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标题 挤扩多盘桩在细粉砂土中的抗拔破坏状态及受力性能的研究
范文 钱永梅等



摘 要：通过ANSYS软件模拟研究了挤扩多盘桩承力盘处于细粉砂土中时，改变承力盘盘上土体的厚度来研究不同厚度时挤扩多盘桩抗拔承载力及桩周土的破坏状态。通过该研究完善了挤扩多盘桩处于细粉砂土层中时盘上土体厚度不同时的理论基础，为今后挤扩多盘桩在实际工程中的运用提供了理论依据。
关键词：挤扩多盘桩；土层厚度；抗拔承载力；ANSYS软件分析
Abstract：This paper studies the uplift bearing capacity and soil collapse state of Push-extend multi-under-reamed concrete pour pile under different thickness of the upper soil of bearing plate which the plate in the fine powder sand. According to the study it improved the theoretical basis of pile in different soil layer thickness. It will also provide the theoretical basis of Push-extend multi-under-reamed concrete pour pile in the practical engineering application.
Keywords： the push-extend multi-under-reamed concrete pour pile； soil thickness；uplift bearing capacity； ANSYS software analysis
1.概述
挤扩多盘桩处于黏性土中的理论研究已渐趋完善[1]，但在实际工程中由于地质条件复杂挤扩多盘桩承力盘有可能不处于黏性土中或处于部分黏性土中时承载力不足，这就使得必须将承力盘置于其他性状土层[2]，工程实践中已成功在细粉砂土层中运用了挤扩多盘桩并达到了预期效果[3]。本文研究了抗拔时承力盘处于细粉砂土中的桩土破坏状态及受力性能，并得出了指导实践的理论基础。
2.ANSYS 建模
根据实际工程的勘测报告和文献资料得出不同性状土层的物理力学性能指标，ANSYS中运用的各层土的物理力学性能指标如表1：
混凝土桩的物理力学指标：密度为2.5E-009 g/cm3，弹性模量为2.5e7 Mpa，泊松比υ为0.20[4]。本文采用三种不同土层运用ANSYS软件建立与实际状态相仿的模型：承力盘处于细粉砂土层中，承力盘上下土层分别是回填土和硬质粘土，承力盘上下土层厚度一定[5]。回填土取1m，硬质粘土5m，细粉砂土层厚4.8m。模型采用桩身直径0.5m，桩身长6.8m，承力盘直径1.5m，承力盘高度0.8m，盘坡角37°，符合盘坡角35°～55°的合理范围[6][7]。
根据单桩竖向抗拔承载力的计算公式： 可大体计算出单桩抗拔承载力为736KN[8]。模型加载时按面荷载加载，从100KN开始加载，以后每级按100KN递增[9]。
挤扩多盘桩在竖向抗拔力作用下，影响桩抗拔承载力及桩周土破坏状态的因素主要是承力盘所在土层的盘上土体厚度。因此通过改变盘上土体的厚度来研究桩抗拔承载力及桩周土破坏状态的意义重大，建模时盘上土体的厚度分为0倍盘高、1倍盘高、2倍盘高、3倍盘高、4倍盘高、5倍盘高共6中情况，6中情况的模型分别命名为DX0、DX1、DX2、DX3、DX4、DX5[10][11]。
ANSYS模型分析时分析桩上某一固定点在不同荷载作用下，桩竖向位移随着荷载的递增而变化的规律[12]。根据ANSYS分析得出的数据，可绘制位移随荷载变化的曲线，如图3。
从桩位移随荷载变化曲线可以看出，桩的位移都随着荷载的递增而增加，开始时位移的变化速率小，随着荷载的增大位移的变化率逐渐增大。从图中还可以看出在相同的荷载作用下，随着盘上土厚度增加桩的位移都逐渐减小，DX1最大，DX5最小。但DX0桩除外，因为DX0盘上土厚度小，承载力比其他模型小，在加载到第6步时已到达极限承载力，再加载位移不变，桩破坏，所以DX0较小。因此可以得出盘上0倍盘高的土层时，不适合设置承力盘。随着荷载的增大，DX1与除DX0之外的桩之间的间距逐渐变大，即DX1位移的变化率逐渐增大，而DX2、DX3、DX4、DX5的位移变化率基本相同，各桩之间的差别不大，所以承力盘盘上土厚度至少为2倍盘高时，桩的承载力最高。因此可以得出盘上至少2倍盘高土层厚度时，设置承力盘比较合理。
