缩径单桩竖向承载性状的室内模型试验研究及数值分析

摘要

由于施工技术工艺、现场地质条件及施工组织管理等原因，使得灌注桩桩身容易出现各种缺陷，如断桩、扩径、缩径、夹泥等，其中缩径是影响桩承载性状的主要缺陷形式之一。缩径缺陷直接影响到灌注桩的承载能力，并可能威胁到桩基工程结构的安全。目前，对缩径桩的研究主要集中在其成因、检测、处理等方面，但利用模型试验对缩径桩承载特性的研究尚少。因此，本文进行了室内单桩模型试验，并结合有限元数值模拟方法，来研究缩径桩的竖向承载特性，分析缩径桩的受力机理。
　　 在本次模型试验中，首先设计制作了桩基模型试验中位移探测杆及小型触探仪等试验仪器，重点研究了模型桩实现灌注桩缩径的制作方法；在此基础上通过正常桩、缩径处为0.5d和缩径处为0.75d缺陷桩的模型桩室内试验，测量桩的荷载沉降关系曲线。试验结果表明：(1)桩身缩径缺陷的存在可降低桩的承载力；(2)缺陷桩的两种缩径程度不同，对桩的承载力影响相差不太大；(3)缩径桩发生破坏的位置，一般在缩径段上部。
　　 在数值模拟方面，运用二维土工有限元软件Plaxis，分析缩径桩的承载特性，探讨了不同的缩径程度、缩径位置及土层参数对缩径桩承载性状影响的规律性。计算结果表明：(1)桩身存在缩径缺陷，使得桩侧摩阻力损失；(2)缩径程度对桩承载力的影响不太大；(3)缩径位置位于桩身下部时，桩承载力相对较低；(4)土的粘聚力对缺陷桩承载力的影响较大。
　　 本文研究成果揭示了缩径缺陷对桩在竖向荷载作用下承载性状的影响规律，为今后群桩及相关研究提供参考，同时也对工程设计和施工有一定的指导意义。