静钻根植竹节桩抗压与抗拔承载特性分析

静钻根植竹节桩是利用静钻根植工法将预制竹节管桩插入到水泥土中而形成的管桩-水泥土组合桩基。采用有限元软件ABAQUS建立现场抗压试桩与抗拔试桩的分析模型,计算得到的荷载-位移曲线与现场静载试验结果吻合,验证了模型的可靠性,采用数值计算方法,分析了竹节桩的抗压与抗拔承载特性。研究结果表明:软土地区,静钻根植竹节桩的抗压承载性能优于抗拔承载性能;桩身竹节可以使竹节桩与水泥土紧密结合,竹节不直接与土接触分担上部荷载;桩身非扩径段水泥土在荷载作用下只起到传递剪应力的作用,不分担上部荷载;桩顶位移60 mm时,管桩承担抗压桩总端阻的25.8%,承担抗拔桩总端阻的16.6%,均小于水泥土扩大头分担的端阻;竹节桩长度比R_N从0增大到0.375时,抗压桩极限承载力从3 045 kN增大到6 173 kN,抗拔桩极限承载力从1 910 kN增大到2 441 kN;竹节桩长度比从0增大到0.375时,抗压桩与抗拔桩桩端水泥土扩径段承担的荷载也明显增大;当竹节桩长度比从0.375增大到0.625时,静钻根植竹节桩的极限承载力、总侧摩阻力、管桩分担端阻和水泥土分担端阻改善效果不明显。     

黏土中成桩工艺对桩承载性状影响试验

目的 研究成桩工艺对黏性土中单桩承载性状及承载力的影响机理,为工艺设计提供参考.方法 根据相似理论和模型试验方法,建立桩一土之间的相似系统,结合常州高架道路一期工程中特定黏土层性质,配置相应人工土,在人工土中分别设置混凝土预埋桩、静压桩和钻孔灌注桩并测试桩身力学数据.结果 通过对模型桩进行静载试验,获得黏土中不同成桩工艺单桩荷载传递规律和承载性状.设计荷载时,静压桩、灌注桩和预埋桩桩端荷载占桩顶荷载的比例分别为5.9%、4.7%和3.2%.结论 由成桩工艺造成的桩一土作用的不同对桩基承载性状及承载力具有很大影响,桩周土体侧向卸载不仅影响侧阻力的发挥,同样会削弱桩端阻力的发挥.     

钙质砂中单桩水平承载特性模型试验研究

通过室内模型试验研究钙质砂地基中桩基的水平承载特性,分析桩长对桩顶位移、桩顶转角、桩身弯矩以及桩侧土体压力分布的影响,并与福建标准砂地基中的模型桩进行了比较。试验结果表明：桩长对水平承载特性具有显著影响;增加桩长能明显提高单桩水平极限承载力,桩身变形逐渐由刚性转动转变为弯曲变形;弯矩沿桩身的分布范围由全段分布转变为集中在桩身上半部分;桩侧土压力主要分布在迎土侧的上部土层中,土体压力随着水平荷载的增加而发生明显变化;在低应力水平下,钙质砂中单桩水平承载力要大于标准砂中桩基承载力,钙质砂在较高应力水平下的模型试验有待进一步探究。     

大承载力端承摩擦桩承载性状试验研究

以银川某超高层项目为背景,采用现场静载荷试验方法,探究端承摩擦桩在高应力作用下承载性状,结果表明:桩长45 m、直径1 m的大承载力端承摩擦桩在该地区极限承载力可达30 000 kN.应力分级加载下侧阻沿桩身长度发挥曲线近似呈抛物线状;侧阻最佳发挥范围约为桩身2/3段;单桩侧阻的发挥程度与土层性质相关,该地区土层摩阻力较规范建议值提高1.81～2.39倍.大承载力端承摩擦桩承载机制为侧阻初期承担全部上部荷载,随着应力增大,端阻逐渐发挥,而侧阻发挥至到极限值后,由端阻承担上部剩余荷载直至极限,即端阻与侧阻共同承担上部荷载,达到极限承载力时侧阻作用占比74%,端阻作用占比26%.上述结论为日后该地区工程建设乃至大承载力端承摩擦桩桩基研究提供参考与帮助.     

