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钻孔挤扩支盘灌注桩是上世纪九十年代初发展起来的一种新型桩基础,现己在我国许多地区陆续推广使用,由于该桩型具有承载力高和沉降量低的优点,取得了良好的经济效益和社会效益。本文介绍的压扩多支盘灌注桩是在挤扩支盘扩孔灌注桩的基础上改进而来的一种新桩型,是将静压桩、沉管灌注桩、扩底桩和多支盘灌注桩的多种优势集于一体的新型桩基技术。本文以理论分析为基础,结合ANSYS有限元数值模拟软件,对压扩支盘桩的贯入机理、施工工艺、成桩效应、承载力特征等方面进行研究,为此桩型的工程应用提供了充分的依据。本文所做的工作和取得的成果如下:
(1)从挤扩支盘桩,夯扩桩等异型桩的施工方法、受力机理、荷载传递等方面出发,对挤扩支盘桩的国内外研究现状进行了总结。同时介绍了多支盘压扩桩在成桩过程中的受力机理,先进的成桩技术,以及在不同用途和施工条件下不同的施工工艺,为这一新型施工方法提供理论支持。
(2)针对压扩支盘桩在实际工程应用中的一些关键施工环节进行了分析研究。综合考虑不同土质,不同时间段以及地下水等多种因素的影响下,分析了振捣混凝土产生的振动力对降低拔管阻力的影响。另外通过分析沉管桩尖阀瓣的受力特征,在考虑二次挤土效应的情况下,得到了沉管贯入土体后打开阀瓣所需的液压力计算公式。
(3)建立了压扩支盘桩的承载力计算公式。从挤扩支盘桩、沉管灌注桩、夯扩桩等桩型特点出发,对压扩体的成型过程进行了分析,得出了在不同的土层中形成的支盘形状各不相同;同时根据不同的土质情况、压扩次数、混凝土用量等诸多因素对承力盘形状进行了修正;并结合挤扩支盘桩的承载力计算方法,推导出了压扩支盘桩的承载力计算公式。
(4)提出了用球孔扩张理论来估算压扩支盘桩的挤密效应。分析了抗剪强度、弹性模量、泊松比、剪胀角等土性参数改变时对极限扩孔压力的影响,印证了挤密效应的显著作用;并且结合压扩支盘桩的特点,把球孔扩张理论应用到承载力的估算中,推导出计算方法和步骤,丰富了压扩支盘桩的设计理论。
(5)对竖向受压时的二支盘压扩支盘桩进行了ANSYS有限元分析。运用二维轴对称有限元法,针对压扩桩的特点,通过改变支盘桩周的土性参数来模拟不同土层对桩·土相互作用的影响,得出压扩支盘桩的承载力、荷载传递性状和桩顶沉降与桩周土层的性质的关系;从受力特性上分析,支盘桩属于多支点摩擦端承桩,桩的受力主要靠承力盘承受荷载.支盘力大、侧摩力小是支盘桩的主要承力特点;对压扩支盘桩的支盘竖向临界间距、水平桩距的合理确定提出了相应建议。