开题报告-有孔管桩极限承载力实验研究

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1、毕业设计（论文）开题报告题目 有孔管桩极限承载力试验研究专 业 名 称 土木工程班 级 学 号 11111115学 生 姓 名 指 导 教 师 填 表 日 期 2015 年 4 月 13 日说 明开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。以下填写内容各专业可根据具体情况适当修改。但每个专业填写内容应保持一致。1、 选题的依据及意义：在我国沿江和沿海地区，存在着大量的深厚软土地基。工程建设中，预应力混凝土管桩作为复合地基竖向增强体，能够有效地控制地基沉降变形和不均匀沉降变形，提

2、高地基承载力，已成为软基处理中主导桩型。但在静压沉桩中，由于桩对土体的挤压作用使得土体结构发生破坏，桩周饱和软粘土体将产生很高的超空隙水压力，对周围环境有相当严重的不利影响。究其原由，主要是因为：沉桩过程产生了相当高的超孔隙水压力，从而大幅度降低土体中的有效应力，使土体隆起及水平运动，造成挤土效应。因此，要减轻静压沉桩效应对周围环境的不利影响，可以考虑减轻超孔隙水压力的作用。为此，周乾等在桩周设置了侧槽、刘汉龙提出了X形混凝土桩。并进行了模型试验。结果表明：加快了超孔隙水压力消散、减轻了土体侧向位移。这种现象表明：通过改变桩身形状或桩身结构，可以有效减轻沉桩效应对周围环境的不利影响。在静压沉桩

3、过程中，大多数管桩内腔均有水，产生这种现象主要是由于沉桩过程产生的超孔隙水通过接桩缝隙进入管桩内腔。因此为了让沉桩过程产生的土中孔隙水更多地进入管桩内腔，可以适当降低管桩承载力，对现有的常规预应力混凝土管桩结构进行改造，在桩身进行不同布孔方式的开孔，以此来加速超空隙水的消散，增加沉桩施工期间沉降量，减少工后沉降量，是一种减轻管桩挤土效应的新途径。有孔管桩技术目前还没有工程应用，作为一种新的地基处理方式，对有孔管桩技术设计、成桩制作进行研究，对有孔管桩技术的推广应用能起到积极作用，也为从事这方面工作的工程技术人员提供一种新思路。将有孔管桩技术应用于工程实践，能够有效减轻对邻桩和周围建（构）筑物的

4、不良影响，从而产生显著的经济效益和社会效益。2、 国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：目前国内外关于沉桩的现场测试和模型试验研究，包括沉桩前后桩周土体抗剪强度变化、超孔隙水压力的产生和消散、土体位移等。Housel和Bukey1、Orrje和Broms2等研究了沉桩过程中桩周土体性质的变化，发现土体的不排水抗剪强度在沉桩的初始阶段下降明显，但随着时间的推移能够得到显著恢复。Milligan和Soderman 3等对沉桩时桩周土体中的超孔隙水压力进行了研究，结果表明：离桩距离越远，超孔隙水压力消散越快。唐世栋4等通过对桩基础施工实测资料的分析，探讨了单桩情况下桩周土体中超孔隙水压力的大小、分

5、布规律及影响范围，结果表明：桩周土体中超孔隙水压力随距离分布呈对数衰减；桩土界面处的超孔隙水压力与土体的上覆有效压力有关；桩周土体中超孔隙水压力的影响范围可取20倍桩径；桩端周围土体中超孔隙水压力的影响范围可取10倍桩径。Hagerty和Peck5测量了在不同灵敏度的粘土中沉桩所引起的位移，发现灵敏度高的土体比灵敏度低的土体的位移要小。吴建国6等对某深基础群桩沉桩施工的施工过程进行了监测，分析了深基础群桩施工产生的土体位移的一般规律和影响。周火垚7在饱和软黏土中进行了3根足尺静压桩的压入试验，对桩周土体侧向位移与深度、距桩轴距离，地表隆起量与桩贯入深度、距桩轴距离的关系进行了研究。研究表明：距

6、地表深0.75倍桩长处土体侧向位移最大；桩身沉入0.2倍桩径时，地表隆起量最大。鹿群8等对静压沉桩时桩周土体的位移进行了观测，观测表明：由于已压入桩产生的明显遮幕作用，迎桩面的土体位移远大于背桩面；软硬交错的成层地基土可能产生上下反方向的位移，对桩身产生方向相反的侧向应力，使已压入桩发生反向挠曲，造成不利影响。上述研究成果，可以概括为以下几个方面：（1）对沉桩过程中桩周土体的应力场、位移场的研究；（2）沉桩产生的超孔隙水压力消散规律的研究；（3）沉桩前后土体的工程性质发生变化的研究；（4）桩承载力随时间增长的原因以及如何估算极限承载力的问题；（5）在静压沉桩时，如何准确地估算压桩力来合理选择压

7、桩机械，也就是桩侧和桩端阻力的如何计算的问题；对沉桩挤土效应进行研究，归根结底都是为了减小挤土效应对邻桩和周围建（构）筑物所带来的危害，国内外所采用的设置应力释放孔、设置防挤土槽、预钻孔沉桩、控制沉桩速率等但这些措施大多从外部环境（如软土地基）并且考虑减小沉桩挤土效应的措施都是被动措施，这些方法在减轻沉桩过程中产生的挤土效应的同时，在一定程度上增加了预制桩施工的环节、能源消耗、成本和工期，并没有从桩体内部（如桩身结构）改进。近年来，已有不少学者开展了改变桩身结构方面的前期工作，如周乾9等在混凝土桩体周边设置若干侧槽，并对其沉桩过程进行了超孔隙水压力观测，发现桩身侧槽具有加速超孔隙水压力消散的功

