过反分析计算,未注浆灌注桩抗拔折减系数的取值为0.65～0.80,注浆桩侧阻力增强系数的取值为1.33～1.83,上述计算方法与折减(增强)系数可供初步设计与实际工程使用。(5)基于球形空腔扩张及一维径向固结理论,对桩端后注浆桩的桩端注浆残余应力进行理论研究,在负指数衰减的初始超孔隙压力分布基础上,得到了残余应力随时间及扩散半径消散的解析解,并分析了模型的主要影响参数,结合现场试验验证了模型的可靠性。(6)在不考虑注浆扩散半径的前提下,对注浆残余应力扩散模型解析解进行了简化,与本文的计算方法相比较,对模型的主要影响因素进行的参数分析发现：流变指数、稠度系数、土体的压缩模量及固结时间是影响注浆残余应力的关键因素,注浆残余应力一般会随着流变指数、稠度系数、土体的压缩模量或固结时间的增大而减小。

全文目录

致谢  4-6
摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
目录  10-13
第一章绪论  13-21
  1.1 问题的提出及研究意义  13-14
  1.2 注浆理论的国内外现状  14-18
    1.2.1 桩端后注浆桩抗压研究现状及存在问题  14-15
    1.2.2 大直径桩竖向抗压尺寸效应研究现状及存在问题  15-16
    1.2.3 桩端后注浆桩抗拔研究现状及存在问题  16-17
    1.2.4 后注浆残余应力研究现状及存在问题  17-18
  1.3 本文主要研究思路和研究内容及创新性  18-21
    1.3.1 本文研究思路  18
    1.3.2 主要研究内容  18-19
    1.3.3 本文创新性成果  19-21
第二章后注浆桩提高抗压承载力的机理及承载力的计算  21-37
  2.1 灌注桩后注浆压力扩散方式  21-22
    2.1.1 渗透注浆  21
    2.1.2 压密注浆  21-22
    2.1.3 劈裂注浆  22
  2.2 影响注浆效果的因素分析  22-26
    2.2.1 可注性分析  22-23
    2.2.2 注浆压力  23-24
    2.2.3 注浆量  24-25
    2.2.4 浆液浓度  25
    2.2.5 注浆时间  25
    2.2.6 注浆顺序和注浆节奏  25-26
    2.2.7 停止注浆的条件  26
  2.3 考虑材料软化的桩端后注浆柱(球)扩张理论  26-30
    2.3.1 基本假定及公式推导  26-30
  2.4 桩端注浆提高桩承载力减少变形的机理  30-31
    2.4.1 桩端注浆的化学机理  30-31
    2.4.2 桩端注浆提高单桩极限承载力的力学机理  31
  2.5 桩端后注浆灌注桩的破坏模式  31-33
    2.5.1 桩身混凝土强度的破坏  31-32
    2.5.2 桩端注浆土破坏  32-33
  2.6 桩端后注浆桩抗压极限承载力的计算  33-36
    2.6.1 注浆后的桩土体系单桩极限承载力Q_(uk)计算  33-36
    2.6.2 桩身混凝土抗压强度的承载力计算公式  36
  2.7 本章小结  36-37
第三章大直径后注浆抗压桩极限承载力计算及尺寸效应试验研究  37-47
  3.1 引言  37
  3.2 常用的后注浆抗压桩极限承载力计算方法  37-38
    3.2.1 桩基规范  37-38
    3.2.2 公路规范  38
  3.3 改进的后注浆大直径抗压桩极限承载力计算方法  38-39
  3.4 计算实例分析  39-45
    3.4.1 场地地质和试桩概况  39-40
    3.4.2 后注浆大直径桩承载性状试验研究  40-45
  3.5 本章小结  45-47
第四章大直径后注浆抗拔桩极限承载力计算及对比试验研究  47-65
  4.1 引言  47
  4.2 后注浆抗拔桩极限承载力计算方法  47-50
    4.2.1 桩底注浆抗拔桩的破坏模式  47-49
    4.2.2 后注浆抗拔桩极限承载力计算方法  49-50
  4.3 桩端后注浆浆液上返高度计算  50-54
    4.3.1 基本假定  50-51
    4.3.2 桩侧土体的位移  51-52
    4.3.3 浆液流动基本方程  52-54
    4.3.4 上返高度的确定及求解  54
  4.4 改进的后注浆大直径抗拔桩极限承载力计算方法  54-55
  4.5 计算实例分析  55-64
    4.5.1 场地地质和试桩概况  55-57
    4.5.2 抗拔桩静载试验对比分析  57-63
    4.5.3 浆液上返高度的实例计算  63-64
    4.5.4 反分析计算  64
  4.6 本章小结  64-65
第五章基于球形固结模型的桩端后注浆残余应力理论研究  65-76
  5.1 引言  65-66
  5.2 数学模型的建立  66-70
    5.2.1 初始时刻注浆残余应力的分布  66-67
    5.2.2 残余应力消散的固结微分方程  67-69
    5.2.3 模型的求解  69-70
  5.3 简化算法  70-71
  5.4 参数分析  71-74
  5.5 模型验证  74-75
  5.6 本章小结  75-76
第六章结论与展望  76-78
  6.1 结论  76-77
  6.2 进一步工作的展望  77-78
参考文献  78-84
作者简介  84
攻读硕士学位期间发表的论文  84-85

大直径后注浆桩尺寸效应、受力性状及残余应力研究

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