高喷插芯组合桩承载性能与计算分析

第1章绪论

1.1桩的分类及其发展

1.2组合桩发展及其研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3桩基国内外研究现状

1.3.1试验研究

1.3.2理论研究

1.4本书研究背景意义

1.4.1JPP桩研究现状及存在的问题

1.4.2研究意义

1.5主要研究内容和技术路线

1.5.1主要研究内容

1.5.2技术路线

第2章高喷插芯组合桩技术及其特点

2.1研发思路

2.2桩型构造

2.2.1预应力混凝土桩内芯

2.2.2高压旋喷桩

2.3施工工艺

2.3.1施工机械

2.3.2施工作业

2.4质量检测

2.5JPP桩技术优点和缺点

2.6适用范围

2.7本章小结

第3章高喷插芯组合桩荷载传递机理足尺模型试验研究

3.1大型桩基模型试验系统简介

3.1.1试验场所（模型槽）

3.1.2加载系统

3.1.3测量系统

3.2试验目的及方案

3.2.1试验目的

3.2.2试验方案

3.3模型桩制作

3.3.1试验准备

3.3.2模型桩施工

3.4试验结果分析

3.4.1承载力分析

3.4.2桩身轴力

3.4.3内外摩阻力

3.4.4JPP桩承载力组成

3.5本章小结

第4章带承台高喷插芯组合桩荷载传递特性足尺模型试验研究及分析

4.1仪器布置

4.2试验结果分析

4.2.1荷载分担比

4.2.2轴力分布

4.2.3内外摩阻力

4.2.4荷载传递特性

4.3JPP群桩数值模拟分析

4.3.1模型验证

4.3.2不同桩数的影响

4.3.3不同桩间距的影响

4.3.4不同桩长的影响

4.3.5不同组合形式的影响

4.3.6不同水泥土模量的影响

4.4本章小结

第5章高喷插芯组合桩承载力简化计算及影响因素FLAC，o数值分析

5.1承载力简化计算公式

5.1.1简化计算公式

5.1.2计算公式验证

5.1.3调整系数的确定

5.2破坏模式

5.3承载力影响因素FLACm数值分析

5.3.1模型建立

5.3.2接触面模型

5.3.3模拟结果分析

5.4JPP桩极限承载力的灰色预测

5.4.1非等步长GM（1，1）模型

5.4.2应用实例分析

5.5本章小结

第6章高喷插芯组合桩竖向承载特性的变分法分析

6.1群桩的变分理论

6.1.1群桩变分分析

6.1.2土体荷载位移函数

6.1.3变分的矩阵表示

6.2单桩的变分解法

6.3JPP桩单桩变分解法

6.3.1单桩变分矩阵表示

6.3.2实例分析

6.4本章小结

第7章高喷插芯组合单桩荷载传递机理简化分析方法

7.1桩身荷载传递简化分析方法

7.1.1模型简化及基本假定

7.1.2JPP桩荷载传递方程的建立

7.2实例验证

7.3JPP桩荷载传递影响因素分析

7.3.1不同组合形式

7.3.2水泥土厚度

7.3.3水泥土弹性模量

7.3.4刚度系数比

7.4本章小结

第8章结论

参考文献

《高喷插芯组合桩承载性能与计算分析》由任连伟著，主要研究内容

(1)分析了JPP桩研发思路、桩型构造、施工工艺、质量检测、适用范围及技术特点，并结合该技术特点提出了一些合理化的建议；

(2)以河海大学岩土所自主研发的大型桩基模型试验系统为依托，开展了同截面同尺寸JPP桩、混凝土灌注桩、高压旋喷桩对比足尺模型试验研究，通过埋设在JPP中的检测仪器，分析了JPP桩的竖向承载特性及荷载传递机理；

(3)通过带承台JPP单桩足尺模型试验，分析了带承台高喷插芯组合桩的荷载传递特性，并与不带承台JPP桩试验结果作了对比分析。

(4)根据JPP桩不同组合形式提出了承载力的计算公式，并通过工程实例验证了此公式的合理性。通过数值模拟对影响JPP桩承载力的主要因素进行了分析，提出了较为合理的组合结构形式。

桩芯是桩的平均直径,在人工挖孔桩中为护壁内径的平均直径;钻孔桩没有桩芯,利用桩直径计算桩工程量。桩芯混凝土浇筑一般是针对管桩而言的，为了加强桩端头的结构可靠性，桩端头设计院一般根据承载力不一样深度不同，一般1.2米－2.1米之间。桩芯要放钢筋笼子，主筋一般是4－6根，直径一般12－18不等，按设计要求施工。

桩的平均直径,在人工挖孔柱中为护壁内径的平均直径;钻孔桩没有桩芯,利用桩直径计算桩工程量。

桩芯混凝土浇筑一般是针对管桩而言的，为了加强桩端头的结构可靠性，桩端头设计院会根据承载力不一样和挖孔深度不同，一般设计为1.2米－2.1米之间。桩芯要放钢筋笼子，主筋一般是4－6根，直径一般12mm－18mm不等，按设计要求施工。

桩的承载力应根据不同受力情况，分别按桩身结构强度和地基土对桩的支承能力进行计算，并取其小值。对实际有可能同时在桩身出现的荷载，应按设计极限状态和设计状况进行组合。桩在下列情况应按承载能力极限状态设计：

