软黏土中劲性复合桩水平承载特性p–y曲线研究

劲性复合桩(SC桩)是一种将高强度混凝土桩与水泥土桩相结合的新型桩基。为研究软黏土中SC桩水平承载力理论计算方法,将水泥土视为硬黏土,基于现有软黏土和硬黏土中桩基的p–y曲线形式,考虑水平荷载作用下桩周水泥土和软黏土的土抗力分担比例,推导了p–y曲线中两个重要参数p_u和y_(50)的修正因子,进而建立了软黏土中SC桩水平承载特性p–y曲线计算方法。通过与3个现场试验的实测结果的对比分析,验证所建立的p–y曲线法的准确性与可靠性,继而开展SC桩水平受荷性能影响因素分析。结果表明:所建立的理论计算方法可以有效预测SC桩的水平承载特性,且当桩身变形较大时应考虑混凝土芯桩的非线性影响。水泥土桩桩径(D)对SC桩水平承载性能影响显著,当水泥土桩与混凝土芯桩的桩径比(D/d)从1.0增至3.0时,120 kN水平荷载下的桩头位移从25.8 mm减至5.1 mm,且桩身最大弯矩值减小51.0%;桩身水平承载性能受水泥土桩桩长(L)的影响较大,但当长径比(L/d)超过10后,桩身内力位移趋于稳定值;适当地增加水泥土桩强度与混凝土芯桩弹性模量也可提高SC桩的水平承载性能。     

云南泥炭质土层劲性复合桩承载力特性研究

泥炭质土作为云南地区特有的土质,是一种特殊的软土地基,这使得桩基的选择成为重中之重。劲性复合桩作为一种新型组合桩型,是利用水泥土桩内部插入相应芯桩组合而成,对整体承载性能有很大提升,并且对软土地基处理有着良好的效果。本文通过室内模型试验,研究不同芯桩长度及不同截面大小的劲性复合桩的荷载—沉降曲线、桩身轴力及桩身侧摩阻力,得出劲性复合桩在荷载作用下的承载特性。试验表明：劲性复合桩荷载沉降曲线呈“缓降”型,表现为大直径桩的承载特性;芯桩承担主要荷载,轴力与摩擦力在芯桩底端截面处发生突变。     

软黏土中冲刷坑尺寸对水平向受荷桩承载性能影响分析

冲刷会导致基础的承载力降低甚至结构的失稳。在实践中往往忽略冲刷坑的几何形状,这对冲刷后水平向受荷桩承载性能评估带来偏差。文中基于传统软黏土p-y曲线,提出修正后的p-y曲线,使其能够用于冲刷后软黏土中水平向受荷桩承载性能计算。结果表明:相比于考虑了冲刷坑尺寸的情况,忽略冲刷坑尺寸会导致桩顶位置水平向位移大10%～19%,弯矩大6%～8%;冲刷坑深度对结果影响最大,冲刷坑坡角影响最小,而冲刷坑宽度增加到8倍桩径之后其影响可以忽略不计。     

砂土中大直径单桩水平受荷离心模型试验

大直径桩基在海洋工程中已越来越广泛应用。针对目前API规范p-y曲线对水平受荷大直径单桩的不适用性,通过离心模型试验研究了砂性土中大直径单桩分别在水平静力和循环荷载作用下的受力和变形特性。验证了通过实测桩身弯矩推算桩身变形和桩周土反力的有效性,分别获得了干砂和饱和砂的大直径单桩水平静力p-y曲线。在修正p-y曲线初始刚度的基础上,采用双曲线型p-y曲线分析了水平受荷大直径单桩的内力和变形。揭示了水平单向循环荷载下大直径单桩的桩身变形及内力变化特性,试验结果显示桩身变形和最大弯矩近似与循环次数的对数线性相关。最后,由各循环次数下的桩身弯矩获得了大直径单桩水平循环p-y曲线,提出了循环应力比相关的p-y曲线循环弱化因子,以及相应的桩基变形累积和内力变化分析方法。     

