粘土中扩底桩承载性状及承载力预测研究

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目前,对扩底桩的理论研究工作还未跟上应用水平,承载能力只有通过现场荷载试验才能确定。但是扩底桩承载力高,采用的堆重平台反力装置很难测出完整的Q-s曲线,不仅花费时间长、耗资巨大、抽验率低、代表性差,而且不安全。由于扩底桩理论的不成熟,不能从根本上解释扩底桩承载力高、沉降小的作用机理,给扩底桩的推广和应用带来一定的困难。因此,有必要对大直径扩底桩的承载性状进行探讨,提出更为合理的确定扩底桩承载力的方法。本文分析了应用于岩土工程问题中的各种数值计算方法的优缺点,选用FLAC3D数值计算软件建立了扩底桩桩土相互作用模型,并对比分析了扩底桩与直筒桩承载性状的差别。针对于扩底桩承载力确定十分困难的问题,本文以收集到的39根扩底桩为资料,建立了BP神经网络扩底桩承载力预测模型。本文取得的主要研究成果如下:(1)在同级荷载作用下,扩底桩桩底应力水平大大低于一般直筒桩。在相同条件下,扩底桩的桩底沉降也大大低于直筒桩,且随着荷载增加而沉降增大的速度也远远低于直筒桩。(2)扩底桩桩侧摩阻力应力水平明显低于一般直筒桩,这表明前者主要通过桩底把荷载传给地基土,而后者主要通过桩身侧面和桩端阻力同时作用传递。(3)与直筒桩一样,扩底桩桩侧摩阻力在离桩顶的很短距离即可基本发挥出来,在桩端附近由于桩端阻力对桩侧摩阻的强化作用,桩侧摩租力有突增现象,且其幅度随着桩端阻力的增大而增大。扩大头斜面处的摩阻力为零,扩大头斜面与土体呈脱离趋势。(4)根据由沉降变形来确定承载力的理论,相同条件下扩底桩的承载力为直筒桩的2倍多,而扩底桩的混凝土用量只有直筒桩的1.4倍,而采用加大桩长或者桩径的办法来使直筒桩达到扩底桩的承载力,需加大桩长到29m,或者加大桩径到2.2m,这时直筒桩的体积是扩底桩的1.4倍和3.5倍,再考虑到开挖成本的关系,直筒桩的造价远不止扩底桩的1.4倍和3.5倍,说明扩底桩有很大的经济优势。(5)采用BP神经网络建立的扩底桩承载力预测模型,预测精度控制在15%之内,说明此方法略优于通常的经验公式和数值方法,采用神经网络预测扩底桩承载力是可行的。
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