多年冻土地区钻孔灌注桩回冻过程承载力分析

论文摘要

我国是多年冻土大国，不可避免地要在多年冻土地区修建工程。钻孔灌注桩基础由于其承载力高、桩顶沉降位移小、适应性强等优点被广泛地应用于冻土地区建筑、桥梁、水利、市政工程等行业。但钻孔灌注桩基础的施工，尤其是混凝土浇筑后水化热的作用给稳定的冻土带来很大的热扰动，使得多年冻土桩基的承载力会随地温的变化而变化，所以桩基回冻过程承载力形成发展变化，成为困扰冻土地区桩基设计人员的一个难题。本文借鉴当前桩土相互作用的研究方法和基本理论，考虑多年冻土特殊的性质及混凝土桩灌注完后混凝土对桩周冻土的影响，分析了桩土传热过程及桩周土体温度的变化，将桩土回冻过程分成初期、中期、后期三个阶段，按照桩周冻土融化和冻结状态对多年冻土地区钻孔灌注桩回冻过程的承载力进行了研究分析。针对桩土回冻初期，运用融土压力计算方法，结合桩周冻土融化后的性质，对冻土地区钻孔灌注桩回冻初期单桩承载力进行计算，通过规范公式规定计算结果与数值模型计算结果对比分析，验证该计算方法的正确性。并分析了桩长、桩径、桩的长径比变化时，对回冻初期单桩承载力的影响。针对回冻中期、后期，采用荷载传递基本微分方程，引入双曲线模型对桩侧土体位移模式进行模拟，双折线模型对桩端土体位移模式进行模拟，并进行求解，得到了数值解答，对冻土地区钻孔灌注桩回冻中期、后期单桩承载力进行了计算，通过昆仑山多年冻土地区桩基础试验场的试验桩的数据与荷载传递函数法计算结果对比分析，验证该计算方法的正确性。根据以上回冻过程初期、中期、后期单桩承载力研究方法，运用Microsoft Visual Basic6.0语言，编制相应计算程序，对回冻过程钻孔灌注桩基础桩侧冻结摩阻力、桩身轴力、桩端阻力以及单桩承载力进行了分析，重点分析了温度变化对多年冻土地区钻孔灌注桩单桩承载力的影响。最后结合青藏高原典型湿润性地段某桥梁工程实例，运用本文计算方法对钻孔灌注桩回冻过程承载力的变化及施工进程的影响进行分析，进而研究了多年冻土地区钻孔灌注桩单桩承载力的形成和发展变化过程，通过这部分的分析可为多年冻土区桥梁工程施工计划的制定提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 多年冻土地区桩基础的研究现状
• 1.2.1 冻土力学的研究现状
• 1.2.2 多年冻土地区桩基础的研究现状
• 1.3 本文的主要内容和研究方法
• 2 多年冻土地区钻孔灌注桩的基本理论
• 2.1 冻土的基本理论
• 2.1.1 冻土的定义及组成
• 2.1.2 冻土的力学性质
• 2.1.3 冻土地区桩基础温度场变化
• 2.2 钻孔灌注桩的基本理论
• 2.2.1 桩基的特点及冻土区桩基类型
• 2.2.2 桩土荷载体系传递的基本微分方程
• 2.2.3 荷载传递微分方程的解析方法
• 2.3 冻结过程中土与桩基的相互作用
• 2.3.1 冻土与桩基础界面间的冻结强度
• 2.3.2 冻土土层与混凝土灌注桩的相互作用
• 2.4 本章小结
• 3 多年冻土地区钻孔灌注桩回冻初期承载力计算
• 3.1 桩土体系回冻过程分析
• 3.1.1 桩土体系回冻过程分析
• 3.1.2 冻土地区钻孔灌注桩传热分析
• 3.2 多年冻土地区钻孔灌注桩回冻初期承载力的计算方法
• 3.2.1 桩周土体为粗颗粒冻土
• 3.2.2 桩周土体为细颗粒冻土
• 3.2.3 多年冻土地区钻孔灌注桩的承载能力
• 3.2.4 计算程序的编制
• 3.3 多年冻土地区钻孔灌注桩回冻初期承载力的计算实例分析
• 3.3.1 计算模型及基本参数的选取
• 3.3.2 求解并与规范计算数据对比分析
• 3.3.3 融化范围对回冻初期承载力的影响
• 3.4 参数变化对回冻初期承载力的影响
• 3.4.1 桩长L对P-a曲线的影响
• 3.4.2 桩径D对P-a曲线的影响
• 3.4.3 桩的长径比对承载力P的影响
• 3.5 本章小结
• 4 冻土地区钻孔灌注桩荷载传递法数值分析
• 4.1 桩基的荷载传递机理
• 4.2 冻土地区桩基础桩身荷载传递规律
• 4.2.1 桩周土体位移分析
• 4.2.2 桩周土体非线性位移的双曲线模型
• 4.2.3 双曲线模型参数的确定
• 4.3 冻土地区桩基础桩端荷载传递规律
• 4.3.1 桩端土体荷载位移分析
• 4.3.2 桩端土体位移的双折线模型
• 4.4 冻土地区桩基础承载力数值解答
• 4.4.1 冻土地区桩基础承载力计算
• 4.4.2 冻土地区桩基础承载力计算程序的编制
• 4.5 钻孔灌注桩回冻过程荷载传递法实例分析
• 4.5.1 昆仑山多年冻土桩基础试验场概况
• 4.5.2 回冻过程中期承载力计算与试验数据比较分析
• 4.5.3 回冻过程后期承载力计算与试验数据比较分析
• 4.6 回冻过程中后期钻孔灌注桩受力分析
• 4.6.1 回冻过程桩侧冻结摩阻力分析
• 4.6.2 回冻过程钻孔灌注桩桩身轴力分析
• 4.6.3 温度变化对回冻过程钻孔灌注桩承载力的影响
• 4.7 本章小结
• 5 冻土地区钻孔灌注桩承载力形成及发展
• 5.1 桩基回冻过程对单桩承载力及桥梁施工的影响
• 5.2 多年冻土地区桩基回冻过程承载力形成过程
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