桩墙叠合预制桩成孔技术优化及桩接头受力机理研究

摘要

与传统工法相比，围护结构桩墙叠合技术具有诸多优点。基坑开挖阶段的围护结构可作为主体结构一部分，使有限的资源得到充分利用；在地下资源紧张的地区，围护结构和主体结构相结合可减少地下室外墙厚度，节省地下空间；围护结构可选择工厂预制构件，加快地下工程产业化发展。在当前工程施工倡导绿色、文明、可持续的背景下，基坑支护桩墙叠合技术有着广阔的应用前景。
　　以济南轨道交通R1线演马庄西站为背景，介绍了桩墙叠合预制桩工艺理念，并对预制桩在阶段的变形规律和受力机理进行了研究。主要研究内容如下：
　　（1）桩墙叠合预制桩工艺即在基坑开挖阶段，预制桩作为基坑的围护结构；基坑开挖完成后，通过桩身预埋钢筋接驳器将预制桩与内衬墙连接，共同形成车站主体结构。桩墙叠合预制桩技术可使基坑围护结构得到充分利用，并促进地下工程产业化发展。
　　（2）为方便施工及运输，将预制桩分为上下两节，并通过特制桩接头进行连接。通过预制桩接头抗弯性能实验，对桩接头受力机理及变形规律进行研究，为预制桩变形控制提供理论依据。
　　（3）通过数值模拟的方法分析基坑开挖阶段预制桩变形规律，并针对桩墙叠合预制桩工艺制定专门监测方案，对特殊位置、节点进行重点监测，为桩墙叠合工艺提供数据支持。
　　通过以上研究到结论如下：
　　（1）对桩墙叠合预制桩施工过程中关键技术进行优化，提出新的长螺旋钻机输土机理并对钻机进行改进，提高成孔效率；提出长螺旋钻机输土效率系数Kd，并根据计算结果和现场施工情况，使用Kd对钻机输土效果进行指导；预制桩与钻孔间填充水泥土浆液，防止塌孔及固定预制桩，通过优化水泥土各原料配合比提高水泥土浆液质量；通过单桩水平实验得出水泥土优化后桩侧地基比例系数，并采用m法计算基坑开挖过程中预制桩的水平位移。
　　（2）通过预制桩桩接头抗弯实验研究带接头预制桩的变形规律及受力机理，分析了预制桩抗弯刚度、裂缝宽度、挠度及应变随荷载的变化规律。研究表明，桩接头受力过程可以分为三个阶段：阶段Ⅰ，加载初期桩接头出弯矩由销栓承担；阶段Ⅱ，继续加载后，桩接头的压应力由侧面受压区腹板和顶部腹板承担，桩接头的拉应力由下部销栓应力扩散范围内的腹板承担；阶段Ⅲ，随着载荷增大，预制桩抗弯承载力继续增大，桩接头受压区进入塑性硬化阶段。
　　（3）通过有限差分软件FLAC3D建立数值模型，分析在基坑开挖阶段预制桩水平变形和桩后土体竖向沉降规律。随着开挖深度的增加，预制桩水平位移逐渐增大，桩后土体沉降不断扩大，土体距预制桩由近及远沉降出现先增大后降低的趋势。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

2 工程概况

2.1 演马庄西站工程概况

2.2 预制桩工艺概况

2.3 本章小结

3 预制桩施工工艺优化

3.1 预制桩成孔优化

3.2 桩周水泥土浆液优化

3.3 岩土-结构受力计算

3.4 本章小结

4 预制桩受力机理分析及安全性验证

4.1 桩接头抗弯性能实验

4.2 预制桩抗拔试验

4.3 本章小结

5 预制桩围护阶段变形预测及监测方案

5.1 基坑开挖数值模拟

5.2 桩墙叠合预制桩监测方案

5.3 本章小结

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间研究成果

学位论文数据集