多节旋挖挤扩灌注桩的抗拔承载机理研究

Ratatory expanding cast in situ pile is one of the Multi-under reamed pile technique which was developed in China recently. The practice and experimental showed that the anti-uplift bearing capacity of the rotator expanding pile is over 2 times of the straight pile with same diameter and length, while the settlement is no more less 1/2 because of the unique construction technique and bearing bulb of the pile. But the theory of this type of pile is not developed well. The mechanism of the bearing capacity of the bearing bulbs was not revealed. The influences between bearing capacity of the bulbs and the skin friction were still vital problem to hider the progress and application of the rotator expanding piles..This project will use three different scal of pile model testing technology, small scale, medium scale and large scale, to explore the whole procedure of how the bulbs and pile shaft reacted to the uplift loading. Combination with in-situ pile loading test results and the analysis of FEM, the failure pattern and failure surface of the pile will be exposed. The mechanism of the anti- uplift bearing capacity will be studied. The influence between bulbs and shaft friction and the relation of the uplift displacement with the loading will be gained. Based on the limit analysis theory and the results studied, a theoretical model and calculation method will be established for anti-uplift bearing capacity of ratatory expanding piles.

多节旋挖挤扩灌注桩（简称DX桩）为近年来国内自主研发的新型桩基，其独特的旋转切削碾压施工工艺和承力盘结构能有效提高桩的抗拔承载力和减少上拔量。工程实践和实验表明，抗拔承载力是同尺寸直孔桩承载力的2倍以上，上拔量则不到一半，可广泛应用于地下结构抗浮等各种抗拔建筑物基础。但目前相关理论十分欠缺，对承载机理认识非常有限，承力盘对侧阻的影响范围和效应认识不足，计算方法是在抗压计算基础上乘以折减系数，十分粗糙，极大地限制了应用和发展。本项目拟通过小比尺模型实验、中比尺实验和大比尺实验槽实验进行大量的桩基抗拔实验，与现场实验和数值模拟相结合，研究旋挖挤扩灌注桩的挤扩效应、抗拔破坏机制，揭示抗拔承载力传递机理，承力盘和桩身侧阻抗拔力的发生发展特点、土中滑动面的发展模式，承力盘之间以及与侧阻之间的相互影响规律。在此基础上，利用极限分析上下限定理，建立多节旋挖挤扩灌注桩抗拔力的理论模型和设计方法。

多节旋挖挤扩灌注桩是一种新型的变截面桩基技术，它是在传统钻孔灌注桩的基础上，使用专用的旋挖挤扩设备在桩底和桩身挤扩成盘状，然后浇灌混凝土后形成的桩身、承力盘和桩根共同承载的桩型。由于承力盘增大了桩身的有效承载面积，同时挤扩设备对周围土体有挤密作用，承力盘的存在改变了桩的承载机理，能更早的参与抗拔，因此多节旋挖挤扩灌注桩桩可大幅度提高单桩承载力。但是由于承载机理的复杂性，多节旋挖挤扩灌注桩的研究远远落后于工程实践。.本次研究综合利用理论分析、小比尺模型试验、砂箱模型实验和数值计算等多种手段开展了相关研究并获得了可观的成果，为推动该先进桩型桩在抗拔领域中的应用提供科学的支持。.（1）结合以前相关研究与实验数据，分析了影响多节旋挖挤扩灌注桩的主要因素，如不同的盘径比、盘间距、承力盘倾角等。进行了模型和实验方案设计。.（2）利用小比尺模型桩试验获得了多节旋挖挤扩桩在粘土和砂土中的抗拔破坏模式。.（3）开展了在不同土质（砂土、黏土）的室内砂箱模型试验，研究作用上拔荷载时，不同盘间距、不同盘径和不同盘角下多节旋挖挤扩灌注桩的荷载传递特性以及盘承载力的发挥情况。.（4）利用PLAIXS3D软件进行了单盘单桩模型、双盘DX桩模型、DX群桩模型的数值计算，通过理论分析和数值模拟的方法研究旋挖挤扩灌注桩的抗拔承载机理。并根据相关规律结合破坏面特征开展了相关计算分析。.（5）利用颗粒流分析技术对桩土接触面的剪切带力学行为进行分析。利用Abaqus分析了不同接触面模型和模型参数对桩体抗拔承载特性的影响。.（6）采用亚塑性本构模型对成盘腔过程的挤扩效应进行了模拟，通过实验进行亚塑性本构模型参数测定，并在ABAQUS中编制和验证基于亚塑性本构模型的VUMAT程序。利用该模型采用Explicit计算挤扩效应，并将结果导入软件的Standard模块进行挤扩后的抗拔机理分析，对比了考虑与不考虑挤扩效应对桩基承载性能和荷载传递机理的影响，考虑挤扩效应后计算模拟的承载力更接近实际。