3.2 剪切应力分析
从ANSYS得出在相同荷载作用下各种模型桩与桩周土的剪切应力的变化如图4、图5：
注：图中曲线突变位置为承力盘所在位置。
从图4中可以看出，不同模型桩身的剪切应力都在承力盘处最大，从DX1到DX5随着盘上土体厚度的增加承力盘处的剪切应力逐渐减小，DX0除外；DX0承力盘靠近桩顶未达到DX1-DX5的荷载已破坏；桩顶由于加载造成的局部应力增大。
注：图中6-7点之间、34-35点之间为两种土层的交接面，DX1曲线10-14-18为承力盘位置，DX2曲线14-18-22为承力盘位置，DX3曲线18-22-26为承力盘位置，DX4曲线22-26-30为承力盘位置，DX5曲线26-30-34为承力盘位置。
从图5中可以看出，两种土层交接处剪切应力发生突变；承力盘处剪切应力发生改变，上盘剪切应力大于下盘且DX1-DX5上盘最大剪切应力逐渐减小，减小的幅度从DX1-DX5逐渐减小，DX3-DX5上盘最大剪切应力基本相同；各模型下盘的剪切应力基本相同。
4.结论
通过本文的研究得出：抗拔时细粉砂土中随着盘上土体厚度的增加桩及桩周土的位移逐渐减小，桩身承力盘处的剪切应力逐渐减小，桩周土的剪切应力在两种土层交接时发生突变且在承力盘处剪切应力与盘上下土体也有突变；研究结果表明承力盘盘上土厚度至少为2倍盘高时，桩的承载力较高，当承力盘上土体厚度为4倍和5倍盘高时承载力基本相同，因此盘上土体厚度至少为2倍盘高土层厚度且不超过4倍盘高时，在细粉砂土层中设置承力盘比较合理。通过本文的研究完善了挤扩多盘桩承力盘处于细粉砂土中时的理论研究，根据研究结果得出改变承力盘盘上土体的厚度会对挤扩多盘桩单桩竖向抗拔承载力及土体破坏状态产生影响。
参考文献
[1] 钱永梅、尹新生、钟春玲等. 挤扩多盘桩的土体极限承载力研究[J]. 哈尔滨工业大学学报，2005，（04）：568-570.
[2] 王梦恕、贺德新、唐松涛.21世纪的桩基新技术：DX旋挖挤扩灌注桩[J].中国工程科学，2012，14（01）：4-11.
[3] 贺德新、张成伟、郑建华等.DX旋挖挤扩灌注桩在LNG储存罐中的应用[J].中国工程科学，2012，14（01）：19-25.
[4] 牟楠.挤扩多盘桩承力盘参数对单桩抗拔承载力影响的研究[D].吉林长春：吉林建筑大学，2014-06.
[5] 谢新颖.挤扩多盘桩极限承载力及桩-土间剪应力和位移关系研究[D].吉林长春：吉林大学，2011-05.
[6] QIAN Yongmei，LIU Xiaolong，WANG Ruozhu.Research on the computational formula of the height of the bearing push-extend reamed of push extend multi-under-reamed pile[J].Manufacturing Process and Equipment，2013， 03：883-886.
[7] 任佳佳.挤扩多盘桩抗拔承载力及土体破坏形状研究[D].吉林长春：吉林建筑大学，2012-12.
[8] 赵明华.土力学与基础工程[M].俞晓 ，王贻荪. 第3版.武汉：武汉理工大学出版社，2009：226-227.
[9] 钱永梅.挤扩多盘桩的桩土效应及土体极限承载力研究[D].吉林长春：吉林大学，2002-06.
[10] QIAN Yongmei，MU Nan，WANG Ruozhu.The research about the method of establishing the model of limited unit about the push-extend multi-under-reamed pile[J].Construction and Urban Planning，2013， 09：602-605.
[11] 衣妍.挤扩多盘桩施加预应力筋控制桩身抗裂度研究[D].吉林长春：吉林建筑大学，2014-06.
[12] 钱永梅、尹新生、王若竹.挤扩多盘桩桩土效应的计算机模拟分析[J].岩土工程界，2009.12（ 09）：67-70.
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更新时间：2024/12/22 16:42:04