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注：1.N为校正后的标准贯入击数。N愈大，qpa取值愈大；2.当桩长≥16m时，静压桩端阻力修正系数取1.0，当9m≤L＜16m时，取1.10～1.30，桩愈短取值愈大；当L＜9m时，宜通过试压桩试验确定。&&
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订阅官方微信获得精华资料桩侧摩阻力与桩端阻力协调作用机理数值研究--《西安工业大学》2010年硕士论文
桩侧摩阻力与桩端阻力协调作用机理数值研究
【摘要】：
大直径桩具有很高的承载力和较小的变形,很大的提高了超高层、大跨度建筑的基础承载力,成为超高层、大跨度建筑工程上首选的深基础型式,通过数值分析研究竖向荷载作用下的大直径桩的桩侧摩阻力与桩端阻力的相互作用,对提高大直径桩承载力具有非常重要的实际意义。
本文对桩侧摩阻力和桩端阻力相互作用的研究历史进行了深入的了解,对桩侧摩阻力及桩端阻力的产生机理、影响因素及计算方法进行了分析总结,提出了研究这一相互作用的重要性。
由于大直径桩的荷载传递机理与普通中、小直径桩存在着明显的差异,因此不能够用中、小直径桩的计算理论来分析大直径桩。本文在研究以往的试验成果及试验数据的基础上,基于国内外关于大直径桩的问题研究现状,对大直径桩的竖向荷载变形机理进行了数值研究,分析了大直径桩的工作性能及单桩的荷载传递机理,讨论了不同工况下单桩在竖向荷载作用下的传递性状以及桩侧摩阻力和桩端阻力的影响因素和它们之间的相互影响。
本文运用数值分析软件FLAC3D分析了竖向荷载作用下的大直径桩的桩侧摩阻力与桩端阻力的相互影响,研究发现不同工况的桩侧摩阻力和桩端阻力在小荷载的情况下,变化趋势基本相同,且桩越短桩侧摩阻力的发挥越早,桩入持力层深度越大,桩侧摩阻力的发挥越来越提前,桩侧摩阻力达到最大值的桩身位置越靠近桩顶。在桩周土相同时,桩端持力层强度越高,其桩侧摩阻力越大。在所模拟的工况中,影响桩侧摩阻力最大的因素是桩周土的性质。
【关键词】：
【学位授予单位】：西安工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2010【分类号】：TU473.1【目录】：
Abstract6-8
1 绪论8-18
1.1 研究背景8-9
1.2 数值分析方法9-14
1.2.1 荷载传递法9-10
1.2.2 弹性理论法10-12
1.2.3 剪切位移法12-13
1.2.4 人工神经网络法13-14
1.2.5 有限单元法14
1.3 国内外研究现状14-15
1.4 本文研究的目的意义15-16
1.5 本文研究的主要内容16-18
2 FLAC3D数值分析软件简介18-25
2.1 概述18
2.2 有限差分法18
2.3 内置模型18-21
2.3.1 力学模型18-20
2.3.2 材料本构模型20-21
2.4 内置结构单元21-22
2.5 FLAC3D计算特点22
2.6 FLAC3D求解过程22-25
3 桩侧摩阻力和桩端阻力理论研究25-33
3.1 概述25-28
3.2 桩侧摩阻力28-31
3.2.1 桩侧摩阻力的概念28
3.2.2 桩侧摩阻力的影响因素28-30
3.2.3 桩侧摩阻力的计算方法30-31
3.3 桩端阻力31-33
3.3.1 影响桩端阻力的因素31-32
3.3.2 桩端阻力的计算方法32-33
4 桩侧摩阻力与桩端阻力的数值模拟分析33-63
4.1 模型的建立33-34
4.2 不同长径比桩的数值分析34-44
4.2.1 P-S曲线36
4.2.2 轴力曲线36-38
4.2.3 桩侧摩阻力曲线38-40
