挤扩支盘桩的荷载传递法及数值模拟

钻孔挤扩支盘桩是上世纪90年代初发展起来的新型桩基础，目前尚处于边使用边研究的阶段，对其荷载传递理论的研究多采用传统的破坏性荷载试验。然而现场载荷试验费工费钱，尤其高承载力的支盘桩，其加载条件和试验技术均有困难之处。本文以荷载传递函数的双曲线模型为基础，建立适合于挤扩支盘桩的荷载-沉降     

挤扩支盘桩荷载传递的数值模拟方法

基于已有的桩基荷载传递理论，提出了适用于挤扩支盘桩单桩的荷载传递法，分析了Q-s曲线可作为确定挤扩支盘桩承载力的依据，经过对工程实例的计算与实测相比，证明了该法的可靠性和合理性，且具有较好的适用性。     

挤扩支盘桩的荷载传递规律及研究现状

挤扩支盘桩作为一种新型的桩基,具有优良的工程特性和显著的经济效益。介绍了挤扩支盘桩的工程特点,详细论述了挤扩支盘桩的成桩机理和荷载传递规律,总结了挤扩支盘桩的研究现状。     

支盘桩竖向承载性状模型试验研究及数值模拟

利用数字图像相关技术(DIC),对挤扩支盘桩室内模型试验进行分析,得到竖向荷载作用下挤扩支盘桩的桩周土体位移场。挤扩支盘桩的承载力和抗沉降性能是随着支盘数量的增加而增加的,但这种增长是非线性的。利用有限元计算软件ABAQUS对模型试验进行了模拟,模拟结果和试验结果具有较好的一致性。研究成果进一步揭示了支盘桩静载过程的宏细观机制。     

新型挤扩支盘桩的数值模拟及其在优化设计中的应用研究

支盘桩具有较高的承载力和较低的沉降量,它在我国应用有10 a左右,取得良好的经济效益和社会效益。但是,挤扩支盘桩作为一种新型技术在理论研究上尚不够成熟,对其荷载传递性状、受力特征、沉降特性、抗拔特性、破坏特性以及最佳盘间距、桩间距等尚不能够完全确定,也缺乏单桩承载力可靠度分析、设计及施工规范。因此,为了完善支盘桩的设计理论,探求支盘桩高承载力和低沉降量的内涵,基于静荷载试验及现场测试数据,全面系统地分析和研究支盘桩的荷载传递特性、沉降特性、抗拔特性及破坏特性。采用三维有限元数值仿真,再现支盘桩的受力机理、荷载传递规律及在荷载作用下应力场及位移场的变化。在此基础上,对支盘桩的设计进行优化,根据应力场及位移场变化的范围,指出最佳盘间距和桩间距;并根据支盘桩不同的破坏模式,建立计算承载力及沉降量的公式。 (1) 论述了支盘桩的成桩机理。支盘的设置不仅扩大了受力面积,提高了承载力,而且还减少了桩端荷载,使支盘桩具有更大的承载潜力。挤扩效应增加了土层的抗剪强度,同时也减少了土层的压缩量,可有效提高支盘桩的承载力。 (2) 采用Vesic(1974)关于球形孔穴扩张问题的一般解。用球形孔穴扩张理论来描述挤扩过程中土体的应力场及位移场的变化,利用已知的内压力值Pu进行     

重复荷载作用下支盘桩工作性状的模型试验研究

设计了一个室内模型试验来研究支盘桩在重复荷载作用下的承载和变形性能。试验证明:支盘桩在其极限承载力约75%的荷载重复作用下变形增加很小,工作性能十分稳定;支盘桩与普通等直径桩相比,其承载力和抗变形能力十分优越;支盘桩的荷载传递机理是十分复杂的,盘附近土体对桩周的摩擦阻力在不同荷载作用下有时为正有时为负;当两盘的间距在2D(D为盘直径)以下时,桩周的摩擦力对桩的承载力贡献很小,在每次加卸载后土体会建立新的固结平衡状态。文章根据桩周土体土拱的形成和变化情况对上述有关现象进行了分析,还对设计支盘桩时确定合理的桩间距和盘间距提出了自己的观点。     

CFG桩单桩荷载传递性状研究

以荷载传递法为基础,选用双曲线荷载传递函数,以桩身轴力为迭代变量,通过迭代计算具体分析了相关因素对CFG桩荷载传递规律的影响,分析表明,用该荷载传递法分析CFG桩的荷载传递规律是可行的。     

支盘桩的承载特性研究

采用ANSYS软件,建立支盘桩-土的三维有限元模型,对桩土之间的作用进行接触分析,研究了挤扩支盘桩在荷载作用下位移场、应力场的变化规律和桩土之间的相互作用。分析认为,支盘桩桩侧摩擦力比较小,支盘上斜面及靠近支盘的上、下桩体表面与土体脱开,主要依靠支盘下斜面及桩底承受荷载。     

不同土层对支盘桩荷载传递影响的模型试验研究

根据挤扩支盘桩的实际工作性状，设计了一个室内模型试验装置来研究支盘桩在不同土层中的荷载传递规律。试验表明，双盘桩中的两盘无论是设在同一种土层还是不同的土层中，盘底压力的增长与荷载的增加并不成线性关系，同时两盘承载力的发挥也不是同步的。当上下两盘处在不同土层时，两盘的荷载传递规律相差悬殊，处在同一土层时相对比较接近，但在桩达到极限承载力时，两盘并不能发挥相同的承载力。因此，在计算支盘的端阻时不能简单地把其最大承载力相加。另外，本试验还比较了3种不同土层情况下双盘桩的承载力和变形差异。     

