新型挤扩支盘桩的数值模拟及其在优化设计中的应用研究
钱德玲
(中国地质大学工程学院 武汉 430074)
STUDY ON THE NUMERICAL MODELING OF NEW SQUEEZED BRANCH PILE AND ITS APPLICATION IN OPTIMUM DESIGN
Qian Deling
(Engineering Faculty，China University of Geosciences， Wuhan 430074 China)
摘要 支盘桩具有较高的承载力和较低的沉降量，它在我国应用有10 a左右，取得良好的经济效益和社会效益。但是，挤扩支盘桩作为一种新型技术在理论研究上尚不够成熟，对其荷载传递性状、受力特征、沉降特性、抗拔特性、破坏特性以及最佳盘间距、桩间距等尚不能够完全确定，也缺乏单桩承载力可靠度分析、设计及施工规范。因此，为了完善支盘桩的设计理论，探求支盘桩高承载力和低沉降量的内涵，基于静荷载试验及现场测试数据，全面系统地分析和研究支盘桩的荷载传递特性、沉降特性、抗拔特性及破坏特性。采用三维有限元数值仿真，再现支盘桩的受力机理、荷载传递规律及在荷载作用下应力场及位移场的变化。在此基础上，对支盘桩的设计进行优化，根据应力场及位移场变化的范围，指出最佳盘间距和桩间距；并根据支盘桩不同的破坏模式，建立计算承载力及沉降量的公式。 (1) 论述了支盘桩的成桩机理。支盘的设置不仅扩大了受力面积，提高了承载力，而且还减少了桩端荷载，使支盘桩具有更大的承载潜力。挤扩效应增加了土层的抗剪强度，同时也减少了土层的压缩量，可有效提高支盘桩的承载力。 (2) 采用Vesic(1974)关于球形孔穴扩张问题的一般解。用球形孔穴扩张理论来描述挤扩过程中土体的应力场及位移场的变化，利用已知的内压力值Pu进行反演计算，求出扩孔后土体的抗剪强度。根据一些实测数据，本文利用推导的公式计算了不同塑性半径区的内压力值。 (3) 建立了支盘桩的承载力理论。通过静荷载试验及其实测数据，计算了各支盘力、桩侧摩阻力及桩端阻力。得出了桩端阻力充分发挥时所对应的桩顶沉降约为6.5%桩径的结论，这比钻孔灌注桩要小的多，也比Veisc认为桩端阻力要充分发挥时所需的桩顶沉降约为8%～30%桩径要小，这是支盘桩的一个特性。计算结果显示：挤扩支盘桩的端阻发挥比qp/qu类似于打入桩。根据抗拔试验，首次导出了支盘桩抗拔承载力的计算公式。支盘桩的轴力传递特征、荷载-沉降关系、桩侧摩阻力发挥性状及端阻力的特性均反映了支盘桩在荷载作用下桩-土体系荷载传递的过程，这一过程说明了支盘桩具有承载力高、沉降量小及抗震稳定性能好的根本原因。 (4) 采用桩端处的附加应力计算地基压缩量。在桩端平面处用一等价的扩展基础来代替支盘桩基础，再用分层总和法计算公式计算桩端以下压缩层范围内地基土的沉降。 (5) 根据支盘桩荷载传递规律及受力性状，采用Vesic，Janbu假设的滑移面描述桩端土体的破坏形态，并用Vesic极限承载力公式计算桩端阻力Qp。通过计算和分析，论证了支盘处的剪应力最大，不等支臂的抗剪强度高于等支臂。 (6) 根据支盘桩的几何形状、荷载性质和材料的应力-应变关系，建立了力学模型。采用三维有限元数值仿真技术分析了支盘桩在每级荷载作用下，或不同应力水平作用下各部位应力场及位移场在时间及空间上的变化过程即动态过程，从而确定支盘桩的受力特性、支盘设置的最佳间距及群桩的最佳中心距，为支盘桩的设计和施工提供一个可量化的设计依据。
关键词 ：
新型挤扩支盘桩 ,
荷载传递特性 ,
沉降计算 ,
破坏机理 ,
数值模拟
引用本文:
钱德玲. 新型挤扩支盘桩的数值模拟及其在优化设计中的应用研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2002, 21(07): 1104-1104.
链接本文:
https://rockmech.whrsm.ac.cn/CN/Y2002/V21/I07/1104
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