非挤土PHC管桩的后注浆承载机理及失效破坏研究

The drilling with pre-stressed concrete pile cased (DPC) pile is a new type of non-squeezing PHC pipe pile with diameter of 800mm to 1400mm, which has the advantages of fast construction speed, high bearing capacity, green environmental protection and so on. As a newly developed foundation, the DPC pile is suitable for urban areas with high dense buildings and pipelines, yet its bearing mechanism and failure mode are still in the exploratory stage. .This project aims to study the bearing mechanism and failure mode of the non-squeezing PHC pipe pile corresponding to DPC piles under the condition of post grouting. Firstly, based on the contact interface theory and load-transfer theory, the shear-slip mechanical model for contact interface is established and will be validated through model tests. On this basis, the theory and FE analysis model of non-squeezing PHC pipe pile-soil interaction will be further presented with the aid of 1D compression bar theory for the pipe pile and ABAQUS subroutine for the shear-slip mechanical model, which will be verified and corrected by comparing results with those of static load tests and model tests. Finally, the above two analysis models will be applied to reveal the bearing mechanism and failure mode of non-squeezing PHC pipe pile with post grouting, and the corresponding simplified approach will be further proposed, which would provide a scientific support for the design of the non-squeezing PHC pipe pile with post grouting.

随钻跟管桩是一种非挤土的大直径（800mm～1400mm）PHC管桩桩型，具有施工速度快、承载力高、绿色环保等优点，适用于城市建筑与管线高密集地区；作为一种最新研发的桩型，其承载性能的研究仍处于探索阶段。.本项目以随钻跟管桩为工程背景的非挤土PHC管桩作为研究对象，对其后注浆承载机理及失效破坏模式展开研究。首先，基于接触界面理论与荷载传递理论，建立接触界面的剪切-滑移力学模型，并开展相应的模型试验进行验证和修正；在此基础上，结合管桩一维杆件理论和编制的ABAQUS界面力学模型子程序，分别建立能够考虑注浆影响的非挤土PHC管桩与地基共同作用的理论与有限元分析模型，并利用现场测试成果、模型试验数据对其进行验证和修正；最后，应用建立的共同作用分析模型，揭示不同条件下非挤土PHC管桩的注浆承载机理与失效破坏模式，并提出相应的承载力简化分析方法，为考虑注浆影响的非挤土PHC管桩设计提供科学依据。

以随钻跟管桩为工程背景的非挤土PHC管桩基础，解决了传统锤击法和静压法管桩难以入岩、挤土效应明显、单桩承载力低的技术难题。作为一种最新研发的大直径非挤土管桩桩型，需要进行桩侧注浆和封底混凝土灌注，其承载机理有别于传统挤土管桩和钻孔灌注桩基础。为此，本项目通过一些列室内模型试验、现场原位试验、有限元模拟和理论分析等手段，开展非挤土PHC管桩的后注浆承载机理及失效研究；研究了注浆前后非挤土PHC管桩-土体的接触界面剪切力学特性；对比分析了不同管桩桩型在砂土层的承载力差异；探讨了桩底沉渣、桩端构造、孔壁塌孔等工况下非挤土PHC管桩基础的承载性能及破坏模式，最后提出了非挤土PHC管桩基础的后注浆承载力计算方法。 .本项目研究表明：非挤土管桩的桩侧后注浆工艺能提高50%以上的桩侧摩阻力，且达到极限状态时的桩-土相对位移减少；大直径非挤土PHC管桩主要为端承摩擦型桩，端阻比通常小于35%；桩底沉渣明显降低非挤土PHC管桩承载力，设置桩底扩大头构造或灌注一定厚度封底混凝土能有效提高嵌岩非挤土管桩基础承载性能；桩侧注浆体的面积与厚度是影响桩侧摩阻力发挥的重要因素，桩侧注浆量约为理论计算值的3-5倍；非挤土管桩承载力比泥浆护壁灌注桩的大10%以上，保守起见可按泥浆护壁灌注桩的承载力计算公式进行非挤土管桩设计；非挤土管桩施工对桩周土体影响仅为锤击法或静压法管桩施工的17%～21%。.本项目共发表学术论文8篇，其中EI收录7篇；获得相关授权发明专利3件，授权实用新型专利1件；共同培养博士后3名，硕士研究生1名。研究成果已应用于大直径非挤土PHC管桩工程项目，为以随钻跟管桩为工程背景的大直径非挤土PHC管桩施工、设计及工程应用提供了重要的技术支持。项目完成了计划书的全部考核指标。