4.2.4 桩端阻力、桩侧摩阻力荷载分担曲线40-44
4.3 进入下层土不同深度44-49
4.3.1 P-S曲线44
4.3.2 轴力曲线44-46
4.3.3 桩侧摩阻力曲线46-47
4.3.4 桩端阻力、桩侧摩阻力荷载分担曲线47-49
4.4 不同桩端土49-53
4.4.1 轴力曲线49-50
4.4.2 桩侧摩阻力曲线50-51
4.4.3 桩端阻力、桩侧摩阻力荷载分担曲线51-53
4.5 不同桩周土参数53-63
4.5.1 不同土体强度53-59
4.5.2 不同摩擦角59-63
5 结论与展望63-66
5.1 结论63-64
5.2 展望64-66
参考文献66-70
攻读硕士学位期间发表的论文70-71
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32PHC管桩单桩竖向承载力的确定方法--5
第６卷第４期２００７年１２月；文章编号：１６７３－２３４０（２００７）０４－０；南通大学学报（自然科学版）南通大学学报（自然科学；２００７Ｄｅｃ．年２００７；ＰＨＣ管桩单桩竖向承载力的确定方法；邵学富；（江苏省高速公路建设指挥部，江苏南京；２１０００１）；摘要：在讨论确定单桩承载力的方法基础上，通过ＰＨ；ＰＨＣ管桩的荷载传递机理，探讨了承载力确定与土层；力的
第６卷第４期２００７年１２月文章编号：１６７３－２３４０（２００７）０４－００３６－０４南通大学学报（自然科学版）南通大学学报（自然科学版）Ｓｃｉｅｎｃｅ）（ＮａｔｕｒａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．６Ｎｏ．４２００７Ｄｅｃ．年２００７ＰＨＣ管桩单桩竖向承载力的确定方法邵学富（江苏省高速公路建设指挥部，江苏南京２１０００１）摘要：在讨论确定单桩承载力的方法基础上，通过ＰＨＣ桩竖向荷载下的静载试验和现场高应变测试，研究了ＰＨＣ管桩的荷载传递机理，探讨了承载力确定与土层性状的关系．依托具体工程实例，对ＰＨＣ桩的单桩竖向承载力的确定方法进行一些有益的探讨，以期能对ＰＨＣ桩的设计、施工有所帮助．关键词：桩基础；ＰＨＣ；单桩竖向承载力；载荷试验中图分类号：ＴＵ４７３．１＋３文献标识码：ＡＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆＰＨＣＰｉｌｅｓＶｅｒｔｉｃａｌＣａｐａｃｉｔｙＳＨＡＯＸｕｅ－ｆｕ（ＨｉｇｈｗａｙＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆＰＨＣｐｉｌｅｖｅｒｔｉｃａｌｃａｐａｃｉｔｙｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ，ｔｈｅｌｏａｄｔｒａｎｓｆｅｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＰＨＣｐｉｌｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｔａｔｉｃｌｏａｄｉｎｇｔｅｓｔｓａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅＰＤＡ，ａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃ－ｉｔｙｏｆｔｅｓｔｐｉｌｅｓａｎｄｔｈｅｓｏｉｌｃｈａｒａｃｔｅｒｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｓｏｍｅａｄｖｉｃｅｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｏｔｈｅｃａｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｐｉｌｅｃａｐａｃｉｔｙ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｅｄｉｔｓａｄｖａｎｔａｇｅｉｎｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＰＨＣｐｉｌｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｉｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ＰＨＣｐｉｌｅ；ｐｉｌｅｖｅｒｔｉｃａｌｃａｐａｃｉｔｙ；ｌｏａｄｉｎｇｔｅｓｔ预应力高强混凝土管桩（简称ＰＨＣ桩），近年来在沿海软土地区得到了广泛的应用［１－３］．由于ＰＨＣ桩单桩竖向承载力的数值计算是否准确直接关系到工程结构物的安全性、经济性，因此，能否通过某种方法准确地将其真实值计算或推算出来具有重大的工程实际应用价值．ＰＨＣ桩其竖向抗压承载力既具有通常桩基设计特点，又具有其本身的特殊性［５］，如土塞［６］．本文通过现场载荷测试、经验推导、理论计算等综合衡量考虑，来分析各种测试方法的特点，以期对ＰＨＣ桩的设计及施工有新帮助．［４］１各确定方法的讨论１）按静载荷试验确定原型桩静载试验是传统的也是最可靠的确定单桩承载力的方法．它不仅可确定桩的极限承载力，而且可以通过埋设各类测试元件，获得荷载传递、桩侧阻力、桩端阻力、荷载－沉降关系等诸多资料．由于试验费用、工期、设备等原因，往往只能对部分工程的少量桩进行试验．２）经验公式收稿日期：２００７－０８－０９基金项目：江苏省交通科研基金项目（０４ｙ０２１）作者简介：邵学富（１９６３－），男，江苏省高速公路建设指挥部高级工程师．邵学富：ＰＨＣ管桩单桩竖向承载力的确定方法??３７在国内，对于管桩竖向承载力的计算仍然是以静载试验结果为依据，通过规范或者经验公式进行计算．《建筑地基基础设计规范》（ＧＢ５０００７―２００２）公式足桩身结构强度条件的验算．低桩台桩基，当作用在单桩上的弯矩、剪力不大时，桩身强度满足轴压验算即可．具体计算应按桩的类型和成桩工艺的不同将混凝土的轴心抗压强度设计值乘以工作条件系数Фｃ，桩身强度应符合Ｑ≤ＡｐｆｃФｃ要求，式中：――混凝土轴心抗压强度设计值，按现行《混ｆｃ―凝土结构设计规范》（ＧＢ５００１０―２００２）取值；――相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向Ｑ―力设计值；――桩身横截面积；Ａｐ―――工作条件系数，预制桩一般取０．７５．Фｃ―当桩同时承受轴力、弯矩、剪力，并根据桩身结构强度确定桩的承载能力时，应按偏心受压构件进行验算，截面所需配置的纵向钢筋按计算要求确定．Ｒａ＝ｑｐａＡｐ＋ｕｐ∑ｑｓｉａｌｉ式中：Ｒａ―――单桩竖向承载力特征值；――桩端端阻力、桩侧阻力特征值，由当地ｑｐａ、ｑｓｉａ―静载荷试验结果统计分析算得；――桩底端横截面面积、桩身周边长度；Ａｐ、ｕｐ―――第ｉ层土（岩）层厚度．ｌｉ―《建筑桩基技术规范》（ＪＧＪ９４―９４）规定，当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值Ｑｕｋ时，按下式计算Ｑｕｋ＝ｕｐ∑ｑｓｉｋｌｉ＋ｑｐｋＡｐ式中，ｑｓｉｋ、ｑｐｋ为桩侧第ｉ层土的极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值，当无当地经验值时，可根据成桩方法和工艺来取值．２工程中采用的各种方法所确定的极限承载力比较某场地所在区域主要为长荡湖（及钱资荡）至鬲３）按原位测试法（静力触探法）确定用静力触探确定桩侧阻力和桩端阻力，方便迅速，精度也较高，国内外已经提出许多推算单桩承载力的公式．