考虑浆液黏度时变性的后注浆桩承载特性研究

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钻孔灌注桩因其承载力高、沉降小、适用性好等优点,被广泛应用至高层建筑、桥梁和高速铁路的基础中。然而,钻孔灌注桩在施工中存在的桩侧泥皮和桩底沉渣等问题将会削弱单桩的承载力。为提高钻孔灌注桩的承载力,降低钻孔灌注桩的沉降,开发了桩基后注浆技术。大多数学者多关注桩端后注浆或桩侧后注浆一种情况来研究后注浆桩的承载特性,且较少关注浆液黏度时变特性对后注浆桩承载特性的影响。亟需分析桩端-桩侧组合后注浆桩的承载特性,形成一套桩端桩侧组合后注浆桩受力性状的分析理论与设计方法。本文采用理论分析、数值模拟及现场试验等手段分析了考虑浆液黏度时变特性的后注浆桩浆液扩散机理与承载特性,取得了如下结论:(1)考虑幂律型水泥浆液的黏度时变特性,建立了桩端、桩侧浆液扩散模型,提出了浆液扩散半径的计算公式。考虑桩端浆液上返现象,建立了浆液上返段模型,修正了浆液上返高度计算公式,形成了成层土中浆液上返高度的计算方法。通过四个算例验证了浆液扩散半径计算公式和上返高度迭代计算方法的合理性。(2)基于考虑浆液黏度时变特性的后注浆桩浆液扩散模型,采用BoxLucas1函数模型模拟桩端阻力-桩端位移及非桩侧浆液扩散段桩侧摩阻力-桩土相对位移之间的关系,建立了基于圆孔扩张理论的桩侧浆液扩散段的荷载传递模型,提出了桩端-桩侧组合后注浆桩荷载-沉降特性的计算方法。通过三个算例验证了计算方法的合理性。(3)基于提出的后注浆桩荷载传递模型,采用Visual Fortran和FRIC子程序对有限元软件进行了二次开发和算例验证,利用有限元数值模拟软件分析了不同注浆参数下未注浆桩、桩端后注浆桩、桩侧后注浆桩及桩端-桩侧组合后注浆桩承载特性。(4)基于本文理论分析与数值模拟研究成果,依托董梁公路宁梁段后注浆桩工程,对桩端-桩侧组合后注浆桩的注浆参数进行优化设计。根据地微动勘探试验中注浆前后的波速变化分析浆液加固范围,根据钻探试验结果综合评价试桩注浆效果。采用地微动勘探试验、钻探试验、三轴剪切试验及静载试验验证后注浆单桩设计参数的合理性。
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