海洋高桩基础水平单调及循环加载现场试验

开展了海洋软黏土中 2 根大直径高桩基础的现场水平单调和循环加载试验,实测获得了桩顶荷载 – 位移关系、桩身变形和桩身弯矩及桩侧土压力和孔隙水压力,揭示了水平单调和循环荷载作用下桩土相互作用规律及桩基水平位移和桩身弯矩发展规律。利用实测桩身水平位移推算了桩周土反力,在此基础上提出了相应的双曲线型 p – y 曲线,通过引进 Poulos 循环弱化模型建立了水平循环荷载作用下的桩基双曲线型 p – y 曲线分析模型,水平单调及循环荷载作用下桩顶荷载 – 位移关系、桩身变形和桩身弯矩及桩侧土压力等计算结果与实测值均吻合良好。通过现场试验发现规范 p – y 曲线法计算结果偏保守的主要原因是所采用的 p – y 曲线的刚度偏小;不同时段的循环荷载对桩基循环累积变形有叠加效应。 建议设计中应考虑桩基全寿命服役期内所承受的所有循环荷载的影响, 对于重要工程应开展相应的现场水平加载试验,实测桩身水平位移或桩身弯矩,进而利用所推算的桩周土反力来分析桩基受力变形及承载力。     

斜坡基桩p-y曲线及水平承载计算方法研究

斜坡基桩p-y曲线及其计算方法值得深入研究。在Matlock黏土p-y曲线及双曲线型砂土p-y曲线基础上,建立黏、砂性土坡p-y曲线,相应地推导基桩挠曲微分方程及桩身内力与位移分析的有限差分法解,并将其与Matlock试验及室内模型试验进行对比验证。对比分析表明:由理论方法计算得到的桩身水平位移及弯矩值与实测结果均吻合较好,最大计算误差均控制在20%以内。且桩顶水平荷载和斜坡坡度越大,计算误差越大。桩身最大弯矩约出现在地面以下3~6倍桩径范围内,桩身最大弯矩及第一弯矩零点埋深均随坡度或桩顶水平荷载增加而增大。为提高斜坡基桩桩身抗弯承载力,地面以下6倍桩径范围内应增加桩身配筋,且应通长配筋。     

桩基础承载性状ANSYS分析

利用有限元软件ANSYS分析土的参数、桩长、桩径对桩基础承载变形特性的影响,得到了它们的荷载沉降曲线、桩身应力曲线、桩身轴力曲线等,通过这些曲线对它们的荷载传递规律以及变形特性进行了深入的分析,发现当桩长达到一定长度后,增加桩长来提高桩基承载力是不经济的。     

混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基现场试验研究

混凝土芯水泥土搅拌桩是在水泥土搅拌桩外壳施工完成后插入预制混凝土芯所形成的一种新型复合桩。现有研究对混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的承载力机理讨论很少。为完善混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基承载力理论,依托南京绕越高速东北段软基处理工程,通过埋设传感元件,借助复合地基载荷板试验和静力触探试验,分析了其承载力机理。试验结果表明:混凝土芯水泥土搅拌桩的地基加固效果要优于同直径同桩长的水泥土搅拌桩;混凝土芯的插入,有效增大了混凝土芯水泥土搅拌桩的竖向抗压强度;混凝土芯与水泥土搅拌桩外壳之间能有效传递剪应力,且水泥土搅拌桩外壳的大表面积保证了桩土间不会发生剪切破坏;相同的上部荷载下,混凝土芯水泥土搅拌桩复合地基的桩土应力比要大于水泥土搅拌桩复合地基;混凝土芯水泥土搅拌桩施工对桩周土体有一定的挤密加固效果。     

黄河三角洲粉土中水平受力桩p-y曲线试验研究

p-y曲线法在国内外的桩基设计中广泛使用,但对于黄河三角洲新近沉积粉土的p-y曲线尚缺乏研究。通过室内模型试验,根据桩身弯矩、桩身水平位移与桩周土抗力三者之间的关系,得出黄河三角洲饱和粉土地基单桩p-y曲线,并与美国石油学会API推荐的p-y曲线以及现有的两种粉土p-y曲线进行比较。对比发现:API推荐的p-y曲线有偏大的初始土抗力及偏小的极限土抗力,而现有的两种粉土p-y曲线有偏大的极限土抗力。最后给出了在黄河三角洲粉土地区桩基设计的建议。     

橡胶水泥土桩复合地基的承载性状

通过橡胶水泥土桩复合地基室内载荷试验,研究了橡胶水泥土桩复合地基的承载特性及橡胶粉掺量的影响。对于橡胶水泥土单桩复合地基,桩土荷载随上部荷载变化存在再分配过程。桩土应力比在加载过程中非定值,曲线呈上单凸峰变化。褥垫层厚度对橡胶水泥土单桩复合地基的桩土应力比同样有调节作用。随着橡胶粉掺量的增加,复合地基的比例界限值增加;桩身的应变增大并沿随桩身高度呈显著线性变化;桩土应力比值减小。研究表明,合理调整桩身橡胶粉掺量可以优化桩土应力比,改善复合地基承载性能。     

