超高层建筑桩基承载力检测研究与应用

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:uj_mosquito11
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超长大直径钻孔灌注桩因其单桩承载力高的优点在超高层建筑中的应用越来越广泛,然而人们对这类桩的荷载传递机理及其承载力的确定方法还不十分清楚,超长钻孔灌注桩的理论远落后于实践,现行的《建筑地基基础设计规范》主要是对中小直径的中长桩和短桩进行研究,其承载力的计算与整体的变形不能很好的联系和协调,也未能考虑桩(一)土体系的相互作用,不太合理,已远远落后于实践,其计算方法不适用于计算超长大直径钻孔灌注桩,并且规范中未考虑到各地区的具体情况的差异,存在一定的适应性问题。   近年来,随着超高层建筑的日益增加,桩基单桩承载力设计值的要求也日益提高,由于对超高层建筑的超长大直径钻孔灌注桩受力机理分析、荷载传递过程、极限承载力确定以及现场施工方法、大吨位静载试验的现场实施等都无成功经验可借鉴,如果桩基的实际承载力达不到设计要求而又未能发现,将会给工程带来重大的安全隐患,如果桩基的实际承载力远超过设计要求,又不能够给设计提供可靠地依据,将会增大工程造价,造成不必要的浪费,因此需要进行大量科学研究工作来确定上述参数,以便使这种大直径超长混凝土灌注桩能充分发挥其应有的工程特性。工程中很难只用一种桩基检测试验或测试方法准确确定其单桩极限承载力,单桩承载特性也难以弄清,如何运用多种方法来研究大型桩基承载特性和确定单桩承载力以满足桩基工程的需要,仍是目前工程界十分关心的问题,也是国内外许多学者、研究人员和工程技术人员长期以来所进行的研究课题。因此,论文选择“超高层建筑桩基承载力检测研究与应用”具有重要的理论意义和使用价值。   本文在参考国内外众多学者研究工作的基础上,对超长大直径钻孔灌注桩的研究现状及桩基承载力检测的理论研究进行了详细的阐述,针对润华环球中心的现场试验,将传统静载荷及自平衡试验结果进行对比分析,并利用ABAQUS有限元数值模拟软件,选用Mohr-Coulomb模型对单桩承载力进行了模拟分析。论文主要从以下几个方面进行了研究和探讨:   (1)结合润华环球中心超高层建筑,对工程中实际出现的问题分别从转换后的静载曲线、桩身轴力曲线、自平衡曲线等方面进行分析研究并对其中静载试验结果进行对比研究,从原理上分析造成两者差异的原因。对造成承载力不足的原因进行总结并提出相关建议,并对在自平衡试验中应注意的方面进行一些经验性的总结。   (2)针对超高层建筑的大直径超长灌注桩,讨论自平衡试验的上下桩段极限荷载的确定原则及自平衡试验的极限承载力的确定方法。分析自平衡曲线向传统静载曲线转换的转换方法,以及确定平衡点的方式,并运用实例对它们进行对比分析,讨论各自的利弊。   (3)对竖向抗压及自平衡情况下单桩的工作性状进行研究,并分析桩侧阻力与桩端阻力对各自位移传递和荷载的影响。根据静荷载及自平衡桩实际受力情况以及工作性状,应用ABAQUS有限元模拟软件,选择合理的材料特性及单元类型建立了静荷载及自平衡测试桩体的有限元模型,讨论桩土间的刚度比、土层之间的刚度比对静荷载试验及自平衡试桩桩体荷载及位移传递的影响。   论文取得的主要认识和结论如下:   (1)在超高层建筑中,超长大直径钻孔灌注桩的Q-s曲线在达到极限荷载前,一般整体变化比较平缓,传统静荷载和自平衡两种试验方法下的Q-s曲线转折点都不是很明显;超长钻孔灌注桩承载力的发挥需要较大的桩顶沉降,因此,对于超长钻孔灌注桩的极限荷载宜根据桩顶沉降来确定。   (2)通过现场传统静载荷及自平衡试验可知:①随着桩顶荷载不断增加,侧摩阻力的发挥优先于桩端阻力,桩端阻力的发挥还不够充分,仍有很大的应用潜力;②桩身轴力随深度逐渐减少,并在不同的土层递减速度也不同;③随着桩顶荷载的增加,上部土层的侧摩阻力首先发挥作用,并先达到极限,逐渐往下传递;④在大直径钻孔灌注桩中,桩侧摩阻力所占的比重远大于桩端阻力,具有明显的摩擦桩特点。   (3)通过ABAQUS有限元数值模拟软件的计算分析可知:①ABAQUS中用Mohr-Coulomb模型可以比较准确的模拟超长大直径钻孔灌注桩的单桩承载力性能,桩身的轴力分布、桩周土体沉降及桩身位移等均与现场试验结果基本一致;②随着桩径的增大,桩端阻力逐渐减小;③随着桩长的增加,即桩端埋深的增加,桩端阻力逐渐增加;④随着桩周土体弹性模量的增大,桩端承载力逐渐增大,但是提高的幅度较为缓慢;⑤桩身弹性模量的变化对于桩体极限承载力及桩端阻力的影响均较小。
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