旋挖挤扩灌注桩挤扩效应的模拟方法技术

本申请涉及桩基承载技术领域，公开了一种旋挖挤扩灌注桩挤扩效应的模拟方法。所述方法通过室内土工试验确定土体在不同围压下的孔隙比，以及所述孔隙比下的相关土体参数；根据所述相关土体参数构建有限元模型，利用所述有限元模型模拟挤扩臂对土体挤扩过程中所述土体的应力变化和位移变化；根据挤扩后所述土体的平均应力，确定所述土体的材料参数，并进行桩基建模。本申请实施例适用于多种土体，可以有效估算挤扩效应对于旋挖挤扩灌注桩承载力的提升，解决挤扩成盘桩中工程计算与实际承载力相差较大这一问题。力相差较大这一问题。力相差较大这一问题。

【技术实现步骤摘要】
旋挖挤扩灌注桩挤扩效应的模拟方法


[0001]本申请涉及桩基承载
，具体涉及一种旋挖挤扩灌注桩挤扩效应的模拟方法。

技术介绍

[0002]旋挖挤扩灌注桩是在钻(冲)形成桩孔后，向孔内下入专用的旋挖挤扩装置。通过液压装置来控制挤扩臂的扩张与收缩，按照既定的承载力要求和桩身所在的不同地层条件，在桩身不同位置处旋挖挤扩出上下镜像的圆台状承力盘腔后，放入钢筋笼，灌注混凝土，形成由桩身、承力盘和桩根共同承载的桩型。
[0003]对比传统直桩，旋挖挤扩灌注桩多出了承力盘构件来承担桩身上部荷载，同时可以根据土层特性选定承力盘位置，更好地发挥土层的承载力特性。据相关研究结果表明，旋挖挤扩灌注桩的竖向承载力大约是等直径直孔桩的1.5～2倍，其水平承载力大概是等直径的直孔桩的1.5倍。而旋挖挤扩灌注桩相较于传统直桩，只增加了桩身外部承力盘处的混凝土用量，却很大得提升了相应的承载力，具有良好的承载性能和经济效益。
[0004]旋挖挤扩灌注桩共有两种成桩方式。一种是挤扩成盘，具体是在钻挖成孔后下入专用的挤扩设备，挤压承力盘处土体形成承力盘腔，此后下放钢筋笼、灌注混凝土成桩。另一种是切削成盘，具体是在钻挖成孔后通过挤扩臂、切土刀切削承力盘出土体形成承力盘腔，随后下方钢筋笼、灌注混凝土成桩。
[0005]两种不同的成盘方式适用于不同特性的土层。但由于挤扩成盘桩相较于切削成盘桩挤密了承力盘周围的土体，造成了周围土体承载性能的提高，从而提高了挤扩成盘的旋挖挤扩灌注桩的承载力。而在相关规程《三岔双向挤扩灌注桩设计规程》JGJ171
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2009与《铁路工程旋挖挤扩灌注桩技术规程》Q/CR9401
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2017中，也并未考虑挤扩效应这一因素，造成了工程设计与实际承载力有较大差异。且在相关的数值模拟中，也往往未针对挤扩桩承力盘周围的土体做相应的处理，造成了计算结果与工程实际有一定的差距。

