水平荷载作用下混凝土扩盘桩的桩周土体破坏机理及抗倾覆承载力研究

The concrete expanded-plate pile under horizontal load, the pullout-resistance bearing capacity of pile is far better than the other piles with straight hole, there is widely application value in the aspects of pullout-resistance of practical project. But because of short of the theoretical study of this type pile, at the present, there is not the effective method and formula in the calculating pullout-resistance ultimate bearing capacity of single pile, the method of calculating popular pile is for reference, the calculating results aren’t accord with the actual bearing capacity, this has greatly obstructed the development and application of new type pile. Because of the setting of the expanded-plate of bearing loads, under horizontal load, they are changed greatly to the destruction characters of the soil around the pile and plate and the horizontal side friction, the failure principle of soil surrounding pile is different from the pile with straight hole. Therefore, in the subject, the half-circle section pile is applied, by the method of combining the finite element analysis and test study, it is analyzed that the effect of the pile and soil, the failure behavior of soil surrounding the pile and plate, and advanced that the method of calculating pullout-resistance ultimate bearing capacity of single pile, which is corrected and proved by considering the effect of diameter, distance, slope, location for the failure characters, at the same time, it is applied and proved that the test method by using undisturbed soil and site test method all with the half-circle section pile, which put out the new ideal and method of test study about pile foundation. This research is to provide the reliable theory basis for the popularization and application and design of this type pile.

混凝土扩盘桩在水平荷载作用下的抗倾覆承载力远优于普通混凝土直孔灌注桩，在工程中有较高应用价值。目前混凝土扩盘桩在水平荷载作用下的研究非常欠缺，设计规程中没有明确的单桩抗倾覆极限承载力计算的方法或公式，基本参照直孔桩，造成计算结果与实际不符，严重阻碍了该型桩推广应用。混凝土扩盘桩由于承力扩大盘的设置，在水平荷载作用下，桩侧水平阻力及盘上、盘下土体破坏状态发生较大变化，桩、盘周围土体破坏机理与直孔桩完全不同。因此，本课题采用独创的半面桩，运用有限元分析和原状土试验及现场试验相结合的方法，研究水平荷载作用下桩土效应及桩、盘周围土体破坏性状，提出单桩极限抗倾覆承载力计算方法；考虑扩大盘直径、坡角、间距、位置等盘参数对破坏性状影响，修正和完善抗倾覆承载力计算模式；应用并完善半面桩原状土试验及现场试验方法，为桩基础试验研究提供新的方法和思路。该研究成果将为混凝土扩盘桩设计及推广应用提供可靠理论依据。

项目研究主要混凝土扩盘桩抗倾覆为主线，以独创的半面桩为研究基础，通过ANSYS和ABQUS软件程序进行有限元分析，通过进行原状土半面桩试验研究，确定在水平荷载作用下桩土效应、土体破坏性状以及承力盘相关参数对土体破坏性状的影响，运用强度理论、滑移线理论进行系统的研究，确定混凝土扩盘桩单桩极限抗倾覆承载力计算模式。.本项目主要针对目前混凝土扩盘桩抗倾覆方面理论研究欠缺的现状，以分析桩土共同工作状态为机理，对于混凝土扩盘桩在水平荷载作用下的桩土效应及土体破坏性状方面作大量深入的理论分析和试验研究，重点分析承力盘对土体破坏状态的改变（与直孔桩的不同），确定混凝土扩盘桩单桩极限抗倾覆承载力的计算模式，通过合理设置钢筋，有效地控制桩身抗弯承载力。改变目前规程中仅以直孔桩为参考的设计现状，提出较成熟、可靠的计算模式和计算软件。为该型桩设计规程的完善提供依据。根据土体破坏性状，确定设计中影响单桩极限抗倾覆承载力的相关参数（盘径、坡角、位置、盘数、间距等）的合理取值。弥补现有混凝土扩盘桩设计中仅凭经验确定上述参数的做法，使该项技术的理论基础更加坚实，实际工程设计应用更加合理可靠。研究中将采用自主研发的原状土半面桩模型试验方法及现场大比例半面桩试验方法，完成可全过程观测土体破坏情况的试验研究，弥补了现有桩基础试验研究中只能靠仪器收集数据进行分析和推理的缺陷；同时由于使用了原状土取土器，克服了埋土模型试验对土样性状造成的影响，提高了模型试验结果的可靠性。本课题提出的全新的原状土半面桩模型试验研究方法以及现场半面桩试验方法，是桩基础试验研究的创新，为桩基础试验研究的发展将起到积极的促进作用。.本课题组通过对混凝土扩盘桩作为承担水平荷载桩进行了深入的研究，解决了混凝土扩盘桩抗倾覆设计的基本理论欠缺或不完善等问题，改变研究现状，提高了混凝土扩盘桩作为抗倾覆桩设计应用时的合理性和可靠度，为该技术的推广应用奠定了坚实的理论基础，提出并完善了全新的原状土半面桩模型试验方法、试验装置以及现场试验方法，为桩基础试验研究提供了新的思路和方法。该课题研究成果填补了混凝土扩盘桩基础理论研究的空白，大大促进该型桩的推广应用，更好地为国家经济建设服务。由于混凝土扩盘桩单桩抗倾覆承载力大幅提高，大幅减小了桩顶位移和混凝土用量，节省造价，经济效益和社会效益显著，对节能、节材做出贡献，具有广阔市场前景和极强市场竞争力。