静压管桩技术无噪音、无泥浆污染、对周边环境影响小,是一种绿色环保施工技术,极具推广应用价值。作为一种全新的基础类型,其承载性能及施工过程中周边环境的力学响应是关注的核心,而这两方面的问题均受制于管桩从生产直至服役的各个阶段。基于此,本研究以时间为轴,纵贯“生产”、“设计”、“施工”、“静置”、“服役”5 个阶段,采取理论分析→数值模拟→试验研究→归纳分析→提出结论的思路,宏观与细观研究技术相结合,对开口混凝土管桩的承载性能开展研究,从全寿命周期的角度对管桩的承载性能展开系统研究。本研究先后依托2项国家基金、1项教育部博士学科点专项科研基金,研究体系完整,研究成果在国内外学术期刊上发表学术论文23篇,其中SCI收录4篇,EI收录19篇;已授权专利7项(发明2项、实用新型5项)、另有10项专利(发明6项、实用新型4项)正在审查中。 研究的内容及方法:(1)研制加强型管桩,采用足尺试验对其桩身抗弯剪性能进行评价;(2)采用理论解析、足尺试验、物理模型试验及数值模拟相结合的方法,揭示不同地质条件下的静压阻力并实现可视化预测;(3)采用理论解析、数值模拟和足尺试验,研究施工过程及休止期内桩-土体系的力学响应和演变,研制有效措施进一步减轻对周边环境的影响;(4)建立大型静压桩试验数据库,完成静力压桩过程及服役性能的相关性研究,实现静压桩的节能设计优化。本研究的成果为静压桩及相关领域的应用和研究提供了丰硕和坚实的依据。其中,在国内首次提出了“位移贯入法”,从而使桩的静力压入的数值模拟得以实现,为国内相关的研究垫定了基础,具有开拓性的意义。课题组研制的加强型混凝土管桩解决了普通混凝土管桩抵抗水平荷载能力差的缺陷。且相比灌注桩或钢管桩,加强型混凝土管桩仍具有低价、快捷、环保的优势。目前这种新型管桩已推广应用至宁波、温州、杭州等地的项目中,创造了显著的社会和经济效益。建立了2000根静压桩的载荷试验数据库,并结合自行研发的“隔时复压法”,将管桩的“时间效应”纳入到竖向承载力的设计优化中。利用较短时间内“隔时复压试验”的复压结果,确定长期承载力增长规律,并运用到静压桩的优化设计中,同时采用复压调节系数和安全系数对结果进行修正,以提高设计方法的准确性。该方法已在青岛、珠海、太原等地的数十个工程的设计中以验证和应用,有效地减少了管桩的设计长度,节约成本和缩短工期达15%以上,社会和经济效应显著。项目研究至今,我国静压桩每年的使用量均超过1亿延米,产值达100多亿人民币,工程应用领域已从建筑业拓宽到铁路、公路与桥梁、港口、水利、市政等众多工程领域,在未来的5-10年内还将保持持续的增长。本项目的研究成果在工程领域的应用,将切实提高了建设单位和施工单位的经济效益,同时也为相关领域理论的发展、技术的进步提供一定的推动作用。