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[摘 要] 本文主要研究灌注桩成孔工艺对桩的侧摩阻力的影响,针对非饱和黄土状地基土,以挤土桩和非挤土桩为研究对象,采用室内模型试验的研究手段,对桩侧摩阻力的数值及影响因素进行了研究.尤其是螺旋挤密桩,其不同于一般的挤密桩,具有处理深度深、承载能力高,应用领域涵盖广泛,但在我国西北地区尚处于初期推广阶段,因此对其侧摩阻力的研究具有重要意义,针对性较强.

[关 键 词 ] 短螺旋挤土灌注桩;密实度;侧摩阻力;挤土效应

【中图分类号】 TU4 【文献标识码】 A 【文章编号】 1007-4244(2014)03-182-1

一、试验主要内容

(一)试验主要内容

试验仪器和材料:

①试验用模型桶:确定模型桶的直径为36cm,桶深38cm.②反力架:自行设计加工的门式反力架,采用槽钢焊接而成.反力架上部安装有5t的螺旋式千斤顶.③螺旋成孔钻头 沉管成孔钢管.所以本次试验的螺旋钻头的螺距为20mm,钻头总长为120mm,中心管的直径为20mm,叶片形式为矩形.直接模拟沉管挤密工具桩的尺寸,缩小比例,加工制作出来. 挖孔灌注桩成孔方式,采用自制洛阳铲,经试验证明自制洛阳铲取土方便快捷.④数据测量仪器.应力环:采用瑞安市东方测力设备厂生产的测力计,型号Es-30KN.量程3t.

(二)试验材料

1.试验用土.本实验所用土样取自甘肃省兰州市榆中县的黄土,土质均匀,属粘质粉土

2.水泥砂浆.水泥采用42.5普通硅酸盐水泥,从而保证砂浆的强度.水

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:水泥:砂子等于0.55:1:2.5.外加剂使用泵送防冻减水剂,型号:萘系FDN-500,掺量4%

(三)试验方法

1.相似性原理确定模型桩的尺寸.根据相似性原理,相似比例定为1:10.试验模型桩长240mm,直径60mm.

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2.土体制备以及成孔.采用最优含水率情况下来配黄土,在塑料桶中夯实到相对密度分别为:0.8、0.85、0.93.采用分层夯实法,分四层进行夯实.

3.数据的读取.试验采取慢速维持荷载法加载,试验时分级施加荷载,每级荷载下桩顶沉降稳定后再加下一级荷载,每施加一级荷载,直至破坏.并用百分表记录桩顶的位移.最后,按照离桩心0.5D,0.8D,1D,1.5D,1.8D,2D的距离依次用环刀取土,测量挤土后土体密实度的变化.

二、数据分析

(一)密实度对侧摩阻力的影响分析

1.三组灌注桩的侧摩阻力有很明显的差异,其中螺旋挤土灌注桩的侧摩阻力最大.说明在在相同的地基土情况下,不同的成孔方式,造成了对地基土不同的挤密机理从而导致了挤土成孔后桩周土体密实度的不同;2.随着土体密实度的增加,三种成孔方式的桩侧摩阻力均有不同程度的增长.需要注意的是当土体相对密实度增加到0.87时,螺旋挤土和沉管挤土灌注桩的极限侧摩阻力增加幅度变缓,当相对密实度为0.87和0.9时,桩侧摩阻力大小相差很小;3.挖孔灌注桩的侧摩阻力随着密实度的增加一直呈现线性关系.原因在于,挖孔灌注桩的成孔过程没有对土体进行挤密,而是在成孔之前,对模拟的地基土进行夯实,使地基土达到一定的密实度.充分说明随着土体密实度的增加,桩的极限摩阻力越来越大.

(二)在不同密实度的土体情况下,不同成孔类型的灌注桩极限桩侧摩阻力分析

①初始阶段,随着桩体位移的增加,桩的侧摩阻力整体上,呈现线性升高的趋势;②不同密实度的情况下,灌注桩达到相同侧摩阻力是所需的位移不一样,从图中可以清楚的看到,密实度越大,达到相同侧摩阻力时,所产生的位移就越小.这点在沉管挤土灌注桩和挖孔灌注桩中表现的尤为明显;③位移发生突变,原因在于,桩侧摩阻力达到极限,再继续增加的荷载将由桩端土层承载,桩端土在收到桩端的挤压产生压缩,导致位移突然增大.此时,由于本次试验的桩端土层没有下部的约束,所以桩端承载力没有完全发挥,当桩端下的土体被挤出桶底部圆孔后,即宣告桩被压坏.

(三)同一土体密实度情况下,不同成孔方式灌注桩的极限侧摩阻力与桩顶位移的对比分析地基土相对密实度为0.85时

①螺旋挤土灌注桩的极限侧摩阻力的值要高于沉管灌注桩和挖孔灌注桩.挖孔灌注桩的极限侧摩阻力最小.②桩侧摩阻力大体在20KPa之前,三组灌注桩的侧摩阻力随位移增长的变化趋势基本一致,保持线性关系,侧摩阻力的增长率较为平缓.

三、结论

(一)土地密实度对灌注桩侧摩阻力的有很重要的影响.密实度越大,灌注桩的侧摩阻力就越高,越有利于桩侧摩阻力的发挥.土体越密实,土的强度得到提高,从而增强了接触面的抗剪性能;

(二)不同的成孔方式,侧摩阻力的大小差别也很大. 螺旋挤土成孔方式的灌注桩侧摩阻力发挥情况要优于沉管挤土灌注桩.成孔方式的实际就是挤土方式不同,其实质上就是增大了桩土接触面的粗糙度,因而摩擦力就增加了.

(三)非挤土灌注桩的桩侧摩阻力随着土体密实度的增加桩侧摩阻力升高.但是相同密实度的地基土情况下,非挤土灌注桩的侧摩阻力远小于相同工况下的挤土灌注桩.

(四)灌注桩的承载力由桩端和桩侧两部分组成.在轴向荷载作用下,桩顶将发生竖向位移,置于土中的桩与侧面土体是紧密相连的,单桩相对于土体向下移动时就产生了桩侧摩阻力,桩顶荷载是通过桩身侧摩阻力和桩底阻力沿桩身逐渐传递给土体的.


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参考文献:

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[4]罗战友.静压桩挤土效应及施工措施研究[D].杭州:浙江大学,2004.

作者简介:柴源(1990-),男,汉族,甘肃人,硕士,兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室,研究方向:建筑基础.

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