考虑软化效应的桩侧非线性荷载传递模型

在现有荷载传递模型的基础上,提出了单桩简化的非线性荷载传递模型,并介绍了该模型的特点,采用矩阵位移法进行程序编写,计算了某工程现场试桩试验,将计算结果和现场观测数据进行对比,发现能够较好的吻合。     

挤扩支盘桩受力性状的研究

通过载荷试验证明，挤扩支盘桩由于桩身不同位置设置了多个支或盘，使其荷载传递性状发生了根本的改变，因而它的承载力及沉降等方面也发生了变化。基于静载试验，研究和分析了挤扩支盘桩的荷载传递性状，提出了用经验公式计算极限承载力时采用的修正系数，并应用于本次试验，计算值与实测值较吻合，同时，还分析了挤扩支盘桩承载力的影响因素。     

刚性承台下柔性群桩和桩周土荷载传递规律研究

对桩侧土及桩端土均采用线性荷载传递函数 ,同时考虑桩周土所分担的荷载对基桩荷载传递规律的影响 ,利用力学理论及微分方程的近似解法—子域法 ,研究了刚性承台下柔性群桩及桩周土的荷载传递规律。得到了在刚性承台下 ,中桩最大侧摩阻力出现在桩端 ,边中桩、角桩最大侧摩阻力出现在桩顶附近 ,角桩桩顶反力最大 ,边中桩次之 ,中桩最小等有意义的结论。为了验证本文方法的可行性 ,作者将模型试验结果与本文计算结果进行了比较 ,对比表明 :本文方法有较好的精度     

具有高抗拔性能的支盘桩在工程中的应用研究

重点分析了变截面桩的一个特例：支盘桩的抗拔性能及其高抗拔力的实质。推导了不同盘间距情况下的支盘桩抗拔承载力的计算公式，并结合工程实例，指出了支盘桩的抗拔承载力主要取决于支盘阻力，为支盘桩的抗拔设计提出了必要的理论依据。     

挤扩支盘桩在湿陷性黄土地基中的浸水试验

通过对湿陷性黄土中的3根挤扩支盘桩进行预浸水静载荷试验。结果表明,支盘桩荷载-沉降曲线为缓变型,具有较好的承载性能,荷载传递规律与在非湿陷性黄土地基中具有相似的性质,桩身各段承载力的发挥具有明显的顺序性。试验结果为湿陷性黄土地基中支盘桩的应用提供了依据。     

支盘桩桩周土体位移场试验研究

挤扩支盘桩是一种新桩型,其承载能力和抗沉降变形性能远优于等直径桩,具有良好的经济和社会效益。在已有研究的基础上,利用数字图像相关技术(DIC)对模型试验各阶段的数码照片进行相关性分析,得到竖向荷载作用下挤扩支盘桩的桩周土体位移场及其破坏性状。     

水平荷载下挤扩支盘桩群桩受力特性分析

利用三维弹塑性有限元模型,对水平荷载作用下挤扩支盘桩群桩受力特性进行分析,得出各桩弯矩以及桩土相对位移的变化规律及不同位置、不同荷载作用、不同土体深度时桩周土反力的变化曲线。分析表明:桩弯矩在支盘处因支盘的影响而发生突变,支盘下桩体的弯矩大大减小;后排桩后土体相对位移大于前排桩后土体相对位移;桩基主要通过其桩前土体的作用来抵抗水平荷载,桩前土体最大反力值出现在第一个支盘的端部,支盘对其下一段范围内土体起到"减载"作用。     

土层参数对支盘桩承载性状影响的有限元分析

通过改变挤扩支盘桩周围不同土层的性质,用有限元方法分析了土层弹性模量对桩承载力及荷载传递过程的影响程度,研究了支盘桩桩身轴力和桩侧摩阻力沿桩长的变化规律。结果表明,支盘桩的承力盘处于不同土层中对桩承载力和荷载传递过程的影响程度不同,其中桩端土层的承载力对桩承载力影响最大,对最上层土的影响最小。     

挤扩支盘桩承载变形特性的试验研究

通过对挤扩支盘桩的静载荷试验，由钢筋应力计测试出挤扩支盘桩的桩身轴力，支盘阻力的变化规律，分析竖向荷载作用下挤扩支盘桩的荷载传递机理和变形特性，结果表明挤扩支盘桩在加荷后期，支盘承担50%以上荷载。     

砂土中螺旋挤土灌注桩受力性状模型试验研究

 利用自行研制的电动模拟钻机和桩基模型试验系统,在匀质砂土地基中进行新型螺旋挤土灌注桩模型试验,探索完全挤土型SDS桩的荷载传递规律和承载变形特性,发现桩侧摩阻力沿桩身呈异步发展,在小于0.2倍桩径的桩土相对位移范围内,桩侧摩阻力随桩土相对位移呈单调上升,且桩侧摩阻力远高于桩端阻力。通过SDS桩与CFA桩的试验结果对比发现,桩长因素对SDS桩承载变形特性的影响大于CFA桩,在桩长、桩径和地基都相同的模型试验条件下,SDS桩的极限承载力比CFA桩提高25%～70%。应用太沙基和派克的土压力原理及应力路径方法,阐明不同成桩工艺对桩周土体物理状态和力学指标的影响。结果表明,不同成桩工艺是引起SDS桩与CFA桩的承载变形性状出现差异性的主要原因。