【摘 要】
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为实现桩身完整性差、桩长不足等问题桩的留用,解决既有混凝土桩承载能力提升的问题,研发一种后置劲芯加长段混凝土基桩结构,采用模型试验、数值模拟和理论分析相结合的研究方法,对该基桩结构的承载特性进行了深入细致的研究,主要研究内容及结论如下:（1）基于后置劲芯加长段混凝土基桩成桩工艺和性能测试要求,研发了一套与现场成桩过程相似的模型桩制备方法,形成了一套可同步测量桩身和劲芯加长段应力应变、桩周土体应力、
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为实现桩身完整性差、桩长不足等问题桩的留用,解决既有混凝土桩承载能力提升的问题,研发一种后置劲芯加长段混凝土基桩结构,采用模型试验、数值模拟和理论分析相结合的研究方法,对该基桩结构的承载特性进行了深入细致的研究,主要研究内容及结论如下:（1）基于后置劲芯加长段混凝土基桩成桩工艺和性能测试要求,研发了一套与现场成桩过程相似的模型桩制备方法,形成了一套可同步测量桩身和劲芯加长段应力应变、桩周土体应力、桩体位移的试验测试系统。（2）开展了不同设计尺寸的后置劲芯加长段混凝土模型桩竖向加载室内模型试验,并将试验结果与等截面桩进行对比和分析。研究结果表明:当劲芯桩的劲芯加长段伸出长度为1.33倍和2倍桩径时,其极限荷载分别提高了15.05%和16.07%;竖向荷载下,在桩身变截面处轴力发生突变,最大突变值超过极限荷载的30%;同时,在桩身变截面部位以下,桩侧平均摩阻力快速减小,减小幅度约占该桩峰值侧摩阻力的30%;从桩端荷载分布情况来看,在荷载较小时,桩身变截面端部土压力呈“U”型分布,随着荷载超过至某一临界值时,土压力分布逐渐趋于“马鞍形”。（3）开展了不同设计尺寸的后置劲芯加长段混凝土模型桩水平加载室内模型试验,并将试验结果与等截面桩进行对比分析。研究结果表明:当劲芯桩的劲芯加长段伸出长度为1.33倍和2倍桩径时,其水平临界荷载各提高了80.33%和101.64%,水平极限荷载各提高了37.60%和44.80%;在水平荷载下,桩身弯矩呈先增大后减小的变化趋势,在变截面以下存在弯矩值快速减小的现象,桩身变截面以下弯矩值仅分别占最大弯矩值的10.31%与11.09%;对比水平荷载分别为1.30k N和1.80k N时,3#与4#桩最大弯矩值较原型桩的变化,发现设置劲芯加长段可以减小桩身最大弯矩值,且随着荷载增大弯矩减小效果越明显。（4）以室内模型试验为原型建立相应的仿真试验模型,对研究砂土地层中基桩的破坏模式和承载性能影响因素进行仿真分析,发现基桩在竖向极限荷载下破坏模式为局部剪切破坏,在水平极限荷载下破坏模式为刚性转动破坏;以3#与4#桩仿真试验为参照,通过增加仿真模型对照,确定劲芯加长段桩底伸出长度的合理取值为2d～2.33d,劲芯段直径取桩身直径的60%～70%较为合适;当嵌岩深度超过4d时,基桩承载能力提升效果已不再明显。（5）基于不同设计参数的后置劲芯加长段混凝土桩室内试验和仿真试验的计算结果,提出了后置劲芯加长段混凝土桩在砂土地基中的承载能力计算公式。
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