桩基承载能力的有限元分析

利用三维有限元数值模拟技术对竖向承载复合桩基的承载能力进行了分析。主要研究了当桩周土体为松砂时，桩距对群桩侧阻、端阻、承台内外区土阻力、群桩总承载力的影响，并将各自的群桩效应系数与《建筑桩基技术规范》JGJ94-94中的有关数据进行了比较。     

上覆软黏土层对桩-筒复合基础承载性能的影响

中国大多数海洋场地存在上覆软弱地层,这种海床特性对海上风电场建设十分不利。为研究上覆软黏土层对新型桩-筒复合基础承载性能的影响,基于有限元软件ABAQUS,建立不同厚度的上覆软黏土层场地中桩-筒复合基础数值分析模型,分别对桩-筒复合基础施加单向荷载(V、H、M)和复合荷载(H-M),研究上覆软黏土层厚度对各向极限承载力、桩-筒复合基础中各结构荷载分担比以及初始刚度k_init的影响。结果表明：桩-筒复合基础各向极限承载力随着上覆软黏土层厚度的增加而减小,当上覆软黏土层厚度等于筒结构入土深度(b=6 m)时,桩-筒复合基础的竖向极限承载力降低了12.86%,水平极限承载力降低了46.55%,抗弯极限承载力降低了34.86%;桩-筒复合基础的初始刚度k_init随着上覆软黏土层厚度的增加而减小。海上风电桩-筒复合基础的设计应充分考虑上覆软黏土层对承载特性的影响。     

开挖卸荷桩土界面荷载传递模型的修正与验证

为了准确预测深开挖条件下桩基的承载变形性状,在桩土界面荷载传递计算模型中考虑了卸荷效应．基于快速拉格朗日法(FLAC3D),将线弹性-完全塑性的桩土界面荷载传递模型修正为双曲线计算模型,修正后的模型可以考虑开挖卸荷后桩周土体法向应力减小对桩土界面剪切刚度的影响,也可以考虑开挖深度、面积和桩长对桩端阻力的影响．利用修正模型对开挖条件下砂土地基中的单桩进行了足尺数值试验,分析计算了开挖后桩基的承载性能,并将修正后模型的计算值与软件内嵌的线弹性-完全塑性模型的计算值及试验值进行对比分析．结果表明:修正后计算模型和传统计算模型都能够较准确地预测开挖条件下桩基总极限承载力,但是,修正计算模型考虑了支护结构外围土体对桩端承载力的贡献,能更准确地预测桩身下部侧摩阻力与桩端阻力．因此,修正计算模型更适合开挖条件下的桩基承载力计算．     

大直径钻孔灌注桩的竖向承载性能

为了分析大直径钻孔灌注桩的承载性能,对2根直径分别为2.2m的钻孔灌注桩开展自平衡试验,将试验结果与原位测试结果进行对比分析.通过对测试结果的分析发现,注浆后荷载箱的向上及向下荷载-位移曲线的变化更加缓慢,当桩端位移为20mm(1%D,其中D为桩径)左右时,端阻达到极限状态,未注浆桩和注浆桩的极限端阻分别为2 834、3 561kPa.桩身侧阻随着桩土相对位移的增大呈先增大后保持稳定的趋势,淤泥质粉土层、黏土夹粉砂层、圆砾混卵石层的侧阻在桩土相对位移为1.5~3.0mm时达到稳定.注浆能够提高桩端以上一定深度的桩身侧阻,圆砾混卵石层中侧阻的提高幅度约为18%.荷载箱上下的侧阻随位移的变化模式不同,未注浆桩和注浆桩的转换系数的取值分别为0.92、0.91.桩的极限侧阻与不排水剪切强度呈线性关系,且桩的极限侧阻与不排水剪切强度具有较好的拟合度.圆砾混卵石层中极限侧阻与动力触探(63.5kg)击数有一定的相关性.     

钻孔压浆混凝土预制管复合桩竖向承载力试验

目的研究一种新型桩基础——钻孔压浆混凝土预制管复合桩的成桩工艺、工作机理和单桩竖向承载力,为其在实际工程中应用提供合理的设计依据.方法通过桩的静载试验,并结合桩的工作机理,得到桩在黏性土和砂类土中的侧摩阻力和端阻力提高系数,建立单桩竖向极限承载力标准值计算公式.结果桩周土层为黏土、细砂、中砂时,桩极限侧摩阻力标准值提高系数分别为1.1~1.3、1.6~2.0、2.2~2.4.桩端持力层为细砂、中砂时,桩极限端阻力标准值提高系数分别为1.2~1.6、1.6~1.8.结论钻孔压浆混凝土预制管复合桩单桩竖向承载力较现行规范中经验公式算得的承载力数值有明显提高,研究成果对桩的设计和施工有一定指导作用,对这种新型桩基础的推广应用具有重要意义.     

