水泥土加芯抗拔樁的有限元研究.pdf

1、水泥土加芯抗拔樁集成了預應力與組合樁技術，樁體的構成與傳統(tǒng)抗拔樁相比有很大差異，其主體結構由混凝土內芯、預制耐久性樁頭和水泥土外芯組成，內置預應力鋼絞線。當樁端受到上拔荷載時，首先由預應力鋼絞線直接將荷載傳遞至內芯底端，使混凝土內芯承擔主要荷載，這樣就將抗拔樁由傳統(tǒng)的樁身材料受拉狀態(tài)轉變?yōu)榱耸軌籂顟B(tài)，有效解決了傳統(tǒng)抗拔樁存在的樁身混凝土開裂問題；借鑒組合樁的優(yōu)勢，荷載通過混凝土內芯的側摩阻力傳遞給水泥土外芯，再以水泥土外芯為媒介將荷載傳

2、遞至樁周土中，形成了從內芯至外芯再到樁周土體的多重荷載傳遞模式，既節(jié)約了材料同時提高了樁體的承載力。
　　本文首先介紹了水泥土加芯抗拔樁的構造與施工工藝，然后分兩個階段對水泥土加芯抗拔樁進行了有限元模擬分析一研究了該樁型的荷載傳遞機理與承載特性，并根據模擬結果提出了進一步的優(yōu)化改進措施，最后用圓孔擴張理論對水泥土加芯抗拔樁的施工過程進行了分析探討。
　　論證了水泥土加芯抗拔樁為摩擦樁，其荷載傳遞具有層次性，通過改變模型參數分

3、析了含芯率、樁徑、樁長對承載力的影響，得到如下規(guī)律：
　　1.該樁型的荷載傳遞方式為：從樁頂至樁底、從樁內芯向外芯再向樁周土體的多層次擴散模式。
　　2.在內芯和外圍水泥土協同工作前，隨著內芯比率的增加承載力逐漸增大，內芯和外圍水泥土協同工作后，再增加內芯的比率對提高承載力影響不大；確保荷載按照理想模式傳遞的關鍵為樁體內外芯界面摩阻力大于樁土界面摩阻力，從而使得荷載從內向外分層傳遞擴散。
　　3.在保證內芯與水泥土外芯

4、協同工作的條件下，承載力隨著樁長、樁徑的增大而線性增加。
　　4.通過從泊松效應以及受力點兩方面分析，論證了水泥土加芯抗拔樁的抗拔系數λ相比傳統(tǒng)抗拔樁偏大。
　　針對模擬中存在的現象對該樁型的樁體結構進行了優(yōu)化改進，主要包括改變內芯長度、改變樁底部水泥土體積與強度、改變樁周土體三方面，得到如下規(guī)律：
　　1.芯樁長度對抗拔承載力的影響可以分為三類：由于芯樁過短，使得芯樁的側摩阻力分擔的上拔荷載過小，上拔力主要由芯樁上端

5、部的水泥土承擔，導致其發(fā)生刺入破壞，在發(fā)生刺入破壞的芯樁長度范圍內，極限承載力隨內芯長度的增加而增長；隨著芯樁的長度繼續(xù)增加，使得芯樁的側摩阻力分擔的上拔荷載增大，芯樁上端部對水泥土產生擠密作用，但并未使水泥土發(fā)生破壞，最終使得整個樁體在克服樁側摩阻力后突然拔出，由于芯樁上端部對水泥土的擠密作用，在擠密區(qū)域中水泥土與土體間的側摩阻力相對于未優(yōu)化前的樁體增大不少，致使最終克服水泥土—土體間的極限承載力大于未優(yōu)化前的樁體；當芯樁足夠長，使得

6、芯樁極限側摩阻力基本與水泥土與土體間側摩阻力相等，芯樁上端部應力很小，樁體在破壞前位移變化很小，在達到極限承載力時突然破壞，和未優(yōu)化前的樁體的荷載—位移曲線趨于一致，承載力差別不大。
　　2.擴大樁底部水泥土體積后，隨著 c/h的增大，抗拔樁的極限承載力逐漸增大，當c/h增大到一定程度時，再 c/h的比值，對芯樁端部水泥土的沖切面積已經影響很小，即c/h存在一個最優(yōu)值（c為芯樁上端部與擴底上沿的距離；h為芯樁長度）。
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