大直径深长钻孔灌注桩承载特性研究_开题报告

1.本课题研究目的：

随着现代工程建设规模的扩大，工程上部结构尺寸也不断增大，对桩基的承载力提出了更高的要求，桩基向着大直径、深长等方向发展。桩基承载力影响因素较多，桩土相互作用十分复杂，因此大直径深长桩基一直是工程研究领域中的热点和难点。通过对各种勘察报告的研究并结合工程实际，运用所学的基础设计相关知识给出合理的基础方案。使工程的造价更加安全、合理、实用、稳定，同时协助施工方更加顺利的进行施工。

2.大直径深长钻孔灌注桩研究现状

2.1大直径深长钻孔灌注桩承载力研究现状：

  单桩承载力在桩基工程中十分重要，确定单桩承载力的方法很多：

2.1.1原位测试法

  《建筑桩基技术规范》（JGJ 94- 2008）推荐的原位测试方法是静力触探，包括单桥和双桥两种，采用单桥静力触探的ps值确定极限侧阻力和端阻力标准值时计算过程较为复杂，且与经验参数法对比性较差，因此建议采用双桥静力触探的qs及fs确定极限端阻力及极限侧阻力较为适宜。

2.1.2经验参数法

  当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，宜按下式估算：Quk= Qsk + Qpk=μ∑qsik .li +qpk.Ap     qsik 、qpk可按《建筑桩基技术规范》（JGJ 94- 2008）表5.3.5-1~2及表5.3.6-1~2取值。

2.1.3原型试验法

  主要的原型试验法有：静载试验法，动测法和静动法。静载试验法主要有堆载法、锚桩法和自平衡法。

 2.1.4静力学计算法

  根据桩侧阻力、桩端阻力的破坏机理，按照静力学原理，采用土的强度参数，分别对桩侧阻力和桩端阻力进行计算。

 2.2大直径深长钻孔灌注桩沉降研究现状:

2.2.1单桩沉降分析：

（1）剪切变形传递法 

   Cooke(1974)提出了摩擦桩荷载传递的物理模型，该模型为了简化计算，作了一系列假定并认为:当荷载较小时，桩的沉降较小，桩土之间不产生相对位移，上下土层之间无相互作用， 桩的沉降由剪切变形的积累而产生的，剪应力从桩侧表面沿径向向四周扩散到周围土体中;摩擦桩一般在工作荷载作用时，桩端承担的荷载比例较小，沉降主要是由桩侧传递的荷载所引起，在单桩周围形成漏斗状位移分布。宰金铭（1993，1996）将剪切变形传递法推广到塑性阶段，从而得到桩周土非线性位移场解析表达式。在该基础上，与层状介质的有限层法和结构的有限元法联合应用，给出群桩与土和承台非线性共同作用分析的半解析半数值方法。

（2）荷载传递分析法 

荷载传递分析法亦称传递函数法，由Seed及Reese于1957年提出，它是目前应用最为广泛的简化方法，这种方法是从规定的荷载变形传递方式来计算桩对荷载的反应。

（3）弹性理论法 

弹性理论法于20世纪60年代被提出，它将土体视为弹性半无限体，依靠Mindlin解，建立桩、土之间的变形协调方程，最终求得桩的轴力、侧阻、端阻及沉降等。

2.2.2群桩沉降计算方法

   桩基础的应用大都是以群桩的形式出现，群桩效应在群桩沉降问题中表现的非常明显。端承桩通常不需要考虑群桩效应，故可将单桩的沉降作为整个桩基础的沉降，但对于摩擦桩来说，计算桩基沉降时，应考虑桩与桩之间的相互影响、承台的影响等因素。

（1）整体分析法

   目前应用较广泛和成熟的整体分析方法主要包括有限元法、边界元法和弹性理论法。

（2）等代墩基法 (实体深基础法)

等代墩基法是现在工程界应用最广泛的一种计算群桩沉降的方法，该计算模式是将承台下的桩基础及桩间土看作一个实体基础，并忽略其变形；在此等代墩基范围内，桩间土不产生压缩如同实体墩基一样工作，然后按照浅基础的沉降计算方法来计算群桩的沉降。   

3.大直径钻孔灌注桩的发展趋势: 目前，钻孔灌注桩施工技术正在   迅猛发展，下述的一些动向值得我们关注：

（1）桩的尺寸向长、大方向发展

基于高层、超高层建筑物承载力的需要，桩径越来越大，桩长越来越长。例如，郑州某工程反循环钻孔灌注桩直径为1000～1100mm，桩长77.6m；南京长江二桥主塔墩基础反循环钻孔灌注桩直径3000mm，深度150m。

（2）向攻克桩成孔难点方向发展

以日本为例，成立了由64家基础工程公司组成的岩层削孔技术协会，研究开发出20余种大直径岩层削孔工法，其中长螺旋钻进成孔3种、回转钻进成孔法5种、冲击钻进成孔法7种以及全套管回转掘削法9种。国内也有不少单位成功的研究开发出岩层钻进成孔法及大三石层（大卵砾石层、大抛石层和大孤石层）钻进成孔法。