楔形桩极限承载力提高机理研究

为研究楔形桩相对等截面桩极限承载力提高机理及楔形桩承载力特性,根据楔形桩承载机理,将楔形桩承载过程分为弹性变形及挤土塑性破坏两个阶段.假定桩侧土体发生破坏时应力状态服从Mohr-Coulomb强度准则,建立了楔形桩承载力分析模型并提出了楔形桩极限承载力增大系数.通过与已有模型试验分析对比验证了本文解答的合理性.在此基础上,分析了承载力增大系数随桩-土界面摩擦系数、楔形角、静止土压力系数等的变化规律.结果表明:本文理论方法能够较为合理地预测楔形桩的极限承载力;楔形桩承载力增大系数随着土体内摩擦角增大而增大,但随着静止土压力系数和桩-土界面摩擦系数增大而减小,同时存在特定的楔形角使得承载力增大系数最大.     

双层地基中倾斜偏心荷载下基桩非线性模型试验研究

引入初始地基比例系数、初始地基系数、水平位移特征值,导出一种新型双曲线型p-y曲线,并给出了参数经验选取参考值范围。在上层粘土下层砂土地基中进行了2组模型桩试验,含2根水平加载的钢桩和6根倾斜偏心荷载下的木桩。试验表明,水平荷载、竖向荷载和偏心弯矩荷载下柔性木质模型桩非线性特征显著。按双曲线型p-y曲线计算的模型桩地面处和桩顶水平位移与实测值吻合良好,验证了双曲线型p-y曲线。水平位移特征值增大时,桩身位移将减小,桩身最大剪力将增大,桩身最大弯矩将减小,桩侧最大土压力将增大。双层地基中,下层砂土位移特征值变化对试桩受力影响极小,从简化计算参数和应用角度出发,实际应用时可将下层砂土水平位移特征取值与上层粘土的相同。     

大直径钢管桩打桩振动对粘土土阻力的影响

随着海洋平台上部结构的增大,大直径超长的钢管桩越来越多的被应用于实际工程中.要想对桩的可打入性进行准确预测,首先要对打桩冲击振动对周围土体所造成的影响有准确的评价.为了对打桩过程中的土阻力作出准确分析,根据渤海海域36根桩的打桩记录,对其中粘性土土层的打桩记录进行了反分析,总结了打桩过程中粘土层中土阻力的变化特点,分析了这些特点产生的原因.同时利用实测数据回归得到粘土层强度衰减的规律,提出了进行打桩分析时粘土层计算参数选取的方法,并通过一个实际工程对此进行了验证.分析结果显示,粘土层在打桩过程受动力效应的影响较大,其土性参数会随着捶击数的增加而降低,采用回归结果对打桩预测可以取得较好的结果.     

不同组合下高喷插芯组合桩抗拔承载特性试验研究

基于自主研发的大型桩基模型试验加载系统,采用砂雨法施工,对4种不同组合形式的高喷插芯组合桩（JPP桩）进行了抗拔承载性能对比试验研究。结果表明：1）JPP桩的不同组合形式对抗拔承载力有较大影响,下组合抗拔承载能力最高,其承载能力是分段组合II的1.1倍,是分段组合I的1.3倍,是上组合的1.4倍。2）极限荷载下,组合段所提供的总侧摩阻力中,下组合最高。3）在桩体上拔过程中,桩身轴力沿桩身向下依次递减;随着荷载的增加,桩身上部侧摩阻力首先达到极限值并趋于稳定,然后桩身中下部侧摩阻力逐渐发挥。4）侧摩阻力随桩土相对位移的增加而逐渐变大,在桩土相对位移较小时便达到较大值,桩身上部的侧摩阻力在达到较大值后趋于稳定,桩身中下部不同位置处的侧摩阻力在达到较大值仍有不同程度递增的趋势,总体上呈现出双曲线的分布形式。     

考虑软黏土流变效应的静压桩长期承载力计算方法

针对软黏土流变效应引起土体的体积压密,使其强度随时间逐渐提高,从而软黏土中的静压桩在桩周超孔隙水压力消散后承载力仍持续增长的问题,在考虑静压桩的沉桩效应和桩周土初始固结的基础上,采用双曲线型函数描述桩侧和桩端的荷载传递特性,结合荷载传递法推导承载条件下桩周土的应力状态.在此基础上,根据流变模型和桩周土体的受力状态,采用拟似超固结比的变化模拟桩周土体的流变行为,分析桩周土体长期流变过程中力学特性的变化规律,提出软黏土中静压桩长期承载力的理论预测方法.通过现场静载荷试验对本文解答进行验证,研究软黏土中静压桩长期承载力随时间的变化规律,并探讨土体参数对静压桩长期承载力的影响.结果表明:软黏土中静压桩承载力的长期时效性主要来源于桩身下部侧摩阻力随桩周土流变的发展,承载力在流变初期增长迅速,随流变时间发展速率逐渐变缓,且流变系数和回弹系数越大的土层中承载力的增长较为显著.该计算方法可为上部结构拆除后旧桩的承载力确定及其再利用提供参考.     

