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山东大学学报 (工学版) ›› 2020, Vol. 50 ›› Issue (6): 82-91.doi: 10.6040/j.issn.1672-3961.0.2020.090

• 土木工程 • 上一篇    下一篇

喷扩锥台压灌桩最优构造

李连祥1,2(),邢宏侠1,2,李金良3,黄亨利1,2,王雷1,2   

  1. 1. 山东大学基坑与深基础工程技术研究中心, 山东 济南 250061
    2. 山东大学土建与水利学院, 山东 济南 250061
    3. 山东倍特力地基工程技术有限公司，山东 济宁 272100
  • 收稿日期:2020-04-07 出版日期:2020-12-20 发布日期:2020-12-15
  • 作者简介:李连祥(1966—)，男，河北唐山人，教授，博士，主要研究方向为基坑支护，土力学，深基础等的研究与教学工作.E-mail：jk_doctor@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(51508310);山东省优秀中青年科学家科研基金(BS2013SF024);济南市科技计划项目(201201145)

Optimal structure of pressure cast-situ-pile with spray-expanded frustum

Lianxiang LI1,2(),Hongxia XING1,2,Jinliang LI3,Hengli HUANG1,2,Lei WANG1,2   

  1. 1. Research Center of Foundation Pit and Deep Foundation Engineering, Shandong University, Jinan 250061, Shandong, China
    2. School of Civil and Hydraulic Engineering, Shandong University, Jinan 250061, Shandong, China
    3. Shandong Biteli Foundation Engineering Technology Corporation, Jining 272100, Shandong, China
  • Received:2020-04-07 Online:2020-12-20 Published:2020-12-15

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26

PDF (PC)

244

摘要：

根据喷扩锥台压灌桩现场试验结果，运用Abaqus软件建立试验数值模型，得到竖向荷载作用下锥台扩径体(下称锥台)对周边土体的影响规律：明确锥台下2D~3D(D为锥台直径)范围土体有挤压作用，锥台下0.5 m处达到极限；锥台上部土体出现应力松弛，在锥台顶部达到极限，影响范围上延1.25D；水平影响范围为1.5D~2.5D；锥台最优喷扩角度为50°~55°；最优扩径比为2~2.75；最优位置为桩端上部D~2D；定喷翼板至桩顶下7~8 m时最佳。最优构造模型可提高承载力19%，建议采用最优构造桩型进一步提高效益，促进该桩应用。

关键词: 喷扩锥台压灌桩, 数值模型, 影响规律, 最优构造

Abstract:

According to the field test results of pressure cast-situ-pile with spray-expanded frustum, with the help of Abaqus to establish the numerical model of the experiment, the influence rule of expanded body with frustum (hereinafter referred to as frustum) on surrounding soil under vertical load was obtained. It was clarified that the soil mass had squeezing effect within the 2D~3D range (D is frustum's diameter) and it reached the limit at 0.5 m under the frustum. Stress relaxation occured in the upper soil of frustum, which reached the limit value at the top of the frustum, and of which the vertical influence range was extended by 1.25D and the horizontal influence range was 1.5D~2.5D. Revealed that the optimal spray angle for frustum expanding was 50°~55°, the optimum expanding ratio was 2~2.75, the optimal position was in the D~2D range of upper part of pile, and it was optimal when the fixed spray wing was 7~8 m below the pile top. The optimal construction model could increase the bearing capacity by 19%, therefore it was suggested to adopt the optimal structural pile type to further improve efficiency and promote application of the pile.

Key words: pressure cast-situ-pile with spray-expanded frustum, numerical model, law of influence, optimal construction

中图分类号: 

  • TU473

图1

钻头喷嘴"

图2

扩径体形成工艺"

图3

双锥台扩径体"

图4

工艺流程图"

表1

扩径体施工工艺参数表"

土名称 扩出尺寸/mm 升降速度/(cm·min-1) 旋喷喷射压/MPa 气压/MPa 钻机转速/(r·min-1) 喷嘴层数 喷嘴个数 喷嘴直径/mm
黏性土 200 15 20 0.7 10~25 3 3×1(3×2) 2.4~2.8(2.0~2.4)
150 20 20
100 20 15
粉土 250 20 15
200 20 12
150 25 12
砂土 300 20 20
200 20 15
100 25 12

图5

翼板及其尺寸"

图6

现场地质条件及试桩示意图 注：土层厚度和桩翼板长度单位为mm"

表2

试验桩参数"

桩号 桩长/m 桩径/mm 锥台直径/mm 侧翼板高度/m
SZ1 17.5 600 1 200 10
SZ2 18.0 600 1 200 全喷翼
SZ3 24.5 600 1 200 10
SZ4 24.5 600 1 200 全喷翼

图7

试验桩Q-S曲线"

表3

各试验桩承载力对比"

桩型 桩长/m 单桩极限承载力/kN
SZ1 17.5 4 360
SZ2 18.0 3 750
SZ3 24.5 6 223
SZ4 24.5 7 696

图8

试验桩与土体网格示意图"

图9

现场与模拟Q-S曲线对比"

表4

土层与桩身材料参数"

土层名称 层厚/m Es/MPa E/MPa Er/MPa c/kPa φ/(°)
粉砂 2.00 12.00 96.0 未加强 12.0 12.0
粉质黏土 3.50 4.40 35.2 未加强 26.0 8.1
黏土 2.20 7.62 61.0 116 42.0 11.1
粉砂 1.40 20.00 160.0 316 12.0 34.0
粉质黏土 7.10 8.50 68.0 130 45.0 11.1
粉砂 1.50 30.00 240.0 469 15.0 34.0
粉质黏土 9.28 75.00 145.0 46 11.8
桩身 36 000.0
水泥土 1 500.0 200.0 30.0

图10

临近桩身的土体水平位移增量"

图11

临近桩身的土体水平应力增量"

图12

锥台下表面处土体水平位移增量"

图13

锥台下表面处土体水平应力增量"

图14

锥台上表面土体水平位移增量"

图15

锥台上表面土体水平应力增量"

表5

土层与桩身材料参数"

名称 变形模量E/MPa 黏聚力c/kPa 内摩擦角φ/(°)
桩侧土 82.7 14.4 32.1
桩端土 75.0 46.0 11.8
桩身 36 000.0
水泥土 1 500.0 200.0 30.0

图16

锥台角度对比图"

图17

不同锥台角度桩的承载力对比"

图18

锥台扩径比对比图"

图19

不同扩径比下试桩承载力提高效率"

图20

锥台位置"

图21

锥台位置变化对承载力影响曲线"

图22

翼板高度对承载力影响曲线"

图23

模型对比图"

表6

模型参数"

模型 桩长L/m 桩径d/mm 扩径D/mm 扩径比D/d 扩径角/(°) 锥台位置 喷翼高度
最优构造 15 600 1 500 2.5 55 桩端上2D 喷至桩顶下8 m
原模型 15 600 1 200 2.0 45 桩端 未喷翼

图24

模型Q-S曲线对比图"

图25

侧阻荷载承载比"

图26

锥台荷载承载比"

图27

端阻荷载承载比"

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