后注浆灌注桩在复杂荷载作用下的承载性能研究

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灌注桩后注浆技术是桩基工程与土体加固两种技术的有机结合,该技术弥补了钻孔灌注桩成孔工艺易造成桩端沉渣和桩侧泥皮等固有缺陷,对桩端和桩侧土体进行了加固,不仅可有效提高基桩的竖向承载力和竖向变形刚度,且对水平向承载能力及抗震性能具有明显改善作用。目前国内外关于后注浆灌注桩的研究大多集中在竖向承载性能方面,且研究多针对局部地区的工程地质条件,缺乏地质条件的普遍性;对其水平承载能力,竖向、水平向荷载共同作用下的承载性能以及地震作用下的动力响应则研究甚少;因此,开展后注浆钻孔灌注桩在复杂荷载作用下的承载性能研究具有重要的工程实用价值和科学意义。  本文针对郑州地区粉质黏土、粉土及粉砂为主的工程地质条件,选择8个试验场地,开展现场静载荷试验研究,结合相应的室内试验、理论分析及数值模拟,系统研究复式后注浆灌注桩在复杂受荷条件下的竖向和水平向承载性能,主要工作及研究成果包括:  (1)对相似地质条件下的18根后注浆灌注桩及9根未注浆灌注桩桩端取芯,进行无侧限抗压试验、三轴剪切试验;验证了设计桩端注浆参数的工程适应性及水泥浆液在桩端土层中的扩散机制,对后注浆提高基桩竖向及水平向承载性能的机理进行研究,建立了后注浆提高桩端刚度进而影响桩侧阻力的力学分析模型。  (2)针对郑州地区典型地质条件,开展了36根后注浆灌注桩试桩的足尺现场静载荷试验。研究了后注浆灌注桩桩身受力性状及端阻、侧阻发挥性状;探讨了郑州地区后注浆灌注桩承载力提高的规律、幅值,提出了适合郑州地区的“三段式”后注浆单桩极限承载力标准值估算公式,建议了提高基桩竖向承载力的合理注浆方式。  (3)开展了16根后注浆灌注桩试桩的水平载荷试验,探讨了后注浆灌注桩水平承载能力、承载性状,提出了复式后注浆灌注桩单桩水平临界荷载Hcr和水平极限荷载Hu统计值的提高幅值。建议了郑州地区灌注桩复式注浆后地基土水平抗力系数的比例系数m的取值,以及郑州地区后注浆灌注桩水平承载力特征值的确定原则。  (4)自行设计发明了适用于单桩竖向、水平复合加载试验的专用滑动橡胶支座;对5根后注浆灌注桩试桩进行了竖向、水平向复合加载试验,研究了复合荷载作用下复式后注浆灌注桩竖向荷载对水平向承载力的影响以及水平向荷载对基桩竖向承载力的影响。  (5)基于黏弹性人工边界条件,结合介质的本构关系,给出了三维模型中地震P、SV波斜入射及Rayleigh面波入射下的地震波等效力输入公式,实现了地震波三维多点激励输入;建立了包括地基土体在内的能同时考虑地震体波入射角度、土-结构动力相互作用的三维桩基动力响应分析模型。模拟分析了后注浆钻孔灌注桩在地震体波斜入射条件下的横向动力响应:总结出注浆效应、地震波入射角度、土-结构动力相互作用、桩-土弹模比及桩顶固结状况等因素对后注浆钻孔灌注桩横向动力响应的影响;模拟分析了Rayleigh面波入射条件下的单桩横向、纵向动力响应:对比分析了注浆效应、长径比、土体泊松比及桩顶固结状况等因素对后注浆钻孔灌注桩的横向、纵向动力响应的影响。
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