灌注桩毕业论文提纲范文 跟灌注桩桩底沉渣对桩体承载力影响的模型试验方面毕业论文提纲范文

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灌注桩桩底沉渣对桩体承载力影响的模型试验

马 露1,王钰轲2,陈 帅3

1. 安徽科技学院建筑学院,安徽滁州 233100

2. 郑州大学水利与环境学院,河南郑州 450000

3. 中铁工程装备集团有限公司,河南郑州 450000

摘 要 灌注桩在成桩过程中易产生桩底沉渣,桩底沉渣对桩体承载特性的影响一直是本领域的研究问题之一.

本文考虑到混凝土灌注桩及沉渣质量的不易控制,所以采用钢管代替钻孔灌注桩,简化制桩过程;沉渣采用质地软弱的泡沫板代替,试验采用均质砂土,研究分析沉渣对承载性状的影响.发现沉渣的存在确会降低桩体的极限承载力,承载力的降低值与沉渣的厚度有一定的规律性.

关键词 钻孔灌注桩;桩底沉渣;承载特性;模型试验

中图分类号 TU4 文献标识码 A 文章编号 2095-6363(2016)12-0105-02

基金项目:安徽科技学院高层次人才科研启动项目(NO.ZRC2014464).

作者简介:马露,助教,安徽科技学院建筑学院,研究方向为地基基础工程.

王钰轲,郑州大学水利与环境学院.

陈帅,中铁工程装备集团有限公司.

灌注桩基础具有较其他类型基础突出的优点,因此近年来在工程中的应用越来越多,成为现代建筑基础结构的主要形式之一.由于受到施工工艺、操作人员技术水平、施工现场环境和地质条件等方面因素的影响,在成桩过程中易产生桩底沉渣.肖宏彬等对单桩荷载—沉降关系的数值模拟方法进行研究[1] ;张明远等利用有限单元法软件对大直径钢管桩的承载特性进行研究[2] ;孙文怀等基于FLAC3D 对单桩负摩阻力特性进行了研究[3].

考虑到沉渣和 灌注桩的制备难度较大以及桩体质量的不易控制,本次室内试验采用以泡沫板代替沉渣,钢管代替灌注桩的方法.所得结论能够在制定提高桩基承载力措施时,提供参考.

1 试验器材

1.1 试验槽及加压装置

试验中采用的试验槽尺寸为

800mm×400mm×400mm,两侧为钢板,另两侧为有机玻璃,上部有一32t 千斤顶.试验利用千斤顶作为加载设备,荷载值的大小通过安置在千斤顶与桩顶之间的钢环确定,考虑到桩体的极限承载力,试验所采用的钢环量级为10t,变形参数为12.122 33kN/mm.

1.2 百分表及重锤

试验中采用百分表量测桩顶的沉降量,为保证量测准确,在桩顶放置一块刚性板,本试验采用钢板,并使桩顶、钢板中心、钢环轴线和千斤顶处在同一轴线,百分表固定在一侧,通过量测钢板的沉降量来确定桩顶的沉降量.

2 试验材料性质

2.1 砂土直剪试验

根据库仑定律,土体的内摩擦力与剪切面上的法向压力成正比[4].试验前,用试验土体制备8 个土样,分成4 组,每组在不同的法向压力下进行剪切试验,记录试验数据,得出土体剪坏时剪应力,即抗剪强度τ .根据土体的剪切定律确定土体参数φ等于34.2°和c等于4.5kPa.

2.2 砂土含水量试验

称取3 组试验砂土,重量控制在15g ~ 30g 之间,放入称量好的铝盒内,立即盖好盒盖,使用电子称称重并记录,精确至0.01g.由以上实验测得含水量平均为13.8%.

3 试验方案

3.1 试验准备

试验所用土体为均质砂土,考虑到试验中土体的稳定性和土体的压实难易程度,此次试验土体密度控制在1.4g/cm3 ~ 1.45g/cm3 为宜,即保证试验土体为中砂.

本次试验采用泡沫板代替沉渣.试验共模拟0mm、20mm、40mm、60mm、80mm、100mm 六种厚度的沉渣,一种厚度进行两次单桩试验,结果取其平均值.