本文采用国内双桥探头法ＣＰＴ和国际近年来常用的高精度静力触探法ＣＰＴＵ．根据双桥静力触探资料确定混凝土预制单桩竖向极限承载力标准值时，对于一般粘性土、粉土和砂类土，当无当地经验时可按下式计算湖之间宽广平原地区，属长江三角洲太湖堆积平原区．第四系覆盖层厚度较大，冲积、湖积相成因．本场地土层自上而下如下所示，试验段土层力学指标见表１，试验段土层分布见图１．①层填土：灰褐色，土质松散，高压缩性，低强度，厚度０．７ｍ；②层亚粘土：黄褐－灰褐色，硬塑，中压缩性，厚度６．００～６．１０ｍ；Ｑｕｋ＝ｕｐ∑ｌｉβｉｆｓｉ＋ａｑｃＡｐ式中：ｆｓｉ―――第ｉ层土的探头平均侧阻力；――桩端平面上、下探头阻力，取桩端平面ｑｃ―以上４ｄ（ｄ为桩的直径或边长）范围内按土层厚度的探头阻力加权平均值，然后再和桩端平面以下１ｄ范围内探头阻力进行平均；――桩端阻力修正系数，对于粘性土、粉土ａ―取２／３，对于饱和砂土取１／２；――第ｉ层土桩侧阻力综合修正系数，对于βｉ―③层粉砂：灰色，饱和，松散，中高压缩性，层厚４．３０～４．４０ｍ；④层粘土：褐黄色，稍湿，硬塑，中等压缩性，层厚７．４０～８．２０ｍ．流塑，以亚粘土⑤亚粘土夹粉细砂：灰色，软～为主，压缩性偏高，强度低，未揭穿．计算ＰＨＣ桩桩长１５ｍ，桩径６００ｍｍ，壁厚１１０ｍｍ，桩端开口，沉入土层后桩端面积按全面积－０．５５粘性土、粉土：β，对于砂土：β?计算．根据每种方法计算特点，在此工程中我们根ｉ＝１０．０４（ｆｓｉ）ｉ＝５．０５据理论经验公式、ＣＰＴ、ＣＰＴＵ、动载试验ＰＤＡ及静（ｆｓｉ）－０．４５．４）根据桩身结构强度确定桩身混凝土强度应满足承载力设计要求．通常桩总是同时受轴力、弯矩和剪力的作用，桩必须满载试验得出的各个试桩的极限承载力如表２所示，各方法所确定的单桩极限承载力图如图２所示．由表２、图２可以看出：??３８南通大学学报（自然科学版）２００７年表１层号ＰＨＣ桩试验段土层主要物理力学指标ｅ０．７３００．８９００．６８８０．０９ＩＬ０．１８ａ１－２／ＭＰａ－１０．１９０．１５０．１７ＥＳ／ＭＰａ９．１１１．９９．９直剪快剪Ｗ／％２４．５３１．５２３．５?γ／（ｋＮｍ－３）Ｃ／ｋＰａ４９．５２．８５４．９Ф／°１４．７２７．６１５．０②③④１９．５１８．９１９．６表２各种检测方法所得单桩极限承载力比较表原位测试ＣＰＴＵ经验公式静载试验动载试验检测方法原位测试ＣＰＴＲｕ／ｋＮ１９５２２５３５２２５２２８２７２１２６／２０９３２６３０／２７４０３６００３６２１￣３７７０静载测试值小４５％～３７％；建筑地基基础规范计算值为２５３５～２８２７ｋＮ，比静载试验值小２１％～２９％；３）用ＣＰＴＵ资料所测出的结果与静载试验所测出的极限承载力最为接近；设计计算值保守原因主要来自桩端阻力计算，实测桩端阻力可采用较接近的原位测试锥尖阻力值．３经验设计公式修正利用《建筑桩基技术规范》公式，当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向承载力标准值时，有一计算公式，但本课题利用该公式计算得到的结果普遍偏低．根据室外现场静载试验以及有关参考文献，本课题根据土的物理指标计算得到的结果与静载试验相比相差不大．修正系数及经验取值见表３，计算结见表４．表３土类别粘土侧阻力及端阻力修正系数及其经验取值ξｓ０．９５￣１．０５ξｐ１．２５￣１．３５１．２０￣１．３０ｑｓｕｉ／ｋＮ８２￣９１２２￣４２ｑｐｕ／ｋＮ３８００￣５１００粉土，粉砂０．９５￣１．０５表４按照此经验修正公式查表计算结果计算结果现场静压原规范计算计算／静压室内土指标３２９５ｋＮ修正／原规范３６００３６００３６００２７００３０３８３０６００．９１５１．００４１．１６７１．２２１．