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PHC管桩接桩处和桩底后注浆极限承载力试验研究

PHC管桩接桩处和桩底后注浆极限承载力试验研究

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作者：周鑫延边大学

学位级别：硕士

PHC管桩(pre-stressed high-strength concrete pipe pile)即高强预应力混凝土管桩,它是这些年来在国内开始推广的一种新的桩型。对比其他地基处理方式,PHC管桩承载力高、节约成本和工期、节能环保等等优越性明显,所以广泛应用于安徽合... 详细信息

PHC管桩(pre-stressed high-strength concrete pipe pile)即高强预应力混凝土管桩,它是这些年来在国内开始推广的一种新的桩型。对比其他地基处理方式,PHC管桩承载力高、节约成本和工期、节能环保等等优越性明显,所以广泛应用于安徽合肥市各大工程中。在一些项目中,偶尔会通过后注浆的方法来进行桩身补强以及提高其单桩承载力,但是对PHC管桩的桩底和接桩处注浆后的极限承载力及桩土的应力应变之间变化规律研究很少,相关设计规范和施工验收标准的尚未出台而制约了该创新工艺的推广。作者在之前学者桩底注浆试验的基础上,经现场工程试验和FLAC3D软件模拟分析研究了PHC管桩经桩底和接桩处后注浆的极限承载力及桩土的应力应变之间变化规律。文章重点有如下几个方面工作：首先,作者介绍了PHC管桩自身的特点(优缺点及局限性等),并且结合PHC管桩在国内发展的状况、注浆技术应用于PHC管桩工程的研究情况。综上,作者列出了五个方面主要的工作和本文的技术路线。然后,结合前人做的桩底注浆试验,作者通过安徽省合肥市经济开发区A、B两相邻的项目,其中A项目PHC管桩未进行注浆处理,而B项目在建设单位、监理单位、设计单位支持下选取3根PHC管桩采用创新注浆工艺在桩身接桩处和桩底进行注浆(以下简称注浆PHC管桩),然后通过静载荷试验和低应变试验,分析得出两项目试验桩的荷载-沉降曲线,同时,通过有限差分软件FLAC3D模拟分析PHC管桩桩底和接桩处注浆后桩土的应力应变之间变化规律,最终得出以下成果：1、PHC管桩的接桩工艺通常采用焊接方法,由于注浆施工工艺所限而接桩处的注浆工艺研究甚少,本文通过改良的“子弹头”注浆管分段注浆创新工艺在PHC管桩的接桩处成功注浆。“子弹头”注浆管分段注浆施工工艺可有效的解决PHC管桩身接桩处的易锈蚀等工程质量通病。2、注浆PHC管桩-B工程试验桩(桩身接桩处和桩底后注浆PHC管桩)的桩身轴力变化情况类似于未注浆的A工程PHC管桩,它们的轴力都是随着深度向下慢慢减弱,上面部分的轴力大于下面部分的。B工程经桩身接桩处和桩底后注浆的PHC管桩轴力衰减速度的斜率大于A工程未注浆PHC管桩轴力的衰减速度的斜率。3、对比分析A、B两项目PHC管桩Q-S曲线均为缓变型,从小应变试验分析可知,当沉降大于40mm时,桩体均未达到极限状态,说明桩本身仍然具有一定的承载能力,所以桩端的最终失稳是由于桩端土的破坏导致的,所以可知通过接桩处和桩底注浆对桩基的承载力提高是可行的。4、地质情况相近,桩基选型一致的情况下,通过对比,未注浆PHC管桩与注浆PHC管桩的Q-S关系对比曲线表明通过桩身接桩处和桩底注浆后桩基的极限承载力明显提高,没有注浆的A项目3根PHC管桩的极限承载力平均值为4266.7kN,而经接桩处和桩底后注浆的B项目PHC管桩极限承载力平均值为5533.3kN。经接桩处和桩底注浆后PHC管桩极限承载力约提高了25.0%。5、通过A、B两项目PHC管桩静载荷实验得出极限承载力对比《建筑桩基技术规范》(JGJ106-2014)中的经验公式,提出类似地质条件下极限承载力公式的修正系数：(1)未注浆PHC管桩(修正系数a1)：Qu=2Quk=2α1[uΣqsikli+qpk(Aj+λpAp1)] α1=0.95～1.14(2)经桩身接桩处和桩底后注浆PHC管桩(修正系数a2)：Qu=2Quk=2α2[u∑qsikli+qpk(Aj+λpAp1)] α2=1.29～1.386、根据试验中各种材料参数建立的有限元模型分析显示,当桩顶压力分别为1000kN.2000kN.3000kN.4000kN时,在桩身接桩处经过注浆的PHC管桩接桩处轴力分别比未注浆的PHC管桩高9%、12.1%、14.6%、16.0%,轴力提高系数随桩顶压力增大而增大,近似成线性关系。利用origin8.5大型数值分析软件进行拟合,拟合方程为y=1.0705+2.35*10-5x(1000kN≤x≤4000kN),R2=0.9611.7、相同荷载时,静载荷试验结果与FLAC3D软件模拟计算的沉降量和桩身应力都基本一致。试验中未注浆PHC管桩在极限荷载作用下,沉降量为42.64mm,而FLAC3D模拟计算的沉降量为47.45mmm;试验中经注浆PHC管桩在极限荷载作用下,沉降量为40.87mm,而FLAC3D模拟计算的沉降量为41.24mm。从Q关系曲线中我们可以看出实测值与模型计算的结果吻合的很好;另外A、B两项目试验PHC管桩经模型测出的桩身应力计算得出的轴力吻合也较好,表明FLAC3D软件对PHC管桩数值计算的结果是合理的、准确的。

关键词：接桩处桩底后注浆极限承载力 FLAC3D分析应力应变

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