浅论挤扩灌注桩工作性态的研究

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1、②申请同济大学工学博士学位论文挤扩灌注桩工作性态的研究培养单位：一级学科：二级学科：研究生：指导教师：土木工程学院土木工程岩土工程胡安兵杨敏教授二OO六年七月摘要挤扩灌注桩是近年来在我国兴起的一种新型变截面桩。工程实践表明，与普通灌注桩相比，挤扩灌注桩可以提高桩基承载力，具有较好的经济和社会效益。然而，到目前为止，无论是挤扩灌注桩工程实测资料的积累还是其荷载传递机理、设计理论和方法等研究都还不多见。人们对挤扩灌注桩的认识还不够深入和全面，研究工作仍处于探索阶段。因此，有必要对其工作性态进行系统的分析研究。本文运用数值模拟、理论研究

2、以及工程试验分析研究等综合手段，较为系统地研究了挤扩灌注桩的荷载传递特性、荷载分担等工作性态，研究成果具有较高的学术和工程应用价值。本文的研究内容主要包括几个方面：1)针对FLAC”前后处理的缺陷，编写相应的程序，可以很方便地进行复杂模型建立及计算结果输出。同时，以Mohr-Coulomb强度理论为准则编制应用程序构建具有摩擦角、粘聚力等属性参数的接触面，可以有效模拟各种因素影响下的挤扩灌注桩工作性态。2)在同一地层中，竖向受压荷载作用下同一桩长桩径的挤扩灌注桩与普通灌注桩相比，其极限承载力有了较大幅度的提高。普通灌注桩的荷载一沉

3、降关系表现为陡降型，有明显的破坏特征点，而挤扩灌注桩由于挤扩体的端承力作用表现为缓变型，无明显的破坏特征点。3)挤扩灌注桩为变截面的摩擦多支点端承桩，在负荷初期，挤扩体就己开始承载，表现为轴力变化曲线的挤扩体位置处出现了台阶性突变。随着荷载的增加，桩身轴力变化曲线的台阶性突变程度增大。桩顶荷载在挤扩体分层承载、逐一卸载的作用下，传至桩端的荷载很小，从而有利于桩端土层的稳定。4)挤扩体的设置位置影响着挤扩灌注桩承载力的发挥。在工程地质条件允许的前提下，挤扩体应尽量设置在硬土层中下方，以利于桩身上部桩侧摩阻力的发挥。同时尽量满足桩根长

4、度Lt不小于2D，以利于桩端阻力的充分发挥，这一结论也更正了某些实际工程的错误设计观念。5)在实际工程设计时，建议挤扩体的间距不应小于2．5D，挤扩体直径D=(2～2．5)d，挤扩角口为50～90o。6)当桩身弹性模量达到一定数值后，过分地提高桩身弹性模量对提高桩承IⅡ摘要载力、减小桩沉降的效果并不明显。因此，在桩基设计时不能无谓地提高桩身的弹性模量，否则会造成不必要的浪费。7)在相同桩顶工作荷载作用下，随着桩长的增加，桩顶的沉降量在逐渐减小，但沉降量减小的幅度在逐渐变缓。8)随着接触面的参数变化，桩身轴力也发生了很大的变化，桩侧

5、摩阻力也随之发生变化。同一竖向荷载作用下，在接触面参数为最理想状态假定时，桩侧摩阻力得到了充分的发挥。在接触面参数为最不利状态假定时，上部荷载则完全由挤扩体的端承力及桩端阻力来承担，表现为多支点端承桩的工作性态。9)从理论上系统推导了挤扩灌注桩的轴力及位移公式。lO)在Geddes应力解的基础上考虑桩身的弹性压缩量与桩周土的位移协调．引入分层总和法计算沉降，能充分考虑桩身及土层的性能参数，并将其推广应用于挤扩灌注桩的应力及沉降计算中。同时，利用MATLAB语言自编的程序可以进行普通灌注桩及挤扩灌注桩的应力及位移计算。11)应充分重

6、视桩基施工方法的重要性。在挤扩灌注桩施工前，应根据场地的工程地质条件，选择合理的施工工艺及工序。在施工过程中要加强信息化管理，以便调整工艺参数，利于后续工作的开展。12)在钻孔灌注桩施工中，泥浆的制备、循环、净化等是其关键技术之一。泥浆质量控制好坏直接影响钻进速度、成孔质量和桩基承载力的发挥。关键词：挤扩灌注桩，摩擦多支点端承桩，工作性态，轴力，沉降，旌工AbstractABSTRACTExtrudingcast-in-situpileisanewtypeofpileswithvariablesectionsdevelopedin

7、Chinarecentyears．Engineeringpracticeshaveshownthatcomparedwithconventionalcast-in—situpile，extrudingcast-in-situpilenotonlycangreatlyincreasebearingcapacity,butalsohasobviouslyeconomicandsocialbenefit．However，uptonow,whetheraccmnulationsofitsengineeringtestdataorresea

8、rchesaboutitsloadtransfermechanism，designtheoryormethod，whicharefewPeoplelackthedeepandoverallknowledgeofextrudingcast·in—si