静钻根植竹节桩承载及沉降性能试验研究与有限元模拟

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静钻根植竹节桩是由预制桩和水泥土组合而成的一种新型组合桩基,在宁波、上海等地有了一些初步的工程应用,然而对静钻根植竹节桩承载性能进行的研究较少,理论研究远落后于工程实践。本文通过现场试验、模型试验以及数值模拟对静钻根植竹节桩的承载性能进行了较为系统的分析研究,主要研究内容与研究成果如下:1.通过静钻根植竹节桩的桩-水泥土-桩周土接触面剪切试验对混凝土与水泥土接触面、水泥土与砂土接触面的摩擦性质进行了研究,并通过改变水泥土的配比对水泥土性质对混凝土-水泥土接触面和水泥土-桩周土体接触面摩擦性能的影响分别进行研究。研究结果表明,水泥土-砂土接触面的摩擦性能主要由砂土性质所控制;混凝土-水泥土界面的摩擦性能主要由水泥土性质所控制。混凝土-水泥土接触面的极限侧摩阻力远大于水泥土-砂土界面的极限侧摩阻力,可以认为静钻根植竹节桩在荷载传递过程中预制桩和水泥土之间不会发生破坏。2.通过静钻根植竹节桩与钻孔灌注桩的现场试验对两种桩型的抗压承载性能进行比较分析,研究表明静钻根植竹节桩的抗压承载性能要好于钻孔灌注桩。通过静钻根植竹节桩的现场试验对其桩侧摩擦性能进行了详细的分析,发现静钻根植竹节桩的桩侧摩擦性能优于钻孔灌注桩桩土接触面的摩擦性能。通过静钻根植竹节桩模型试验对静钻根植桩的荷载传递机理以及水泥土在荷载传递过程中所起的作用进行了研究,研究表明静钻根植竹节桩中的桩周水泥土和桩端水泥土在荷载传递过程中所起的作用不同,桩周水泥土不直接承担荷载,只起着传递荷载的过渡层的作用,而桩端水泥土扩大头需要承担一部分桩端荷载。通过静钻根植桩的现场试验和模型试验对静钻根植桩的桩端承载性能进行了研究,发现静钻根植竹节桩中的水泥土扩大头能够改善桩端承载性能,当竹节桩桩端位于水泥土扩大头中间位置附近时静钻根植竹节桩极限桩端承载力最大,桩端承载性能最好。3.通过静钻根植竹节桩的现场抗拔试验对其抗拔荷载位移曲线进行了分析,发现静钻根植竹节桩的抗拔荷载位移曲线比较平缓。通过静钻根植竹节桩的抗拔试验对其侧摩阻力以及桩端扩大头在荷载传递过程中所起的作用进行了分析与研究,发现静钻根植竹节桩在上拔荷载作用下的桩侧摩擦性能优于钻孔灌注桩;静钻根植竹节桩中的桩端水泥土扩大头能够有效改善静钻根植竹节桩的抗拔承载性能。4.运用ABAQUS有限元软件对静钻根植竹节桩的抗压、抗拔承载性能进行三维建模计算,在验证所建立模型合理性的基础上对静钻根植竹节桩抗压、抗拔承载承载性能影响因素进行分析;分别对竹节桩的竹节间距,桩周水泥土的粘聚力、内摩擦角和弹性模量,水泥土-土体接触面摩擦系数,桩身钻孔直径,桩端水泥土弹性模量和桩端水泥土直径对静钻根植竹节桩抗压承载性能的影响进行研究。由有限元计算结果可知上拔荷载作用下静钻根植竹节桩中的桩端水泥土扩大头能够承担较大比例的桩顶荷载,能够有效提高其抗拔承载性能;运用ABAQUS有限元软件分别对桩端水泥土扩大头,桩端水泥土弹性模量,桩端水泥土扩大头高度和直径对静钻根植竹节桩抗拔承载性能的影响进行研究。
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