8、效。刘汉龙10等提出了现浇X形混凝土桩，通过沉桩效应现场试验，发现X形桩也能够较好地减轻土体侧向位移。目前研究表明：通过改变桩身形状或桩身结构，可以有效减轻沉桩效应对周围环境的不利影响。三、研究内容及实验方案： 针对6种不同布孔方式的有孔管桩进行极限承载力试验，研究不同布孔方式的有孔管桩承载力折减情况，分析桩孔对应力集中现象的影响，为桩身的布孔方式提供有力的试验依据，优化有孔管桩设计。1、试验准备阶段：（1）有孔管桩模型制作。购买不同材料、管径的管桩，并按照不同布孔方式在管桩桩身上钻孔，制作出相应的有孔管桩模型。（2）应变片安设。在各种布孔方式的有孔管桩的桩孔附近贴好应变片，用于观测加载过程中

9、桩孔的应力集中现象。2、试验进行阶段：（1）极限承载力试验1）将各种形式的管桩置于试验机下压头的中心处，移动横梁使上压头逐渐接近管桩，但不能接触管桩。2）用速度加2mm/min加压，使上压头接触管桩。3）试验速度在屈服前用2mm/min，屈服后5mm/min。4）一直加压，直到管桩破坏，然后卸载。（2）应力集中试验1）将有孔管桩上贴好的应变片按单臂电桥方式接入静态电阻应变仪的电桥中。2）将上述极限承载力进行分级，并进行加载。（3）试验数据记录与分析1）极限承载力数据。通过自动采取仪（电脑自动采取），分析桩体的应力应变曲线及其极限承载力。2）应变片数据量测。测出每级荷载作用下不同位置应变片的读数

10、，并换算成应力，分析不同级别荷载条件下桩孔位置处的应力集中现象。（4）成果整理。4、 目标、主要特色及工作进度 (一）目标通过对几种不同开孔方式的管桩进行承载力的试验研究，得出各管桩极限承载力的折减情况。分析不同布孔方式的管桩应力集中现象，优化有孔管桩的设计。（二）主要特色通过适当降低承载力的方法来减轻沉桩挤土效应和超孔隙水压力对邻桩造成的危害。在预应力混凝土管桩桩身上开孔，其极限承载力究竟折减多少、应力集中现象是否严重，这都是一片空白。因此，本作品将进行一系列有孔管桩极限承载力试验，深入研究在桩身上开孔及其布孔方式对管桩极限承载力的影响，同时研究桩孔应力集中问题。这些现象或规律的揭示，正是有

11、孔管桩技术应用推广的一个有力的技术支撑，为其提供可靠的试验基础。(三)工作进度第3周第4周、查阅并收集相关的国内外文献资料，完成开题报告和科技文献翻译。第5周第6周、根据任务书所给的资料，撰写论文详细提纲，完成绪论部分。第7周第8周，按照总体论文框架，对课题进行模型试验。第9周第14周，按照总体论文框架，对课题试验数据进行分析研究。第15周、完成论文初稿。第16周、完成毕业论文二稿。提交毕业论文打印并准备答辩。第17周，毕业答辩。5、 参考文献1 Housel W S, Burkey J R. Investigation to determine the driving characteris

12、tics of piles in soft clay. Proceeding 2nd International Conference on Soil Mechanics Foundations Engineering, 1948, 5: 146-154.2 Orrje O, Broms B B. Effects of pile driving on soil properties. Journal of the soil mechanics and foundation division, ASCE. 1967, 93(5): 59-73.3 V Milligan, L Soderman &

13、 A Rutka. Experience with Canadian Varced claysJ. J.S.M.F.D., ASCE, 1962, 88(4): 32-67.4 唐世栋, 何连生, 傅纵. 软土地基中单桩施工引起的超孔隙水压力J.岩土力学, 2002, 23(6): 725-732.5 Hagerty D J & Peck R B. Heave and lateral movements due to pile drivingJ. Journal of soil Mechanical foundations division, ASCE, 1971, 97(11): 1513-

14、1532.6 吴建国, 郑力, 李瑞珍. 深基础群桩挤土效应分析J. 地基基础工程, 2008, 11(10): 40-42.7 周火垚, 施建勇. 饱和软黏土中足尺静压桩挤土效应试验研究J. 岩土力学, 2009, 30(11): 3291-3296.8 鹿群, 张建新, 刘寒鹏. 考虑施工方向影响的静压桩挤土效应观测与分析J. 土木工程学报, 2011, 44(S2): 102-105.9 周乾, 何山, 吴发红, 戴龙洋, 仲跃. 弱挤土效应桩的设计与试验J. 四川建筑科学研究, 2011, 37(5): 103-106.10 刘汉龙, 金辉, 丁选明, 李健. 现浇X形混凝土桩沉桩挤土

15、效应现场试验研究J. 岩土力学, 2012, 33(S2): 219-224.11 雷金波, 陈超群, 章学俊. 一种用于深厚软基处理的PTC型带孔管桩P. 中国, 201020105398.2, 2010.12 雷金波. 一种双向对穿孔管桩P. 中国, 201120167970.2, 2011.13 巢航宇, 韦经杰, 刘智, 雷金波, 邓长飞, 王巍巍. 一种用于深厚软基处理的不对穿的有孔管桩P. 中国, 201220386816.9, 2012.14 韦经杰, 刘智, 雷金波, 巢航宇, 王巍巍, 邓长飞. 一种用于深厚软基处理的双向不对穿的有孔管桩P. 中国, 201220386953.2, 2012.15 刘智, 韦经杰, 巢航宇, 雷金波, 邓长飞, 王巍巍. 一种用于深厚软基处理的星状对穿孔管桩P. 中国, 201220386817.3, 2012.