薄壁锥端注浆微型钢管桩抗拔承载特性的现场试验

解决新时期电网“绿色建设”的需求,研发并应用新型环保型杆塔基础是电网建设中的首要任务之一。本文提出一种改进的薄壁锥端注浆微型钢管桩,通过现场试验,研究该类钢管桩的抗拔承载特性。以双楼—交河220 kV线路工程为背景,设计出159和203 mm两种桩径、5和8 m两种埋深、注浆与不注浆两种条件,共18根钢管桩,开展18组试验桩的现场抗拔承载特性试验,对比分析了注浆作用对不同型号抗拔桩荷载位移曲线、抗拔承载力及桩周土体破坏模式的影响;基于现场试验获取的桩土界面破坏机制,建立桩土体系的有限元模型,对钢管桩上拔变形破坏过程进行数值模拟分析,重点佐证了现场试验中得出的桩土界面破坏模式;通过测试注浆前后桩周土体的抗剪强度参数和微观结构,分析注浆作用对桩周土体影响的宏微观机制。结果表明:1)注浆前后钢管桩荷载位移曲线由陡变型转变为缓变型,塑性变形特性增强;2)注浆前后,钢管桩抗拔承载力提高59%~148%,提高幅度与其长细比呈负相关;3)未注浆钢管桩发生破坏时,地表土体鲜见裂缝,桩体近乎被抽出,注浆钢管桩破坏时地表土体出现径向与环向裂缝;4)注浆过程中的浆液向土体空隙中不断渗透,充填了大量空隙,从而加固了桩周土体,最终在钢管桩周围形成水泥固结体,并与桩周土体之间形成剪切面,这一结论同时得到数值模拟结果的佐证。注浆作用对钢管桩抗拔承载力的影响机制主要体现在有效剪切面积的加大和桩周土体侧摩阻力的提高两个方面。工程应用表明,该桩型具有施工周期快、承载力高、对周围环境破坏小的优点,在双楼—交河220 kV线路工程中应用效果良好。

后注浆钢管桩桩-土界面力学特性及微观结构

后注浆微型钢管桩具备施工速度快、布置形式灵活、承载力高等优点,在输电线路基础工程中具有广阔的应用前景。目前有关注浆后桩-土界面力学行为与强度特性尚未得到定量认识,因此,需要开展后注浆钢管桩桩-土界面力学特性及微观结构的试验研究。依托国网沧州东光北变220 kV线路工程,对原状土和不注浆钢管桩、后注浆钢管桩桩侧不同水平距离处土体及桩-土界面进行现场取样,通过室内试验分析了注浆作用对土样变形及抗剪强度参数的影响,借助微米CT扫描仪和扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)测试手段,从微观层面对比分析注浆作用下桩-土界面结构的变化及浆液进入原状土体的程度及分布特征。结果表明:注浆后浆液的渗入使得土体结构更加密实且黏聚力明显增大,但浆液影响范围有限。研究成果可为该桩型加固机理的揭示及工程设计提供参考依据。