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分布式后压浆灌注桩承载特性试验研究

分布式后压浆灌注桩承载特性试验研究

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作者：钱晓楠东南大学

学位级别：硕士

钻孔灌注桩因其单桩承载力高、适应性强、施工简便等诸多特点而得到广泛应用,然而其施工工艺带来的桩端沉渣、桩侧泥皮等缺陷极大的影响了桩基承载力的发挥,且对控制桩基沉降变形造成不利影响。后压浆技术因其改善效果显著、工艺简练、... 详细信息

钻孔灌注桩因其单桩承载力高、适应性强、施工简便等诸多特点而得到广泛应用,然而其施工工艺带来的桩端沉渣、桩侧泥皮等缺陷极大的影响了桩基承载力的发挥,且对控制桩基沉降变形造成不利影响。后压浆技术因其改善效果显著、工艺简练、施工便捷等特点而被普遍认为是改善上述问题,提高桩基承载力的有效手段。当前后压浆技术应用范围已从中、小直径桩发展到大直径、深长桩,与之对应的压浆类型也从单纯的桩端(侧)后压浆发展至桩端桩侧组合式后压浆、分布式后压浆等。然而,目前分布式后压浆的工程实践要领先于理论研究,关于分布式后压浆工艺的加固机理以及分布式后压浆桩的承载机制、荷载传递规律等尚缺乏系统的研究。本文将通过模型试验、理论验证、现场原位试验等手段对大直径分布式后压浆桩承载特性及其优势进行深入研究,主要工作及成果如下:(1)利用单片机和电磁阀门等装置设计制作了一套能够精确控制压浆量的模型试验装置。通过开展模拟现场分布式压浆的模型试验以及18组大型接触面直接剪切试验,探究了不同工况下后压浆桩-土接触界面剪切应力-剪切位移关系,分析了不同压浆参数对桩土接触界面的改善效果,基于双曲线函数模型建立了分布式后压浆桩-水泥土-砂土界面的剪切力学模型。(2)基于大量接触面直剪试验结果,分析得出后压浆有效提高了接触界面的极限剪切强度及初始剪切刚度,抗剪强度增强系数介于1.16～2.91之间。不同压浆量下桩土接触面法向应力-极限剪切应力关系仍遵循摩尔库伦准则,且增大压浆量能显著提高接触面等效黏聚力,较同等条件未压浆情况下提高了5.8～18.8倍,而等效内摩擦角变化不明显。在其他条件相同的情况下,接触界面的抗剪强度随法向应力的增大而明显提高。在较大法向应力条件下通过增大压浆量来提高接触界面的抗剪强度的效果逐渐减弱。(3)通过开展分布式后压浆、常规桩侧后压浆两种压浆类型的浆液扩散可视化模型试验,探明了两种压浆方式浆液固结体的成形机制、采用数字图像互相关技术分析了压浆过程中浆液的扩散规律以及桩周土体位移变形情况,从宏、细观的角度揭示了分布式后压浆在提高桩基承载力方面的优势。基于幂律型浆液的黏度时变特征,对经典的浆液扩散理论公式进行了修正,并用修正后的扩散公式验证了该试验的合理性与可靠性。(4)基于现场试验的两根后压浆试桩静载试验结果,研究了不同压浆类型对桩基承载性状的影响,比较分析了分布式后压浆在改善桩基承载性能方面的优势。压浆后,分布式后压浆桩极限承载力提高了52.2%,要优于相似条件下组合式后压浆桩。分布式后压浆桩、组合式后压浆桩桩端阻力得到了显著提高,桩端沉渣和虚土问题得到了明显改善。压浆后,桩侧土体强度与刚度得到明显提高,进一步提高了桩侧摩阻力的发挥程度。在土层和埋深条件相似的情况下,分布式后压浆桩侧阻增强系数要略大于组合式后压浆桩,且总体上试桩侧阻增强系数随深度的增加而逐渐提高。(5)实践表明,分布式后压浆因其小间距、多断面、高密次、多深度压浆等特点使得其桩侧浆液分布更均匀、覆盖更完善。在地质条件及压浆情况相似的情况下,分布式后压浆对改善桩基承载特性的效果更为显著。

关键词：灌注桩后压浆分布式后压浆承载特性大型直接剪切试验压浆可视化试验桩-土界面力学特性

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