人工挖孔抗滑桩护壁与桩身结构相互作用机理及其水平承载性状研究

Landslide is one of the hot issues in the current study of geological disasters. However, there is not any explanation of the design of protection wall of bored anti-slide pile in the present applicable codes and the protection wall is merely a temporary supporting structure in the engineering practice.Therefore, the interaction between the sectioned protection wall and integral pile body under the horizontal loading and the impact to horizontal bearing capacity character of the pile body caused by the sectioned protection wall are the important subjects in the theoretical calculation and engineering practice of pile foundation..This project will study interaction mechanism of sectioned protection wall and integral pile body under the horizontal load through the 1:5 physical model test and the analysis of 3-D numerical model. The numerical model and parameter will be checked by the result of the physical experiment. After that, the principle of interaction mechanism of sectioned protection wall and integral pile body under the horizontal load will be disclosed and the calculation method that the horizontal bearing capacity character formed by the sectioned protection wall structure to integral pile body will be summed up. The research will enrich the theory of pile foundation and provide fundamental basis for the calculation and design of bored anti-slide pile. Accordingly, it is significant in scientific research and application.

滑坡防治是当前地质灾害研究领域的热点之一，人工挖孔抗滑桩护壁的设计在现行规范中没有明确规定和说明，工程实践中仅仅将护壁结构当作临时性支护结构。水平荷载下分段式护壁结构与整体式桩身结构之间是如何相互作用的，分段式护壁结构将怎样改变桩身结构的水平承载性状，是桩基础计算理论和工程实践中一项重要课题。.本研究拟通过1:5的物理模型试验和三维数值分析，对分段式护壁结构、整体式桩身结构在水平荷载下的相互作用机理展开研究，用物理模型试验成果来校核数值计算模型及其参数，在此基础上，通过大量数值模拟计算来揭示水平荷载下分段式护壁结构与整体式桩身结构之间的相互作用机理，以及分段式护壁结构改变整体式桩身结构的水平承载性状的力学机制，总结分段式护壁结构对整体式桩身结构水平承载力贡献的计算方法。该研究将丰富桩基础计算理论，为人工挖孔抗滑桩设计与计算提供科学理论支持，因而具有较好的科学意义和应用价值。

以某典型黄土地层人工挖孔抗滑桩为背景，通过1:10 的物理模型试验和三维数值模拟试验，对分段式护壁结构与整体式桩身结构相互作用机理及水平承载性状、护壁对桩身水平承载力贡献的计算方法展开研究，完成的主要内容和取得的主要成果如下：.1、通过相似理论设计了水平荷载下有护壁桩与无护壁桩的室内对比模型试验，制作了模型土箱；通过配合比实验和黄土分层夯填能使模型土的压缩模量和抗剪强度基本满足相似要求。.2、室内对比模型试验结果表明：.（1）相同桩顶水平位移下，有护壁桩桩端土压力要大于无护壁桩桩端土压力，但其上部桩前被动土压力要小于无护壁桩。（2）各级桩顶水平位移下，有护壁桩桩身受拉钢筋最大应变均大于无护壁桩；随着桩顶水平位移的增加，有护壁桩桩身受拉钢筋最大应变增大比例先增加而后减小，护壁受压区混凝土应变对桩身混凝土压应变的增大比例变化趋势类似，但增大比例明显较高。（3）护壁增加了桩身横截面面积和抗弯刚度，在相同桩顶水平位移作用下，有护壁桩控制截面弯矩要大于无护壁桩，显示了护壁对提高桩身水平承载力的贡献。.3、分段式护壁、整体式桩身及围岩系统三维数值模拟分析结果表明：.（1）分段式护壁对桩身水平承载力的影响主要有两个方面：一是护壁增大了桩身抗弯刚度，使桩身水平抗弯能力增强；二是护壁增大了桩土接触面积，增大了土对桩的横向抗力。（2）桩弯曲变形时，桩与护壁之间摩擦较桩-土间摩擦大很多，护壁（呈箱形）对桩身有箍束作用，从而使桩身应力向护壁结构转移。.4、考虑分段式护壁结构对桩身水平承载力的贡献度及计算公式.（1）建议只考虑受压区护壁混凝土对桩身水平承载力的贡献，不考虑受拉侧护壁混凝土和护壁钢筋对桩身水平承载力的贡献。（2）假定无护壁桩的截面宽度为b、高度为h、护壁厚度为d，有护壁桩等效截面可按宽度b’=b+2d、有效高度h0’=h0+d进行计算。（3）可按单筋矩形截面梁受弯承载力公式计算桩身截面最大水平承载力，从而得到护壁对桩身水平承载力的贡献度 的计算公式。（4）工程实践中，建议考虑护壁混凝土强度折减系数 和施工质量折减系数 ，并建议最终贡献度不超过20%。.本研究初步揭示了分段式护壁结构与整体式桩身结构之间的相互作用机理，首次提出了分段式护壁结构对整体式桩身结构水平承载力的贡献度及计算公式，丰富了黄土地区人工挖孔抗滑桩结构计算理论，对西部地区人工挖孔抗滑桩工程实践具有较好的参考价值。