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到目前为止,已有不少前人对冲孔灌注桩和PHC管桩各自的承载性能进行过研究和总结。而这些研究中针对竖向承载性能的研究占了很大的比例,针对水平向承载性能的研究也有,但相对较少,把竖向和水平向承载性能综合起来一起分析则更少。对比冲孔灌注桩和PHC管桩竖向和水平向承载性能的研究则没有。此外,就桩基承载特性研究本身而言,由于问题的复杂性,现有的理论也存在许多不足之处,也有待于进一步完善。因此,对冲孔灌注桩和PHC管桩两种桩之间的承载性能作对比研究和完善理论分析是十分必要的。
本论文研究来源于工程实践,即本人参加的福建某电厂试桩工程项目,电厂规划建设8台350MW联合循环机组,本期建设4台350MW联合循环机组,属重要大型电厂。为确定适合电厂场地的桩基型式及各岩土层桩基设计指标,故进行基桩试验。通过对两组冲孔灌注桩和两组PHC管桩进行竖向静载荷试验、水平静载荷试验、钻芯法试验以及桩身应力测试,根据试验结果主要对以下几方面进行分析研究:
(1)根据工程地质构造的实际情况,科学认定冲孔灌注桩和PHC管桩的适用状况,分析和确定经济合理的设计与施工方案,确保冲孔灌注桩和PHC管桩的应用达到预期的效果。
(2)系统地对比冲孔灌注桩和PHC管桩承载性能的主要影响因素,并用工程(或试验)数据加以比较、分析。
(3)研究冲孔灌注桩和PHC管桩在水平荷载和坚向荷载作用下的传递特性、桩侧及桩端阻力特性。
通过现场试验和理论分析,得到以下结论:
(1)从四组试桩的Q~s曲线可知,进入桩端持力层的冲孔灌注桩的极限承载力为10000KN,而两组PHC管桩的极限承载力的算术平均值分别为4805KN和3140KN,说明冲孔灌注桩的极限承载力比管桩要高。结合钻芯法试验,说明第一组冲孔灌注桩极限承载力较低的原因是桩端没有进入设计的持力层或桩底沉渣比较厚。
(2)两组PHC管桩的回弹率在700%~80%左右,都很高,说明这两组桩的桩侧摩阻力和桩端阻力均未达到极限状态。第四组冲孔灌注桩的回掸也有35%左右,说明该桩处于弹性变形状态,承载力未发挥至极限,两种桩的单桩承载力都有一定的安全储备。
(3)通过对比四组桩的桩身侧摩阻和端阻分布,两组冲孔灌注桩属于摩擦桩,两组PHC管桩属于摩擦端承桩,说明PHC管桩的桩端持力层能充分发挥承载力作用,而冲孔灌注桩对桩端持力层的利用则没有那么充分。
(4)两组冲孔灌注桩和两组PHC管桩的桩身应力曲线相似,均随深度分布呈递减趋势,两者间的关系接近于线性且各级荷载作用下的应力曲线接近平行。在各级荷载作用下,四组桩各截面处的桩身应力均随着荷载的增大而增大。
(5)冲孔灌注桩和PHC管桩的水平临界荷载相近,都是180KN。两种桩的极限水平承载力也很相近,相差只有20KN左右。
(6)临界荷载对应的水平位移冲孔灌注桩比PHC管桩高出近64%,而PHC管桩的地基土水平抗力系数的比例系数m比冲孔灌注桩的则高近52%,两者都说明PHC管桩的水平承载性能较好。
(7)冲孔灌注桩和PHC管桩m-Y曲线都可区分为三个区段:1)弹性阶段,2)弹塑性阶段,3)塑性阶段。
通过冲孔灌注桩和PHC管桩两种施工工艺成桩的试验结果进行对比,证明采用PHC管桩工艺的试桩试验结果的一致性较好,沉降小,有利于桩身承载力的发挥。