（3）向低公害工法桩方向发展

泥浆护壁法钻、冲孔灌注桩在地下水位高的软土地区虽然被广泛的应用，但由于泥浆的使用导致施工现场不文明，泥浆排除（成为二次公害）的困难，成为施工者头痛之事。因此钻斗钻成孔灌注桩，因其干取土作业加之所使用的稳定液由专用的仓罐贮存，现场较为文明，在日本建筑业界此类桩型已成为泥浆护壁灌注桩的主力桩型，国内此类桩型的采用亦日趋增多。贝诺特灌注桩由于环保效果好（噪音低、振动小、无泥浆污染及排放）、施工现场文明，在海内外广泛应用，我国香港地区此类桩型的市场份额约占45%，昆明、温州及北京地区10余个工程已成功地采用此类桩型[3]。

（4）向扩孔桩方向发展

  北京地区普通直径钻孔扩底灌注桩（桩身直径0.3～0.4m、扩孔直径0.8～1.2m）的静载实验结果表明，与相同桩身直径的直孔桩相比，前者的极限荷载为后者的1.7～7.0倍，前者的单位桩体积的极限荷载为后者的1.4～3.0倍。大直径钻（挖）孔扩底桩具有承载力高，成孔后出土量少、成台面积小等显著优点，在国内外得到广泛应用。我国的钻孔扩底桩种类有20种以上，日本的大直径钻扩桩工法近30种。

扩孔的成型工艺除钻扩外，还有爆扩、夯扩、振扩、锤扩、压扩、冲扩、注扩、挤扩和挖扩等种类。

（5）向异型桩方向发展

为了提高单桩承载力（桩侧阻力和桩端阻力）国内外大量发展异型桩。广义的说，异型桩包括横向截面异化桩和纵向截面异化桩。挤扩多分支承力盘桩是由桩身、分支、分承力盘和桩根等部分组成的纵横断面均异化的异型桩，其单位桩体积的极限荷载为相应的直孔桩的2倍以上。

（6）向组和式工艺桩方向发展

    由于承载力的要求、环境保护的要求及工程地质与水文地质条件的限制等，采用单一工艺的桩型往往满足不了工程要求，实践中经常出现组和式工艺桩。例如，钻孔扩底灌注桩有成直孔和扩孔两个工艺；桩端压力注浆桩有成孔成桩与成孔后向桩端地层注浆两个工艺；预钻孔打入式预制桩有钻孔、注浆、插桩及轻打（或压入）等工艺。

（7）向多种桩身材料方向发展

     桩身材料种类亦出现多样化趋势，如普通混凝土、超流态混凝土、无砂混凝土及微膨胀混凝土等。

   大直径灌注桩在工程上大范围的应用，还需要更深更久的研究。大部分专家都是通过实验室对某一特定的条件研究得出结论，和实际联系的还不是很紧密。我们应该更多的根据工程现场实际情况及考虑施工工艺进行研究，对各个不同的环境对大直径钻孔灌注桩的应用进行研究。

^范文提纲

绪论

1.1 桩基发展概述

1.1.1 桩基发展简况

1.1.2 桩基分类

1.2 大直径钻孔灌注桩的特点与应用情况

1.3 承载力的计算方法

1.4 大直径钻孔灌注桩现场试验研究方法

1.4.1 现场检测方法分类概述

1.4.2 桩基完整性检测方法发展现状

1.4.3 桩基竖向承载力检测方法

1.5 桩基检测与承载特性研究的必要性

大直径钻孔灌注桩的荷载传递机理

2.1 概述

2.2 单桩工作原理

2.2.1 桩土静力平衡关系

2.2.2 桩土体系荷载传递的过程

2.2.3 桩身荷载传递的基本方程

2.2.4 影响荷载传递的因素

2.3 大直径深长桩的承载性状类型

2.3.1 承载性状分类

2.3.2 大直径钻孔灌注桩的承载性状类型

2.4 大直径钻孔灌注桩的破坏模式

2.4.1 桩的主要破坏模式

2.4.2 大直径钻孔灌注桩破坏模式的判定

2.5 本章小结

现场试验与分析

3.1 工程概况

3.1.1 工程简况

3.1.2 工程设计概况

3.1.3 工程地质与水文地质条件

3.1.4 地基承载力的确定及变形参数

3.2 现场静荷载试验

3.2.1 概述

3.2.2 试验装置

3.2.3 试验方法

3.3 试验数据处理

3.3.1 试验数据处理

3.3.2 试验结果分析

3.4 现场钻芯试验

3.4.1 概述

3.4.2 钻芯试验装置

3.4.3 钻芯试验结果

3.4.4 结论

3.5 本章小结

第4章 大直径钻孔灌注桩承载特性数值模拟

4.1 概述

4.2 有限元法计算结果

4.3 计算结果分析

4.3.1 桩顶及桩轴表面土体沉降

4.3.2 桩体应力分布

4.3.3 最大试验荷载下桩侧阻力与端承力分析

4.3.4 桩顶荷载与桩顶沉降分析

4.4 本章小结

参考文献

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