钻孔灌注桩土体径向卸荷效应及其对桩侧阻力的影响机制

钻孔灌注桩在成孔过程中，孔壁侧压力得到解除，形成较大自由面，地层应力沿径向释放，造成孔壁随时间逐渐收缩，出现缩孔现象。浇筑过程中，由于混凝土骨料的"自立"特性，不能将其简单视作理想的液态，新浇混凝土侧压力具有独特的分布规律，通过分析，孔周土体除浅部外大部分仍处于主动土压力状态，孔壁松弛问题依然存在。土体经过径向卸荷作用后，其结构与性质都发生了变化，采用常规的土工加载试验得到土工参数进行灌注桩侧摩阻力计算必然会产生较大误差。随着钻孔灌注桩的大量使用，有必要在考虑土体径向卸荷效应的基础上，对其侧摩阻力发挥机理进行系统深入地研究。本课题采用室内模型槽试验及大型剪切试验、现场测试和理论分析相结合的研究方法，研究孔径随时间变化规律与不同径向卸荷条件下土体的力学特征，建立土体径向卸荷效应对钻孔灌注桩侧摩阻力的影响机制。其成果对今后钻孔灌注桩的设计、施工等具有重要基础理论意义和实际应用价值。

在钻孔灌注桩成孔过程中，孔周土体处于径向卸荷状态，虽然在混凝土灌注过程中应力有所恢复，但是桩土界面接触应力无法完全回到初始地压。目前对钻孔灌注桩的成孔卸荷效应研究几近空白，本项目采用理论分析、试验研究和数值分析，系统地研究了钻孔灌注桩的成孔卸荷效应及其对桩侧摩阻力的影响机制。本项目研究成果主要体现在：（1）建立了考虑不同泥浆重度的成孔卸荷缩孔解析解，得出了受泥浆重度影响的钻孔起始塑性区深度、塑性区半径和孔壁位移的表达式；（2）采用大型直剪仪对土与混凝土接触界面进行了试验研究，考虑了界面粗糙度和界面法向应力历史的影响，并根据最终的试验数据提出了可考虑界面法向历史的桩土界面剪切力学模型；（3）采用自行研制的模型钻机进行室内模型试验，对钻孔灌注桩施工进行全过程模拟，重点研究了成孔卸荷时间对桩竖向承载特性的影响。此外，本项目还将研究范围扩展到了钻孔灌注桩的泥皮效应和桩周土水软化效应两方面。全面研究了钻孔过程对钻孔灌注桩侧阻力的影响，具有一定的理论指导意义和工程应用价值。