土层性状对挤扩多盘桩破坏状态及承载力影响研究

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1、土层性状对挤扩多盘桩破坏状态及承载力影响研究第1章绪论1.1普通混凝土灌注桩的概述随着社会的发展，各大城市建筑用地日趋紧张，现代建筑正向着更高、更稳定的方向发展。而使得各高大建筑物及构筑物得以建成和稳定的前提是有稳固的基础，各高大建筑物及构筑物的地基离不开桩基础，桩基础是现代高层、超高层建筑及桥梁、高架桥等构筑物的重要的基础形式。在实际工程中普通混凝土灌注桩是使用最广泛的桩基础形式，但有的工程为了达到承载力要求不得不将混凝土灌注桩桩身加长、桩直径加大，这就使得工程造价进一步提高而且桩身太长桩身质量也得不到保证，还会给施工造成不便。在一些软土地基像沙滩、水下等承载力极低的土质时采用普通的混凝土

2、灌注桩不能满足要求即使通过加长桩身、加大桩径也不能满足承载力的要求[1,2]。普通混凝土灌注桩承受竖向荷载的抗压承载力高，而抗拔承载力远低于抗压承载力，抗拔承载力主要依靠桩身的侧摩擦阻力来承受，当竖向拔力较大时，桩侧摩阻力难以充分发挥作用，这就使得在一些有抗拔承载力要求的建筑物及构筑物中不能使用普通混凝土灌注桩[3,4]。1.2挤扩多盘桩的概述为了弥补以上普通混凝土灌注桩的缺点，国内外近几年新兴发展了一种特殊桩身构造的混凝土灌注桩，挤扩多盘桩。挤扩多盘桩通过使用专门的挤扩设备在桩身特定位置改变桩径增加承力盘来提高桩的承载力，具有单桩承载力高、施工速度快、缩短工期、设计灵活、适应性强、沉降量小

3、、节约成本等优点[5]。挤扩多盘桩可以充分发挥承力盘的类似端承作用，并且不同盘坡角度的承力盘在不同程度上增加了桩侧摩阻力的作用。增加承力盘后较普通混凝土灌注桩抗拔承载力有了大幅度提高[6]。挤扩多盘桩的原型最早出现在20世纪50、60年代的印度、英国、前苏联等国家，叫多节扩孔桩[7,8]。20世纪70年代开始在中国首次进行扩孔灌注桩的试验研究并良好试验效果[9]。吉林建筑大学的钱永梅教授、尹新生教授等通过对挤扩多盘桩不同承力扩大盘位置的理论分析和试验研究，对承力扩大盘位置对挤扩多盘桩单桩承载力的影响进行了定性的分析，为进一步综合考虑挤扩多盘桩单桩承载力计算提供了理论根据；根据盘下土体的破坏形

4、式，运用滑移线理论研究土体计算模式，再结合塑性势理论和虚功原理确定挤扩多盘桩的土体极限承载力，修正并完善了现有的桩侧阻力及桩端承载力的计算公式，得到了全新的挤扩多盘桩单桩承载力的计算公式[10,11]；马春良、陈显二人根据挤扩多盘桩桩土效应及土体极限承载力的理论分析和试验研究的成果，对挤扩多盘桩土体极限承载力的多种影响因素进行了定性或定量的分析，为进一步综合考虑各项因素进行挤扩多盘桩基础设计提供了理论依据[12]。.第2章ANSYS有限元软件建立模型2.1混凝土桩单元类型的选择模型建立时，混凝土桩的单元类型选取的是solid65单元。该单元类型适用于添加钢筋和不添加钢筋的三维实体建模，该单元

5、类型含有8个节点，为八节点六面体单元，每个节点有x、y、z三个方向的自由度，代表三个方向的位移，与实际位移状况相同。solid65单元类型能够对混凝土结构进行很好地模拟分析。..2.2各单元材料属性的确定本论文主要研究不同含水率和土层厚度对挤扩多盘桩承载力及桩土破坏机理的影响，实际工程中桩处于回填土、粘性土、细粉砂土、硬质粘土及岩石土等不同土层的组合土层中，而承力扩大盘主要设置在粉质粘土、细粉砂土中，本论文模型建立时为了符合实际情况设置了回填土、粉质粘土、细粉砂土、硬质粘土等多个土层，但主要研究承力扩大盘设置在粉质粘土、细粉砂土中的不同情况。根据实际工程的勘测报告和文献资料得出不同性状土层的

6、物理力学性能指标，ANSYS中运用的各层土和混凝土的物理力学性能指标如表2-1[27,30]：有限元分析的主要目的是通过有限元软件分析结构或构件在一定荷载作用下的响应，用简单的方法模拟出实际的响应效果。因此荷载的施加方法是建模分析关键的一步。在ANSYS软件中荷载的加载方法有集中力荷载、面荷载等不同加载方法。荷载加载前要有边界条件的限制，边界条件的正确处理是模型分析是否准确、是否符合实际状况的主要步骤。由于本课题模型采用半桩模型，在半桩立面侧要施加垂直于半桩立面的约束包括对土体施加的约束；桩身侧面半圆柱土体，采用x、y、z三向的约束；桩下土体的最下端要有垂直土体的向上的约束。本课题研究土层厚

7、度时加载采用面荷载加载，将面荷载均匀加在桩顶半圆上，荷载从100KN开始加载，逐级按100KN递增加载，换算成面荷载从500KN/㎡开始加载，逐级按500KN/㎡递增加载；研究含水率时按面荷载从1000KN/㎡开始加载，逐级按1000KN/㎡递增加载。荷载分步加载与实际桩受力状态相同，得出的结果更准确、更有说服力。.第3章竖向拉力作用下土层性状对挤扩多盘桩影响研究....163.1粉质粘土土层厚度对挤扩多盘桩