技术实现思路

[0006]本申请实施例提供了一旋挖挤扩灌注桩挤扩效应的模拟方法，以解决现有技术中，因未考虑挤扩效应这一因素，造成了工程设计与实际承载力有较大差异的问题。
[0007]为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了一种旋挖挤扩灌注桩挤扩效应的模拟方法，所述方法包括：
[0008]通过室内土工试验确定土体在不同围压下的孔隙比，以及所述孔隙比下的相关土体参数；
[0009]根据所述相关土体参数构建有限元模型，利用所述有限元模型模拟挤扩臂对土体挤扩过程中所述土体的应力变化和位移变化；
[0010]根据挤扩后所述土体的平均应力，确定所述土体的材料参数，并进行桩基建模。
[0011]本申请实施例中，通过室内土工试验确定土体在不同围压下的孔隙比，以及所述
孔隙比下的相关土体参数；根据所述相关土体参数构建有限元模型，利用所述有限元模型模拟挤扩臂对土体挤扩过程中所述土体的应力变化和位移变化；根据挤扩后所述土体的平均应力，确定所述土体的材料参数，并进行桩基建模。本申请实施例适用于多种土体，可以有效估算挤扩效应对于旋挖挤扩灌注桩承载力的提升，解决挤扩成盘桩中工程计算与实际承载力相差较大这一问题。
[0012]可选地，所述利用所述有限元模型模拟挤扩臂对土体挤扩过程中所述土体的应力变化和位移变化，包括：
[0013]为所述挤扩臂施加刚体约束，通过控制所述挤扩臂水平方向位移挤压所述土体；
[0014]针对所述土体构建土体网络，并确定所述土体的应力变化和位移变化。
[0015]可选地，所述挤扩臂包括第一臂和第二臂，所述第一臂的一端和所述第二臂的一端通过铰连接器连接；所述为所述挤扩臂施加刚体约束，通过控制所述挤扩臂水平方向位移挤压所述土体，包括：
[0016]为所述第一臂和所述第二臂施加刚体约束；
[0017]通过控制所述铰连接器水平方向位移约束所述第一臂和所述第二臂的开合；
[0018]通过所述第一臂和所述第二臂的开合，挤压所述土体。
[0019]可选地，所述为针对所述土体构建土体网络，包括：
[0020]根据所述铰连接器和所述桩基底部，将所述土体水平划分为三部分；
[0021]针对每部分土体，使用结构划分构建所述土体网络。
[0022]可选地，所述通过所述第一臂和所述第二臂的开合，挤压所述土体，包括：
[0023]对与所述挤扩臂接触的土体设置倒角，并根据所述第一臂和所述第二臂的开合，对所述土体施加水平方向约束。
[0024]可选地，所述根据挤扩后所述土体的平均应力，确定所述土体的材料参数，并进行桩基建模，包括：
[0025]根据所述土体网络获取所述土体的平均应力；
[0026]根据所述土体的平均应力，设定所述土体的材料参数，并进行桩基建模；
[0027]其中，所述土体的材料参数包括质量密度、内摩擦角、黏聚力、弹性模量、泊松比中的一项或多项。
[0028]可选地，所述通过控制所述铰连接器水平方向位移约束所述第一臂和所述第二臂的开合，包括：
[0029]通过所述第一臂、所述第二臂和所述铰连接器间的位移耦合，以及控制所述铰连接器水平方向位移，实现所述第一臂和所述第二臂的开合。
[0030]本申请实施例附加的方面和优点将在下面的描述部分中给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0031]本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0032]图1为本申请实施例提供的旋挖挤扩灌注桩挤扩效应的模拟方法的流程图；
[0033]图2为本申请实施例提供的有限元模型的示意图；
[0034]图3为本申请实施例提供的挤扩臂的结构示意图；
[0035]图4为本申请实施例提供的土体划分为三部分的示意图；
[0036]图5为本申请实施例提供的为土体设置的关于质量密度方面的相关参数的示意图；
[0037]图6为本申请实施例提供的建模生成桩基的结构示意图；
[0038]图7为本申请实施例提供的挤扩成盘桩与切削成盘桩的荷载位移曲线对比图；
[0039]图8为本申请实施例提供的挤扩成盘桩与切削成盘桩的承力盘阻力
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上拔荷载对比曲线图；
[0040]图9为本申请实施例提供的挤扩成盘桩与切削成盘桩的承力盘阻力
‑
上拔位移对比图；
[0041]其中，1
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挤扩臂；11
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第一臂；12
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第二臂；13
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圆孔；14
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铰连接器；2
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土体；21
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第一部分土体；22
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第二部分土体；23
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第三部分土体；3
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桩基。
具体实施方式
[0042]下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旋挖挤扩灌注桩挤扩效应的模拟方法，其特征在于，所述方法包括：通过室内土工试验确定土体在不同围压下的孔隙比，以及所述孔隙比下的相关土体参数；根据所述相关土体参数构建有限元模型，利用所述有限元模型模拟挤扩臂对土体挤扩过程中所述土体的应力变化和位移变化；根据挤扩后所述土体的平均应力，确定所述土体的材料参数，并进行桩基建模。2.根据权利要求1所述的旋挖挤扩灌注桩挤扩效应的模拟方法，其特征在于，所述利用所述有限元模型模拟挤扩臂对土体挤扩过程中所述土体的应力变化和位移变化，包括：为所述挤扩臂施加刚体约束，通过控制所述挤扩臂水平方向位移挤压所述土体；针对所述土体构建土体网络，并确定所述土体的应力变化和位移变化。3.根据权利要求2所述的旋挖挤扩灌注桩挤扩效应的模拟方法，其特征在于，所述挤扩臂包括第一臂和第二臂，所述第一臂的一端和所述第二臂的一端通过铰连接器连接；所述为所述挤扩臂施加刚体约束，通过控制所述挤扩臂水平方向位移挤压所述土体，包括：为所述第一臂和所述第二臂施加刚体约束；通过控制所述铰连接器水平方向位移约束所述第一臂和所述第二臂的开合；通过所述第一臂和所述第二臂的开合，挤压所述土体。4.根据权利要求3所述的旋挖挤扩灌注桩挤扩效应的模拟方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立宏，蔡崇德，王志冲，张启迪，冯龙辉，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：