大直径扩底桩横向承载性状的试验研究及理论分析

Large diameter belled pile foundation has the advantages of high bearing capacity, great stiffness, bearing greater lateral loads, great seismic capability, being easy to control quality, and small settlement, so it is widely used in roads, bridges, industrial and civil fields. Compared to the numerous studies on vertical bearing performance, the research of performance for belled piles under lateral loads still have many shortcomings and gaps, because the work condition of the pile under lateral loads is more complex, more difficult to study, so in the past people focused more on the study of the pile foundation when bearing vertical load. However, the pile foundation is under multi-force in real situation, so mastering the lateral bearing capacity or not is directly related to the safe application and technology costs for pile foundation. Therefore, in order to better promote the application of pile foundation, we must strengthen its research work of lateral loaded pile foundation..This project will study the lateral bearing behavior of belled pile through laboratory experiments and numerical simulation calculation. By indoor model test to simulate the real process of pile under lateral loads, combined with FEM numerical simulation calculation, then the reliable scientific research data can be obtained. The research results will compensate and improve the gaps and shortcomings of the bearing capacity for belled piles, which can better promote the application of pile foundation. .

大直径扩底桩基础具有承载力高、桩身刚度大、能承受较大横向荷载、抗震能力强、质量易控制、沉降小等优点，因此被广泛应用于公路、桥梁、工业与民用建筑领域。相比于众多竖向承载性能的研究成果，扩底桩横向受荷性能的研究方面还存在许多不足与空白，因为承受横向荷载作用的桩基的工作性状更加复杂，研究难度更高，所以以往人们更多侧重于研究扩底桩基础承受竖向荷载作用的情况。然而，桩基础在真实受力情况时都是多向受力，横向承载性能的掌握与否将直接关系到桩基础的应用安全与技术成本。因此，为了更好的推广与应用扩底桩基础，必须加强对其横向承载性状的研究工作。.本课题将通过室内模型试验与数值模拟计算方法研究扩底桩横向承载性状，通过室内模型试验模拟真实桩基横向受力过程，结合有限元数值模拟计算，获得科学可靠的研究数据。本课题的研究成果将弥补和完善扩底桩承载性状方面研究的空白与不足，有利于更好的推广扩底桩技术的发展与应用。

本基金课题以大直径扩底桩横向承载性状作为研究方向，通过室内模型试验，结合数值模拟计算获得大量宝贵数据及研究成果，主要成果如下：.1）进行多组扩底桩、直桩的单桩室内模型试验。分别获得扩底桩、直桩的桩侧土抗力-桩长变化、桩身应力-桩长变化等曲线，得到扩底桩、直桩承受水平荷载时的受力变形机理。研究认为扩底桩比直桩更宜抵抗水平荷载，由于有扩大头的存在，扩底桩具有更强的桩底锚固力。2）通过分析多组扩底桩室内模型试验数据，发现扩底桩具有多种破坏模式，出现弯曲破坏形式的扩底桩比出现的剪切破坏形式的扩底桩更具有延性。相比于剪切破坏，扩底桩基础出现弯曲破坏的形式可为上部结构提供更多的安全储备。3）进行数值模拟分析计算，建立多种计算模型，研究不同桩长对扩底桩横向承载特性的影响规律。桩长的增加对扩底桩的水平承载力的提高有一定作用，但桩长增加到一定程度后，其作用逐渐减弱。分析试验数据，获得扩底桩水平抗力系数的分布曲线。4）进行扩底群桩室内模型试验，获得桩的桩顶荷载-位移、桩侧土抗力-桩长变化、桩身应力-桩长变化等曲线，研究扩底群桩在承受横向荷载时的受力变形机理、群桩效应及桩土共同作用的规律。5）进行群桩横向加载数值模拟计算，分析不同桩间距、桩长、扩底桩与直桩不同排列组合形式等因素对扩底桩群桩抵抗横向荷载时的影响规律。研究结果表明，扩底桩桩长的增加对群桩的水平承载力的提高有一定作用，但当桩长增加到一定程度后，其作用逐渐减弱。在扩底桩与直桩不同组合形式中，根据经济与受力性能综合判断，可认为扩底桩与直桩的交叉组合形式为最优组合形式。6）研究扩底桩安全系数根据桩长取值的方法。当桩长H≤12m时，安全系数K取2；当桩长12m＜H≤20m时，安全系数K取1.5~2；当桩长H＞20m，安全系数K取1.5。