黏性土中开口与闭口模型管桩受力性状试验研究

为研究开口和闭口试桩在黏性土体静力沉桩过程中荷载传递规律及承载性能的差异性,采用桩身开槽预埋增敏微型光纤光栅传感器的方法,针对黏性地基土,开展两组不同桩端形式模型试桩承载性能对比试验,测得沉桩过程中压桩力、桩端阻力、桩侧摩阻力及桩身轴力发展变化规律。结果表明：光纤光栅传感器可实时监测沉桩过程中桩身受力状态;开口和闭口模型管桩的压桩力、桩端阻力等荷载均随着沉桩深度的增加呈增长趋势,而不同贯入深度下的桩身轴力却逐渐递减;黏性土中的静力压桩、开口管桩和闭口管桩的桩端阻力占比均超过50%;在桩侧摩阻力发挥上,双壁开口模型管桩外管是内管的3倍。当开口管桩贯入深度达到最大值90 cm时,土塞高度稳定在33 cm,此时,桩侧单位侧摩阻力的分布呈下大上小的形式。     

软土地基中组合桩承载性状试验研究

为掌握组合桩(钢筋混凝土桩插入水泥土搅拌桩复合而成的桩)的荷载传递机理、破坏模式和竖向承载力特性,通过对3根14 m长桩的载荷试验和桩身应变的测量,分析了桩身轴力的分布和桩周的侧摩阻力分布及影响组合桩承载力因素.试验得到了组合桩的Q-S曲线、S-logt曲线、桩的极限承载力;试验表明混凝土桩的插入改变竖向荷载的传递规律,形成了从混凝土桩到水泥土再到土的传递模式,更有效地发挥了桩周的侧摩阻力;水泥土的固化效应、混凝土桩的挤土效应和混凝土桩的荷载传递是组合桩高承载力的主要来源.组合桩具有较高的单桩竖向承载力且造价低,在软土地基工程中具有广泛的应用价值.     

Capacity and failure mechanism of laterally loaded jet-grouting reinforced piles: Field and numerical investigation

This study presents the results of field and numerical investigations of lateral stiffness, capacity, and failure mechanisms for plain piles and reinforced concrete piles in soft clay. A plastic-damage model is used to simulate concrete piles and jet-grouting in the numerical analyses. The field study and numerical investigations show that by applying jet-grouting surrounding the upper 7.5D (D = pile diameter) of a pile, lateral stiffness and bearing capacity of the pile are increased by about 110% and 100%, respectively. This is partially because the jet-grouting increases the apparent diameter of the pile, so as to enlarge the extent of failure wedge and hence passive resistance in front of the reinforced pile. Moreover, the jet-grouting provides a circumferential confinement to the concrete pile, which suppresses development of tensile stress in the pile. Correspondingly, tension-induced plastic damage in the concrete pile is reduced, causing less degradation of stiffness and strength of the pile than that of a plain pile. Effectiveness of the circumferential confinement provided by the jet-grouting, however, diminishes once the grouting cracks because of the significant vertical and circumferential tensile stress near its mid-depth. The lateral capacity of the jet-grouting reinforced pile is, therefore, governed by mobilized passive resistance of soil and plastic damage of jet-grouting.     

大直径钻孔灌注桩承载力试验研究

以某大直径桩基础工程为例,进行了5根Ф1500mm试桩的竖向与水平静裁荷试验,实测得到了桩的荷载．沉降曲线、不同桩身截面的轴力、水平力．位移．时程曲线、水平力位移梯度关系、临界承载力以及地基土水平抗力系数,探讨了大直径钻孔灌注桩的竖向荷载传递机理和水平荷载承载特性．试验结果表明：大直径灌注桩承载力由桩侧阻力与桩端阻力共同承担,但表现出很强的摩擦桩特征,这与桩长过长、桩底岩层较软以及成桩方法有关;在竖向荷载作用下,桩侧阻力由上至下逐步发挥,并逐步达到相应的极限状态;单桩水平最大位移可以取10mm。水平承载力可取900kN．建议采用位移控制设计此类桩基．