Bearing and uplift capacities of under-reamed piles in soft clay underlaid by stiff clay using lower-bound finite element limit analysis

Ensuring a safe foundation design in soft clay is always a challenging task to engineers. In the present study, the effectiveness of under-reamed piles in soft clay underlaid by stiff clay is numerically studied using the lower-bound finite element limit analysis (LB FELA). The bearing and uplift capacities of under-reamed piles are estimated through non-dimensional factors N_cul and F_cul, respectively. These factors increased remarkably and marginally compared to N_cul and F_cul of the piles without bulbs when the bulb is placed in stiff and soft clay, respectively. For a given ratio of undrained cohesion of stiff to soft clay (c₂/c₁), the factors N_cul and F_cul moderately increased with the increase in the length-to-shaft-diameter ratio (L_u/D) and adhesion factors in soft clay (α_s1) and stiff clay (α_s2). The variation of radial stress along the pile–soil interface, distribution of axial force in the under-reamed piles, and state of plastic shear failure in the soil are also studied under axial compression and tension. The results of this study are expected to be useful for the estimation of the bearing and uplift capacities of under-reamed piles in uniform clay and soft clay underlaid by stiff clay.     

基于CPTU测试太湖软土地层单桩水平承载实用分析及案例研究

太湖软土地层广泛分布有较厚的淤泥质粉质黏土层,该淤泥质软弱夹层含水率高、压缩性大,呈流塑态,工程性质极差。以毗邻太湖苏州文博中心桩基建设项目为依托,基于现场试桩试验和CPTU测试p–y曲线法,研究了太湖软土地层超长灌注桩的水平承载特性,明确了淤泥质软弱夹层厚度对单桩水平承载性状的影响规律。案例分析表明:基于CPTU测试单桩水平承载数值计算结果与试桩试验结果吻合较好,桩基承载性状匹配一致;受淤泥质软弱夹层的影响,太湖软土地层水平受荷桩荷载传递深度较深,桩顶水平荷载的影响深度超过20 m;淤泥质软弱夹层的厚度既改变了桩身截面最大弯矩值又影响了截面最大弯矩及弯矩零点的发生位置;在软弱夹层普遍分布厚度0.5~6.0 m范围内,随夹层厚度的增加,软弱夹层变化带来的桩顶水平变位及桩身弯矩递增效应逐渐降低。以上研究成果可为软土地层桩基水平承载设计实践提供技术支撑。     

刚性基础与柔性基础下复合地基模型试验对比研究

通过设计和完成刚性基础与柔性基础下水泥搅拌桩复合地基模型对比试验,得出两者在桩体荷载集中系数、桩土荷载比、桩土应力比等方面的显著差异,并对两者的破坏机理等进行了研究.     

深厚软土地区小直径纯摩擦长桩承载性状研究

通过温州深厚软土地区小直径纯摩擦长桩的静载荷试验和桩身轴力的测试,探讨了小直径纯摩擦长桩的承载力性状和荷载传递机理,把实测摩阻力与理论值进行比较,指出这类桩从承载力角度看,存在着有效桩长。结合测试数据对桩身压缩变形特性进行了计算和讨论,可供纯摩擦长桩的理论研究和工程设计借鉴。     

基于静力触探试验的基坑开挖卸荷单桩水平承载力损失预测研究

选取典型成层地基场地并设计试坑开挖卸荷试验,开展了基于静力触探(CPT)测试的基坑开挖卸荷单桩水平承载力损失程度预测研究。通过在试坑开挖卸荷前后进行CPT原位测试,得到了试坑开挖卸荷前后的CPT贯入锥尖参数变化规律。进而基于CPT测试p–y模型研究了基坑开挖卸荷前后邻近既有单桩的水平承载力损失及桩身弯矩分布特征。分别考察了基坑开挖卸荷后邻近桩基试桩加载模式下的残余水平承载力和桩顶加载联合土体位移共同作用下的卸荷桩基水平承载特性。研究表明,依据真实卸荷土体CPT参数更能准确预测桩基水平承载力损失程度及损失特征,卸荷桩设计阶段须同时考虑卸荷桩较自由场地桩基的水平承载力损失及土体运动位移对桩基水平承载的影响。以上研究为合理确定基坑开挖引起的既有桩基水平承载力损失提供了一种技术思路,同时对卸荷桩水平承载性能评价具有参考意义。     

Behavior and Simulation of Deep Cement Mixing (DCM) and Stiffened Deep Cement Mixing (SDCM) Piles Under Full Scale Loading

A new kind of Deep Cement Mixing (DCM) pile called Stiffened Deep Mixing Pile (SDCM) is introduced to mitigate the low flexural strength and unexpected failures of DCM piles. A jet grouting method with a jet pressure of 22 MPa, was utilized in the installation of DCM piles. The SDCM pile consists of a DCM pile with a precast reinforced concrete core pile inserted at its center. Pile and embankment load tests were conducted, and then the results of the field load tests were simulated by a 3D finite element method (FEM) to back-analyze and confirm the related design parameters. These parameters were then used further in numerical experiments. The field test results showed that the settlements and lateral movements of the SDCM pile using a prestressed concrete core pile with area ratio (A_core/A_DCM) of 0.17 and a length ratio of 0.85 was less than those of the DCM pile by 40% and 60%, respectively. Moreover, the SDCM pile foundation increased the bearing capacity by as much as 2.2 times. The average lateral pile capacity of the SDCM piles was 15 times higher than the DCM piles. A strength reduction factor of 0.40 was obtained at the concrete core and the DCM interface from the full scale pullout test. The behavior of both the DCM and SDCM piles was confirmed from the subsequent 3D FEM simulations. From the 3D FEM simulations, the length of the concrete core pile had more influence on the settlements of the SDCM pile than its cross-sectional area. However, both the length and cross-sectional area of concrete core pile affected the lateral resistance of the SDCM pile.     

刚性桩复合地基支承路堤稳定破坏机理的离心模型试验

对上软下硬成层土地基中刚性桩复合地基支承路堤,进行了单排桩和群桩条件下路堤稳定破坏机理的离心模型试验,研究了不同桩体抗弯刚度和强度,不同桩体加固位置,不同桩间距和桩端嵌入硬土层深度条件下桩体的受力与变形性状,破坏模式以及路堤的失稳破坏机理.离心机试验结果表明,不论是在单排桩还是群桩条件下,桩身最大弯矩作用点均产生于软硬土层交界面附近;在群桩条件下,桩体越靠近路堤中心桩身弯矩越小;当桩身抗弯刚度与强度较高,桩距较大且桩下端嵌入较硬土层足够深度时,可产生桩间土体沿桩的绕流甚至因产生绕流而导致路堤失稳破坏;当桩身抗弯刚度与强度较低时,在单排桩条件下,桩体会首先在软硬土层交界面处发生弯曲破坏,并可在路堤失稳前在桩身上部发生第二次弯曲破坏,而在群桩条件下,坡脚附近部分桩体首先在软硬土层交界面附近发生弯曲破坏,并可能伴随桩体受拉破坏而使桩断为上下两段,最后由于部分桩体发生整体倾覆破坏或者再次发生弯曲破坏而导致路堤发生失稳破坏;针对路堤具体的破坏情况有针对性地增大桩身抗弯强度,减小桩间距或增加桩端嵌入硬土层深度均可提高路堤的稳定性.     

深厚软基超长桩工程性状试验研究

通过温州软土地基中超长钻孔灌注桩静载荷试验和桩身轴力的测试 ,探讨了软土地基中超长钻孔灌注桩的承载力性状和荷载传递机理。超长桩桩身轴力的传递规律和侧摩阻力的发挥性状对软土地基中超长桩的理论研究和工程应用具有重要的参考价值。     

桩–土动力相互作用问题中桩身刚度的影响效应研究

 通过开展2类刚度差异较大的桩基础的离心机动力模型试验,系统地讨论柔性桩和刚性桩的地震反应差异,以及周围土体对桩体的不同作用效应。对于柔性桩,周围土体的作用主要体现在对桩的约束效应上;然而对于刚性桩,土体更大程度上对桩体施加附加惯性力的作用,以致桩筏基础的周期明显高于无土时的周期;针对柔性桩和刚性桩显著的地震反应差异,巧妙地提出用桩筏结构自振频率 界定两者的行为,可为今后类似研究提供参考。     

自扩式沉管灌注桩技术及其承载性状试验研究

自扩式沉管灌注桩(简称自扩桩)是在传统沉管灌注桩基础上开发的一种新桩型,它能有效提高桩基承载力和减少沉降。在介绍自扩桩施工工艺和技术原理的基础上,通过某工程中自扩桩和普通沉管灌注桩的静载荷试验和桩身轴力测试,对两种桩型的桩身轴力传递规律和侧摩阻力的发挥性状进行比较分析,探讨自扩桩的承载性状,为其进一步推广应用提供理论依据。