[01606051]纵贯全寿命周期的静压开口混凝土管桩承载性能研究及优化设计

1、课题来源与背景 本项目为自选项目,研究历时10余年,基本囊括了我国管桩业从兴起到繁盛,再到目前面临新挑战各个时期工程应用和研究的热点问题,研究内容覆盖了管桩从生产、施工直至服役的全过程。 2、应用领域和技术原理 主要应用领域：建筑业。 技术原理：以时间为轴,以管桩制作之初为0 时刻,管桩经历了“生产”、“设计”、“施工”、“静置”、“服役”5个阶段。管桩厂内的生产过程决定了桩身结构的抗压、弯、剪承载性能,管桩运至场地施工后,桩基承载性能的控制条件便转而以考察桩-土体系为主。为此,本项目跟踪管桩生命周期内各过程,分阶段而又互为联系地研究了管桩的承载性状,并提出了优化设计方法。 3、性能指标 提出混凝土管桩从生产制造、到现场施工、直至长期服役全生命周期的承载性能评价体系,系统研究管桩结构承载力,以及与施工效应和时效性密切相关的桩-土体系承载性能,最大程度地促进混凝土管桩的合理化设计和施工。 本项目主要技术指标如下： 1)研发新型混凝土管桩,提高社会和经济效益; 2)提出管桩竖向承载力设计方法,修正现有设计理论; 3)揭示管桩施工效应,实现压桩力的精确预测; 4)提出“隔时复压试验”,开展承载力“时间效应”足尺试验研究; 5)研发采用光纤传感技术测试桩身应力的新装置,揭示管桩承载性状。 4、与国内同类技术比较 虽然目前国内外针对混凝土管桩开展了一些研究,但对其承载特征认识仍不充分,这主要是源于现有的研究点是孤立的,并未从纵贯全寿命周期的角度予以考虑。为此,本研究跟踪管桩生命周期内各过程,分阶段而又互为联系地研究了管桩的承载性状。按管桩经历的过程顺序,采用现场足尺试验、室内物理模型试验、理论计算、数值模拟等方法开展了系统的应用基础型研究、研发推广并提出了优化设计方法。 5、成果的创造性、先进性 成果的创造和先进性主要体现在： 1)纵贯“生产”、“设计”、“施工”、“静置”、“服役”五个阶段,从全寿命周期的角度对静压开口混凝土管桩的承载性能展开系统研究; 2)利用FBG光纤传感技术对静压开口混凝土管桩的侧阻退化效应、残余应力及承载力时效性开展现场足尺试验研究。 6、作用意义 本项目针对混凝土管桩在工程应用和基础研究方面热点和难点问题,依托二十多年来对深基础领域的研究基础,深入开展土塞效应、残余应力、挤土效应、侧阻退化效应及沉桩阻力等方面的试验和理论计算,全面揭示管桩施工效应,并以此为基础实现压桩力的精确预测,提出相应的终压标准;同时,针对普通混凝土管桩抗弯、剪能力差的问题,研发并推广主筋加强型混凝土管桩,提高社会和经济效益;此外,研究中将“隔时复压试验”用于“时间效应”的研究,实现管桩长期承载力增长规律的精确预测;研发了一种采用光纤传感技术来测试管桩桩身应力的新装置,并将该装置应用于现场足尺试验,全面揭示混凝土管桩的承载力性状。在试验研究和理论分析的基础上,提出管桩竖向承载力优化设计方法,修正现有设计理论。研究成果将为我国建筑业的发展和现代化建设提供理论支持,意义显著。 7、推广应用的范围、条件和前景 近二十年来,预应力（高强）混凝土管桩在我国的工程建设中广为应用,它以其承载性能佳、施工快捷、成本低等综合优势迅速成为了建（构）筑物桩基的主流。近些年,山东省的管桩生产企业如雨后春笋般在各地市崛起,现拥有山东建华管桩、中瑞管桩、鸿泰管桩等成规模生产企业近二十家,全省年生产能力超4000万延米。混凝土管桩在我省已呈现与灌注桩并驾齐驱的态势。管桩的应用扩张几乎是伴随着静压法施工展开的,静压管桩、特别是易于贯入的桩端开口型管桩是最主要的使用形式。然而,静压管桩在近些年的应用中也暴露出一些问题,例如上海莲花小区采用管桩基础的在建高层建筑的倒塌,又如软土地区施工中频繁出现的管桩上浮和倾斜断桩的工程事故,等等,不仅给国家造成巨大的经济损失,而且给工程安全和人民生命财产造成了巨大威胁。 随着我国现代化建设进程的加速,在基础设施建设中对于混凝土管桩的需求将进一步提高。因此从“生产”、“设计”、“施工”、“静置”、“服役”五个阶段,从全寿命周期的角度对静压开口混凝土管桩的承载性能展开系统研究,对现有的设计方法进行优化,提升施工水平,具有明显的紧迫性和必要性,同时具有广阔的应用前景,经济效益显著。 8、存在的问题和改进意见 因各方面因素限制,还未对混凝土管桩动力响应方面开展系统研究。