１９１．３７ＣＰＴ３６１５４２００１）高应变所测单桩竖向极限承载力比静载试验所得结果高约０．５％～５％，对于成桩后单桩竖向极限承载力检测可用经济、快速的高应变方法；ＣＰＴＵＱｕ＝Ｑｓｕ＋Ｑｐｕ＝Ｕ∑ξｉｑｓｕｉｌｉ＋ξｐｑｐｕＡｐ式中：ｑｓｕｉ、ｑｐｕ――桩周第ｉ层土的极限侧阻和极限端阻；――桩周ｉ层土（岩）层的厚度；ｌｉ―――桩周长、桩端投影面积；Ｕ、Ａｐ―２）设计计算的单桩竖向极限承载力均较为保守，公路桥涵地基基础规范计算值为１９５２～２２５２ｋＮ，比邵学富：ＰＨＣ管桩单桩竖向承载力的确定方法??３９――侧阻修正系数、端阻修正系数．ξξｓ、ｐ―由表４可以看出，利用室内土指标按照修正公式计算得到的结果为现场静载荷试验的９１．５％，比按照原建筑桩基公式计算的提高２２％，利用ＣＰＴ资料计算得到的结果与静压结果比较符合，而且比原规范提供的要高１９％．利用ＣＰＴＵ资料所得到的结果比静载结果要高１６％，因为利用该修正公式仍然是按照室内土工物理力学指标进行取值计算，在某种程度上，土体受到扰动，而ＣＰＴＵ为现场的原位测试，故精确程度较高，同时也说明，该修正公式比较适用于利用室内土体指标进行计算．施工没有多大的影响．而且作为后者，这些方法只要运用得当，可以大大节省开支，缩短试验时间，经济价值不言而喻，但其主要的问题是其可靠性方面还有待进一步研究．参考文献：［１］施峰．ＰＨＣ管桩荷载传递的试验研究［Ｊ］．岩土工程学报．２００４，２６（１）：９５－９９．［２］ＬＥＨＡＮＥＢＭ，ＧＡＶＩＮＫＧ．Ｂａｓｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｊａｃｋｅｄｐｉｐｅｐｉｌｅｓｉｎｓａｎｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌａｎｄＧｅｏ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎ－ｔａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００１，１２７（６）：４７３－４７９．［３］朱合华，谢永健，王怀中．上海软土地基超长打入ＰＨＣ桩工程性状研究［Ｊ］．岩土工程学报，２００４，２６（６）：７４５－７４９．４结论对于ＰＨＣ桩单桩竖向承载力的确定方法有很多，静载试验是传统的也是最可靠的确定承载力的工期、设备等原因，往往只方法．但由于试验费用、能对部分工程的少量桩进行试验，在此工程中我们根据ＣＰＴ、ＣＰＴＵ、经验公式、ＰＤＡ，得出的各个试桩的极限承载力数值和静载荷试验所确定的值非常接近，在工程实际应用中这些细小差别对具体设计和［４］顾晓鲁，钱鸿缙，刘惠珊，等．地基与基础［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００３．［５］陆昭球，高倚山，宋铭栋．关于开口管桩工作性状的几点认识［Ｊ］．岩土工程学报，１９９９，２１（１）：１１１－１１４．［６］ＲＡＮＤＯＬＰＨＭＦ，ＬＥＯＮＧＥＣ，ＨＯＵＬＳＢＹＧＴ．Ｏｎｅ－ｄｉ－ｍｅｎｓｉｏｎａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｏｉｌｐｌｕｇｓｉｎｐｉｐｅｐｉｌｅｓ［Ｊ］．Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，１９９１，４１（４）：５８７－５９８．（责任编辑：张燕）包含各类专业文献、外语学习资料、高等教育、文学作品欣赏、中学教育、生活休闲娱乐、32PHC管桩单桩竖向承载力的确定方法--5等内容。
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