3.2 单桩载荷

为准确方便量测桩顶沉降,在桩顶置一刚性板,该试验采用钢板作为端头板,钢环置于刚性板之上,千斤顶之下,并使以上装置的轴线在同一条竖直线上.为保证钢环稳定,千斤顶可适当加载,使钢环夹紧.百分表固定在试验槽支架上,通过量测刚性板的沉降来确定桩顶的沉降.

4 试验数据分析

4.1 沉渣厚度t 对极限承载力Q 的影响曲线

针对不同厚度的沉渣,绘制t ~ Q 曲线,以分析沉渣厚度和极限承载力的关系,如图1 所示.

从上图可以看出,桩底存在沉渣时桩体的极限承载力明显小于无沉渣时的极限承载力,这种影响下的承载力损失幅度值随着沉渣厚度的增加而逐渐减小.

1)当沉渣厚度t ≤ 40mm 时,桩体的极限承载力变化较大,下降幅度大.分析出现这种现象的原因,主要是上部荷载传至桩底时,桩体会通过压缩持力层来获得端阻,性质软弱的沉渣会使获得相同端阻时的压缩量增大,又会加剧沉渣所承受的荷载,导致其压缩量再一次增大,直至出现突然破坏.2)当荷载厚度t ≥ 60mm 时,桩体的极限承载力持续减小,但变化幅度小,曲线趋于平缓.分析出现这种现象的原因是,此时较厚的沉渣如要达到能够提供相当的端阻就需要较大的压缩量,但桩体的侧摩阻力有限,在沉渣能够提供端阻之前,侧摩阻力就已达到极限,桩体破坏,所以,此时桩体的极限承载力主要由侧摩阻力提供,变化值不大,趋于平稳.

4.2 沉渣厚度t 与极限承载力降低率c 的关系沉渣厚度t等于20mm、40mm、60mm、80mm、100mm 时,桩体极限承载力降低率分别为8.5%、11.9%、13.6%、14.5%、15%.如图2 所示.

由图2 分析得:1)桩底沉渣厚度t等于0mm ~ 40mm 时,桩体极限承载力降低率较小,但变化幅度很大.分析原因为,桩端原土层性质坚硬,承载力较高,而沉渣的性质软弱,当桩底被沉渣填充时,桩端受荷初期沉渣还能提供一定支持力,随着荷载增大,沉渣压缩增大直至屈服破坏;2)桩底沉渣厚度t等于60mm ~ 1 000mm 时,桩体极限承载力降低率较大,但变化幅度较小.分析原因为,桩底沉渣过厚时,其受荷初期还能提供弹性支持力,荷载增大后,压缩量迅速增大,相比沉渣较薄时桩端荷载向下传递所需的位移增大,这就进一步促使桩侧摩阻力的发挥,使桩体在较小荷载时即达到极限承载力沉渣厚度较大时,桩体极限承载率变化的幅度较小.由图2 数据经MATLAB 拟合,曲线指数函数如下,沉渣厚度大于100mm 的极限承载率变化不大,可近似取t等于100mm 时对应值.

5 结论

通过试验数据研究了沉渣厚度对单桩承载特性的影响,得到:1)沉渣厚度t ≤ 40mm 时,曲线的变化形式近似一种渐变形,桩体的破坏形式没有大的变化,桩体的极限承载力降低较大;2)沉渣厚度t ≥ 60mm 时,曲线的变化形式为突变形,桩体的破坏具有突发性,属于刺入破坏,即在桩体达到极限承载力时,桩顶的沉降具有明显的陡增,但桩体的极限承载力此时变化相对不大.

参考文献

[1]肖宏彬,钟辉虹,张亦静,等.单桩荷载—沉降关系的数值模拟方法[J],岩土力学,2002,10(5):592-596.

[2]张明远,黎生南,彭文韬,等.基于FLAC3D的超长大直径钢管桩竖向承载特性模拟[J].岩土力学,2011,9(32):2856-2860.

[3]孙文怀,王志强,宋少华,等.基于FLAC3D的单桩负摩阻力特性研究[J],华北水利水电学院学报,2011,32(6):93-96.

[4]卢廷浩.土力学[M].南京:河海大学出版社,2010.

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