超长桩基承载性能的研究

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1、超长桩基承载性能的研究1引言项目组以我国公路桥梁跨江、跨河及跨海大桥为工程背景开展研究,研究内容涵盖：超长钻孔灌注桩现场测试技术、荷载传递机理、荷载传递性状、有限元分析及数值分析、现场试验及室内模型试验、可靠度计算分析、成孔成桩检测与缺陷处理技术等诸多方面。该项目研究的目的：提高超长钻孔灌注桩现场测试水平，探究超长钻孔灌注桩界限值，提出超长钻孔灌注桩承载力计算方法、设计参数取值建议等，形成一套较完整的公路桥梁超长钻孔灌注桩试验、检测、设计以及缺陷处治技术。项目研究成果应用于大型桥梁桩基础建设，将会大大节约基础建设的资金，提高桥梁的安全性。2主要研究成

2、果2.1超长钻孔灌注桩单桩现场试技术及荷载试验研究2.1.1现场测试技术研究(1)锚桩反力梁法常规的锚桩反力梁法采用普通混凝土反力系统，存在锚桩抗拔能力不足或反力系统抗弯能力不足，无法达到预期的高试验加载吨位。课题组研发了“大吨位基桩静载试验预应力反力系统装置”，使锚桩法试桩的加载吨位得以大大提高，解决了锚桩混凝土在高拔力下会出现开裂的难题，并能有效利用工程桩、承台和墩身，从而节约了试验的土建投资，该系统已获得国家实用新型专利。图2.1.1-1>2.1.1-2为反力系统有限元模型仿真示意图有及限元计算模型中预应力束布置图。1图2.1.1-1有限元模型

3、仿真示意图2.1.1-2有限元计算模型中预应力束布置图⑵自锚桩法改进的“口锚桩法荷载箱”能有效的消除荷载箱位移失真，提高测试的精度，并获得国家实用新型专利。其核心内容是补偿荷载箱上下混凝土不密实引起的刚度降低。图2.1.1-3为该新型荷载箱图片。S2.1.1-3自锚桩法荷载箱2.1.2现场荷载试验研究项冃组在浙江、广东、山东等地结合多座大桥和特大桥梁依托推广工程中进行了13根锚桩一反力梁法试桩和7根自锚桩法试桩试验。其中，锚桩法试桩加载吨位超过30000kN的共有9组试桩，最大加载吨位达40000RN,创下国内外锚桩一反力梁法试桩加载吨位之最。锚桩法

4、及自锚桩法试验情况汇总于表2.1.2-1＞表2.122。图2.1.2-1〜2.1.1-5为部分试桩现场照片及数据分析曲线。2表2.1.2-1表2.1.2-2图2.1.2-3青岛湾桥锚桩法静荷载试验情况汇总表自锚桩法静荷载试验情况汇总表图2.1.2-1钱塘江四桥桥试桩工程3图2.1.12-2湛江海湾桥试桩工程试桩工程图2.1.2-4试桩实测P-S曲线图2.1.2-5试桩实测桩身轴力图42.2超长钻孔灌注桩单桩承载力的理论研究2.2.1超长桩单桩荷载传递基本特点荷载传递是超长桩工作特性的重要内容。包括：荷载的分配，传递方式，地基土、桩身及桩端土共同承担外

5、荷载的相互关系，发挥过程和分布规律。具有以下特点：①超长桩具有和普通桩前两阶段相似的特性，即荷载■沉降曲线为缓变型，没有明显的破坏特征；②桩顶限制沉降较小时桩侧阻力发挥并不充分；③超长钻孔桩承载力由沉降控制。在杭州钱塘江四桥、五桥、六桥，湛江海湾大桥，东营黄河大桥、青岛海湾大桥、杭州湾跨海大桥等工程项目的超长钻孔灌注桩荷载试验均得到验证。2.2.2桩身荷载传递的刚度法函数解课题研究以超长桩荷载传递机理为核心，以我国正在新建的跨江、跨河及跨海公路特大桥为依托，在大量的现场试桩资料统计、分析基础上，通过桩土刚度与桩长的关系分析和超长钻孔灌注桩的受力特征分

6、析，建立了基于桩土总刚度、桩土剪切刚度、桩端土抗压刚度等参数的超长钻孔灌注桩单桩承载力刚度计算法，使超长钻孔灌注桩的计算设计更加贴合实际。2.2.2.1桩土传递的函数模型建立(1)超长钻孔灌注桩轴向荷载作用下的传递函数模型及解答①桩侧阻力一桩土相对位移的函数模型QSSS图2.2.2-1桩土体系荷载传递5在桩身任意深度处取一微分桩段图2.2.2-1,由平衡条件可得桩土体系荷载传递的基本微分方程：AEd2S?z?t?z?=(2.2.2-1)Udz2其求解取决于桩侧及桩端荷载传递函数T?S的形式。②桩侧土荷载传递函数模型通过大量的室内、室外试验可知，双曲线

7、型传递函数能较好的对桩土旷S进行拟合，且拟合方法简单、精度高，并可用相关系数来评价严S曲线的拟合效果，如图2.2.2-2所示。?max图2.2.2・2双曲线函数模型双曲线型荷载传递函数表达式为：?=S(2.2.2-2)a?bS③桩端土的荷载传递函数模型超长钻孔灌注桩桩端土的力学模型即可采用双曲线函数，也可简化为双折线函数近似模拟其荷载传递性能。桩端土承载力双曲线型表达式：PR?A?R=ASb(2.2.2-3)ab?bbSb桩端承载力双折线型表达式：Sb?ub??PR??RA?KOSb?(2.2.2-4)?'Sb?ub??PR??RA?K0ub

8、?K0(Sb?ub)①桩身荷载传递的刚度法函数解6基于双曲线函数模型的荷载传递刚度法函数解是本研究课题提出的