沉管灌注桩水平承载特性试验分析及计算方法研究

论文摘要

近年来,随着施工工艺的不断改进,各种演变的沉管灌注桩施工质量更好、施工更快、造价更省,已经从多层建筑使用到高层建筑。建筑物越高对沉管桩的要求也越高,不仅在竖向承载力上要求其具有更高的承载能力,同时在横向上也提出了一定的承载要求,但由于灌注桩多为竖直桩,故考虑桩的水平承载力势在必行。本文基于沉管灌注桩的水平承载原位试验,重点研究了沉管灌注桩水平承载特性及在计算新方法方面做了探讨。研究方法和手段包括现场试验、数据统计分析、数值模拟与实例验证。具体研究内容如下：首先分析研究了当前国内外对桩水平承载特性的研究现状,对水平承载桩受荷过程中的工作与破坏性状作分析研究,归纳汇总了水平承载桩各种设计计算方法,重点分析对比当前常用的几种主要方法的优缺点。然后结合沉管灌注桩原位水平承载试验,分析概括了沉管灌注桩的特点、设计及其水平承载特性,对原位试验数据成果作了细致分析,得出桩受水平荷载作用规律,应用当前流行的几种线弹性地基反力法对试验工程桩的水平承载特性进行理论计算。通过对原位水平承载试验数据进行统计分析,应用MATLAB软件进行回归拟合,提出沉管灌注桩水平承载特性计算新方法。新方法属于非线弹性地基反力法,适用于桩顶自由弹性桩的计算,从建立的非线性微分方程可以看出,桩侧地基土反力随深度成线性变化,随水平位移的1/3次方变化。在充分考虑前人工作的基础上,并结合本文新方法的试验依据,提出建立标准桩,采用相似法则来计算实际桩。由于非线性微分方程没有解析解,故本文用有限差分程序FLAC3D进行数值模拟计算,确定新方法标准桩的各项参数,建立标准桩荷载与变形表,实现了新方法的计算过程。最后将现场试验数据与新方法计算结果对比,验证了新方法的实用性与可操作性,并在标准桩数值模拟的基础上,分别模拟讨论了桩长、桩径、桩身抗弯刚度、竖向荷载等因素的变化对沉管灌注桩水平承载特性的影响。本次研究在沉管灌注桩的水平承载特性方面做了较为详细现场试验研究和理论分析,推导了地基土反力随深度与水平位移的关系,提出了沉管灌注桩水平承载特性计算的新方法,并在工程开展初步验证和应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 水平承载桩的应用与研究现状
• 1.2.1 水平承载桩的工程应用
• 1.2.2 水平承载桩的研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容、意义与应用前景
• 1.3.1 主要研究工作
• 1.3.2 主要研究方法
• 1.3.3 本文研究工作的意义与应用前景
• 第二章 水平承载桩计算方法述评
• 2.1 水平承载单桩的性状
• 2.1.1 水平承载单桩的工作性状
• 2.1.2 水平承载单桩的破坏性状
• 2.2 地基反力法
• 2.2.1 极限地基反力法
• 2.2.2 弹性地基反力法
• 2.2.3 复合地基反力法（P-y曲线法）
• 2.3 POULOS弹性分析法
• 2.4 水平承载群桩
• 2.4.1 水平承载群桩的工作性状
• 2.4.2 水平承载群桩计算方法简述
• 2.5 本章小结
• 第三章 沉管灌注桩原位水平承载试验分析
• 3.1 沉管灌注桩概述
• 3.1.1 沉管灌注桩的特点
• 3.1.2 沉管灌注桩的设计
• 3.1.3 沉管灌注桩水平承载特性
• 3.2 沉管灌注桩水平承载原位试验
• 3.2.1 试验方法
• 3.2.2 工程概况与试验过程
• 3.2.3 原位水平承载试验成果分析
• 3.3 原位试验理论计算分析
• 3.3.1 容许水平承载力
• 3.3.2 桩身水平位移
• 3.4 本章小结
• 第四章 沉管灌注桩水平承载计算方法研究
• 4.1 概述
• 4.2 随深度变化参数的指数值确定
• 4.3 随位移变化参数的指数值确定
• 4.4 相似理论求解
• 4.5 水平地基系数的确定
• 4.6 本章小结
• 第五章 新方法参数的数值分析确定
• 5.1 引言
• 5.2 FLAC程序
• 5.3 沉管灌注桩水平承载FLAC3D模拟
• 5.3.1 桩与土体模拟所需参数确定
• 5.3.2 建模
• 5.3.3 选用计算模型、设置边界条件及初始自重应力平衡
• 5.3.4 加载模拟计算
• 5.3.5 标准桩主要参数确定
• 5.3.6 桩顶自由标准桩荷载与变形表
• 5.4 新方法计算过程
• 5.5 新方法适用条件
• 5.6 本章小结
• 第六章 新方法实例验证及沉管灌注桩单桩水平承载特性对比分析
• 6.1 实例验证
• 6.1.1 水平地基系数确定
• 6.1.2 水平位移计算
• 6.2 单桩水平承载特性几个关键因素的讨论
• 6.2.1 沉管灌注桩单桩水平承载一般特性
• 6.2.2 桩长对单桩的影响
• 6.2.3 桩径对单桩的影响
• 6.2.4 桩身抗弯刚度对单桩的影响
• 6.2.5 竖向荷载对单桩的影响
• 6.3 本章小结
• 第七章 主要结论及建议
• 7.1 主要研究结论
• 7.2 进一步工作建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者学习简历
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 参加科研情况