海相软土区注浆螺旋桩承载机理研究

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螺旋桩是一种异形桩,具有成桩速度快、所需设备小型化、低碳绿色环保、节省材料等优点,引起了广泛关注。在海相软土地区使用螺旋桩,还需要解决桩体易失稳、桩基承载能力偏低和桩身耐久性较差等问题。针对这些问题,本文提出一种注浆螺旋桩及其成桩方法。采用现场成桩工艺试验、桩基承载力试验与有限元数值模拟相结合的方法,研究注浆螺旋桩的成桩工艺及竖向单桩承载性能,并通过有限元模拟分析注浆螺旋桩荷载传递规律与承载机理,提出抗压、抗拔极限承载力计算方法。研究内容及结论如下:(1)基于海相软土地质特点,针对软土中钢管螺旋桩存在的问题,发挥纤维增强复合材料(简称FRP)良好耐久性及水泥注浆固化软土技术的优点,设计了两种注浆螺旋桩:注浆螺旋桩由普通钢管螺旋桩通过压力旋进注浆方法成桩,其本质是形成水泥土组合体来改善桩基承载能力和耐腐蚀性能;套管注浆螺旋桩同样通过压力旋进注浆方法成桩,在易失稳部位设置套管,本质是直接扩大桩径以增大刚度。(2)通过现场足尺成桩工艺试验,验证了在海相软土地区注浆螺旋桩成桩工艺的可行性;桩身连接方式对成桩过程及成桩效果影响较大,经优化后成桩效率显著提高,初步的桩基承载试验结果表明注浆螺旋桩较螺旋桩的抗压极限承载力有大幅提升。(3)利用PLAXIS 3D软件对注浆螺旋桩承载性能及承载机理进行模拟分析。模拟结果表明:数值模拟结果与现场原位试验结果吻合较好,数值模型可以用于螺旋桩与注浆螺旋桩的参数化分析;套管注浆螺旋桩的套管设计长度对水平刚度影响较大,但有一个合理上限;叶片的直径比D/d、间距比H/D及叶片数量对于螺旋桩承载性能有显著影响;水泥土桩径与水泥土强度对于注浆螺旋桩承载性能影响较为明显;注浆后螺旋桩外围形成密实包裹的水泥土增大了桩周摩阻力并改变了桩基荷载传递机制。(4)开展现场原位桩基竖向极限承载力试验。试验结果表明:旋进注浆可显著提高螺旋钢管桩竖向压、拔承载性能,GFRP套管能够有效提高桩身稳定性。注浆工艺与螺旋钢管设计参数对成桩质量、桩基抗压极限承载力以及破坏模式均有较大影响。螺旋叶片直径大小与注浆体黏结直径呈正相关,适当增加螺旋叶片的数量能够使水泥土柱的成型更为饱满。(5)结合螺旋桩、注浆微型桩等极限承载力计算方法,提出了用于注浆螺旋桩极限承载力设计的实用计算公式,并与现场试验结果进行了对比分析,结果表明提出的设计计算公式具有较好的适用性,可以为实际工程设计提供参考。该论文有图74幅,表18个,参考文献110篇。
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