消除负摩阻力扩体挤密桩的研制及力学特性分析

针对湿陷性黄土地区等不良土质地区的桩基负摩阻力问题,提出一种既可以消除负摩阻力,又能提高承载力的扩体挤密新型桩,对其结构构成和工作机理进行详细阐述。根据扩体挤密桩的结构特性,建立扩体装置扩张的菱形孔扩张模型,采用复变函数方法,求解了扩体装置扩张的弹塑性解及极限扩张角,推导出该新型桩的单桩极限承载力计算公式。结合算例采用有限元法和提出的理论计算方法对该新型桩的挤土效应和承载特性进行了分析。结果表明:扩体装置对土体应力的影响范围约为扩体装置扩开宽度的2倍~3倍;扩体装置扩张形成的塑性区范围大小在竖直方向上和水平方向上基本相等;各扩体装置承力时具有一定的顺序效应和时间效应,扩体装置的承力能力与周围土体的性质有关;数值模拟结果与理论计算结果基本一致,验证了理论分析方法的正确性;与普通直桩及套管桩相比,扩体挤密桩消除负摩阻力效果良好,提高承载力作用显著,受力机制科学合理,为湿陷性黄土地区桩基工程的设计提供一定的理论依据和参考。