挤扩多盘桩在竖向拉力作用下的桩土效应及土体滑移破坏状态下单桩极限抗拔承载力研究

The Push-extend Multi-under-reamed Pile under vertical tension, the pullout-resistance bearing capacity of pile is far better than the other piles', there is widely application value in the aspects of pullout resistance and anti-uplift. But because of short of the theoretical study of this type pile, at the present, there is not the effective control method about the crack of pile's body, in the calculating pullout-resistance ultimate bearing capacity of single pile, the method of calculating the bearing capacity of plate and the side friction of pile is not reasonable, the calculating results are often higher than the actual bearing capacity, this is not safe. Because of the setting of the Multi-under-reamed of bearing loads, under vertical tension, the destruction characters of the soil around the pile and plate are changed greatly, the side friction of pile is not existence within the scope along the pile length, the soil at the top of the plate produce sliding failure, the soil under the bottom of the plate produce tensile stress area, and the pile's body may be cracking under tension. Therefore, the subject uses the method of combining the finite element analysis and test study, through setting up reinforced to effectively control cracking and improve the bearing capacity, which analyzes the effect of the pile and soil, the soil around the pile and plate destruction characters and the diameter, distance, slope, position of the Multi-under-reamed under vertical tension, according the effective length to determine the side friction of pile, according the different soil to determine the bearing capacity of plate respectively, then comprehensively determine the method of the pullout-resistance ultimate bearing capacity of the single pile. This research is to provide the reliable theory basis for the application design of this type pile.

挤扩多盘桩在竖向拉力作用下抗拔承载力远优于其他桩，在抗拔、抗浮等方面有广泛应用价值。但由于对该型桩理论研究的欠缺，目前成果中，没有对桩身裂缝的有效控制方法，单桩抗拔极限承载力计算中对盘端承力、桩侧摩阻力的计算方法是不合理的，计算结果往往高于实际承载力，是不安全的。由于承力扩大盘的设置，在竖向拉力作用下，桩、盘周围土体破坏性状大大改变，桩侧摩阻力不在全桩长范围内存在，盘上土体会产生滑移破坏，盘下土体会产生拉应力区，且桩身有被拉裂、拉断的可能。因此，本课题采用有限元分析和试验研究相结合的方法，通过设置预应力钢筋有效控制裂缝并提高承载力，分析竖向拉力作用下桩土效应及桩、盘周围土体破坏性状及扩大盘直径、间距、坡度、位置等对破坏性状影响，按有效计算长度确定桩侧摩阻力，根据土体不同破坏状态分别确定盘端承载力，从而综合确定单桩极限抗拔承载力计算方法。该研究成果将为该型桩设计应用提供可靠的理论依据。

本课题研究主要运用ANSYS有限元分析软件研究在竖向拉力作用下，对盘桩的影响因素（盘径大小、盘位置、盘坡角度）进行模拟计算分析，根据桩的应力及位移变化规律以及桩周土体的破坏现象，分析在不同的影响因素下盘端阻力和侧阻力的变化规律；对不同性状土体（粘性土、细粉砂等）承力盘所在土层含水率、土层厚度以及承力盘所在土层的相邻土层性状变化等因素影响下进行模拟计算分析。并考虑的混凝土的抗拉性能较低，为了保证桩不先于土体发生破坏，对抗拔桩的抗裂度控制进行了分析，并确定了通过预应力控制裂缝的方法。同时采用小模型半截面桩的埋土试验方法、实桩试验方法、原状土试验方法等不同的试验方法，进行挤扩盘桩在竖向拉力作用下，对不同桩盘参数、土层性质等对土体破坏现象进行研究，观察土体从加载到破坏的整个过程；对有限元分析的结果进行验证。结合软件模拟分析和试验现象，对挤扩多盘桩竖向抗拔承载力进行理论分析，并分别推算出当土体冲切破坏及滑移破坏时的计算公式；对承力盘参数及土层性状对桩周土体破坏状态及竖向抗拔承载力影响进行分析，为进一步完善承载力计算模式提供依据。总结了小模型半面桩埋土试验和现场大比例实桩试验的方法和特点，设计并制作了原状土小模型试验试验方案及加载装置；设计了半面桩小模型原状土试验方法，并制作了原状土小模型试验取土器及加载装置，进行相关参数的模型桩试验研究，取得了较好的成效，并为今后的试验研究奠定了基础。分阶段将研究成果进行总结，先后发表了专业论文47篇，其中2篇SCI检索，18篇EI检索，3篇ISTP检索，3篇国际期刊，8篇中文核心期刊，9篇为中文科技核心期刊。获得授权国家发明专利2项，申请并获得受理国家发明专利3项，实用新型专利2项，编制了计算软件。研究成果获得吉林省科技进步三等奖1项，吉林省自然科学学术成果二等奖1项，三等奖1项。指导硕士研究生22人，已经获得硕士学位11名，5人获国家奖学金，3人被评为优秀毕业生，联合培养博士研究生2人，获得学位1人。