（1）根据桩的受力情况进行桩的垂直承载力和水平承载力计算；

（2）当桩端平面以下存在软弱下卧层时，应验算软弱下卧层的承载力；

（3）桩身受压、受弯、受拉和受扭承载力计算；

（4）桩的自由长度较大时，应验算桩的压屈稳定等。

桩在下列情况应按正常使用极限状态设计：

（1）预应力混凝土桩、预应力混凝土管桩和钢筋混凝土桩的抗裂或限裂；

（2）柔性系靠船桩的水平变形等。桩基设计应考虑沉降和水平变形对使用的影响。单桩承载力应根据静载荷试验确定。

下列情况可不进行静载荷试验：

（1）当附近工程有试桩资料，且沉桩工艺相同，地质条件相近时；

（2）重要工程中的附属建筑物；

（3）桩数较少的重要建筑物，并经技术论证；

（4）小港口中的建筑物。

预应力混凝土桩和钢筋混凝土桩在下列情况下应进行正截面承载力计算及抗裂验算：

（1）预应力混凝土桩和钢筋混凝土桩在施工及使用时期均应进行正截面承载力计算；

（2）预应力混凝土桩在施工和使用时期均应进行抗裂验算。

钢筋混凝土桩在吊运和吊立过程中应进行抗裂验算。桩在进行正截面承载力计算和抗裂验算时，应根据实际受力情况，按规定计算。桩的主筋配筋率均不得小于桩截面面积的1%。空心桩的外保护层厚度应满足现行行业标准《港口工程混凝土结构设计规范》要求，内壁保护层厚度不宜小于40mm。当采用胶囊抽芯制桩工艺 时，尚应考虑胶囊上浮的影响。对锤击下沉的空心桩，在桩顶4倍桩宽范围内应做成实心段。

冰冻地区桩顶实心段长度应适当加长。注：当承受较大扭矩作用时，尚应对受扭情况进行验算。 桩的正截面承载力计算及抗裂度验算项目表 项 目 作用和作用效应 轴向受压 受压桩轴向压力，锤击沉桩压应力 轴向受拉 锤击沉桩拉应力，受压桩轴向拉力 弯曲 吊运及其他阶段产生的弯距 偏心受压 受压桩轴向压力与弯距的组合 偏心受拉 受压桩轴向拉力与弯距的组合 后张法预应力混凝土大直径管桩壁厚应满足钢铰线预留孔及外内保护层要求。后张法预应力混凝土大直径管桩预留孔灌浆应密实，灌浆材料强度不得低于40MPa，并应满足握裹力要求。为消除后张法预应力混凝土大直径管桩打桩过程中水锤现象对桩身的不利影响，应在桩身适当部位预留排水孔。当管桩与桩帽连接按固接设计时，受压时应验算桩顶混凝土的挤压和冲切强度。

钢管桩所用钢材，应根据建筑物的重要性、自然条件、受力状况和抗腐蚀要求等，在满足设计对其机械性能和化学组成要求的前提下，考虑材料的加工和可焊性，并通过技术经济比较后确定。钢管桩所用钢材，应取用同一型号的钢种。焊接材料的机械性能应与钢管桩主材相适应，对海港工程尚应考虑防腐蚀要求。钢管桩组装时应采用对接焊缝，不得用搭接或侧面有覆板的焊接形式。钢管桩必须进行防腐蚀处理。锤击沉桩，应考虑锤击振动和挤土等对岸坡稳定或临近建筑物的影响。

基桩承受水平荷载并产生水平位移，改变了桩侧阻力的分布，进而对单桩的竖向承载特性产生影响；在存在水平位移的情况下，桩身产生挠曲变形，竖向荷载的作用会使桩顶产生附加弯矩并导致桩周土体抗力发生改变，从而影响单桩的水平承载特性。基于基桩实际经常受到水平、竖向和弯矩荷载（组合荷载）共同作用的事实，而目前工程上不考虑组合荷载的相互影响，且对荷载组合情况下单桩承载特性的研究结论不一致的现状，本课题进行了三次在不同情况下的室内模型试验，通过理论研究建立了考虑组合荷载各分量间相互影响的单桩承载特性分析理论，并结合现场试验和数值模拟对其进行了进一步的修正和补充，得出了考虑桩周土体性质和土体加卸荷效应的桩周土体水平反力、桩侧阻力和桩端阻力的变化规律，建立了组合荷载下桩身内力的分析理论，并给出了考虑组合荷载各分量间相互影响的单桩极限承载力建议公式。本课题的主要研究结论如下： （1）室内模型试验结果表明，水平和弯矩荷载对桩侧阻力的影响主要集中在地面以下10倍桩径范围，在该范围内，随着桩顶位移的增大，桩侧阻力不断减小。现场试验结果显示，该影响范围为地面以下0~15倍桩径深度。建议在工程设计中，应重点加强地面以下0~15倍桩径深度范围内的桩身配筋和桩周土体的加固，以提高单桩的抗弯能力和桩周土体抗力，减小桩身侧向位移。 （2）水平或弯矩荷载的增大，均会降低单桩的竖向极限承载力，但只有水平荷载大于相应水平荷载作用点位置的极限承载力的0.5倍时，这种降低程度才较明显。水平或弯矩荷载对单桩沉降的影响程度与其产生的水平位移大小正相关。 （3）在存在水平位移的情况下，竖向荷载的施加会产生P- 效应，导致水平位移的进一步增大，从而削弱了单桩水平承载力。 （4）室内模型试验表明，水平、弯矩和竖向荷载共同作用对单桩承载特性的影响存在组合效应。数值模拟结果显示，先施加竖向荷载再施加水平荷载时，当竖向荷载介于0.4~0.5倍竖向极限承载力时对桩顶侧移的减小作用最为明显。 2100433B