浸水条件下湿陷性黄土场地桩基特性研究

论文摘要

我国分布有大面积的湿陷性黄土,以覆盖广、厚度大著称于世。湿陷性黄土中的桩基在浸水后产生的桩侧负摩阻力问题早已为工程界所重视,随着国家建设规模的扩大,在大厚度湿陷性黄土中的桩基础越来越多,现有关于湿陷性黄土场地桩基负摩阻力的经验和理论已不能满足实际工程的需要,迫切需要对浸水后湿陷性黄土中的桩基承载性状进行研究。从20世纪70年代开始至今,我国已在5个省份8个黄土场地进行了现场桩基试验研究,对于这些试验成果还缺乏系统总结。本文结合实际工程需要,进行了一个在试验规模上处于同类研究之最的现场桩基浸水试验研究,并以此为基础,结合上述前人得到的试验结果,从现场试验角度出发对浸水后湿陷性黄土中桩基承载性状的相关方面进行系统总结和研究。与浸水后湿陷性黄土中桩基承载性状相关的问题大致包括三个方面:湿陷性黄土的湿陷特征、浸水后桩的附加沉降、桩侧负摩阻力和中性点,本文主要从这三方面展开研究。本次现场试验实测了试坑内外黄土体的湿陷变形,但实测结果和其它黄土试坑浸水试验测得的湿陷变形特征存在差别,表现在:(1)停水后的沉降比浸水过程中产生的沉降还要大;(2)浸水过程中的“沉降剖面”呈现出马鞍形。本文从渗透力学的角度解释了出现该现象的机理,分析了不同渗透系数地层组合所表现出的湿陷特征,并指出停水后的变形仍主要是湿陷变形,而不是以往认为的固结沉降。通过试验过程中桩顶沉降的监测,结合前人研究结果,研究了不同工况下的单桩沉降特征,浸水引起的桩顶附加沉降的构成,以及不同工况下的单桩极限承载力。研究结果表明,浸水先后不影响单桩极限承载力的大小,但影响单桩沉降量;浸水过程中桩顶荷载越大,不但桩顶附加沉降越大,而且极限荷载下的桩顶沉降越大;浸水引起的附加沉降除包括桩顶荷载和下拉荷载引起的瞬时沉降外,还包括桩身混凝土在力作用下的徐变,以及桩侧土剪切蠕变引起的桩端位移。桩侧负摩阻力是湿陷性黄土场地桩基的主要问题。本文根据实测结果,分析了中性点深度、负摩阻力大小的发生发展规律,并较全面的研究了影响中性点深度和负摩阻力大小的各种因素。中性点深度是和桩顶沉降和实际发生的自重湿陷下限深度相关的,实测中性点深度比实测自重湿陷下限深度大2～8m;负摩阻力的影响因素较多,除与湿陷强烈程度相关外,还与中性点深度、桩顶荷载、试验方法、桩型等因素有关;负摩阻力的大小基本可用有效应力法进行估算;负摩阻力与桩土相对位移关系曲线可用双曲线模型近似表达,但与常规认识不同,桩土相对极限位移不是一个定值。本文的研究成果有一定的理论意义和实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 湿陷性黄土湿陷特征
• 1.1.1 湿陷性黄土地层的工程特点
• 1.1.2 自重湿陷性黄土自重湿陷变形特性
• 1.2 湿陷性黄土场地桩基浸水研究现状
• 1.2.1 黄土场地现场桩基负摩阻力试验研究
• 1.2.2 湿陷性黄土地区桩基负摩阻力及中性点的取值方法
• 1.3 负摩阻力产生条件
• 1.4 负摩阻力研究现状
• 1.4.1 研究历史
• 1.4.2 负摩阻力大小的计算方法
• 1.4.3 中性点位置的确定方法
• 1.5 存在的问题
• 1.6 研究思路
• 2 试验研究方案设计
• 2.1 试验场地工程地质条件
• 2.1.1 场地地层结构
• 2.1.2 黄土湿陷性评价
• 2.2 试验设计方案
• 2.2.1 试坑设计
• 2.2.2 试锚桩设计
• 2.2.3 加载系统设计
• 2.2.4 观测系统设计
• 2.3 试桩加载设计
• 2.3.1 模拟工况及试验过程
• 2.3.2 加载方法
• 2.4 应力测试
• 2.5 浸水停止标准
• 2.6 小结
• 3 黄土自重湿陷变形特征
• 3.1 地表沉降特征
• 3.1.1 实测地面沉降
• 3.1.2 自重湿陷的产生与发生过程
• 3.2 试验场地的特殊性及其机理解释
• 3.2.1 浸水过程中有效应力分析
• 3.2.2 考虑水侧向流动的流网分析
• 3.2.3 桩基施工对湿陷的影响
• 3.3 现场试验和室内试验结果比较
• 3.4 小结
• 4 桩顶沉降特征
• 4.1 成孔工艺及成桩质量
• 4.2 静载试验曲线及单桩竖向极限承载力
• 4.2.1 试验曲线及承载力取值
• 4.2.2 桩的承载力性状分析
• 4.3 "浸水期"桩顶附加沉降
• 4.4 有关桩顶附加沉降的探讨
• 4.4.1 类似试验资料
• 4.4.2 桩身混凝土的徐变
• 4.4.3 桩侧土的剪切蠕变和桩土界面的滑移蠕变引起的沉降
• 4.5 小结
• 5 单桩负摩阻力性状研究
• 5.1 桩身应力计算方法
• 5.2 实测曲线分析
• 5.3 中性点深度及影响因素
• 5.4 负摩阻力值大小及影响因素
• 5.4.1 "浸水期"负摩阻力的发生发展
• 5.4.2 负摩阻力值的影响因素
• 5.5 小结
• 6 结论及展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 进一步研究工作的设想
• 参考文献
• 致谢